Схема кварцевого генератора с перестраиваемой частотой

Расширение диапазона плавной перестройки частоты генератора с несколькими частотозадающими кварцевыми резонаторами в цепи обратной связи

Сверхзадача по "утягиванию" частоты колебаний кварцевого генератора подальше от основной частоты резонанса занимает пытливые умы радиолюбителей давно и пронзительно. Причём ни появление на свет синтезаторов частот с ФАПЧ, ни проклёвывание широкополосных цифровых DDS синтезаторов – никакого влияния на этот маниакальную мечту ровным счётом не оказали.
Может это извращение сродни сексуальному и связано с проявлением психической болезни?
Едва ли. Скорее это стремление к простоте, которая, как известно, не только хуже воровства, но и – есть необходимое условие прекрасного.

Наиболее далеко в этом вопросе продвинулись японские инженеры, которые отличились в далёком 1980 году применением в генераторе вместо одного – двух идентичных, включённых параллельно кварцевых резонаторов. Схема была предложена JA0AS (Mr. Shimizu) и JH1FCZ (Mr. Okubo) и скромно названа авторами "Super VXO" (Кварцевый супергенератор).
Вот, что пишет про работу предлагаемого супергенератора ещё один японский самурай Minowa Makoto, 7N3WVM:

Рис.1

«Подобное включение резонаторов позволяет осуществлять подстройку частоты генератора в гораздо больших пределах, чем однокварцевые схемы. Так, согласно моим экспериментам для резонаторов на частоту 10,15 МГц этот диапазон составляет около 40 КГц, а для 13 МГц кварцев - около 90 КГц (!). Вот результаты моих экспериментов: 1. Два кварца на частоту 10.15 МГц, дроссель на 15 мкГн, переменный конденсатор на 20 пф. При этих параметрах генератор работал в диапазоне 10.10 - 10.14 МГц. С таким генератором я сделал приемник прямого преобразования на диапазон 30 м.

Частота очень стабильна. Использовался транзистор 2SC1815 с верхней граничной частотой 80 МГц.
2. Два кварца на частоту 13 МГц, катушка индуктивности VXO-50 (7... 11 мкГн), переменный конденсатор на 30 пф. Полученный диапазон перестройки 12.91...13.00 MГц. Транзистор тот же. Катушка VXO-50 – фирменная, разработана специально для VXO на 6 метров и имеет небольшой температурный коэффициент.

Так же этот генератор был применен мною в QRP передатчике на 6 м. При частоте кварцев 11.2735 МГц и после утроения он перекрывал диапазон 50.00...50.27 МГц (270 КГц !).

Частотный диапазон перестройки указанного генератора может быть шире, но стабильность его становится хуже с увеличением индуктивности. JH1FCZ рекомендует в своей книге придерживаться изменения частоты в пределах 0.5% от номинальной частоты, т.е. для 10 МГц – это 50 КГц.

Мною были испробованы катушки индуктивности различной конструкции, и как показала практика – лучше работают катушки больших размеров. При перестройке частоты возможны внезапные провалы частоты, это можно устранить включением параллельно индуктивности резистора сопротивлением 10-30 ком.

Стабильность частоты во многом зависит от температурного коэффициента использованного материала сердечника катушки индуктивности. Поэтому лучше использовать катушки без сердечника».

Ещё дальше пошёл отечественный умелец, автор книги "Азбука УКВ. Как построить трансивер" Г.А. Тяпичев, который провёл ряд экспериментов с вышеописанной схемой, в которых использовалось параллельное подключение уже нескольких кварцев. Припадём к источнику:

Рис.2

«Экспериментальный вариант схемы приведён на Рис.2. Здесь показано, что параллельно кварцу Z1 могут быть подключены точно такие же по номиналу кварцы (Z1a, Z16 и Z1в), изготовленные одним и тем же предприятием. Катушка L1 должна быть подобрана именно для примененного в данный момент кварца Z1. К нижнему по схеме выводу катушки L1 подсоединены четыре конденсатора постоянной емкости (С1а, С1б и С1в), которые могут поочередно подключаться на землю.

Проведём измерения с целью определить влияние количества подключенных параллельно одинаковых кварцев на ширину диапазона плавной перестройки кварцевого генератора.

Мною было проведено много экспериментов с различными кварцами. Не все кварцы «с распростертыми объятиями» принимали подключаемого к нему соседа, но большинство из них прилично работали с одним или двумя параллельными кварцами.
Лучше других допускали параллельное подключение высокочастотные кварцы (13,5...22,5 МГц), конструктивно выполненные в малогабаритных металлических корпусах. Кварцы от радиостанции РСИУ (в цилиндрических карболитовых корпусах) работали не более чем с двумя параллельно подключенными такими же кварцами.
Высокочастотные кварцы в малогабаритных металлических корпусах хорошо работали даже с тремя параллельно подключенными кварцами, но при этом тон биений становился дребезжащим и ухудшалась стабильность генерируемой частоты.


