Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты

Стабильность частоты рассмотренных генераторов во многих случаях оказывается недостаточной. Она зависит от температурных коэффициентов элементов схем. Существенно лучшая стабильность частоты генератора может быть достигнута при использовании кварцевых резонаторов, в которых энергия электрического поля преобразуется в энергию механических колебаний. Электрически кварцевый резонатор ведет себя как колебательный контур с высокой добротностью. Температурный коэффициент изменения его резонансной частоты очень мал. Практически достижимые значения нестабильности частоты кварцевого резонатора лежит в пределах от 10^-6 до 10^-10.

Рис. 2.19. Схемы генераторов с кварцевой стабилизацией частоты: а – с общей отрицательной обратной связью; б – с местной ООС

Схема генератора рис. 2.19, а построена на трех инверторах. Эти три инвертора охвачены общей цепью отрицательной обратной связи (цепь R ₁ R ₂ C ₁ C ₂) по постоянному току, что обеспечивает “мягкий” режим самовозбуждения. Кварцевый резонатор BQ включен в цепь положительной ОС. Конденсатор переменной емкости С ₁ позволяет подстраивать в небольших пределах частоту генератора (например, в электронных часах, частотомерах и т. п.) в связи с разбросом параметров BQ и его старением. Со временем, в связи со старением кварца, его резонансная частота увеличивается, а для ее подстройки увеличивают емкость С.

Цепь RдСд предотвращает возможное (при большой емкости BQ) самовозбуждение генератора на частотах, превышающих резонансную частоту кварца. Должно соблюдаться соотношение: RдСд > T.

Для обеспечения “мягкого” режима самовозбуждения инвертор D ₁ переводится линейный режим. При этом для микросхем ТТЛ должно выполняться соотношение:

где = 1, 6 мА.

Для микросхем КМОП R ₁+ R ₂ должно быть меньше сопротивления утечки и может быть порядка 10⁶ Ом.

В схеме рис. 2.19, б для получения “мягкого” режима самовозбуждения инверторы D ₁ и D ₂ переведены в линейный режим работы путем введения местной ООС (для МС ТТЛ R _ос = 10 кОм).