Схема кварцевого генератора с перестраиваемой частотой колебаний.
Сверхзадача «утянуть» частоту колебаний кварцевого генератора подальше от основной частоты механического 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).
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:
«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.
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.
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.
Как подстроить частоту кварцевого резонатора
_________________
. Им бы пить и жрать в три горла день и ночь,
Будь ты трижды гений — им нельзя помочь.
\\Ария\\Игра с огнем
Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
_________________
. Им бы пить и жрать в три горла день и ночь,
Будь ты трижды гений — им нельзя помочь.
\\Ария\\Игра с огнем
Про перестройку кварцевого генератора в широких пределах вот здесь написано.
Сам неоднократно использовал этот прием. Как говорил уже выше много зависит от паразитной емкости катушки. Должна быть очень маленькой. Применял намотку секциями. Еще важно подобрать резистор параллельно катушке, что бы не было паразитного возбуждения.
Оно выглядит как синусоида более низкой частоты и на ней частота кварца.
Такие генераторы на форуме много раз обсуждались и там есть рекомендации как добиться максимальной частоты перестройки и бороться с паразитным возбуждением.
Предел регулировки примерно десять в минус третьей степени если постараться, т.е. больше 16 кгц не получить и думать о 200 кгц при таком подходе не имеет смысла.
Я бы сделал внешний генератор с ИФАПЧ с нужным Вам шагом перестройки хотя это мои предпочтения и сейчас есть и другие способы получения стабильной частоты в нужных пределах. Есть же в конце концов синтезаторы частот управляемые программно.
А я из раздела микроконтроллеров убегаю.
Зашел случайно. Просто знакомые проблемы увидел.
_________________
. Им бы пить и жрать в три горла день и ночь,
Будь ты трижды гений — им нельзя помочь.
\\Ария\\Игра с огнем
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Кто сейчас на форуме
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 6
Записки программиста
Изменение частоты кварцевого резонатора при помощи медного купороса
Недавно я наткнулся на видео Lowering the frequency of a quartz crystal by electroplating, снятое Phil, M1GWZ. Phil рассказывает, что частоту кварцевого резонатора можно снизить примерно на 100-200 кГц путем меднения его электродов. Таким образом, из обычных кварцев можно получить, например, кварцы на телеграфные участки радиолюбительских диапазонов. Было решено проверить, действительно ли это работает.
Последовательность шагов такая. Берем кварц в корпусе HC-49U и вскрываем его при помощи Dremel’я. Внутри нас ждет примерно следующее:
Дотрагиваться руками до кристалла внутри корпуса не допускается. После вскрытия корпуса проверяем, что кварцевый резонатор еще работает, при помощи генератора по схеме G3UUR. Далее готовим раствор медного купороса (пентагидрата сульфата меди, CuSO4·5H2O):
Примечание: Сульфат меди не опаснее хлорного железа. При работе с ним соблюдайте обычные меры предосторожности. Носите защитные очки. При попадании раствора на руки как следует помойте их с мылом.
На 100 мл воды нужно
12.5 г медного купороса. Вода обычная, из под крана. В соседний сосуд наливаем еще 100 мл воды. На блоке питания ставим напряжение 2 В и ограничение по току 20 мА. Плюс подключаем в кусочку фольгированного стеклотекстолита. Его сразу опускаем в раствор медного купороса. Минус подключаем к обоим электродам кварцевого резонатора.
Опускаем кристалл в раствор на 3-5 секунд. Убеждаемся, что при этом есть ток. По прошествии времени достаем кристалл и ополаскиваем его в чистой воде. Сушим при помощи фена. Помещаем кристалл в генератор и замеряем частоту. Она должна стать меньше номинальной. Повторяем до тех пор, пока не достигнем желаемой частоты, или пока резонатор не выйдет из строя, смотря что произойдет раньше.
Если частота стоит на месте, можно увеличить ток или время пребывания резонатора в растворе. В оригинальном видео Phil рекомендует ток 50 мА и время 30 секунд. Но для моего раствора, блока питания и кварцев пришлось уменьшить время и ток, поскольку кварцы сразу приходили в негодность.
