Κατανόηση των κυκλωμάτων ταλαντωτών κρυστάλλου

Οι βασικές διαμορφώσεις κυκλώματος ταλαντωτή στερεάς κατάστασης είναι σήμερα πιο ανεπτυγμένες, σχεδόν όλα τα κυκλώματα είναι τροποποιήσεις των ευρέως αναγνωρισμένων συστημάτων σωλήνων κενού, όπως οι ταλαντωτές Pierce, Hartley, Clapp και Butler και λειτουργούν τόσο με διπολικές όσο και με συσκευές FET.

Αν και όλα αυτά τα κυκλώματα πληρούν βασικά τον σχεδιαζόμενο στόχο τους, υπάρχουν πολλές εφαρμογές που απαιτούν κάτι εντελώς διαφορετικό ή όπου η λειτουργικότητα απαιτεί να περιγραφεί με ακρίβεια.

Παρακάτω αναφέρονται μια γκάμα κυκλωμάτων, για μια ποικιλία εφαρμογών απευθείας από το LF έως το εύρος VHF, τα οποία συνήθως δεν εμφανίζονται στην υπάρχουσα ερασιτεχνική χρήση ή βιβλία.

Οι βασικές τεχνικές κυκλώματος ταλαντωτών στερεάς κατάστασης είναι πλέον καθιερωμένες, τα περισσότερα κυκλώματα είναι προσαρμογές της γνωστής τεχνολογίας σωλήνων κενού, όπως οι ταλαντωτές Pierce, Hartley, Clapp και Butler και χρησιμοποιούν τόσο διπολικές όσο και συσκευές FET.

Ενώ αυτά τα κυκλώματα ουσιαστικά πληρούν τον επιδιωκόμενο σκοπό τους, υπάρχουν πολλές εφαρμογές που απαιτούν κάτι διαφορετικό ή όπου η απόδοση πρέπει να χαρακτηρίζεται αξιόπιστα.

Παρουσιάζονται εδώ μια ποικιλία κυκλωμάτων, για μια σειρά εφαρμογών από το LF έως το εύρος VHF, που δεν απαντώνται συνήθως στην τρέχουσα ερασιτεχνική χρήση ή βιβλιογραφία.

ΤΡΟΠΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Ένα σημείο που σπάνια εκτιμάται, ή απλά παραβλέπεται, είναι το γεγονός ότι οι κρύσταλλοι χαλαζία μπορούν να ταλαντευθούν σε λειτουργία παράλληλου συντονισμού και σε λειτουργία συντονισμού σειράς. Οι δύο συχνότητες χωρίζονται με μια μικρή διαφορά, συνήθως 2-15 kHz στο εύρος συχνοτήτων.

Η συχνότητα συντονισμού της σειράς είναι μικρότερη σε συχνότητα σε σύγκριση με την παράλληλη.

Ένας συγκεκριμένος κρύσταλλος σχεδιασμένος για χρήση στην παράλληλη λειτουργία μπορεί να εφαρμοστεί κατάλληλα σε ένα κύκλωμα συντονισμού σειράς εάν ένας πυκνωτής ισοδύναμου μεγέθους με την ακριβή χωρητικότητά του φορτίου (συνήθως 20,30, 50 ή 100 pF) είναι συνδεδεμένος σε σειρά με τον κρύσταλλο.

Δυστυχώς, δεν είναι δυνατό να αντιστραφεί η εργασία για σειρές συντονισμένου κρυστάλλου σε κυκλώματα παράλληλης λειτουργίας. Ο κρύσταλλος λειτουργίας σειράς πιθανότατα θα ταλαντευτεί πέρα ​​από τη βαθμονομημένη συχνότητά του στην κατάστασή του και ενδέχεται να μην είναι εφικτό να το φορτώσει αρκετά χωρητικά.

Οι κρύσταλλοι υπερτονών λειτουργούν στη λειτουργία σειράς γενικά στον τρίτο, πέμπτο ή έβδομο overtone και ο κατασκευαστής βαθμονομεί συνήθως τον κρύσταλλο στη συχνότητα υπερβολικού τόνου.

Η εκτέλεση ενός κρυστάλλου σε παράλληλη λειτουργία και ο πολλαπλασιασμός της συχνότητας 3 ή 5 φορές δημιουργεί μάλλον ένα νέο αποτέλεσμα με τη λειτουργία ακριβώς του ίδιου κρυστάλλου στη λειτουργία σειράς κατά τον 3ο ή 5ο overtone του.

