Кварцевый генератор (параллельный резонанс)

Стабильность частоты колебаний в кварцевом генераторе на несколько порядков превышает стабильность частоты LC- или RC-генераторов. Эквивалентная схема модели кварцевого резонатора (Рис. 3.5.1) содержит последовательно соединённые индуктивность L1, ёмкость С1 и малое сопротивление R1. Значения L1, С1 и R1 определяются геометрическими размерами кварцевого резонатора – пластины, выпиленной определённым образом из кристалла кварца. Значение ёмкости С2 определяется ёмкостью выводов резонатора. Внешний конденсатор С5 (С5 >> C2) позволяет в небольших пределах изменять (подстраивать) резонансную частоту. Резистор R2 с очень большим сопротивлением не влияет на параметры схемы и включен по «требованию» программы схемотехнического моделирования МС7 – узлы схемы должны по постоянному току иметь связь с нулевым узлом. Т1 и Т2 – точки включения.

Комплексное сопротивление кварцевого резонатора (Z) без учёта элементов R1 и С5 равно:

. (3.5.1)

Как видно из (3.5.1), возможны 2 резонанса:

· последовательный резонанс

; (3.5.2)

· параллельный резонанс

. (3.5.3)

С учётом подстроечного конденсатора С5 (С5 >> C2) комплексное сопротивление кварцевого резонатора (Z¹) равно:

, (3.5.4)

при этом частота резонанса равна:

(3.5.5)

Фазовый сдвиг коэффициента передачи сигнала по цепи включения кварцевого резонатора (от точки Т1 к точке Т2) при параллельном резонансе равен 180⁰, потому и усилитель в схеме кварцевого генератора с параллельным резонансом должен давать сдвиг фазы также на 180⁰. В этом случае общий фазовый сдвиг усилителя с кварцевым резонатором в цепи обратной связи составит 360⁰ и возникнет «баланс фаз» - необходимое условие для генерации.

Задание

1). Соберите модель схемы кварцевого генератора с параллельным резонансом (Рис. 3.5.2). Установите значение эквивалентных параметров кварцевого резонатора в соответствии с номером задания (Табл. 3.5).

Таблица 3.5

Вариант задания	L1	С1	С2
	0.850	2.80p	20p
	0.950	2.90p	25p
	1.045	3.20p	20p
	1.250	3.60 p	25p
	1.380	3.80p	20p
	1.460	3.95p	25p

2). Рассчитайте резонансную частоту кварцевого резонатора без учёта подстроечного конденсатора С5 по формуле (3.5.3) и при С5=100 p по формуле (3.5.5)

3). В режиме анализа Transient:

· Постройте временную характеристику сигнала U _вых =f(t).

· Измерьте длительность переходного процесса.

· В установившемся режиме измерьте амплитуду сигнала U_max , длительность периода Т и определите частоту колебаний F. Сравните с расчётным значением частоты, полученным в пункте 2).

· Измерьте постоянные напряжения в узлах схемы.

4). В режиме анализа Transient \ DSP Parameters \ Limits для сигнала U _вых в установившемся режиме:

· Установите число точек (Number of Points) =10;

· Постройте спектральную характеристику;

· Измерьте коэффициент гармоник по второй … девятой гармоникам и общий К_г.

· Результаты анализа по данному пункту представьте в виде спектральных графиков и в табличном виде.

5). Повторите измерения по пункту 4) в переходный период (при амплитуде сигнала, равной 0,7 U _max).

6). По всем проведенным исследованиям сделайте выводы.

7). Оформите документы «Схема электрическая принципиальная» (Э3) и «Перечень элементов» (ПЭ3).

8). Разработайте печатную плату [5].

Дата добавления: 2017-02-01