수정 발진기 회로 이해

기본적인 솔리드 스테이트 크리스털 발진기 회로 구성은 오늘날 더욱 발전되어 거의 모든 회로가 Pierce, Hartley, Clapp 및 Butler 발진기와 같이 널리 알려진 진공관 시스템의 수정이며 바이폴라 및 FET 장치와 함께 작동합니다.

이러한 모든 회로는 기본적으로 설계된 목표를 충족하지만 완전히 다른 것을 요구하거나 기능을 정확하게 설명해야하는 애플리케이션이 많이 있습니다.

아래에 나열된 회로는 LF부터 VHF 범위까지 다양한 애플리케이션을위한 회로입니다. 이는 일반적으로 기존 아마추어 사용이나 책에서는 볼 수 없습니다.

기본적인 고체 수정 발진기 회로 기술은 현재 잘 확립되어 있으며, 대부분의 회로는 Pierce, Hartley, Clapp 및 Butler 발진기와 같은 잘 알려진 진공관 기술을 채택하고 있으며 양극 및 FET 장치를 모두 사용합니다.

이러한 회로는 기본적으로 의도 된 목적을 충족하지만, 다른 것을 필요로하거나 성능을 안정적으로 특성화해야하는 많은 애플리케이션이 있습니다.

여기에는 현재 아마추어 사용이나 문헌에서 일반적으로 볼 수없는 LF에서 VHF 범위까지 다양한 응용 분야에 대한 다양한 회로가 나와 있습니다.

작동 모드

거의 평가되지 않거나 단순히 간과되는 점은 수정이 병렬 공진 모드와 직렬 공진 모드에서 진동 할 수 있다는 사실입니다. 두 주파수는 약간의 차이 (일반적으로 주파수 범위에서 2-15kHz)로 분할됩니다.

직렬 공진 주파수는 병렬에 비해 주파수가 더 작습니다.

병렬 모드에서 사용하도록 설계된 특정 크리스탈은 정확한 부하 커패시턴스 (일반적으로 20,30, 50 또는 100pF)와 동일한 크기의 커패시터가 크리스탈과 직렬로 연결되는 경우 직렬 공진 회로에 적절하게 적용될 수 있습니다.

불행히도 병렬 모드 회로에서 직렬 공진 크리스탈의 작업을 반전하는 것은 불가능합니다. 직렬 모드 크리스탈은 해당 상황에서 보정 된 주파수 이상으로 진동 할 수 있으며 용량 성으로 충분히 부하를 줄 수 없습니다.

오버톤 크리스탈은 일반적으로 3, 5 또는 7 배음에서 직렬 모드로 실행되며 제조업체는 일반적으로 오버톤 주파수에서 크리스탈을 보정합니다.

병렬 모드에서 수정을 실행하고 주파수를 3 ~ 5 배 곱하면 3 배 또는 5 배음시 직렬 모드에서 정확히 동일한 수정을 작동하여 오히려 새로운 결과를 생성합니다.

배음 결정을 구매하는 동안 딜레마에서 벗어나 명백한 기본 주파수 대신 원하는 주파수를 식별하십시오.

500kHz ~ 20MHz 범위의 기본 크리스탈은 일반적으로 병렬 모드 기능을 위해 구축되지만 직렬 모드 작동이 필요할 수 있습니다.

최대 1MHz의 저주파 크리스털의 경우 두 모드 중 하나를 선택할 수 있습니다. Overtone 크리스탈은 일반적으로 15MHz ~ 150MHz 범위를 포함합니다.

넓은 범위 또는 APERIODIC OSCILLATORS

튜닝 된 회로를 전혀 사용하지 않는 오실레이터는 '크리스탈 체커'든 다른 이유로 든 매우 유용합니다. 특히 LF 크리스탈의 경우 조정 된 회로가 상당히 클 수 있습니다.

반면에 그들은 보통 자신의 함정이없는 것이 아닙니다. 일부 수정은 바람직하지 않은 모드, 특히 LF 수정 발진기를위한 DT 및 CT 컷 수정에서 진동에 취약합니다.

출력이 적절한 주파수에 있고 '모드 불안정성'이 분명하지 않은지 확인하는 것이 좋습니다. 더 높은 주파수에서 피드백을 최소화하면 일반적으로이 문제가 해결됩니다.

특별한 경우, 위의 이론은 잊혀 질 수 있고 대안으로 적용된 조정 된 회로를 가진 발진기 (LF 수정 발진기는 나중에 검토).

크리스탈 회로

아래의 첫 번째 회로는 버틀러 회로의 변형 인 이미 터 결합 발진기입니다. 그림 1의 회로 출력은 기본적으로 정현파로 Q2의 이미 터 저항을 감소 시키면 고조파 출력이 증가합니다.

결과적으로 100kHz 크리스탈은 30MHz를 통해 우수한 고조파를 생성합니다. 직렬 모드 회로입니다.

다양한 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 3MHz 이상의 크리스털의 경우 이득 대역폭이 높은 제품을 사용하는 것이 좋습니다. 50kHz ~ 500kHz 범위 내의 크리스탈의 경우 2N3565와 같이 LF 이득이 높은 트랜지스터가 선호됩니다.