Ενώ αγοράζετε υπερβολικούς κρυστάλλους μείνετε μακριά από το δίλημμα και προσδιορίστε τη συχνότητα που θέλετε, αντί της φαινομενικής θεμελιώδους συχνότητας.

Οι θεμελιώδεις κρύσταλλοι που κυμαίνονται από 500 kHz έως 20 MHz γενικά κατασκευάζονται για λειτουργία παράλληλης λειτουργίας, ωστόσο θα μπορούσε να ζητηθεί η λειτουργία της σειράς.

Για κρύσταλλους χαμηλής συχνότητας έως 1 MHz, θα μπορούσε να επιλεγεί οποιαδήποτε από τις δύο λειτουργίες. Οι κρύσταλλοι Overtone συνήθως καλύπτουν το εύρος από 15 MHz έως 150 MHz.

ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΣΕΙΡΑ ή ΑΠΕΡΙΟΔΙΚΑ ΤΑΞΙΔΙΩΤΕΣ

Οι ταλαντωτές που δεν χρησιμοποιούν ποτέ συντονισμένα κυκλώματα είναι συχνά πολύ χρήσιμοι, είτε ως «κρυστάλλινα πούλια» είτε για διαφορετικούς λόγους. Ειδικά για κρύσταλλα LF, τα συντονισμένα κυκλώματα θα μπορούσαν να είναι μάλλον τεράστια.

Από την άλλη πλευρά, συνήθως δεν είναι χωρίς τις δικές τους παγίδες. Μερικοί κρύσταλλοι είναι ευαίσθητοι σε ταλάντωση σε ανεπιθύμητους τρόπους, ειδικά οι κρύσταλλοι κοπής DT και CT που προορίζονται για ταλαντωτές χαλαζία LF.

Είναι πραγματικά καλή ιδέα να βεβαιωθείτε ότι η έξοδος βρίσκεται στη σωστή συχνότητα και δεν είναι εμφανής η «αστάθεια λειτουργίας». Η ελαχιστοποίηση των σχολίων στις υψηλότερες συχνότητες συνήθως λύνει αυτό.

Σε ειδικές περιπτώσεις, η παραπάνω θεωρία μπορεί να ξεχαστεί και ένας ταλαντωτής που διαθέτει ένα συντονισμένο κύκλωμα εφαρμόζεται ως εναλλακτική λύση (οι ταλαντωτές κρυστάλλου LF αναθεωρούνται μετά).

Κρύσταλλα

Το πρώτο κύκλωμα παρακάτω είναι ένας ταλαντωτής συνδεδεμένος με πομπούς, μια παραλλαγή του κυκλώματος Butler. Η έξοδος του κυκλώματος στο Σχ. 1 είναι βασικά ημιτονοειδές κύμα, μειώνοντας την αντίσταση του εκπομπού του Q2 αυξάνει την αρμονική έξοδο.

Ως αποτέλεσμα, ένας κρύσταλλος 100 kHz παράγει εξαιρετικές αρμονικές μέσω 30 MHz. Είναι ένα κύκλωμα λειτουργίας σειράς.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια σειρά τρανζίστορ. Για κρυστάλλους άνω των 3 MHz, συνιστώνται τρανζίστορ με προϊόν εύρους ζώνης υψηλού κέρδους. Για κρυστάλλους εντός της κατηγορίας 50 kHz έως 500 kHz, προτιμώνται τα τρανζίστορ με υψηλό κέρδος LF, όπως το 2N3565.

Επιπροσθέτως, για τους κρυστάλλους αυτής της επιλογής, ο επιτρεπόμενος διασκορπισμός είναι συνήθως χαμηλότερος από 100 μικροβατ και ο περιορισμός πλάτους μπορεί να είναι απαραίτητος.

Προτείνεται μειωμένη τάση τροφοδοσίας, σε συνδυασμό με την αποτελεσματική εκκίνηση. Η αλλαγή του κυκλώματος μέσω της συμπερίληψης διόδων όπως φαίνεται στο Σχ. 3 είναι μια πιο ευεργετική τεχνική και η αρχική αποτελεσματικότητα ενισχύεται.

Το κύκλωμα θα ταλαντευτεί στα 10 MHz χρησιμοποιώντας κατάλληλα τρανζίστορ και τιμές αντίστασης εκπομπού. Συνιστάται συνήθως ένας ρυθμιστής εκπομπού ή μια προσωρινή προσωρινή μνήμη.

