Кварцевый генератор

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках. Достигаемый технический результат - повышение точности компенсации тока статической емкости кварцевого резонатора и уменьшение передаваемого сигнала через кварцевый резонатор в широкой полосе частот. Кварцевый генератор содержит кварцевый резонатор, первый инвертирующий усилитель, два резистора, второй инвертирующий усилитель, конденсатор, резистивный делитель. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках с рабочим диапазоном частот от 10 кГц до 200 кГц.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является кварцевый генератор (см. патент РФ №2301491 от 30.11.2005, опубликован 20.06.2007 Б.И. №17), содержащий кварцевый резонатор, первый инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор, второй инвертирующий усилитель, вход которого соединен с первым выводом конденсатора.

Указанное выше устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является сложность настройки для достижения точной компенсации тока статической емкости кварцевого резонатора, приводящей к увеличению времени переходного процесса установления стабильного режима генерации, что в некоторых случаях недопустимо.

Решаемой задачей является создание кварцевого генератора с малым временем готовности для выхода на стабильный режим работы.

Достигаемым техническим результатом является повышение точности компенсации тока статической емкости кварцевого резонатора и уменьшение передаваемого сигнала через кварцевый резонатор в широкой полосе частот.

Для достижения технического результата в кварцевом генераторе, содержащем кварцевый резонатор, первый инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор, второй инвертирующий усилитель, вход которого соединен с первым выводом конденсатора, новым является то, что дополнительно введен резистивный делитель и второй резистор, первый вывод которого соединен со входом первого инвертирующего усилителя, а второй вывод соединен с первым выводом (входом) резистивного делителя и выходом второго инвертирующего усилителя, вход которого соединен с первым выводом кварцевого резонатора, второй вывод которого соединен с выходом первого инвертирующего усилителя, второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом (выходом) резистивного делителя, третий вывод которого соединен с общей точкой, при этом выход второго инвертирующего усилителя является выходом устройства.

На фигуре 1 изображена функциональная схема кварцевого генератора. На фигуре 2 представлена эквивалентная схема кварцевого резонатора.

Устройство содержит кварцевый резонатор 1, первый инвертирующий усилитель 2, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор 3, второй инвертирующий усилитель 4, вход которого соединен с первым выводом конденсатора 5, резистивный делитель 6 и второй резистор 7, первый вывод которого соединен со входом первого инвертирующего усилителя 2, а второй вывод соединен с первым выводом (входом) резистивного делителя 6 и выходом второго инвертирующего усилителя 6, вход которого соединен с первым выводом кварцевого резонатора 1, второй вывод которого соединен с выходом первого инвертирующего усилителя 2, второй вывод конденсатора 5 соединен со вторым выводом (выходом) резистивного делителя 6, третий вывод которого соединен с общей точкой, при этом выход второго инвертирующего усилителя 4 является выходом устройства.

Повышение точности компенсации тока статической емкости кварцевого резонатора 1 осуществляется за счет применения резистивного делителя 6. Более точная компенсация достигается выбором коэффициента передачи резистивного делителя 6 и емкости конденсатора 5.

Устройство работает следующим образом. Участок схемы "А-Г", состоящей из резистивного делителя 6, конденсатора 5, используется для нейтрализации статической емкости С0 резонатора 1.

Напряжение на выходе первого инвертирующего усилителя 1, обусловленное протеканием тока через второй резистор 7 (R2), равно произведению значения сопротивления первого резистора 3 (R1) обратной связи на значение входного тока, равного UA/R2 (свойство инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления К>>1 с отрицательной обратной связью):

где R1 - значение сопротивления первого резистора 3;

R2 - значение сопротивления второго резистора 7;

UA - переменное напряжение (точка схемы А).

В случае, когда импеданс кварцевого резонатора 1 ZQ и компенсирующего конденсатора 5, равного много больше входного сопротивления второго инвертирующего усилителя 4 (ZQ>>Zвx2; ZC1>>Zвx2), ток, протекающий через кварцевый резонатор 1 IK, определяется суммой двух составляющих

где Zвx - значение входного импеданса второго инвертирующего усилителя 4;

UБ - переменное напряжение, приложенное к кварцевому резонатору 1 (точка схемы Б);

ZK - импеданс резонансной ветви кварцевого резонатора 1;

RK, LK, CK - эквивалентные параметры кварцевого резонатора 1 (см. фиг.2).

Составляющая тока кварцевого резонатора 1, обусловленная его статической емкостью С0, уменьшает реальную добротность и крутизну фазочастотной характеристики резонатора и, соответственно, ухудшает стабильность частоты генератора. Наиболее сильное негативное влияние емкостного тока кварцевого резонатора 1 на стабильность частоты генератора проявляется в случаях, когда составляющие емкостного тока ωС0UБ и резонансного тока имеют соизмеримые значения.

Ток, протекающий через конденсатор 5, определяется выражением

где С1 - значение емкости конденсатора 5 (см. фиг.1);

Кдел - коэффициент передачи участка схемы "А-В" (коэффициент передачи резистивного делителя 6);

UB - переменное напряжение на выходе резистивного делителя 6 (точка схемы В);

UA - переменное входное напряжение (точка схемы А).

Коэффициент передачи резистивного делителя 6 определяется выбором значений сопротивлений, входящих в его состав.

