Генераторы первой гармоники

В схеме генератора Пирса, приведенной на рис. 16, кварцевый резонатор вместе с конденсаторами CS и C1 образует последовательный колебательный контур с последовательно включенной емкостью:

Колебательный контур возбуждается со стороны коллектора. Если исходить из того, что ток в колебательном контуре больше, чем ток возбуждения, то на конденсаторах C1 и CS присутствуют противофазные сигналы. Вследствие этого возникает положительная обратная связь.

В качестве усилителя в настоящее время чаще всего применяются инверторы на КМОП транзисторах. Такая схема представлена на рис. 17. Она нуждается не только в небольшом количестве комплектующих изделий, но и минимально демпфирует кварцевый резонатор из-за высокого входного сопротивления. Резистором устанавливается рабочая точка на уровне Ue = Ua ≈ 1/2Ub. Он может быть очень высокоомным, так как практически никакого входного тока транзисторы не потребляют.

Рисунок 16 - Генератор Пирса с усилителем по схеме с общим эмиттером	Рисунок 17 - Генератор Пирса на КМОП инверторе в качестве усилителя	Рисунок 18 - Генератор на основе мультивибратора с эмиттерной связью

Кварцевый генератор по схеме рис. 18 работает так же, как мультивибратор с эмиттерной связью . Глубину положительной обратной связи можно устанавливать, изменяя крутизну транзисторов с помощью резисторов в цепях эмиттеров. Сопротивления резисторов выбирают настолько большими, чтобы схема еще уверенно генерировала, но не слишком сильно перегружалась. Тогда разница выходных напряжений и, следовательно, ток через кварцевый резонатор будут приблизительно синусоидальными. Соответствующая автоматическая регулировка усиления используется, например, в интегральной микросхеме MC12061.

Генераторы гармоник

Кварцевые резонаторы для частот свыше 30 МГц трудно реализуемы. Если возникает необходимость в генерации высоких частот со стабильностью, соответствующей кварцевым генераторам, могут использоваться либо LC-генераторы с ФАПЧ с низкочастотными стабильными кварцевыми резонаторами, либо схемы с кварцевыми резонаторами, работающими на высших гармониках. Если рассмотреть представленную на рис. 20 зависимость реактивного сопротивления кварцевого резонатора от частоты, то очевидно, что она обладает частными гармониками резонанса. Тем не менее, для работы кварцевого резонатора на высших гармониках рассмотренные схемы не предназначены. Чтобы возбуждать кварц на гармониках, необходим усилитель, коэффициент усиления которого вблизи желаемой частоты был бы максимальным. Этого можно достичь применением дополнительного LC_колебательного контура.

Рисунок 20 - Типичная частотная зависимость комплексного сопротивления кварцевых резонаторов

Если ввести кварцевый резонатор в цепь положительной обратной связи в схему генератора Хартлея , получается схема, представленная на рис. 21. LC_колебательный контур настраивается на желаемую гармонику. Тогда для этой частоты коэффициент усиления окажется наибольшим, и кварцевый резонатор будет возбуждаться соответствующей гармоникой. Схема модифицированного генератора Колпитца (см. рис..9) представлена на рис. 22. Генератор гармоник, охваченный отрицательной обратной связью по цепи эмиттера, может быть собран согласно представленному на рис. 10. Аналогичный генератор с кварцевым резонатором в цепи положительной обратной связи показан на рис. 23. На частоте резонанса LC_колебательный контур взаимодействует по цепи положительной обратной связи с желаемыми гармониками кварцевого резонатора. Самая простая реализация необходимого высокочастотного усилителя получается при использовании элемента ЭСЛ. В первую очередь, для этого пригоден приемник с линии, так как у него опорный потенциал по отношению к VBB управляется извне.

Рисунок 21 - Схема генератора Хартлея с кварцевым резонатором	Рисунок 22 - Схема генератора Колпитца с кварцевым резонатором	Рисунок 23 - Генератор с эмиттерной обратной связью и кварцевой стабилизацией частоты

Если колебательный контур подключен, как показано на рис. 23, режим усилителя

соответствует оптимальной рабочей точке. Конденсатор C1 служит коротким замыканием для VBB лишь на высоких частотах. Выходное напряжение в первом приближении имеет синусоидальную форму. Если нужна прямоугольная форма ЭСЛ-сигнала, то в дальнейшем необходимо использовать приемник с линии в режиме переключения.