RU2429556C1 - Generator - Google Patents

Generator Download PDF

Info

Publication number
RU2429556C1
RU2429556C1 RU2010115701/09A RU2010115701A RU2429556C1 RU 2429556 C1 RU2429556 C1 RU 2429556C1 RU 2010115701/09 A RU2010115701/09 A RU 2010115701/09A RU 2010115701 A RU2010115701 A RU 2010115701A RU 2429556 C1 RU2429556 C1 RU 2429556C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
amplifier
resistor
voltage
generator
Prior art date
Application number
RU2010115701/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Никонович Лукьянчук (RU)
Виталий Никонович Лукьянчук
Вячеслав Владимирович Хозинский (RU)
Вячеслав Владимирович Хозинский
Александр Иванович Верещагин (RU)
Александр Иванович Верещагин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2010115701/09A priority Critical patent/RU2429556C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2429556C1 publication Critical patent/RU2429556C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used for generation of electric signals stabilised with electromechanical resonators, namely in piezoelectric resonator transmitters. Generator includes two broad-band inverting amplifiers, three resistors, quartz resonator, two diodes and two capacitors.
EFFECT: stabilisation of shape and amplitude of output signals of generator.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.The invention relates to the field of electronic technology and can be used to generate electrical signals stabilized by electromechanical resonators, in particular in piezoresonance sensors.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является кварцевый генератор (см. патент РФ №2301491 от 30.11.2005, опубликован 20.06.2007 БИ №17), содержащий первый и второй широкополосные инвертирующие усилители, выход последнего из которых соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен со входом первого широкополосного инвертирующего усилителя и через конденсатор с первым выводом кварцевого резонатора, второй вывод которого соединен со входом второго широкополосного инвертирующего усилителя и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго широкополосного инвертирующего усилителя; выход первого широкополосного инвертирующего усилителя, являющийся выходом генератора, соединен с первым выводом кварцевого резонатора.The closest in technical essence to the claimed device is a crystal oscillator (see RF patent No. 2301491 from November 30, 2005, published on June 20, 2007 BI No. 17), containing the first and second wideband inverting amplifiers, the output of the last of which is connected to the first output of the first resistor the second terminal of which is connected to the input of the first wideband inverting amplifier and through the capacitor to the first terminal of the quartz resonator, the second terminal of which is connected to the input of the second wideband inverting amplifier and the output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the second broadband inverting amplifier; the output of the first broadband inverting amplifier, which is the output of the generator, is connected to the first output of the quartz resonator.

Указанное выше устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed and therefore selected as a prototype.

Недостатком прототипа является изменение частоты генератора из-за изменения амплитуды первой гармоники напряжения возбуждения частотозадающего резонатора, обусловленного изменением формы выходных сигналов вследствие изменения режима работы оконечного каскада усилителя под действием внешних факторов эксплуатации (изменение напряжения питания, температуры окружающей среды, хранения и проч.).The disadvantage of the prototype is a change in the frequency of the generator due to a change in the amplitude of the first harmonic of the excitation voltage of the frequency-setting resonator, due to a change in the shape of the output signals due to a change in the operating mode of the amplifier end stage under the influence of external operating factors (change in supply voltage, ambient temperature, storage, etc.).

Решаемой задачей является создание генератора с кварцевым частотозадающим резонатором с повышенной стабильностью частоты генерации (при значении эквивалентного сопротивления резонатора до 1 МОм).The problem to be solved is the creation of a generator with a quartz frequency-setting resonator with increased stability of the generation frequency (with a value of the equivalent resonator resistance of up to 1 MΩ).

Достигаемым техническим результатом является стабилизация формы и амплитуды выходных сигналов.Achievable technical result is the stabilization of the shape and amplitude of the output signals.