Πανομοιότυπα σχόλια στα παραπάνω συνδέονται με το Σχ. 2. Σε αυτό το κύκλωμα ενσωματώνεται ένα buffer follower buffer.

Τα δύο κυκλώματα είναι κάπως ευαίσθητα στη συχνότητα και στις μεταβολές τάσης ισχύος και στις προδιαγραφές φορτίου. Συνιστάται φορτίο 1 k ή υψηλότερο.

Το TTL lC θα μπορούσε να συνδυαστεί με κυκλώματα ταλαντωτών κρυστάλλου αν και πολλά δημοσιευμένα κυκλώματα διαθέτουν τρομερή απόδοση εκκίνησης ή εμπειρία μη επαναληψιμότητας λόγω τεράστιων παραμέτρων σε lC's ,.

Το κύκλωμα στο Σχ. 4 έχει πειραματιστεί από τον συγγραφέα στην περιοχή από 1 MHz έως 18MHz και θα ενθαρρυνθεί. Πρόκειται για έναν ταλαντωτή σειριακής λειτουργίας και συμπληρώνει τους κρυστάλλους κοπής AT.

Η έξοδος είναι περίπου 3 V από κορυφή σε κορυφή, τετραγωνικό κύμα έως περίπου 5 MHz πάνω από το οποίο μετατρέπεται σε περισσότερο όμοιο με παλμούς μισού ημιτονοειδούς. Η απόδοση εκκίνησης είναι εξαιρετική, η οποία φαίνεται να είναι ως επί το πλείστον κρίσιμος παράγοντας με ταλαντωτές TTL.

ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ ΧΑΜΗΛΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ

Οι κρύσταλλοι που κυμαίνονται από 50 kHz έως 500 kHz απαιτούν διακριτικούς παράγοντες που δεν εντοπίζονται στους πιο διαδεδομένους κρυστάλλους HF που κόβονται AT ή BT.

Η παρόμοια αντίσταση σειράς είναι πολύ μεγαλύτερη και η επιτρεπόμενη απόσβεσή τους περιορίζεται σε κάτω από 100 microwatts, ιδανικά 50 microwatts ή χαμηλότερη.

Το κύκλωμα στο Σχ. 5 είναι ένας ταλαντωτής σε λειτουργία σειράς. Προσφέρει το πλεονέκτημα της μη ανάγκης συντονισμένου κυκλώματος και διαθέτει μια επιλογή εξόδου ημιτονοειδούς ή τετραγωνικού κύματος. Για κρύσταλλα εντός του φάσματος των 50-150 kHz, συνιστώνται τρανζίστορ 2N3565, παρόλο που ο εκδότης θεωρεί λογικό το BC107.

Και οι δύο ποικιλίες μπορεί να είναι κατάλληλες για κρύσταλλους που κυμαίνονται από 150 kHz έως 500 kHz. Εάν πιστεύετε ότι ο κρύσταλλος περιλαμβάνει μεγάλη ισοδύναμη αντίσταση σειράς, τότε μπορείτε να αυξήσετε την τιμή από R1 έως 270 ohms και R2 έως 3,3 k.

Για λειτουργίες τετραγωνικών κυμάτων, το C1 είναι 1 uF (ή ίσως πλάτος δίπλα ή μεγαλύτερο από αυτό). Για έξοδο ημιτονοειδούς κύματος, το C1 δεν βρίσκεται στο κύκλωμα.

Ο έλεγχος πλάτους είναι περιττός. Η έξοδος ημιτονοειδούς κύματος είναι περίπου 1 V rms, η τετραγωνική παραίτηση εξέρχεται περίπου 4 V από την κορυφή στην κορυφή.

Το κύκλωμα στο Σχ. 6 είναι στην πραγματικότητα ένας αναθεωρημένος τύπος του ταλαντωτή Colpitts, με τη συμπερίληψη της αντίστασης Rf για τη ρύθμιση της ανάδρασης. Οι πυκνωτές C1 και C2 πρέπει να ελαχιστοποιούνται μέσω υπολογισμένων μεγεθών καθώς αυξάνεται η συχνότητα.

Στα 500 kHz, οι τιμές για C1 και C2 πρέπει να είναι περίπου 100 pF και 1500 pF αντίστοιχα. Το κύκλωμα όπως έχει αποδειχθεί προσφέρει έξοδο ημιτονοειδούς κύματος χρησιμοποιώντας το δεύτερο αρμονικό περίπου 40 dB χαμηλότερο (ή υψηλότερο).