또한이 선택 범위 내의 크리스털의 경우 허용 손실은 일반적으로 100 마이크로 와트 미만이며 진폭 제한이 필수적 일 수 있습니다.

효율적인 시동과 함께 공급 전압 감소가 제안됩니다. 그림 3과 같이 다이오드를 포함하여 회로를 변경하는 것이보다 유익한 기술이며 시동 효율이 향상됩니다.

회로는 적절한 트랜지스터와 이미 터 저항 값을 사용하여 최대 10MHz에서 발진합니다. 일반적으로 이미 터 팔로워 또는 소스 팔로워 버퍼가 권장됩니다.

위와 동일한 주석이 그림 2와 연결됩니다. 이미 터 팔로워 버퍼가이 회로에 통합되어 있습니다.

두 회로는 주파수와 전력 전압 변동 및 부하 사양에 다소 민감합니다. 1k 이상의 부하를 권장합니다.

TTL lC는 수정 발진기 회로와 결합 될 수 있지만 수많은 공개 된 회로가 끔찍한 시작 효율을 가지고 있거나 lC의 방대한 매개 변수로 인해 반복되지 않는 경험을 경험합니다.

그림 4의 회로는 저자가 1MHz ~ 18MHz 범위에서 실험했으며 권장 될 것입니다. 이것은 직렬 모드 발진기이며 AT-cut 크리스탈을 보완합니다.

출력은 약 3V 피크 대 피크, 최대 약 5MHz의 구형파이며 이는 하프 사인 펄스와 더 유사하게 변합니다. 시작 효율은 탁월하며 TTL 발진기에서 가장 중요한 요소 인 것으로 보입니다.

저주파 크리스탈 오실레이터

50 kHz ~ 500 kHz 범위 내의 크리스탈은 더 널리 사용되는 AT 또는 BT 컷 HF 크리스탈에서 발견되지 않는 독특한 요소를 필요로합니다.

유사한 직렬 저항은 훨씬 더 크고 허용 손실은 100 마이크로 와트 미만, 이상적으로는 50 마이크로 와트 이하로 제한됩니다.

그림 5의 회로는 직렬 모드 발진기입니다. 튜닝 된 회로가 필요하지 않은 이점을 제공하며 사인파 또는 구형파 출력을 선택할 수 있습니다. 게시자가 BC107이 합리적이라고 판단하더라도 50-150kHz 스펙트럼 내의 크리스털의 경우 2N3565 트랜지스터를 사용하는 것이 좋습니다.

두 가지 모두 150kHz ~ 500kHz 범위의 크리스탈에 적합 할 수 있습니다. 크리스탈에 큰 등가 직렬 저항이 포함되어 있다고 생각하면 R1의 값을 270ohm으로, R2의 값을 3.3k로 늘릴 수 있습니다.

구형파 연산의 경우 C1은 1uF (또는 그와 함께 또는 그보다 큰 크기)입니다. 사인파 출력의 경우 C1은 회로에 없습니다.

진폭 제어는 불필요합니다. 사인파 출력은 약 1V rms이고, 사각 파형 출력은 약 4V 피크 대 피크입니다.

그림 6의 회로는 실제로 피드백을 조절하기 위해 저항 Rf를 포함하는 수정 된 유형의 Colpitts 발진기입니다. 커패시터 C1 및 C2는 주파수가 증가함에 따라 계산 된 크기를 통해 최소화되어야합니다.

500kHz에서 C1 및 C2의 값은 그에 따라 약 100pF 및 1500pF 여야합니다. 입증 된 회로는 약 40dB 더 낮은 (또는 더 높은) 두 번째 고조파를 사용하여 사인파 출력을 제공합니다.

이것은 종종 Rf 및 C1의 신중한 조정을 통해 최소화됩니다. 감소 된 양에서이를 달성하기 위해서는 피드백이 필수적이며, 오실레이터가 최대 출력을 얻기 위해서는 약 20 초가 필요합니다.

출력은 약 2 ~ 3V 피크 투 피크입니다. 고조파가로드 된 출력이 필요한 경우 이미 터 저항에 0.1uF 커패시터를 쉽게 포함하면이를 달성 할 수 있습니다. 출력은 이후 피크에서 피크로 약 5V까지 증가합니다.

이러한 경우 크리스탈 손실을 줄이기 위해 전원 공급 장치 전압을 낮출 수 있습니다. 바이어스와 피드백을 조정해야 할 수도 있지만 다른 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 원하는 모드 이외의 모드에서 진동하도록 설계된 캔 탱커 크리스탈의 경우 그림 7의 회로가 강력하게 제안되었습니다.

피드백은 Q1의 컬렉터 부하를 따라 탭으로 제어됩니다. 진폭 제한은 경계 내부의 크리스탈 소실을 유지하는 데 중요합니다. 50kHz 크리스털의 경우 코일은 2mH이고 공진 커패시터는 0.01uF 여야합니다. 출력은 약 0.5V rms이며 기본적으로 사인파입니다.