Для достижения технического результата в генераторе, содержащем первый и второй широкополосные инвертирующие усилители, выход последнего из которых соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен со входом первого широкополосного инвертирующего усилителя и через конденсатор с первым выводом кварцевого резонатора, второй вывод которого соединен со входом второго широкополосного инвертирующего усилителя и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго широкополосного инвертирующего усилителя, новым является то, что дополнительно введены первый и второй диоды, соединенные между собой встречно-параллельно, конденсатор и третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом первого широкополосного инвертирующего усилителя, являющегося выходом генератора, а второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом кварцевого резонатора и первой точкой объединения диодов, вторая точка объединения которых соединена через второй конденсатор с общей точкой кварцевого генератора.To achieve a technical result, in a generator containing the first and second wideband inverting amplifiers, the output of the last of which is connected to the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the input of the first wideband inverting amplifier and through the capacitor to the first output of the quartz resonator, the second output of which is connected to the input of the second wideband inverting amplifier and the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the second broadband of an inverting amplifier, it is new that the first and second diodes are connected, interconnected in parallel, a capacitor and a third resistor, the first output of which is connected to the output of the first broadband inverting amplifier, which is the output of the generator, and the second output of the third resistor is connected to the first a quartz resonator output and a first combining point of diodes, the second combining point of which is connected through a second capacitor to a common crystal oscillator point.

Стабилизация амплитуды первой гармоники напряжения возбуждения колебаний частотозадающего резонатора в предлагаемом генераторе осуществляется за счет использования в контуре положительной обратной связи нелинейного делителя напряжения, выполненного в виде последовательного соединения резистора, встречно-параллельно соединенных диодов и конденсатора. При этом выходное напряжение генератора, являющееся входным напряжением нелинейного делителя (приложено к указанной выше последовательно соединенной цепи), а выходное напряжение нелинейного делителя формируется на встречно-параллельном соединении диодов и подается на частотозадающий резонатор.Stabilization of the amplitude of the first harmonic of the excitation voltage of the oscillating frequency resonator in the proposed generator is carried out by using a nonlinear voltage divider in the positive feedback loop made in the form of a series connection of a resistor, counter-parallel connected diodes and a capacitor. In this case, the output voltage of the generator, which is the input voltage of the nonlinear divider (applied to the aforementioned series-connected circuit), and the output voltage of the nonlinear divider is formed at the in-parallel connection of the diodes and is supplied to the frequency-setting resonator.

На фигурах 1 и 2 изображены функциональная и принципиальная схема одного из возможных вариантов предлагаемого генератора соответственно. На фигуре 3 представлена эквивалентная схема кварцевого резонатора. На фигурах 4 и 5 изображены передаточные характеристики усилительного тракта прототипа и заявляемого генератора.In figures 1 and 2 shows a functional and circuit diagram of one of the possible options for the proposed generator, respectively. The figure 3 presents the equivalent circuit of a quartz resonator. In figures 4 and 5 shows the transfer characteristics of the amplification path of the prototype and the inventive generator.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 широкополосные инвертирующие усилители, выход последнего из которых соединен с первым выводом первого резистора 3, второй вывод которого соединен со входом первого широкополосного инвертирующего усилителя 1 и через конденсатор 4 с первым выводом кварцевого резонатора 5, второй вывод которого соединен со входом второго широкополосного инвертирующего усилителя 2 и первым выводом второго резистора 6, второй вывод которого соединен с выходом второго широкополосного инвертирующего усилителя 2, первый 7 и второй 8 диоды соединены между собой встречно-параллельно, второй конденсатор 9 и третий резистор 10, первый вывод которого соединен с выходом первого широкополосного инвертирующего усилителя 1, являющегося выходом генератора, а второй вывод третьего резистора 10 соединен с первым выводом кварцевого резонатора 5 и первой точкой объединения диодов, вторая точка объединения которых соединена через второй конденсатор 9 с общей точкой кварцевого генератора.The device contains the first 1 and second 2 broadband inverting amplifiers, the output of the last of which is connected to the first output of the first resistor 3, the second output of which is connected to the input of the first broadband inverting amplifier 1 and through the capacitor 4 to the first output of the quartz resonator 5, the second output of which is connected to the input of the second wideband inverting amplifier 2 and the first output of the second resistor 6, the second output of which is connected to the output of the second wideband inverting amplifier 2, the first 7 the second 8 diodes are interconnected in parallel, the second capacitor 9 and the third resistor 10, the first output of which is connected to the output of the first broadband inverting amplifier 1, which is the output of the generator, and the second output of the third resistor 10 is connected to the first output of the quartz resonator 5 and the first point combining diodes, the second combining point of which is connected through a second capacitor 9 with a common point of the crystal oscillator.

