فهم دوائر المذبذب البلوري

فهم دوائر المذبذب البلوري

أصبحت التكوينات الأساسية لدائرة مذبذب البلورات ذات الحالة الصلبة أكثر تطوراً اليوم ، حيث تعد جميع الدوائر تقريبًا تعديلات لأنظمة الأنبوب المفرغ المعترف بها على نطاق واسع مثل مذبذب بيرس وهارتلي وكلاب وبتلر وتعمل مع كل من الأجهزة ثنائية القطب وأجهزة FET.



على الرغم من أن كل هذه الدوائر تلبي هدفها المصمم بشكل أساسي ، إلا أن هناك الكثير من التطبيقات التي تتطلب شيئًا مختلفًا تمامًا أو تتطلب وصف الوظائف بدقة.

المدرجة أدناه هي مجموعة من الدوائر ، لمجموعة متنوعة من التطبيقات مباشرة من LF من خلال نطاق VHF ، والتي لا تظهر عادة في استخدام الهواة الحالي أو الكتب.





أصبحت تقنيات دارة المذبذب البلورية ذات الحالة الصلبة الأساسية راسخة الآن ، ومعظم الدوائر عبارة عن تكيفات لتقنية الأنبوب المفرغ المعروفة مثل بيرس وهارتلي وكلاب وبتلر وتستخدم أجهزة ثنائية القطب وأجهزة FET.

بينما تفي هذه الدوائر بشكل أساسي بالغرض المقصود منها ، هناك العديد من التطبيقات التي تتطلب شيئًا مختلفًا أو حيث يحتاج الأداء إلى تمييز موثوق به.



نعرض هنا مجموعة متنوعة من الدوائر ، لمجموعة من التطبيقات من LF إلى نطاق VHF ، والتي لا توجد بشكل شائع في استخدامات الهواة الحالية أو الأدبيات.

أساليب عملها

إن النقطة التي نادرًا ما يتم تقديرها ، أو يتم تجاهلها ببساطة ، هي حقيقة أن بلورات الكوارتز يمكن أن تتأرجح في وضع الرنين المتوازي ووضع الطنين التسلسلي. يتم تقسيم الترددين مع اختلاف بسيط ، عادة 2-15 كيلو هرتز على مدى التردد.

تردد الطنين التسلسلي أصغر في التردد مقارنة بالتوازي.

قد يتم تطبيق بلورة محددة مصممة للاستخدام في الوضع المتوازي بشكل مناسب في دارة طنين متسلسلة إذا تم توصيل مكثف مكافئ في الحجم لسعة الحمل الدقيقة (عادةً 20،30 أو 50 أو 100 pF) في سلسلة مع البلورة.

لسوء الحظ ، لا يمكن عكس مهمة البلورة الرنانة المتسلسلة في دوائر الوضع المتوازي. من المحتمل أن تتأرجح بلورة وضع التسلسل إلى ما وراء ترددها المعاير في حالتها وقد لا يكون من الممكن تحميلها بالسعة الكافية.

دائرة الخادم الشخصي الدورية

تعمل بلورات Overtone في الوضع التسلسلي عمومًا على الدرجة الثالثة أو الخامسة أو السابعة ، وعادةً ما تقوم الشركة المصنعة بمعايرة البلورة بتردد النغمة المفرطة.

إن تشغيل بلورة في الوضع المتوازي وضرب التردد 3 أو 5 مرات يولد نتيجة جديدة بدلاً من ذلك من خلال تشغيل نفس البلورة بدقة في وضع السلسلة عند النغمة الثالثة أو الخامسة.

أثناء شراء بلورات مفرطة اللون ، ابتعد عن المعضلة وحدد التردد الذي تريده ، بدلاً من التردد الأساسي الظاهر.

تم تصميم البلورات الأساسية ضمن النطاق 500 كيلو هرتز إلى 20 ميجا هرتز بشكل عام للعمل في الوضع المتوازي ولكن يمكن طلب تشغيل وضع السلسلة.

بالنسبة للبلورات منخفضة التردد حتى 1 ميجا هرتز ، يمكن اختيار أي من الوضعين. تغطي البلورات ذات اللون الزائد عادةً النطاق من 15 ميجاهرتز إلى 150 ميجاهرتز.

المذبذبات العرضية أو ذات المدى الواسع

غالبًا ما تكون المذبذبات التي لا تستخدم الدوائر المضبوطة مفيدة جدًا ، سواء كانت 'مدققات بلورية' أو لأي سبب آخر. خاصة بالنسبة لبلورات LF ، يمكن أن تكون الدوائر المضبوطة ضخمة نوعًا ما.