Рис.3

На Рис.3 приведены графические зависимости частоты генерируемых колебаний от количества подключенных параллельно одинаковых кварцевых резонаторов на частоту 22,5 МГц. Кривая 1 получена при единственном кварце, кривая 2 - при двух параллельно подключенных кварцах, кривая 3 - при трех кварцах и кривая 4 - при четырех кварцах.

Ширина диапазона генерируемых частот при четырех подключенных кварцах впечатляет, но сигнал становится дребезжащим и стабильность резко ухудшается. Однако в некоторых случаях подобными явлениями можно пренебречь, уделив побольше внимания жесткости конструкции генератора, жесткому креплению самого кварца и катушки L1.

Рекомендации по настройке генератора:
Если в наличии имеются несколько одинаковых кварцев, то для генератора с плавным изменением частоты следует выбирать наиболее активные кварцы, т.е. те кварцы, которые способны создать наибольшую амплитуду генерируемой частоты.
При всех проверках работоспособности кварцев катушка L1 и конденсатор С1 должны быть исключены из схемы, а нижний по схеме вывод кварца должен быть подключен к земле.

Конденсаторы С2 и СЗ определяют величину положительной обратной связи, которая влияет на процесс генерации. Для начала следует выбрать значения ёмкостей данных конденсаторов около 100пФ.
Затем емкости этих конденсаторов можно увеличить. Часто бывает так, что амплитуда генерируемых колебаний бывает больше, если емкость конденсатора С2 много меньше емкости конденсатора СЗ.
Соотношение величин этих емкостей также следует подбирать, контролируя показания аплитуды колебаний. После того, как вы достигли максимальных величин, следует нижний по схеме вывод кварца Z1 подключить на землю через конденсатор постоянной емкости величиной 75 или 100 пФ (катушку L1 не подключать).
Далее следует проверить работоспособность генератора с подключенным последовательно с кварцем конденсатором.
Затем можно провести эксперименты с заменой этих конденсаторов на другие, с меньшими емкостями или подключить конденсатор переменной емкости 5 ... 100 пФ.
Если генератор перестает работать при малых величинах емкостей, то параллельно конденсатору переменной емкости нужно подключить подстроечный конденсатор и установить его на минимальную емкость, при которой уже начинается работа генератора, т.е. минимальная емкость переменного конденсатора и емкость подстроечного конденсатора в сумме должны обеспечить начало работы генератора.

Далее между нижним выводом кварца Z1 и конденсатора С1 следует включить катушку L1. Катушка должна иметь индуктивность порядка 16 мкГн и иметь подстроечный сердечник.
При первом подключении катушки (подстроечный сердечник должен быть удален из катушки) возможны следующие случаи:
1. Генератор не хочет работать с подключенной катушкой. Это может быть в том случае, если индуктивность катушки велика. В этом случае следует отмотать от катушки часть витков и продолжить эксперимент.
2. Если генератор нормально работает с подключенной катушкой L1, то нужно ввести в катушку подстроечный сердечник. Делать это следует осторожно, постепенно вводить сердечник и одновременно наблюдать за уровнем выходного сигнала. Если при каком-то положении сердечника генератор перестает работать, то следует вывести сердечник назад и убедиться в возобновлении работы генератора. Такая катушка может быть использована в схеме нового генератора и позволит выполнить максимально возможный для этого кварца диапазон перестройки частоты.
3. Если при работающем генераторе сердечник полностью введен в катушку, а генерация не прерывается, то следует на эту катушку домотать какое-то количество витков, а затем снова убедиться в том, что генератор прекращает работать при определенном положении подстроечного сердечника и снова начинает работать при выводе сердечника из катушки.

Таким образом можно добиться нормальной работы генератора. Совет один – не стоит устанавливать максимальную величину диапазона перестройки частоты вашего генератора, если хотите получить высокую стабильность частоты».

Вот это я понимаю – экстрим для любителей бурного рукоделия! Ай да Тяпичев! Ай да сукин сын!
С другой стороны – ну, а что мы, собственно, хотели... Простота требует жертв, а если круто заложиться, то и жертвоприношений.

Хотя, между нами юношами говоря, если вместо кварца использовать его менее добротный аналог – керамический резонатор, то... почему бы и нет? Очень даже может быть...
Короче, подискутируем на эту тему на следующей странице.

Назад

Дальше