В варианте исполнения предлагаемого генератора согласно фигуре 2 первый и второй широкополосные инвертирующие усилители 1 и 2, каждый из которых выполнен в виде последовательного соединения двух “p” и “n”-канальных КМОП транзисторов с объединенными между собой затворами - вход усилителя, и стоками - выход усилителя; истоки транзисторов подключены к шинам источника питания.In the embodiment of the proposed generator according to figure 2, the first and second wideband inverting amplifiers 1 and 2, each of which is made in the form of a serial connection of two “p” and “n” channel CMOS transistors with interconnected gates - the amplifier input, and drains - amplifier output; the sources of the transistors are connected to the buses of the power source.

В этом варианте для задания режима работы по постоянному току усилителя 1 (комплементарная пара КМОП транзисторов 13, 14 - VT3, VT4) используется отрицательная обратная связь посредством включения резистора 15 (R3) между выходом (объединенные стоки транзисторов VT3, VT4) и входом усилителя (объединенные затворы VT3, VT4); конденсатор 16 используется для гальванической развязки входа усилителя 1 от выходных цепей усилителя 2.In this embodiment, to set the direct current mode of the amplifier 1 (a complementary pair of CMOS transistors 13, 14 - VT3, VT4), negative feedback is used by connecting a resistor 15 (R3) between the output (the combined drains of transistors VT3, VT4) and the input of the amplifier ( combined valves VT3, VT4); capacitor 16 is used for galvanic isolation of the input of amplifier 1 from the output circuits of amplifier 2.

Устройство работает следующим образом. Кварцевый резонатор 5, конденсатор 4, резистор 3 и инвертирующий усилитель 2, охваченный отрицательной обратной связью между выходом и входом через резистор 6, образуют мост с тремя пассивными и одним активным плечами. Параметры плеч указанного выше моста должны выбираться, исходя из следующего соотношения:The device operates as follows. A quartz resonator 5, a capacitor 4, a resistor 3, and an inverting amplifier 2, covered by negative feedback between the output and the input through the resistor 6, form a bridge with three passive and one active shoulders. The shoulder parameters of the above bridge should be selected based on the following ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где C1 - значение емкости конденсатора 4 (см. фиг.1, фиг.2);where C 1 - the value of the capacitance of the capacitor 4 (see figure 1 , figure 2);

C0 - значение статической емкости кварцевого резонатора (см. фиг.3);C 0 - the value of the static capacitance of the quartz resonator (see figure 3);

R1, R2 - значение сопротивлений резисторов 6 и 3 соответственно;R 1 , R 2 - the value of the resistances of the resistors 6 and 3, respectively;

RK - активное эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора 5 (см. фиг.3).R K is the active equivalent resistance of the quartz resonator 5 (see figure 3).

При этом коэффициент усиления по напряжению инвертирующего широкополосного усилителя 2 должно быть много больше 1 (в варианте исполнения согласно фиг.2 значение коэффициента усиления усилителя на комплементарной паре транзисторов 11,12 VT1, VT2 не менее 30). В этом случае значение входного сопротивления инвертирующего усилителя 2, охваченного отрицательной обратной связью через резистор 6 (R1), будет определяться отношением значения его сопротивления к значению коэффициента усиления по напряжению усилителя 2 и с учетом условия (2), ток, протекающий по резистору 6, будет близким к значению тока кварцевого резонатора 5 IZQ, определяемым суммой двух составляющихIn this case, the voltage gain of the inverting broadband amplifier 2 should be much greater than 1 (in the embodiment according to FIG. 2, the value of the amplifier gain on the complementary pair of transistors 11,12 VT1, VT2 is at least 30). In this case, the value of the input resistance of the inverting amplifier 2, covered by negative feedback through the resistor 6 (R1), will be determined by the ratio of its resistance to the value of the gain by the voltage of the amplifier 2 and taking into account condition (2), the current flowing through the resistor 6, will be close to the value of the quartz resonator current 5 I ZQ , determined by the sum of the two components

Figure 00000003
;
Figure 00000004
,
Figure 00000003
;
Figure 00000004
,

где UZQ - переменное напряжение, приложенное к кварцевому резонатору 5 (ZQ);where U ZQ is the alternating voltage applied to the quartz resonator 5 (ZQ);

ZK - импеданс резонансной ветви кварцевого резонатора 5 (ZQ);Z K is the impedance of the resonant branch of the quartz resonator 5 (ZQ);

RK, LK, CK - эквивалентные параметры кварцевого резонатора (см фиг.3).R K , L K , C K - equivalent parameters of a quartz resonator (see figure 3).