من ناحية أخرى ، هم عادة لا يخلون من الفخاخ الخاصة بهم. بعض البلورات عرضة للتذبذب في أوضاع غير مرغوب فيها ، خاصة بلورات DT و CT المخصصة لمذبذبات الكوارتز LF.

إنها لفكرة جيدة حقًا أن تتأكد من أن الإخراج على التردد المناسب وأنه لا يوجد 'عدم استقرار في الوضع' واضح. عادةً ما يؤدي تقليل التغذية المرتدة عند الترددات الأعلى إلى حل هذه المشكلة.

في حالات خاصة ، يمكن نسيان النظرية المذكورة أعلاه واستخدام مذبذب يمتلك دائرة مضبوطة كبديل ، (تتم مراجعة مذبذبات الكريستال LF بعد ذلك).

دوائر الكريستال

الدائرة الأولى أدناه هي مذبذب باعث مقترن ، وهو نوع من دارة بتلر. ناتج الدائرة في الشكل 1 هو في الأساس موجة جيبية تقلل من المقاوم الباعث لـ Q2 يعزز الناتج التوافقي.

نتيجة لذلك ، يولد بلور 100 كيلو هرتز توافقيات ممتازة عبر 30 ميجا هرتز. إنها دائرة وضع سلسلة.

يمكن استخدام مجموعة من الترانزستورات. بالنسبة للبلورات التي يزيد ارتفاعها عن 3 ميجاهرتز ، يُنصح باستخدام الترانزستورات التي تحتوي على منتج عرض نطاق عالي الكسب. بالنسبة للبلورات ضمن تشكيلة من 50 كيلوهرتز إلى 500 كيلوهرتز ، يُفضل الترانزستورات ذات كسب LF العالي ، مثل 2N3565.

بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للبلورات ضمن هذا التحديد ، يكون التبديد المسموح به عادةً أقل من 100 ميكرو واط وقد يكون تقييد السعة ضروريًا.

يُقترح جهد الإمداد المنخفض ، بالتزامن مع بدء التشغيل الفعال. يعد تغيير الدائرة من خلال تضمين الثنائيات كما هو موضح في الشكل 3 تقنية أكثر فائدة ، ويتم تحسين كفاءة البدء.

سوف تتأرجح الدائرة بسرعة تصل إلى 10 ميجاهرتز باستخدام ترانزستورات مناسبة وقيم باعث. يُنصح عادةً باتباع باعث أو مصدر تابع للمخزن المؤقت.

ترتبط التعليقات المتطابقة لما ورد أعلاه بالشكل 2. تم دمج المخزن المؤقت لباعث تابع داخل هذه الدائرة.

الدائرتان حساستان إلى حد ما للتردد وللتغيرات في الجهد الكهربائي ومواصفات التحميل. يوصى بتحميل 1 ك أو أعلى.

باعث إلى جانب مذبذب سلسلة وضع الدائرة


يمكن دمج TTL lC مع دوائر المذبذب البلوري على الرغم من أن العديد من الدوائر المنشورة تمتلك كفاءة بدء رهيبة أو تعاني من عدم التكرار بسبب المعلمات الواسعة في lC's.

جرب المؤلف الدائرة في الشكل 4. على المدى من 1 ميجاهرتز إلى 18 ميجاهرتز وسيتم تشجيعها. هذا مذبذب ذو وضع تسلسلي ويكمل بلورات AT-cut.

مذبذب كريستال TTL

يبلغ الناتج حوالي 3 فولت من الذروة إلى الذروة ، والموجة المربعة تصل إلى حوالي 5 ميجاهرتز والتي يتحول فوقها إلى أشبه بنبضات نصف جيبية. كفاءة البدء رائعة ، والتي يبدو أنها في الغالب عامل حاسم في مذبذبات TTL.

مذبذبات كريستالية منخفضة التردد

تتطلب البلورات ضمن النطاق 50 كيلو هرتز إلى 500 كيلو هرتز عوامل مميزة لم يتم رصدها في بلورات AT أو BT ذات التردد العالي الأكثر انتشارًا.

المقاومة المتسلسلة المماثلة أكبر بكثير ويقتصر تبديدها المسموح به على أقل من 100 ميكرو واط ، من الناحية المثالية 50 ميكرو واط أو أقل.

الدائرة في الشكل 5 هي مذبذب ذو وضع تسلسلي. إنه يوفر ميزة عدم الحاجة إلى دائرة مضبوطة ، ويتميز باختيار خرج موجة جيبية أو مربعة. بالنسبة للبلورات التي تقع في نطاق 50-150 كيلو هرتز ، يُنصح باستخدام الترانزستورات 2N3565 على الرغم من أن الناشر يرى أن BC107 معقولة.