Условие компенсации шунтирующего влияния статической емкости можно определить из суммы токов, протекающих через статическую емкость С0 резонатора и конденсатор 4:

Из уравнения (6) следует , отсюда

или

На резонансной частоте резонатора 1 при условии (5), (6), (7) емкостной ток через емкость С0 резонатора нейтрализуется противофазным током (4) через конденсатор 5 C1 и напряжение на входе второго инвертирующего усилителя 4 определяется выражением

где ZK - импеданс резонансной ветви кварцевого резонатора 1;

Zвx2 - входной импеданс второго инвертирующего усилителя 4.

При активном характере входного импеданса Zвx=Rвx напряжение на выходе второго инвертирующего усилителя 4 определяется выражением

где Ку_инв2 - коэффициент усиления второго инвертирующего усилителя 4.

Коэффициент передачи участка "А - выход второго инвертирующего усилителя 4" определяется из выражения (9):

Коэффициент передачи Кn будет иметь максимальное и действительное значение на частоте, равной резонансной частоте кварцевого резонатора 1, для которой ZK=RK.

Для обеспечения устойчивой работы генератора необходимо выполнение двух условий:

- условие баланса амплитуд, при котором коэффициент передачи неискаженного сигнала в контуре положительной обратной связи Кn генератора должен быть больше 1;

- условие баланса фаз, при котором

где Кn - суммарный коэффициент передачи на частоте генерации;

φn - фазовый сдвиг на участке "А - выход второго инвертирующего усилителя 4" на частоте генерации.

Согласно предлагаемому изобретению изготовлены макетные образцы генераторов, испытания которых подтвердили их работоспособность и эффективность. При этом первый инвертирующий усилитель 2 и второй инвертирующий усилитель 4 выполнены на комплементарных парах КМОП-транзисторов. Второй инвертирующий усилитель 4 может содержать схему амплитудного диодного ограничителя или схему автоматической регулировки усиления (АРУ), которая применяется для ограничения амплитуды переменного напряжения, подаваемого на кварцевый резонатор 1.

Кварцевый генератор, содержащий кварцевый резонатор, первый инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор, второй инвертирующий усилитель, вход которого соединен с первым выводом конденсатора, отличающийся тем, что дополнительно введен резистивный делитель и второй резистор, первый вывод которого соединен со входом первого инвертирующего усилителя, а второй вывод соединен с первым выводом (входом) резистивного делителя и выходом второго инвертирующего усилителя, вход которого соединен с первым выводом кварцевого резонатора, второй вывод которого соединен с выходом первого инвертирующего усилителя, второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом (выходом) резистивного делителя, третий вывод которого соединен с общей точкой, при этом выход второго инвертирующего усилителя является выходом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для генерирования прецизионных колебаний с кварцевой стабилизацией частоты. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве источника высокостабильных колебаний. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для генерации стабильных колебаний низких и инфранизких частот. .

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для генерирования электрических колебаний. .

Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к области использования пьезоэлектрических устройств стабилизации и селекции частоты, и направлено на повышение динамической стабильности частоты.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для получения высокостабильных по частоте электрических колебаний. .

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при разработке кварцевых резонаторов двухповоротных срезов для генераторов высокостабильных электрических колебаний.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к источникам высокостабильных колебаний, и может быть использовано при разработке термостатированных генераторов с пьезоэлектрическими резонаторами.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к источникам высокостабильных колебаний, и может быть использовано при разработке термостатированных автогенераторов с пьезоэлектрическими резонаторами.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах стабилизации частоты

Изобретение относится к области радиоэлектроники

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве терморегулирующего устройства термостата в термостатированном генераторе

Изобретение относится к схеме возбуждения резонатора на поверхностных волнах и к генератору на ее основе

Изобретение относится к устройствам термокомпенсации опорных кварцевых генераторов

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах фазовой автоподстройки частоты, модуляторах и демодуляторах приемо-передающих радиосистем

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к термостатированным генераторам с кварцевыми резонаторами. Технический результат - повышение стабильности частоты в широком интервале рабочих температур при минимизации массогабаритных параметров. Термостатированный кварцевый генератор содержит внешний корпус, в который помещены печатная плата с элементами схемы генератора, печатная плата с элементами схемы термостата, корпус для кварцевого резонатора и размещенный в нем кварцевый резонатор, печатные платы беззазорно зафиксированы на противоположных сторонах корпуса для кварцевого резонатора посредством теплопроводного соединения и выполнены из материала с высокой теплопроводностью, корпус для кварцевого резонатора выполнен из металла или сплава с температурным коэффициентом линейного расширения, соответствующим температурному коэффициенту линейного расширения материала печатных плат. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в резервированных источниках электрических колебаний. Достигаемый технический результат - повышение стабильности частоты при возникновении неисправностей и упрощение устройства. Многоканальный кварцевый генератор содержит линию связи, резистивные элементы связи, n каналов, каждый из которых состоит из усилителя, вход и выход которого являются входом и выходом канала, источника питания, резистивного делителя напряжения, который включен между выходом усилителя и общей шиной, частотозадающего элемента, содержащего кварцевый резонатор, второй вывод которого подключен к отводу резистивного делителя напряжения, при этом линия связи соединяет первые выводы резистивных элементов связи с первыми выводами частотозадающих элементов, а вторые выводы резистивных элементов связи подключены к соответствующим входам усилителей. 1 ил.
Наверх