Составляющая тока кварцевого резонатора 5, обусловленная его статической емкостью C0, уменьшает реальную добротность и крутизну фазочастотной характеристики резонатора и, соответственно, ухудшает стабильность частоты генератора. Наиболее сильное негативное влияние емкостного тока кварцевого резонатора на стабильность частоты генератора проявляется в случаях, когда составляющие емкостного тока ωC0UZQ и резонансного тока

Figure 00000005
имеют соизмеримые значения. Напряжение на выходе усилителя 2, обусловленное током кварцевого резонатора, равно произведению значения сопротивления резистора 6 (R1) обратной связи на значение входного тока, равного IZQ (свойство инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления K>>1 с отрицательной обратной связью)The current component of the quartz resonator 5, due to its static capacitance C 0 , reduces the real quality factor and the slope of the phase-frequency characteristic of the resonator and, accordingly, affects the frequency stability of the generator. The strongest negative effect of the capacitive current of a quartz resonator on the frequency stability of the generator is manifested in cases where the components of the capacitive current ωC 0 U ZQ and the resonant current
Figure 00000005
have commensurate meanings. The voltage at the output of amplifier 2, due to the current of the quartz resonator, is equal to the product of the resistance value of the feedback resistor 6 (R1) and the value of the input current equal to I ZQ (property of an inverting amplifier with a gain factor K >> 1 with negative feedback)

Figure 00000006
Figure 00000006

Знак “минус” в выражении (3) определяет инверсию усиливаемого сигнала. Компенсация составляющей тока статической емкости кварцевого резонатора 5 аналогично прототипу и осуществляется за счет емкостного тока конденсатора 4 (C1 на фиг.2), который протекая по резистору 3 (R2), создает на нем падение компенсирующего напряжения UK, равноеThe minus sign in expression (3) determines the inversion of the amplified signal. The compensation of the current component of the static capacitance of the quartz resonator 5 is similar to the prototype and is carried out due to the capacitive current of the capacitor 4 (C1 in FIG. 2), which flows through the resistor 3 (R2), creates a drop in the compensating voltage U K equal to

Figure 00000007
Figure 00000007

Напряжение на входе усилителя 1 Uвх1 равно геометрической (векторной) сумме выходного напряжения усилителя 2 и напряжения, сформированного на резисторе 3 (R1) за счет протекания емкостного тока, задаваемого конденсатором 4 (С1) - UK,The voltage at the input of the amplifier 1 U in1 is equal to the geometric (vector) sum of the output voltage of the amplifier 2 and the voltage generated on the resistor 3 (R1) due to the flow of capacitive current specified by the capacitor 4 (C1) - U K ,

Figure 00000008
Figure 00000008

При выполнении условия (1), составляющие напряжения, определяемые токами статической емкости кварцевого резонатора 5 и компенсирующего конденсатора 4, нейтрализуют друг друга, и входное напряжение усилителя 1 будет равноWhen conditions (1) are fulfilled, the voltage components determined by the currents of the static capacitance of the quartz resonator 5 and the compensating capacitor 4 cancel each other out, and the input voltage of the amplifier 1 will be equal to

Figure 00000009
Figure 00000009

Коэффициент передачи участка “первый вывод кварцевого резонатора 5 - вход усилителя 1” равенThe transfer coefficient of the plot “the first output of the quartz resonator 5 - the input of the amplifier 1” is

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Коэффициент передачи K1 будет иметь максимальное и действительное значение на частоте, равной резонансной частоте кварцевого резонатора 5, для которой ZK=RK The transmission coefficient K 1 will have a maximum and real value at a frequency equal to the resonant frequency of the quartz resonator 5, for which Z K = R K

Figure 00000011
Figure 00000011

При выполнении условия (2) коэффициент передачи K1max будет иметь значение, равное - (0,5÷1,0). Для обеспечения устойчивой работы генератора необходимо выполнение двух условий:When condition (2) is fulfilled, the transmission coefficient K 1max will have a value equal to - (0.5 ÷ 1.0). To ensure stable operation of the generator, two conditions must be met:

