Відомо, що стабілізуючі властивості кварцового резонатора найбільш повно реалізуються, якщо він порушується на частоті послідовного резонансу. Автору вдалося розробити генератор із кварцовою стабілізацією частоти, самозбуджується на частоті послідовного резонансу і практично не потребує налагодження.
За основу був узятий відомий генератор, в якому кварцовий резонатор включений між емітером пов'язаних транзисторних каскадів. Його спрощена схема (без ланцюгів зсуву транзисторів) показана на рис. 1. Транзистор VT1 включений за схемою з загальною базою, а VT2 - із загальним колектором (емітерний повторювач). Як відомо, вихідний опір емітерного повторювача і вхідна - каскаду з загальною базою досить невеликі, тому кварцовий резонатор виявляється включеним між двома малими і майже активними опорами. У цих умовах він пропускає сигнал, замикаючи кільце зворотного зв'язку, тільки на частоті свого послідовного резонансу, де його опір мінімально.
Для самозбудження генератора необхідно дотримання балансів амплітуди і фази. Перший полягає в тому, щоб добуток коефіцієнтів передачі всіх ланок в колі зворотного зв'язку було трохи більше одиниці. Якщо воно менше цієї величини, генератор не самовозбудится, а якщо значно більше - перевозбудится, в результаті чого погіршаться стабільність частоти і форма сигналу (з-за заходження в нелінійну область характеристик транзисторів).
Баланс фаз полягає в тому, щоб набіг фази в кільці дорівнює або 0, або 360°. В іншому випадку додатковий набіг фази повинен буде компенсувати резонатор, і відповідно з фазовою характеристикою останнього генератор самовозбудится не точно на резонансній частоті, а трохи в стороні. І що саме неприємне, це зміщення частоти буде залежати від режиму, температури та інших дестабілізуючих факторів. До речі, зсув частоти з-за тим расфазировки менше, чим вище добротність резонатора і відповідно крутіше його фазова характеристика. Тому і рекомендують застосовувати высокодобротные резонатори.
Виконати ці умови у пропонованому генераторі допомагає ланцюг R3C1, служить для зв'язку підсилювального каскаду (VT1) з эмиттерным повторювачем (VT2). Небажання використовувати в якості навантаження підсилювача коливальний контур призвело до того, що посилена напруга виділяється швидше не на активному опорі навантаження R1, а на ємнісному опорі колекторного переходу. Місце включення ємності колектора і монтажу Ск показано на рис. 1 штриховий лінією. Ці ємності діють подібно інтегруючої ланцюга, створюючи відставання фазі майже на 90°. Дифференцирующая ж ланцюг R3C1 створює випередження по фазі на такий же кут, в результаті повний зсув фази в кільці виявляється близьким до нульового. Зменшуючи ємність С1, можна зменшити і коефіцієнт передачі, усунувши таким чином перезбудження. Вихідний сигнал зручно знімати з резистора R4, включеного в колекторних ланцюг транзистора VT2 емітерного повторювача. З-за його високого вихідного опору вплив каскадів на роботу генератора виявляється незначним.
Експерименти з описуваним генератором показали, що він дуже самовозбуждается легко, налагодження практично не вимагає, до номіналах деталей і типу транзисторів абсолютно некритичний. Природно, що генерує він на основний частоті послідовного резонансу кварцового резонатора. Однак для УКХ гетеродинов і передавачів гарні гармониковые генератори, що виробляють коливання потроєною або навіть упятеренной частоти резонатора (до речі, і добротність останнього на гармоніках значно вище). Постало питання, чи не можна змусити цей генератор порушуватися на третій гармоніці кварцу? Виявилося, що, навіть незважаючи на відсутність коливальних контурів, можна! Для цього потрібно взяти СВЧ транзистори з високою граничною частотою (не нижче 300...500 МГц) і зменшити до мінімуму опір навантаження R1 і ємність розділового конденсатора С1. Умови самозбудження для третьої гармоніки виходять при це краще, ніж для першої.
Практична схема генератора показана на рис. 2
Режими транзисторів по постійному струму визначають дільники R1R2 і R8R9 в базових ланцюгах. Колекторний струм залежить від опорів резисторів R4 і R11 і дорівнює в даному випадку приблизно 4 мА, а загальний струм, споживаний генератором, - 8 мА. Підбору режимів не потрібно. Напруга живлення 9 В бажано стабілізувати.
Автор використав у генераторі широко поширені малогабаритні кварцові резонатори в металевому корпусі від радіостанцій Сі-Бі діапазону 27 МГц. Їх Частота основного резонансу - близько 9 МГц, але на корпусі вказана частота третьої гармоніки. З досить великої партії резонаторів лише кілька (приблизно 5 %) мали недостатню активність для самозбудження цього генератора. Для регулювання частоти в невеликих межах послідовно з кварцовим резонатором BQ1 включена варикапная матриця VD1. При зміні керуючого напруги Uупр від 0 до 9 В частота змінювалася на 700 Гц. З урахуванням подальшого множення частоти (а девіація збільшується в стільки ж разів) цього цілком достатньо для вузькосмугової ЧС в УКВ діапазонах. Якщо модуляція або дистанційна коригування частоти генератора управляючим напругою не потрібно, елементи VD1, R5-R7, С4 і С5 можна виключити (правий - за схемою - висновок резонатора в цьому випадку підключають безпосередньо до емітера VT2). В невеликих межах частоту можна коригувати також підлаштування конденсатором, включеним послідовно з кварцовим резонатором BQ1.
Налагодження генератора зводиться до зміни ємності конденсатори підлаштування С2 для отримання стійкого самозбудження на третій гармоніці. При його недостатньої ємності генерація зривається зовсім, а при надмірній може статися "перескок" на першу гармоніку. Вихідна напруга - близько 0,5 Ст. Його зручно контролювати високочастотним осцилографом, приєднаним до виходу генератора.
Автор: Володимир Поляков (RA3AAE)