이미 터 팔로어 또는 소스 팔로어 버퍼를 사용하는 것이 좋습니다.

병렬 모드 크리스털을 사용하는 경우 크리스털과 직렬로 표시된 1000pF 커패시터를 크리스털의 선택된 부하 커패시턴스 (일반적으로 이러한 유형의 크리스털에 대해 30, 50 ~ 100pF)로 변경해야합니다.

HF 크리스탈 오실레이터 회로

잘 알려진 AT-cut HF 크리스탈의 솔리드 스테이트 디자인은 군단적인 경향이 있습니다. 그러나 결과가 반드시 예상되는 결과는 아닙니다. 최대 20MHZ의 필수 크리스탈 대부분은 일반적으로 병렬 모드 기능을 위해 선택됩니다.

그럼에도 불구하고 이러한 종류의 수정은 앞서 언급 한 수정과 직렬로 원하는 부하 커패시턴스를 배치함으로써 직렬 모드 발진기에서 사용할 수 있습니다. 두 가지 유형의 회로는 아래에서 설명합니다.

튜닝 된 회로가 필요하지 않은 3 ~ 10MHz 범위의 우수한 발진기가 그림 8 (a)에 나와 있습니다. 당연히 그림 6과 같은 회로입니다. 회로는 C1과 C2가 각각 470pF 및 820pF보다 높을 때 1MHz까지 매우 잘 작동합니다. C1 및 C2가 120pF 및 330pF로 감소하는 경우 15MHz로 활용 될 수 있습니다. 각기.

이 회로는 큰 고조파 출력이 필요하거나 옵션이 아닌 중요하지 않은 목적으로 권장됩니다. 8b에서와 같이 튜닝 된 회로를 포함하면 고조파 출력이 크게 최소화됩니다.

일반적으로 상당한 Q를 갖는 튜닝 된 회로가 권장됩니다. 6MHz 발진기에서 우리는 다음과 같은 결과를 얻었습니다. 코일 Q가 50 일 때 2 차 고조파는 완전히 내려 가면 35dB입니다.

Q가 160 인 경우 -50dB였습니다! 저항 Rf는이를 향상시키기 위해 변경 (약간 증가) 할 수 있습니다. 출력은 높은 Q 코일을 사용하여 추가로 증가합니다.

이전에 관찰했듯이 피드백이 감소하면 전원을 켤 때 100 % 출력을 달성하는 데 수십 초가 걸리지 만 주파수 안정성은 환상적입니다.

커패시터와 코일을 효과적으로 조정하면 서로 다른 주파수에서 작동 할 수 있습니다.

이 회로 (그림 8)는 매우 유용한 VXO로 변경 될 수도 있습니다. 작은 인덕턴스는 크리스탈과 직렬로 정의되며 피드백 회로 내의 커패시터 중 하나가 가변 유형으로 사용됩니다.

일반적인 2-gang 10-415 pF 송신기 튜닝 커패시터는 작업을 완벽하게 수행합니다. 각 갱은 병렬로 연결됩니다.

튜닝 범위는 크리스탈, L1의 인덕턴스 및 주파수에 의해 결정됩니다. 더 큰 범위는 일반적으로 고주파 크리스탈을 사용하여 액세스 할 수 있습니다. 안정성이 매우 좋아 크리스탈에 가까워집니다.

VHF 오실레이터 멀티 플라이어

그림 10의 회로는 '임피던스 반전'배음 발진기의 수정 된 버전입니다. 일반적으로 임피던스 반전 회로를 적용하면 컬렉터는 조정되지 않거나 RF에 대해 접지됩니다.

콜렉터는 수정 주파수에서 출력을 최소화하기 위해 수정 주파수의 2 배 또는 3 배로 조정될 수 있으며, 2x 조정 회로가 제안됩니다.

절대로 콜렉터를 크리스털 주파수에 맞추면 안됩니다. 그렇지 않으면 회로가 크리스털의 제어를 벗어난 주파수로 진동 할 수 있습니다. 수집기 리드는 최대한 작게 유지하고 일대일로 유지해야합니다.

이러한 유형의 회로를 사용한 최종 결과는 훌륭했습니다. 원하는 출력을 제외한 거의 모든 출력이 -60dB 이상이었습니다.

노이즈 생성은 원하는 출력에서 ​​최소 70dB에 도달합니다. 이것은 VHF / UHF 컨버터를위한 뛰어난 변환 발진기를 생성합니다.

L3의 핫 터미널 (저자 원본 30MHz)에서 실제로 2V의 RF를 얻을 수 있습니다. 제너 규제 공급을 강력히 권장합니다.

다이어그램에서 지적했듯이 다양한 회로 값은 다양한 트랜지스터에 필수적입니다. 특정 구조의 스트레이도 수정이 필요할 수 있습니다. L1은 크리스탈을 주파수로 이동하는 데 사용할 수 있습니다. L2 및 L3을 조정하고 부하 변동을 사용하는 동안 주파수 (약 1ppm)가 약간 수정됩니다. 실제 테스트에서는 이러한 것들이 중요하지 않을 수 있습니다.