- условие баланса амплитуд, при котором коэффициент передачи неискаженного сигнала в контуре положительной обратной связи генератора должен быть больше 1;- the condition of the balance of the amplitudes, in which the transmission coefficient of the undistorted signal in the positive feedback loop of the generator must be greater than 1;

- условие баланса фаз, при которомis the condition of the phase balance under which

Figure 00000012
Figure 00000012

где KΣ - суммарный коэффициент передачи;where K Σ is the total transmission coefficient;

Ki, Kn - коэффициенты передачи i-го и n-го звена в контуре положительной обратной связи соответственно;K i , K n - transmission coefficients of the i-th and n-th link in the positive feedback loop, respectively;

φi - фазовый сдвиг, вносимый i-м звеном в контуре обратной связи на частоте генерации.φ i is the phase shift introduced by the ith link in the feedback loop at the generation frequency.

В предлагаемом генераторе условно можно выделить три звена, определяющих суммарный коэффициент передачи KΣ и условие баланса фаз. Первое звено располагается между первым выводом кварцевого резонатора 5 и входом усилителя 1; его коэффициент передачи на резонансной частоте кварцевого резонатора 5 определяется выражением (7) со значением 0,5÷1,0; фазовый сдвиг φ1 близок к значению, равному π (180°). Вторым звеном является инвертирующий усилитель 1, его коэффициент передачи зависит от выбранного схемотехнического варианта. В варианте, согласно фиг.2, с использованием комплементарной пары “p” и “n” - канальных КМОП транзисторов коэффициент передачи K2 может быть получен не менее 30. Фазовый сдвиг φус1 близок к значению, равному π (180°). Третьим звеном является нелинейный делитель, образованный резистором 10 (R4) и нелинейным элементом, выполненным в виде встречно-параллельного включения двух диодов 7 и 8 (VD1, VD2). Конденсатор 9 (C3), включенный последовательно с диодами 7, 8 и резистором 10, должен иметь значение емкости, при которой выделяемое переменное напряжение на нем будет много меньше 0,5 B (равного прямому напряжению перехода диодов 7, 8). В этом случае коэффициент передачи по напряжению будет определяться только параметрами резистора 10 (R4) и диодов 7, 8 (VD1, VD2); его значение также будет зависеть от значения амплитуды переменного напряжения, подаваемого на нелинейный делитель - резистор 10, диоды 7, 8, и максимален со значением, близким к 1 при амплитудах входного напряжения менее 0,5 B.In the proposed generator, it is conditionally possible to distinguish three links that determine the total transfer coefficient K Σ and the phase balance condition. The first link is located between the first output of the quartz resonator 5 and the input of the amplifier 1; its transmission coefficient at the resonant frequency of the quartz resonator 5 is determined by the expression (7) with a value of 0.5 ÷ 1.0; the phase shift φ 1 is close to the value equal to π (180 °). The second link is the inverting amplifier 1, its transmission coefficient depends on the selected circuitry option. In the embodiment of FIG. 2, using a complementary pair of “p” and “n” channel CMOS transistors, the transmission coefficient K 2 can be obtained at least 30. The phase shift φ us1 is close to π (180 °). The third link is a nonlinear divider formed by a resistor 10 (R4) and a nonlinear element made in the form of counter-parallel connection of two diodes 7 and 8 (VD1, VD2). Capacitor 9 (C3), connected in series with diodes 7, 8 and resistor 10, must have a capacitance value at which the generated alternating voltage on it will be much less than 0.5 V (equal to the forward junction voltage of diodes 7, 8). In this case, the voltage transfer coefficient will be determined only by the parameters of the resistor 10 (R4) and diodes 7, 8 (VD1, VD2); its value will also depend on the value of the amplitude of the alternating voltage supplied to the nonlinear divider - resistor 10, diodes 7, 8, and is maximum with a value close to 1 with input voltage amplitudes less than 0.5 V.

