Говорят, что процессы в контуре, изображенном на рисунке 4.59, и в кварце подобны друг другу, но, тем не менее, физический смысл процессов совершенно разный. В этом контуре резонанс наблюдается только на одной частоте, а в кварце, по крайней мере, на двадцати пяти гармониках (или больше). Здесь последовательный и параллельный резонанс. В кварце возбуждаются колебания, совпадающие по фазе и противофазные, генерируемые в процессе вибрации кристалла.

Вкварце нет настоящих емкости, индуктивности и резистивности. Под индуктивностью кварца понимают его массу, под емкостью – его податливость, под резистивносттью – тепловые потери в процессе вибрации, а

С0 – емкость пластин, через которые подводится внешнее возбуждающее напряжение.

Вконтуре на рисунке 4.59 выделим последовательную левую цепь и

параллельно подключенный к ней конденсатор С0. Для упрощения пренебрежем величиной сопротивления R. Тогда общее сопротивление в операторной форме будет равно

1

1

2

pL +

pC0

LC +1

Ζ(p) =

pC

=

p

pL +

1

+

1

p(p2 LCC0 + C0 + C)

pC

pC0

Это выражение для обычного LC контура, но не для кварца. Но им можно косвенно описать и кварц. Из этого выражения следует, что есть две резонансные частоты (если перейти к частотной форме):

– для числителя ω1=	1	;
	LC
– для знаменателя ω2=		1		C
					+1 .
		LC C0

Так как С0 >> C, то частоты практически совпадают, тем более, что добротность кварца составляет примерно 25000, т.е. образуется очень узкая полоса пропускания. Таким образом, получена типовая формула резонансной частоты для LC контура. Но кварц – не LC контур, это вибрирующее на разных частотах (гармониках) устройство, не имеющее в своем составе индуктивностей, емкостей и т.д.

Отличие: в подобных формулах для аппроксимации кварца пишут цифры 1, 2, 3, …, 25, соответствующие номеру гармоники возбуждения.

4.22 Генератор импульсов, стабилизированный кварцем

На рисунке 4.60 представлена схема генератора импульсов, стабилизированная кварцем.

192

Рисунок 4.60 – Генератор импульсов, стабилизированный кварцем

За основу схемы принимают логические элементы с открытым коллектором. Здесь используются ЛА7 ТТЛ логики с четырьмя входами. Их разделяют друг от друга конденсатором С3 для того, чтобы режимы по постоянному току каскадов &1 и &1 не накладывались друг на друга. В цепях ООС каждой логики вводят резисторы, наподобие резисторов в цепях ООС ОУ. Они снижают коэффициенты усиления каскадов &1,&2, удовлетворяя баланс амплитуд. Для того, чтобы образовать фильтр нижних частот, создать условия для самовозбуждения только на первой гармонике вводим в эти частные цепи конденсаторы С1, С2. Получаем эквивалент интегратора на логическом элементе. Весь контур охватываем кварцем. В контуре два логических элемента, инвертора, каждый из них образует 180–градусный фазовый сдвиг (в сумме 360°), следовательно, получается ПОС, что является одним из необходимых условий генерации (удовлетворяется баланс фаз).

Так как здесь открытый коллектор, то подводим напряжение питания + 5 В через резисторы R4, R6. Для того, чтобы выставить режим, близкий к активной области, вводим смещающие резисторы R3, R5.

Кварц – это чрезвычайно узкополосный прибор, поэтому через него проходит в сущности одна синусоида почти без искажений, в итоге здесь в действительности не генератор импульсов, а генератор синусоиды, из которой путем введения дополнительных логических элементов, обрезания вершин и оснований синусоиды формируются импульсы.

193