Были использованы кварцы на 7.159 МГц и 12.0 МГц. Их частота уменьшалась до тех пор, пока генератор не переставал стартовать при питании от 9 В. При увеличении напряжения до 13.8 В генератор все еще стартовал. Частоту кварца на 7.159 МГц удалось уменьшить до 7.092 МГц (-67 кГц), а на 12.0 МГц — до 11.878 МГц (-122 кГц).
Интересно, что при этом происходит с параметрами кварцевого резонатора. Для кварца на 12.0 МГц было:
Расплачиваться за изменение частоты приходится добротностью резонатора. Если добротность кварца изначально была невысока, то сильно изменить частоту не выйдет. В остальном же методика прекрасно работает.
Вы можете прислать свой комментарий мне на почту, или воспользоваться комментариями в Telegram-группе.
Скорректировать частоту часового кварца?
При ремонте на кухне дошли руки до метеостанции. С родения у неё была беда.. встроенные часы отставали и за пару недель до получаса доходили . Открыл. часовой резонатор (цилиндр), обе ножки в проц-каплю уходят. И с обоих ножек на землю по смд кондёру. Пока не выпаивал на предмет емкости. А как понять какой из них за частоту отвечает и какой заменить на подстроечный в такой схеме?
Сначала лучше кварц замените.
Если это действительно 32768 Гц (а не кварц МК на 2 или 4 МГц)* и генератор схемотехники КМОП, то оба — "грубо" и "точно". Проверить можно подбросив к ним 10-47 пФ. Но частотомер нужно подключать где подальше от генератора. К выводам кварца нельзя.
—————————————————————————————————————-
* У меня множество цилиндриков, выпаянных из материнок. Не все из них 32768.
Я думаю, оба будут влиять на частоту, но лучше подстроечным делать тот, который соединен с микросхемой не через резистор, как в даташите на MM5368(аналог К176ИЕ12). 
Но если резистора не видно (возможно он в микросхеме), то DSC IN я бы определил по меньшему уровню сигнала на этом выводе кварца. Осциллограф с входным делителем 1:10 и малой входной емкостью.
На выходе генератора OSC OUT — КМОП ключа м/сх будет чистый меандр, а после кварца = высокодобротного контура, на входе генератора OSC IN м/сх будет чистый синус
И правда, м.б. там не часовой кварц 32,768. Тогда уже мерить частоту (на выходе), считать ошибку, и смотреть подходящий в Кварце.
Сколько ни мерял осциллографом, на обоих выводах кварца видел только синус.
Завтра попробую измерить. Станция питается от одной ААА батарейки, не жду от неё уж очень больших сигналов на кварце. Возможно и стОит кварц перекинуть, учитывая низковольтность и бытовуху скорее всего там всё же 32 768 Гц. Зачем там другие кварцы ставить, а если ВЧ то и потребление больше? Там только влажность и Т внутри и Т снаружи. Заменил бы давно, но 20 лет назад при ремонте был выведен датчик снаружи на улицу и вся проводка теперь под штукатуркой. Ну и работает без проблем. Новые с радиодатчиками .. и смысла нет и жалуются многие на ненадёжность.
Резисторов там нет, обе дорожки под каплю и всё.
А вот почему в MM5368 конденсатор подключен по OSC IN, не знаю. Просмотр схем часов на ИЕ12 и ИЕ18 показал, что подстроечный конденсатор может быть подключен как по одному выводу, так и по другому. Встречаются схемы, где два конденсатора — по штуке на каждый вывод. Это вероятно для большего диапазона подстройки частоты.
Да часто и конденсаторов нет
У меня как-то были часы автомобильные — там кварц в каплю уходил без всяких конденсаторов. Спешили сильно — на пару минут за неделю. При попытке присоединить конденсатор от любого выводу на массу — сразу останавливались. Самоинтересно — поменял несколько кварцев — не помогло. Все равно спешили.
Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.