При использовании диодов 7, 8 с малым значением емкости p-n перехода фазовый сдвиг на выходе нелинейного делителя может быть получен близким к нулю. В случаях, когда амплитуда переменного напряжения на входе нелинейного делителя (резистор 10, диоды 7, 8) превышает значения (0,5…0,6) В, на выходе делителя (точка объединения резистора 10 и диодов 7, 8) сигнал будет иметь ограничение на уровне, соответствующем значению прямого напряжения диодов 7, 8. Встречно-параллельное включение диодов 7, 8 позволяет обеспечить симметричное ограничение положительной и отрицательной амплитуды переменного напряжения, действующего на входе нелинейного делителя “резистор 10 - диоды 7, 8”. При синусоидальной форме входного сигнала, подаваемого на нелинейный делитель, на его выходе будет сигнал трапецеидальной формы с амплитудой, равной значению прямого напряжения диодов 7, 8 со значением амплитуды первой гармоники меньшей амплитуды входного сигнала, т.е. коэффициент передачи, определяемый как отношение первой гармоники выходного сигнала нелинейного делителя к амплитуде сигнала на его входе будет уменьшаться по мере увеличения амплитуды входного напряжения. В системе с положительной обратной связью, удовлетворяющей условиям (8), процесс установления колебаний после подачи напряжения питания начинается с очень малых амплитуд (соизмеримых с амплитудами шума) с постепенным нарастанием до значений, при которых возникают нелинейные искажения, уменьшающие суммарный коэффициент передачи по первой гармонике до KΣ = 1.When using diodes 7, 8 with a small value of the capacitance pn of the junction, the phase shift at the output of the nonlinear divider can be obtained close to zero. In cases where the amplitude of the alternating voltage at the input of the nonlinear divider (resistor 10, diodes 7, 8) exceeds the value (0.5 ... 0.6) V, the signal at the output of the divider (the point of combining of resistor 10 and diodes 7, 8) will have limitation at the level corresponding to the direct voltage of the diodes 7, 8. Counter-parallel connection of the diodes 7, 8 allows you to provide a symmetric limitation of the positive and negative amplitudes of the alternating voltage acting at the input of the nonlinear divider “resistor 10 - diodes 7, 8”. With the sinusoidal shape of the input signal supplied to the nonlinear divider, the output will be a trapezoidal waveform with an amplitude equal to the direct voltage of the diodes 7, 8 with the first harmonic amplitude of a lower amplitude of the input signal, i.e. the transmission coefficient, defined as the ratio of the first harmonic of the output signal of the nonlinear divider to the amplitude of the signal at its input, will decrease as the amplitude of the input voltage increases. In a system with positive feedback that satisfies conditions (8), the process of establishing oscillations after applying a supply voltage begins with very small amplitudes (comparable with noise amplitudes) with a gradual increase to values at which non-linear distortions occur that reduce the total transfer coefficient for the first harmonic to K Σ = 1.

В предлагаемом генераторе с исполнением, согласно фигуре 2, при указанных выше значениях K1=0,5÷1,0 и K2=30 значение суммарного коэффициента передачи в режиме малого сигнала (выходное напряжение усилителя 1 не более 0,5 B, K3=1) на частоте, равной резонансной частоте резонатора 5, будет находиться в пределах KΣ=15÷K30, что обеспечивает первое условие (8) - условие “баланса амплитуд”. При этом выполняется также и условие “баланса фаз”. Некоторые возможные запаздывания по фазе, создаваемые усилителями 1 и 2, могут быть скомпенсированы за счет выбора соответствующего значения емкости разделительного конденсатора 16 (C2). Таким образом, выполнение условий (8) обеспечивает устойчивую генерацию на частоте, равной резонансной частоте резонатора 5, после подачи на генератор напряжения питания с ростом амплитуды на его выходе от нуля до значения, близкого к прямому напряжению диодов 7, 8 (VD1, VD1). Наличие конденсатора 9 (C3) в цепи нелинейного делителя “резистор 10 (R4) - диоды 7, 8 (VD1, VD2)” обеспечивает выделение на делителе переменной составляющей выходного напряжения усилителя 1 и при равенстве прямых напряжений диодов 7, 8 - симметричное ограничение положительных и отрицательных амплитуд напряжений выходного сигнала нелинейного делителя.In the proposed generator with the execution, according to figure 2, with the above values of K 1 = 0.5 ÷ 1.0 and K 2 = 30, the value of the total transmission coefficient in the small signal mode (the output voltage of the amplifier 1 is not more than 0.5 V, K 3 = 1) at a frequency equal to the resonant frequency of resonator 5, it will be in the range K Σ = 15 ÷ K30, which provides the first condition (8) - the condition of “balance of amplitudes”. In this case, the condition of “phase balance” is also fulfilled. Some possible phase delays created by amplifiers 1 and 2 can be compensated by choosing the appropriate capacitance of the isolation capacitor 16 (C2). Thus, the fulfillment of conditions (8) provides stable generation at a frequency equal to the resonant frequency of the resonator 5, after applying a supply voltage to the generator with increasing amplitude at its output from zero to a value close to the forward voltage of diodes 7, 8 (VD1, VD1) . The presence of a capacitor 9 (C3) in the circuit of the nonlinear divider “resistor 10 (R4) - diodes 7, 8 (VD1, VD2)” ensures that the variable component of the output voltage of amplifier 1 is isolated on the divider, and when the direct voltage of diodes 7, 8 is equal, the positive and negative voltage amplitudes of the output signal of the nonlinear divider.

