Шпионские штучки

Подробное рассмотрение конструктивных особенностей, механических свойств и электрических параметров кварцевых резонаторов выходит за рамки данной книги. Дополнительную информацию заинтересованный читатель найдет в специализированной литературе и в сети Интернет. Поэтому далее приводится весьма краткая информация, касающаяся особенностей функционирования кварцевых резонаторов в транзисторных ВЧ-генераторах миниатюрных радиопередатчиков.

Кварцевый резонатор, включенный в электрическую цепь, можно представить в виде последовательного колебательного контура, в состав которого входят эквивалентная индуктивность пластины L_ЭКВ, ее эквивалентная емкость С_ЭКВ, а также сопротивление потерь R_ЭКВ. Эта цепочка образует так называемую динамическую ветвь. Поскольку кварцевая пластина установлена в специальном держателе, обладающем определенной статической емкостью С0, в состав эквивалентной схемы параллельно последовательному контуру следует включить и эту емкость, которая образует так называемую статическую ветвь. Эквивалентная схема кварцевого резонатора приведена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Эквивалентная схема кварцевого резонатора определяет наличие двух резонансных частот. Первая из них представляет собой резонансную частоту последовательного колебательного контура (частота последовательного резонанса), значение которой рассчитывается на основании параметров входящих в его состав элементов и практически совпадает с частотой механического резонанса пластины. Наличие емкости, подключенной параллельно динамической ветви, приводит к появлению резонансной частоты параллельного колебательного контура (частота параллельного резонанса), которая выше частоты последовательного резонанса.

На частотах ниже частоты последовательного резонанса сопротивление контура имеет емкостной характер, поскольку ток контура опережает напряжение. Непосредственно на частоте последовательного резонанса сопротивление контура минимально, а ток и напряжение совпадают по фазе. На частотах, находящихся между частотами последовательного и параллельного резонансов, сопротивление эквивалентного контура имеет индуктивный характер. В результате в параллельном контуре, образованном этой индуктивностью и емкостью статической ветви, возникает параллельный резонанс на соответствующей частоте. При этом общее сопротивление контура максимально, а ток и напряжение совпадают по фазе.

На основании рассмотренных особенностей эквивалентной схемы кварцевого резонатора можно сделать вывод о том, что возможны несколько вариантов его применения в транзисторных ВЧ-генераторах малогабаритных радиопередающих устройств.

Во-первых, схемотехническое решение высокочастотного генератора может быть основано на использовании кварцевого резонатора в качестве элемента с индуктивным сопротивлением в составе резонансного контура. Обычно в таких генераторах, выполненных по трехточечной схеме и часто называемых осцилляторными, кварцевый резонатор применяется в качестве одного из реактивных сопротивлений трехточки. При этом в емкостной трехточке кварцевый резонатор включается между коллектором и базой транзистора, а в индуктивной трехточке – либо между эмиттером и базой, либо между эмиттером и коллектором транзистора активного элемента.

Во-вторых, схемотехническое решение высокочастотного генератора может быть основано на использовании кварцевого резонатора в качестве последовательного резонансного контура. В таких генераторах, часто называемых генераторами последовательного резонанса, кварцевый резонатор включается в цепь положительной обратной связи, а его эквивалентное сопротивление имеет активный характер.

В-третьих, кварцевый резонатор может быть подключен параллельно резонансному контуру генератора. В таких схемах, часто называемых схемами с затягиванием, образуется система из двух взаимно связанных контуров. Одним из этих контуров является кварцевый резонатор, который должен работать на частоте параллельного резонатора. Следует признать, что схемотехнические решения, основанные на схемах с затягиванием, применяются сравнительно редко.

Некоторые специалисты выделяют в отдельную группу кварцевые генераторы, в которых частота генерации представляет собой одну из нечетных гармоник частоты кварцевого резонатора. Чаще всего это третья или пятая гармоника, однако иногда могут использоваться 15-я и даже 21-я гармоники. Такие генераторы называют гармониковыми.