Αυτό ελαχιστοποιείται συχνά μέσω της προσεκτικής προσαρμογής των Rf και C1. Να θυμάστε ότι, στο μειωμένο ποσό, η ανατροφοδότηση είναι απαραίτητη για την επίτευξη αυτού, απαιτεί περίπου 20 δευτερόλεπτα για να επιτύχει ο ταλαντωτής πλήρη απόδοση.

Η έξοδος είναι περίπου 2 έως 3 βολτ από κορυφή σε κορυφή. Όταν χρειάζεστε έξοδο με αρμονικές, η εύκολη συμπερίληψη ενός πυκνωτή 0,1 uF πάνω από την αντίσταση του πομπού θα το επιτύχει. Η έξοδος στη συνέχεια αυξάνεται σε περίπου 5 V κορυφή σε κορυφή.

Η τάση τροφοδοσίας μπορεί να μειωθεί σε τέτοιες περιπτώσεις για να μειωθεί η εξάτμιση των κρυστάλλων. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα τρανζίστορ, αν και η μεροληψία και η ανατροφοδότηση ενδέχεται να πρέπει να τροποποιηθούν. Για κυνόδοντους κρυστάλλους που έχουν σχεδιαστεί για να ταλαντεύονται σε τρόπους εκτός από αυτούς που θα θέλατε, το κύκλωμα του Σχ. 7

Τα σχόλια διέπονται από μια βρύση κατά μήκος του φορτίου συλλέκτη του Q1. Ο περιορισμός του πλάτους είναι σημαντικός για τη διατήρηση του κρυστάλλου διασκορπισμού εντός των ορίων. Για κρυστάλλους 50 kHz, το πηνίο πρέπει να είναι 2 mH και ο συντονιστής πυκνωτής του 0,01 uF. Η έξοδος είναι περίπου 0,5 V rms, ουσιαστικά ένα ημιτονοειδές κύμα.

Συνιστάται ιδιαίτερα η χρήση ενός ρυθμιστή emitter ή ενός buffer προέλευσης.

Σε περίπτωση που χρησιμοποιείται κρύσταλλος παράλληλου τρόπου ο πυκνωτής 1000 pF που υποδεικνύεται σε σειρά με τον κρύσταλλο πρέπει να αλλάξει στην επιλεγμένη χωρητικότητα φορτίου του κρυστάλλου (συνήθως 30, 50 έως 100 pF για αυτούς τους τύπους κρυστάλλων).

ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ

Τα σχέδια στερεάς κατάστασης για τους γνωστούς κρυστάλλους HF κοπής AT τείνουν να είναι λεγεώνα. Όμως, τα αποτελέσματα δεν είναι απαραίτητα αυτό που θα περίμενε κανείς να έχει. Η πλειοψηφία των βασικών κρυστάλλων έως και 20 MHZ επιλέγεται συνήθως για παράλληλη λειτουργία.

Παρ 'όλα αυτά, αυτό το είδος κρυστάλλων μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ταλαντωτές τρόπου σειράς τοποθετώντας την επιθυμητή χωρητικότητα φορτίου σε σειρά με τον κρύσταλλο όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Οι δύο τύποι κυκλωμάτων συζητούνται παρακάτω.

Ένας καλός ταλαντωτής για εύρος 3 έως 10 MHz που δεν απαιτεί συντονισμένο κύκλωμα παρουσιάζεται στο Σχ. 8 (α). Είναι φυσικά, το ίδιο κύκλωμα με το Σχ.6. Το κύκλωμα λειτουργεί πολύ καλά έως 1 MHz όταν τα C1 και C2 είναι υψηλότερα από 470 pF και 820 pF αντίστοιχα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα 15 MHz στην περίπτωση που τα C1 και C2 μειωθούν στα 120 pF και 330 pF. αντίστοιχα.

Αυτό το κύκλωμα συνιστάται για μη κρίσιμους σκοπούς στους οποίους απαιτείται μεγάλη αρμονική έξοδος ή όχι επιλογή. Η συμπερίληψη ενός συντονισμένου κυκλώματος όπως στο 8b ελαχιστοποιεί σημαντικά την αρμονική έξοδο.

Συνιστάται συνήθως συντονισμένο κύκλωμα με ουσιαστικό Q. Σε ταλαντωτή 6 MHz, έχουμε επιτύχει τα παρακάτω αποτελέσματα. Έχοντας ένα πηνίο Q 50 το 2ο αρμονικό ήταν 35 dB σε όλη τη διαδρομή.

