Объяснение кварцевых генераторов

Мы много читали об генераторах, но кварцевые генераторы кажутся некоторой загадкой. В книгах для хобби обычно говорится: постройте вот такую ​​схему, а затем возитесь с ней, пока она не начнет колебаться. Инженерные тексты, как правило, рассказывают о коэффициентах усиления контура, но не очень ясно описывают практику. Статья [схемный дайджест], продолжающая серию статей об генераторах, дает хорошее практическое рассмотрение этой темы.

Кристаллы созданы так, чтобы иметь собственную резонансную частоту и при правильном возбуждении будут колебаться на этой частоте или кратной ей. Хитрость, конечно, в том, чтобы найти подходящее возбуждение.

Пост начинается с базовой модели кристалла, имеющего последовательную емкость и индуктивность, а также сопротивление. Также имеется шунтирующий или параллельный конденсатор. Когда вы заказываете кристалл, вы указываете, хотите ли вы, чтобы резонансная частота была в последовательном или параллельном режиме, то есть какой из конденсаторов в модели вы хотите резонировать с индуктором, чтобы модель имела реальное практическое применение.

Применив к модели обычную формулу для резонанса, вы увидите, что есть ноль и пик, соответствующие двум точкам резонанса. Провал — это последовательная частота, а пик — параллельная. На самом деле вы можете увидеть след настоящего кристалла в недавнем посте, который мы сделали об Analog Discovery 2. Он довольно хорошо соответствует математическим расчетам, как вы можете видеть справа.

Вы можете задаться вопросом, можно ли отказаться от кристалла и просто использовать компоненты модели. Теоретически да. Но добротность — отношение реактивного сопротивления к сопротивлению — будет намного ниже, чем у кристалла. Кристалл также более стабилен, чем обычные резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, поэтому они находят применение там, где вам нужна фактическая точная частота. Высокая добротность делает кристаллы полезными и в узкополосных фильтрах.

Существует несколько распространенных архитектур генераторов, и типичная процедура проектирования состоит в том, чтобы начать с одной и вычислить необходимые значения. В посте рассматривается осциллятор Колпитса. Обычно вы можете определить генератор Колпитца, помня, что он начинается с буквы C, а петля обратной связи имеет разделенный конденсатор (в отличие от отводной катушки индуктивности). В посте также рассматривается генератор Пирса и несколько цифровых генераторов. Однако в статье не рассматриваются фактические проектные расчеты. Тем не менее, это все еще много хорошей информации. Если вы можете сместить инвертирующий усилитель, все будет в порядке.

Вы можете проверить кристалл, подав в него резонансную частоту. Мы также видели, как СДР вводились в эксплуатацию для тестирования.