Указанное выше симметричное ограничение выходного сигнала нелинейного делителя сохраняется в случаях, когда рабочая точка усилителя 1 находится в пределах границ значенийThe above symmetric limitation of the output signal of the nonlinear divider is preserved in cases where the operating point of the amplifier 1 is within the range of values

Figure 00000013
Figure 00000013

где Umax, Umin - значения положительных и отрицательных неискаженных амплитуд выходных сигналов усилителя 1 или верхняя и нижняя граница линейного участка передаточной характеристики усилителя 1;where U max , U min - the values of positive and negative undistorted amplitudes of the output signals of the amplifier 1 or the upper and lower boundary of the linear portion of the transfer characteristic of the amplifier 1;

UD - прямое напряжение диодов 7, 8.U D - forward voltage of the diodes 7, 8.

Смещение рабочей точки за пределы, определенные условием (9), приведет к асимметричному ограничению выходного сигнала на входе кварцевого резонатора 5 за счет нелинейности усилителя 1. У прототипа ассиметричное ограничение выходного сигнала усилителя 1 будет иметь место при любом смещении рабочей точки относительно середины линейного участка выходной характеристики, т.е.Displacement of the operating point beyond the limits defined by condition (9) will lead to an asymmetric limitation of the output signal at the input of the quartz resonator 5 due to the nonlinearity of amplifier 1. In the prototype, an asymmetric limitation of the output signal of amplifier 1 will occur at any offset of the operating point relative to the middle of the linear portion of the output characteristics i.e.

Figure 00000014
.
Figure 00000014
.

Изложенное выше поясняется графиками, представленными на фигурах 4 и 5, где изображены осциллограммы формирования выходных сигналов предлагаемого генератора и прототипа соответственно.The foregoing is illustrated by the graphs presented in figures 4 and 5, which shows the waveforms of the formation of the output signals of the proposed generator and prototype, respectively.

Процесс установления колебаний генератора начинается с очень малых амплитуд с синусоидальной неискаженной формой выходных сигналов и заканчивается нелинейным ограничением. У генератора прототипа нелинейное ограничение осуществляется в последнем каскаде усилителя (усилитель 1), форма ограниченного сигнала зависит от положения рабочей точки. При расположении рабочей точки в середине передаточной характеристики переменная составляющая выходного сигнала усилителя 1 будет иметь симметричную форму положительных и отрицательных амплитуд, а их сумма будет близка к значению напряжения питания. Смещение рабочей точки у прототипа от среднего положения приводит к асимметрии положительных и отрицательных амплитуд с уменьшением значения амплитуды первой гармоники, что ведет к изменению резонансной частоты частотозадающего резонатора 5.The process of establishing oscillations of the generator begins with very small amplitudes with a sinusoidal undistorted shape of the output signals and ends with a nonlinear limitation. The prototype generator has a nonlinear limitation in the last stage of the amplifier (amplifier 1), the shape of the limited signal depends on the position of the operating point. When the operating point is located in the middle of the transfer characteristic, the variable component of the output signal of the amplifier 1 will have a symmetrical shape of positive and negative amplitudes, and their sum will be close to the value of the supply voltage. The offset of the working point of the prototype from the middle position leads to an asymmetry of positive and negative amplitudes with a decrease in the amplitude of the first harmonic, which leads to a change in the resonant frequency of the frequency-setting resonator 5.