قد يكون كلا الصنفين مناسبين للبلورات ضمن النطاق 150 كيلو هرتز إلى 500 كيلو هرتز. إذا كنت تعتقد أن البلورة تحتوي على مقاومة سلسلة مكافئة كبيرة ، فيمكنك زيادة قيمة R1 إلى 270 أوم و R2 إلى 3.3 k.

سلسلة منخفضة التردد مذبذب وضع الدائرة

لعمليات الموجة المربعة ، C1 تساوي 1 uF (أو ربما حجم بجانبها أو أكبر منها). بالنسبة لخرج الموجة الجيبية ، لا يكون C1 في الدائرة.

لا داعي للسيطرة على السعة. يبلغ خرج الموجة الجيبية حوالي 1 فولت جذر متوسط ​​التربيع ، خرج التنازل المربع حول 4 فولت من الذروة إلى الذروة.

الدائرة في الشكل 6 هي في الواقع نوع منقح من مذبذب Colpitts ، مع تضمين المقاوم Rf لتنظيم التغذية الراجعة. يجب تصغير المكثفات C1 و C2 من خلال المقادير المحسوبة مع زيادة التردد.

عند 500 كيلو هرتز ، يجب أن تكون قيم C1 و C2 حوالي 100 بيكو فاراد و 1500 بيكو فاراد في المقابل. تقدم الدائرة كما تم إثباتها خرج موجة جيبية باستخدام التوافقي الثاني حوالي 40 ديسيبل أقل (أو أعلى).

غالبًا ما يتم تقليل ذلك من خلال التغيير والتبديل الواعي في Rf و C1. تذكر أنه عند انخفاض المقدار ، فإن التغذية المرتدة ضرورية لتحقيق ذلك ، فهي تتطلب حوالي 20 ثانية حتى يصل المذبذب إلى الناتج الكامل.

الإخراج حوالي 2 إلى 3 فولت من الذروة إلى الذروة. عندما تحتاج إلى إخراج محمّل بالتوافقيات ، فإن التضمين السهل لمكثف 0.1 uF فوق المقاوم الباعث سيحقق ذلك. يزداد الناتج بعد ذلك إلى حوالي 5 فولت من الذروة إلى الذروة.

يمكن تقليل جهد مصدر الطاقة في مثل هذه الحالات لتقليل تبديد الكريستال. يمكن استخدام ترانزستورات أخرى ، على الرغم من أنه قد يلزم تعديل التحيز وردود الفعل. بالنسبة إلى البلورات الشائكة المصممة للتذبذب في أوضاع غير تلك التي تريدها ، اقترحت دائرة الشكل 7 بشدة

دائرة مذبذب بلوري 100 كيلو هرتز

تخضع التعليقات من خلال نقرة على طول حمولة المجمع في Q1. يعد حصر السعة أمرًا مهمًا للحفاظ على تشتت البلورات داخل الحدود. بالنسبة لبلورات 50 كيلو هرتز ، يجب أن يكون الملف 2 مللي أمبير ومكثف الرنين 0.01 فائق التوهج. يبلغ الخرج حوالي 0.5 فولت جذر متوسط ​​التربيع ، وهو في الأساس موجة جيبية.

يوصى بشدة باستخدام تابع الباعث أو المخزن المؤقت لمتابع المصدر.

في حالة استخدام بلورة الوضع المتوازي ، يجب تغيير مكثف 1000 بيكو فاراد المشار إليه في السلسلة مع البلورة إلى سعة الحمل المحددة للبلورة (عادةً 30 ، 50 إلى 100 بيكو فاراد لهذه الأنواع من البلورات).

دوائر HF CRYSTAL OSCILLATOR

تميل تصميمات الحالة الصلبة لبلورات HF المعروفة بقطع AT إلى أن تكون وفيرة. لكن النتائج ليست بالضرورة ما قد تتوقعه. عادة ما يتم اختيار غالبية البلورات الأساسية حتى 20 ميجا هرتز للعمل في الوضع المتوازي.

ومع ذلك ، يمكن استخدام هذا النوع من البلورات في مذبذبات الوضع التسلسلي عن طريق وضع سعة الحمل المرغوبة في سلسلة مع البلورة كما هو مذكور سابقًا. يتم مناقشة نوعي الدوائر أدناه.

