Главная > Электрогенераторы > Кварцевый генератор: схема

Кварцевый генератор: схема

Кварцевый генератор – это преобразователь частотных колебаний, работающий на основе кварцевого резонатора. Его особенностью является стабильность частоты колебаний, высокая температурная и временная устойчивость, а также низкий уровень фазовых шумов.

Появление кварцевого генератора произвело революцию в изготовлении часовых механизмов. Кварцевые часы составили серьезную конкуренцию высокоточной часовой механике, так как сравнительно низкая цена кварцевых генераторов позволила наполнить рынок дешевыми часами, не уступающими по точности хода механическим брендовым моделям.

Устройство кварцевого генератора

Сегодня кварцевые частотные преобразователи применяются не только в часах, но и во множестве электронных устройств, где важна стабильная работа. Это всевозможные гаджеты, станки с ЧПУ, измерительная и контрольная электроника. Устройство кварцевых генераторов отличается, но принцип один и тот же – основанный на пьезоэлектрическом эффекте кварца.

Кварцевый резонатор

Что из себя представляет кварцевый резонатор? Эта маленькая деталь – «сердце» кварцевого генератора. Его принцип действия основан на свойстве кварцевой пластины. При подаче на эту пластинку напряжения, происходит обратный пьезоэлектрический эффект. Под действием электрического поля пластинка деформируется. В свою очередь из-за деформации происходит поляризация пластинки и на поверхности кварца появляется электрический заряд – пьезоэлектрический эффект. Механические колебания пластины сопровождаются синхронными колебаниями заряда на ее поверхности. К пластинке для коммутации с другими элементами схемы генератора, подключены электроды.

Вся эта «начинка» кварцевого резонатора помещается в вакуумный корпус для предотвращения температурных воздействий внешней среды. На корпусе указывается рабочая частота.

Кварцевый генератор

Простейшая схема кварцевого генератора

Наиболее удобным пособием для рассмотрения работы кварцевого генератора является схема Пирса, в которой изобретатель применил минимум компонентов.

Простейшая схема кварцевого генератора

В ней кварцевый резонатор обозначен ZQ. Применен полевой транзистор с каналом N типа, катушка, конденсатор и резистор. Схема напоминает колебательный контур, но в нее включен кварцевый резонатор. Импульс возбуждает кварц, который начинает разгоняться и стабилизируется на частоте параллельного резонанса. Таким образом, на выходе имеем стабильный сигнал на частоте кварцевого резонатора.

Современные кварцевые генераторы

В современном исполнении кварцевые генераторы могут выглядеть как миниатюрная плата или как отдельный модуль. Дело в том, что при их изготовлении большое значение имеет коммутационная трассировка. При длинных соединениях или неправильном расположении проводников могут возникать помехи, которые будут искажать сигнал или вовсе его испортят.

В уже привычных настенных часах на батарейках применяется кварцевый генератор на основе часового кварца и микросхемы К176ИЕ5 или аналогичных микросхем. В этом случае используется кварцевый резонатор с частотой 32768 Гц. Именно с такой частотой этот элемент называют часовым кварцем. Примененная 15-разрядная микросхема-счетчик считает сигналы и, когда насчитывает 32768 сигнала, выдает на одну ножку импульс. В результате импульс от часового кварцевого генератора выдается ровно один раз в секунду.

В наручных часах применяется частотный генератор в виде готового модуля, в котором совмещены микросхема и кварцевый резонатор. Вся схема кварцевого генератора вмещается в крошечном герметичном корпусе.

Корпус

Стабильность таких преобразователей, в зависимости от производителя, колеблется от одной миллионной до ста миллиардных частей. То есть часы со стабильностью генератора одна миллионная могут за миллион секунд отклониться на одну секунду. При подсчете за год могут отстать или уйти вперед на 31,5 секунду.

Есть у кварцевых генераторов и недостаток – это старение кварца. В среднем за каждый год эксплуатации номинальная частота импульсов уменьшается на 18 100-миллионных долей. Например, отставание кварцевых часов увеличивается на 6 секунд в год, но в целом это незаметно.

Частотный генератор с микросхемой К155ЛА3

Микросхема К155ЛА3 содержит 4 инвертора 2И-НЕ.

Частотный генератор с микросхемой К155ЛА3

Распиновка микросхемы.

Распиновка микросхемы генератора

С этой микросхемой собираются как низкочастотные, так и высокочастотные генерирующие устройства для наладки и проверки радиоэлектронной аппаратуры. Для начала можно рассмотреть принцип действия генератора на 3-х инверторах.

Генератор на трех инверторах

Здесь положительная обратная связь между выходом 1-го и выходом 2-го инверторов обеспечивается конденсатором C1. Это необходимо для возбуждения генератора. Посредством резистора R1 достигается нужное смещение по постоянному току и осуществляется небольшая отрицательная связь на частоте генератора.

Здесь положительная связь преобладает над отрицательной и на выходе получается прямоугольный сигнал (переменный ток с прямоугольным графиком вместо синусоиды). Изменяя емкость конденсатора и сопротивление резистора, меняется частота, которая равна единице деленной на произведение емкости и частоты.

Исходя из этого принципа, можно собрать универсальный генератор на 2-х микросхемах К155ЛА3 с тремя диапазонами частоты на длинных, средних и коротких волнах.

Микросхема К155ЛА3 с тремя диапазонами частоты

Здесь НЧ генератор собран на микросхеме DD2, а инвертор DD2.4 играет роль буферного каскада между внешней нагрузкой и генерирующим устройством. Регулировка выходного сигнала производится реостатом R10, а частота колебаний имеет грубую регулировку изменением емкости конденсатора C4 и плавную сопротивлением резистора R3.

Микросхему К155ЛА3 можно заменить аналогом импортного производства SN7400.

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.