Кварцевый генератор на "нестандартных" частотах

РадиоМир 2005 №10

Обычно в литературе кварцевые генераторы (КГ) рассматриваются работающими либо на основной частоте кварца, либо на его механических гармониках (обычно нечетных). Однако кварц, как и любой другой пьезоэлектрик, будучи твердым телом, может совершать колебания на целом ряде частот, которые зависят от его конфигурации, способа токоподвода, метода крепления, наличия микродефектов и пр. Большинство из таких частот считаются паразитными. Все известные схемы КГ на этих частотах не работают, несмотря на то, что такие частоты четко выявляются даже простейшими методами исследований. С одной стороны, это следует рассматривать как несомненное достоинство таких схем КГ, поскольку есть уверенность, что генератор будет работать либо на первой (основной) гармонике, либо на механической (нечётной). С другой стороны, это значительно ограничивает количество стабильных частот, которые можно получить с помощью данного кварца. Логично предположить, что при работе кварца на так называемых "паразитных частотах" получается примерно такая же стабильность частоты генерируемых колебаний, как и на обычно используемых (стандартных).

Рис.1 Схема кварцевого генератора

Рассмотрим в первом приближении реализацию идеи использования "скрытых" возможностей кварцев (рис.1). Если убрать кварц ZQ1 и паразитную ёмкость монтажа Сп из этой схемы, получается известная схема LC-генератора. Барьерный LC-генератор выбран только для того, чтобы амплитуда колебаний на ненагруженном кварце не была бы чрезмерной. Перестройка по частоте производится с помощью КПЕ С1. Перестройка по частоте должна осуществляться на несколько мегагерц выше и ниже частоты, обозначенной на корпусе кварца. Так, например, если на корпусе кварца написано 20 МГц, то диапазон перестройки при отсутствии ZQ1 должен быть 18. .22 МГц. Если подключить к схеме кварц и вновь попробовать перестроить частоту с помощью С1, то с помощью частотомера можно обнаружить резкое возрастание стабильности генерируемых колебаний на некоторых частотах. При этом наблюдается "захват" частоты LC-генератора кварцем, и перестройка С1 (в некоторых пределах) практически не влияет на частоту генерируемых колебаний. Пройдя весь диапазон частот за счёт изменения ёмкости С1, можно наблюдать "захват" на целом ряде частот (где наблюдается "кварцевая" стабильность частоты). Следует отметить, что "захват" частоты происходит на тех частотах, которые при обычном подходе классифицировались бы как паразитные. Например, один кварц импортного производства производил "захват" на частотах 20,168 МГц; 20,374 МГц и других, несмотря на то что на корпусе его было указано значение "20.000 MHz". Интересно, что в "классических" схемах кварцевых генераторов такой кварц работал обычным образом, генерируя на частотах, весьма близких к указанному значению 20,000 МГц. Таким образом, данный кварц в "классических" схемах будет работать только на одной частоте - 20,000 МГц, тогда как предлагаемая схема (рис.1) позволяет ему работать, как минимум, ещё на двух других частотах!

Рассматривая работу кварцев и на механических гармониках таких паразитных резонансов, мы ещё более расширим количество генерируемых частот (точнее, узких диапазонов частот), получаемых от одного кварца. В схеме на рис.1 кварц можно подключать не только к L1, но и к эмиттерам VT1, VT2. В большинстве случаев проявляются те же эффекты. Кварцы, выпущенные еще в "СССР-ные времена", часто вообще не работают на паразитных частотах, что свидетельствует об их высоком качестве (особенно это характерно для кварцев на частоту до 5...10 МГц). Большинство импортных дешёвых кварцев, используемых обычно в радиолюбительской практике, "с удовольствием" работают на частотах паразитных резонансов.

Рис.2 Подключение "кварца" одним выводом

Величина Сп, достаточная для "захвата" частоты кварцем, столь мала, что кварц можно подключить к схеме даже одним выводом (рис.2). Это дает огромную добротность используемого кварца. Такую схему можно назвать "одноточечной схемой КГ". Любые кварцы изначально предназначены для работы в классических схемах, поэтому такое включение для них, естественно, не предполагалось, и некоторые из них в предлагаемой схеме могут не работать на частотах, близких к указанной на корпусе.

Рис.3 Эквивалентная схема "одноточечного" генератора

Эквивалентная схема "одноточечного" генератора показана на рис.3.

B.APTEMEHKO, UT5UDJ, г.Киев.