مذبذب جيد لنطاق 3 إلى 10 ميجاهرتز لا يتطلب دائرة مضبوطة في الشكل 8 (أ). إنها بطبيعة الحال نفس الدائرة مثل الشكل 6. تعمل الدائرة بشكل جيد للغاية حتى 1 ميجاهرتز عندما يكون C1 و C2 أعلى من 470 بيكو فاراد و 820 بيكو فاراد على التوالي. يمكن استخدامه حتى MHz 15 في حالة انخفاض C1 و C2 إلى 120 بيكو فاراد و 330 بيكو فاراد. على التوالي.

دارة مذبذب متوازي

ينصح بهذه الدائرة للأغراض غير الحرجة التي يكون فيها ناتجًا توافقيًا كبيرًا مطلوبًا ، أو ليس خيارًا. إن تضمين دارة مضبوطة كما في 8 ب يقلل من الخرج التوافقي بشكل كبير.

يوصى عادةً بدائرة مضبوطة لها Q كبير. في مذبذب 6 ميجاهرتز ، حققنا النتائج التالية. مع وجود ملف Q من 50 ، كان التوافقي الثاني 35 ديسيبل على طول الطريق.

بامتلاكه Q من 160 ، كان -50 ديسيبل! يمكن تغيير المقاوم Rf (زيادة قليلاً) لتعزيز ذلك. يتم رفع الإخراج بشكل إضافي باستخدام ملف Q عالي الجودة.

كما لوحظ سابقًا ، مع انخفاض التغذية الراجعة ، يتطلب الأمر عدة عشرات من الثواني لتحقيق خرج بنسبة 100٪ من التشغيل ، ومع ذلك ، فإن استقرار التردد أمر رائع.

يمكن تحقيق العمل على ترددات مختلفة عن طريق ضبط المكثفات والملف بشكل فعال.

يمكن أيضًا تغيير هذه الدائرة (الشكل 8) إلى VXO مفيد للغاية. يتم تعريف الحث الصغير في سلسلة مع البلورة ويتم استخدام أحد المكثفات داخل دائرة التغذية المرتدة كنوع متغير.

سيعمل مكثف ضبط جهاز الإرسال الشائع المكون من مجموعتين 10-415 pF على أداء المهمة بشكل مثالي. يتم ربط كل عصابات بالتوازي.

مذبذب التردد المتغير VXO

يتم تحديد مدى التوليف بواسطة البلورة ، ومحاثة L1 والتردد. يمكن الوصول إلى نطاق أكبر بشكل عام باستخدام بلورات ذات تردد أعلى. الاستقرار جيد للغاية ، حيث يقترب من استقرار الكريستال.

A VHF OSCILLATOR-MULTIPLIER

الدائرة في الشكل 10 هي نسخة معدلة من مذبذب 'المعاوقة المقلوبة' المفرط. عادة ، عند تطبيق دارة عكس المعاوقة ، يكون المجمع إما غير مضبوط أو مؤرض للترددات اللاسلكية.

يمكن ضبط المجمّع على مرتين أو 3 أضعاف التردد البلوري من أجل تقليل الإخراج عند التردد البلوري ، يُقترح دائرة مضبوطة 2x.

لا يجب أبدًا ضبط المجمّع على التردد البلوري ، وإلا فقد تتأرجح الدائرة بتردد قد يكون خارج سيطرة البلورة. تحتاج إلى الحفاظ على رأس المجمع صغيرًا جدًا وواحدًا على واحد بقدر ما تستطيع.

النتائج النهائية باستخدام هذا النوع من الدوائر كانت رائعة. كانت جميع النواتج تقريبًا إلى جانب الإخراج المطلوب عند -60 ديسيبل أو أعلى.

يصل إنتاج الضوضاء إلى 70 ديسيبل على الأقل تحت الإخراج المطلوب. يؤدي هذا إلى إنشاء مذبذب تحويل رائع لمحولات VHF / UHF.

عمليًا ، يمكن الحصول على 2 فولت من التردد اللاسلكي على الطرف الساخن لـ L3 (أصل المؤلف عند 30 ميجاهرتز). يوصى بشدة بإمداد خاضع للرقابة من Zener.

كما هو موضح في الرسم البياني ، فإن قيم الدوائر المختلفة ضرورية للترانزستورات المختلفة. يمكن أن تتطلب الشوارد في بنية محددة أيضًا تعديلات. يمكن استخدام L1 لتحريك البلورة على التردد. يتم إجراء تعديلات طفيفة في التردد (حوالي 1 جزء في المليون) أثناء ضبط L2 و L3 وكذلك استخدام اختلافات الحمل. بعد قولي هذا ، في الاختبار الحقيقي ، قد تكون هذه الأشياء غير ذات أهمية.




السابق: معلمات ورقة بيانات المقارنة التالى: كيفية توصيل وحدة استشعار الغاز MQ-135 بشكل صحيح