Έχοντας ένα Q 160, ήταν -50 dB! Το Resistor Rf θα μπορούσε να αλλάξει (αύξηση λίγο) για να το βελτιώσει. Η έξοδος αυξάνεται επιπλέον χρησιμοποιώντας ένα πηνίο υψηλής Q.

Όπως παρατηρήθηκε προηγουμένως, με μειωμένη ανατροφοδότηση απαιτείται αρκετές δεκάδες δευτερόλεπτα για την επίτευξη 100% εξόδου από την ενεργοποίηση, παρόλα αυτά, η σταθερότητα συχνότητας είναι φανταστική.

Η λειτουργία σε διαφορετικές συχνότητες μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας αποτελεσματικά τους πυκνωτές και το πηνίο.

Αυτό το κύκλωμα (Εικ. 8) θα μπορούσε επίσης να μετατραπεί σε ένα εξαιρετικά χρήσιμο VXO. Μια μικρή επαγωγή ορίζεται σε σειρά με τον κρύσταλλο και ένας από τους πυκνωτές μέσα στο κύκλωμα ανάδρασης χρησιμοποιείται ως μεταβλητός τύπος.

Ένας κοινός πυκνωτής συντονισμού πομπού 10-415 pf δύο συμμοριών θα εκτελέσει την εργασία τέλεια. Κάθε συμμορία συνδέεται παράλληλα.

Το εύρος συντονισμού καθορίζεται από τον κρύσταλλο, την επαγωγή του L1 και τη συχνότητα. Ένα μεγαλύτερο εύρος είναι γενικά προσβάσιμο χρησιμοποιώντας τους κρυστάλλους υψηλότερης συχνότητας. Η σταθερότητα είναι εξαιρετικά καλή, πλησιάζοντας εκείνη του κρυστάλλου.

ΠΟΛΛΑΠΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ VHF

Το κύκλωμα στο Σχ. 10 είναι μια τροποποιημένη έκδοση του ταλαντωτή «αντιστροφής αντίστασης». Συνήθως, εφαρμόζοντας το κύκλωμα αναστροφής σύνθετης αντίστασης, ο συλλέκτης είναι είτε μη αποσυνδεδεμένος είτε γειωμένος για RF.

Ο συλλέκτης θα μπορούσε να συντονιστεί σε δύο φορές ή 3 φορές τη συχνότητα κρυστάλλου για να ελαχιστοποιηθεί η έξοδος στη συχνότητα κρυστάλλου, προτείνεται ένα συντονισμένο κύκλωμα 2x.

ΔΕΝ ΠΡΕΠΕΙ να συντονίσετε τον συλλέκτη στη συχνότητα κρυστάλλου, διαφορετικά το κύκλωμα μπορεί να ταλαντευθεί με συχνότητα που μπορεί να είναι εκτός ελέγχου του κρυστάλλου. Πρέπει να διατηρήσετε το καλώδιο συλλέκτη πολύ μικρό και ένα προς ένα όσο μπορείτε.

Τα τελικά αποτελέσματα που χρησιμοποιούν αυτόν τον τύπο κυκλώματος ήταν υπέροχα. Σχεδόν όλες οι έξοδοι εκτός από την επιθυμητή έξοδο ήταν στα -60 dB ή υψηλότερες.

Η παραγωγή θορύβου φτάνει τουλάχιστον τα 70 dB κάτω από την επιθυμητή έξοδο. Αυτό δημιουργεί έναν εξαιρετικό ταλαντωτή μετατροπής για μετατροπείς VHF / UHF.

Πρακτικά 2 V RF μπορούν να ληφθούν στον θερμό τερματικό του L3 (το πρωτότυπο του συγγραφέα στα 30 MHz). Συνιστάται ανεπιφύλακτα μια ρυθμιζόμενη προμήθεια Zener.

Όπως επισημαίνεται στο διάγραμμα, διάφορες τιμές κυκλώματος είναι απαραίτητες για διάφορα τρανζίστορ. Τα αδέσποτα σε συγκεκριμένη δομή θα μπορούσαν επίσης να απαιτούν τροποποιήσεις. Το L1 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετακίνηση του κρυστάλλου στη συχνότητα. Μικρές τροποποιήσεις στη συχνότητα (περίπου 1 ppm) πραγματοποιούνται κατά την προσαρμογή των L2 και L3 καθώς και με χρήση παραλλαγών φορτίου. Τούτου λεχθέντος, σε πραγματικές δοκιμές, αυτά τα πράγματα θα μπορούσαν να είναι ασήμαντα.