В предлагаемом генераторе использование внешнего симметричного ограничителя с напряжением ограничения много меньшего, чем у усилителя, позволяет обеспечить стабильность амплитуды и формы переменного напряжения возбуждения частотозадающего резонатора и, соответственно, стабильность генерируемой частоты.In the proposed generator, the use of an external symmetric limiter with a limiting voltage much lower than that of the amplifier allows the stability of the amplitude and shape of the alternating excitation voltage of the frequency-setting resonator and, accordingly, the stability of the generated frequency.

Работоспособность предлагаемого технического решения экспериментально проверена и подтверждена испытаниями действующих макетов генератора с использованием частотозадающих резонаторов с частотами от 40 кГц до 100 кГц.The operability of the proposed technical solution has been experimentally verified and confirmed by testing existing models of the generator using frequency-setting resonators with frequencies from 40 kHz to 100 kHz.

Claims (1)

Генератор, содержащий первый и второй широкополосные инвертирующие усилители, выход последнего из которых соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен со входом первого широкополосного инвертирующего усилителя и через конденсатор с первым выводом кварцевого резонатора, второй вывод которого соединен со входом второго широкополосного инвертирующего усилителя и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго широкополосного инвертирующего усилителя, отличающийся тем, что дополнительно введены первый и второй диоды, соединенные между собой встречно-параллельно, второй конденсатор и третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом первого широкополосного инвертирующего усилителя, являющегося выходом генератора, а второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом кварцевого резонатора и первой точкой объединения диодов, вторая точка объединения которых соединена через второй конденсатор с общей точкой кварцевого генератора. A generator containing the first and second wideband inverting amplifiers, the output of the last of which is connected to the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the input of the first wideband inverting amplifier and through the capacitor to the first output of the quartz resonator, the second output of which is connected to the input of the second wideband inverting amplifier and the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the second wideband inverting amplifier, characterized in that the first and second diodes are connected, interconnected in parallel, a second capacitor and a third resistor, the first output of which is connected to the output of the first broadband inverting amplifier, which is the output of the generator, and the second output of the third resistor is connected to the first output of the quartz resonator and the first the combining point of diodes, the second combining point of which is connected through a second capacitor to a common point of the crystal oscillator.
RU2010115701/09A 2010-04-20 2010-04-20 Generator RU2429556C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010115701/09A RU2429556C1 (en) 2010-04-20 2010-04-20 Generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010115701/09A RU2429556C1 (en) 2010-04-20 2010-04-20 Generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2429556C1 true RU2429556C1 (en) 2011-09-20

Family

ID=44758802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010115701/09A RU2429556C1 (en) 2010-04-20 2010-04-20 Generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2429556C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504892C1 (en) * 2012-12-04 2014-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Generator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504892C1 (en) * 2012-12-04 2014-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5009123B2 (en) Crystal oscillator with amplitude control over a wide voltage and temperature range
RU2496222C2 (en) Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method
RU2496192C2 (en) Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method
RU2450416C1 (en) Quartz crystal oscillator
WO2005020427A1 (en) Temperature compensated piezoelectric oscillator and electronic apparatus comprising it
RU2486639C1 (en) Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method
RU2429556C1 (en) Generator
RU2450415C1 (en) Quartz crystal oscillator
US8860518B1 (en) Current-feedback operational-amplifier based relaxation oscillator
RU2531871C1 (en) Quartz oscillator
JP4456763B2 (en) Oscillation circuit with suppressed distortion
TW202005281A (en) Injection locked frequency divider including a resistor with a first terminal and a second terminal receiving a bias voltage, and an injection transistor
RU2599531C2 (en) Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device
RU2707394C2 (en) Generator
RU2523945C1 (en) Quartz oscillator
Pandey et al. Multiphase sinusoidal oscillators using operational trans-resistance amplifier
US7304509B2 (en) Impedance circuit, power supply device
JP2016515794A (en) Circuit apparatus and method for controlling piezoelectric transformer
RU2595571C2 (en) Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device
RU2725311C1 (en) Generator
RU2411632C2 (en) Harmonic doubler of frequency
RU2273088C1 (en) Random-wave oscillator
RU2453983C1 (en) Generator
RU2429557C1 (en) Generator with automatic amplification adjustment
KR101004672B1 (en) Frequency double for wireless communication and driving method thereof