Перестраиваемый генератор с керамическим резонатором

Расширение диапазона плавной перестройки частоты генератора посредством замены кварца керамическим резонатором

Керамические резонаторы мало чем отличаются от своих кварцевых собратьев. Физическое различие заключается лишь в том, что в одних используется явление механического резонанса кварцевого кристалла, а в других – резонанс пьезоэлектрической керамической пластины, слепленной в гончарной мастерской из глины и валяющихся под ногами толчёных минералов.
По параметру стабильности частоты керамика занимает промежуточное место между LC колебательными контурами и кварцевыми резонаторами, но значительно дешевле последних и имеет меньшие габаритные размеры.

Эквивалентная схема керамического резонатора является полным аналогом общепринятой схемы кварцевого резонатора, рассмотренной нами на странице – (Ссылка на страницу).

Поскольку добротность керамического резонатора примерно на порядок (в 10 раз) ниже, чем у кварца, примерно в такое же количества раз можно увеличить и полосу перестройки генератора построенного на керамике.

С докладом о проделанной работе выступил на странице сайта http://www.srr-moscow.narod.ru почётный член общества московских радиолюбителей Михаил Никитин (RV3AIJ):

ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР С КЕРАМИЧЕСКИМ РЕЗОНАТОРОМ.

Перестраиваемый переменным конденсатором генератор с керамическим резонатором обеспечивает довольно высокую стабильность частоты и диапазон перестройки по частоте от 20 кГц для резонатора на 2 МГц до 95 кГц для резонатора на 12 МГц.

.

Для определения возможного диапазона перестройки по частоте использовалась схема генератора на биполярном транзисторе КТ3102Д, включённого по схеме с общим эмиттером, и керамические резонаторы с тремя выводами на 2, 4, 6, 8, 10 и 12 МГц серии ZTT. Эти резонаторы имеют два встроенных конденсатора по 30 пФ, как показано на схеме слева. Керамический резонатор включён между коллектором и базой транзистора. Данная схема аналогична схеме генератора на инверторе (усилитель с общим эмиттером является инвертирующим усилителем), где роль инвертора находящегося в линейном режиме выполняет транзистор T1 и резисторы R1 и R2. Для перестройки генератора по частоте использовался переменный конденсатор с твёрдым диэлектриком КП-180. Конденсатор можно включать, как между коллектором T1 и общим проводом, так и между базой и общим проводом.

При этом включение в коллектор даёт примерно в два раза меньший диапазон перестройки по частоте.
На транзисторе T2 собран эмиттерный повторитель для развязки генератора и нагрузки на резисторе R4.
Схема запитывалась стабилизированным напряжением 5В. Полученные результаты представлены в следующей таблице.

№ п.п.	Резонатор	Диапазон перестройки, кГц	∆F, кГц	Uвыходное, В
1	2 МГц	1973,9…1994,3	20,4	0,690…0,674
2	4 МГц	3900,9…3953,9	53,0	0,486…0,470
3	6 МГц	5903,0…5958,1	55,1	0,338…0,326
4	8 МГц	7846,3…7930,1	83,8	0,257…0,244
5	8 МГц	7830,7…7913,8	83,1	0,250…0,238
6	8 МГц	7856,4…7943,1	86,7	0,257…0,238
7	8 МГц	7844,9…7930,4	85,5	0,250…0,238
8	8 МГц	7875,7…7958,8	83,1	0,250…0,238
9	10 МГц	9843,1…9937,8	94,7	0,181…0,175
10	12 МГц	11818,8…11914,7	95,9	0,131…0,119

∆F – ширина диапазона перестройки,
Uвыходное – амплитудное значение напряжения на резисторе R4.

Получилась простая схема ГПД не содержащая катушек индуктивности.
Настройка схемы состоит в установке на коллекторе VT1 постоянного напряжения равного половине напряжения питания подбором величины резистора R1 при отключённом резонаторе. Режим эмиттерного повторителя устанавливается автоматически.

Стабильность частоты для генератора собранного на макетной плате составила, для резонатора на 2 МГц - +/- 1 Гц, а для резонатора на 12 МГц – +/- 30 Гц. Для резонаторов на 8 МГц – находилась в диапазоне +/- 3…15 Гц.
Оценка стабильности проводилась через 5 минут после смены резонатора, резонатор вставлялся в панель (без пайки).
Макетная плата не была защищена от воздушных потоков и электромагнитных наводок.

Искажений формы синусоиды на экране осциллографа для частот от 6 до 12 МГц не видно. Для частоты 4 МГц заметно искажение вершины отрицательной полуволны, а для частоты 2 МГц имеется искажение отрицательной полуволны.
Ширина диапазона перестройки достаточна для построения супергетеродинного радиоприёмника или трансивера с перекрытием CW или SSB участков любительских диапазонов при соответствующем выборе промежуточной частоты с кварцевым фильтром.

Эксперименты, проведённые с генератором на трёхвыводном пьезокерамическом резонаторе, показали возможность получения широкого диапазона перестройки его по частоте. Но для использования его как гетеродина необходима большая амплитуда выходного сигнала и её постоянство в пределах диапазона перестройки гетеродина.
Этого можно достигнуть, если использовать для построения генератора цифровую микросхему, на выходе которой будет меандр с постоянной амплитудой, а затем фильтром нижних частот выделить первую гармонику.

На первом элементе микросхемы DD1 собран генератор по стандартной схеме с пьезокерамическим резонатором ZQ1 в цепи ОС, перестраиваемый по частоте переменным конденсатором C1 КП-180.
Второй элемент ИМС используется в качестве буферного элемента и два оставшихся элемента DD1 соединены параллельно для увеличения нагру- зочной способности гетеродина.

При необходимости выделения из меандра колебаний синусоидальной формы, к выходным элементам микросхемы следует подключить фильтр нижних частот, рассчитанный на частоту среза, равную частоте первой гармоники, и волновое сопротивление 220 Ом.