Високостабільний кварцовий генератор

Віктор Кабанчук RZ9AE. rz9ae (at) mail.ru

Пам'яті брата Олександра – RV9BB присвячується.

Якось, у середині 90-х, до мене звернувся земляк, який працює на “Північі”, з проханням відремонтувати ГСС Г4-151. Зваживши на його прохання, я взявся за цю роботу.

Не можу судити загалом про цю конструкцію (у мене був один екземпляр), але враження після перевірки роботи генератора залишилися лише негативні. Гостра реакція на зміну напруги мережного живлення, досить низька стабільність частоти на виході і спонукали мене до деяких змін у його конструкції.

Суть їх полягала у встановленні додаткових стабілізаторів на + 12 і -12 вольт у ланцюгах живлення ГУН, та зміні схеми опорного кварцового генератора (далі ОКГ). Стабілізатори були виконані на ОУ, і з колекторним виходом, включені послідовно в ланцюг живлення за штатними. Як відомо, схема стабілізатора з колекторним виходом забезпечує стійку роботу при мінімальному перепаді напруги на транзисторі, що регулює. Використання цього варіанту стабілізаторів та вибір оптимальних величин напруги стабілізації "штатних" і додаткових стабілізаторів повністю вирішило проблему реакції генератора на зміну напруги мережі.

На жаль, після трьох переїздів багато літератури не можу знайти, прошу вибачення за відсутність точних даних про джерела інформації. Як основний елемент стабілізації частоти я використовував резонатор-термостат ГК-180 від радіостанції "Маяк" з частотою 2 МГц. Оригінальне схемне рішення генератора та застосування високоякісного резонатора привели до результуючої стабільності, що претендує на (як мінімум) дев'ятий порядок.

Такого висновку я дійшов після його випробувань ув порівнянні з ОКГ частотоміра Ч3-34. За паспортними даними, у останнього короткочасна стабільність після прогріву за 2 години не гірша за ±2х10E-8. Реальна картинка по фігурах Лісажу, після суміщення частот, була нерухомою фігурою в паузі між моментами включення підігріву термостата в опорному генераторі Ч3-34. На підставі цього я зробив висновок, що даний генератор по стабільності "перепльовує" ОКГ Ч3-34. Причому це при пасивному термостатуванні схеми генератора та резонатора у невеликій коробці з твердого пінопласту. Для досягнення зазначених параметрів бажано дотримуватися наступних рекомендацій:

Транзистори VT1, VT2 мають бути з близькими значеннями бета ст.
Транзистор VT3 використовувати з малою напругою відсічення, і необхідно підібрати такий екземпляр, у якого струм у термостабільній точці буде близько 0,5 Ма

Вимірювальна схема (R1 показано умовно.)

Домогшись необхідного, виміряти напругу на витокуі записати його значення. Напруга на стоку транзистора при цьому має бути стабільною. (близько 5V).

3. Наступний захід спрямовано компенсацію збільшення струму стоку польового транзистора за зміни напруги стоку. Крутизна цього збільшення має позитивний знак Крутизна ж збільшення струму стоку від зміни напругиджерело – затвор, у схемі із загальним затвором має негативний знак. На цьому й ґрунтується принцип компенсації. З гарним блоком живлення може це зайве. Але, як кажуть, олією каші не зіпсуєш. І тоді, у вимірювальну схему, (після виконання пункту 2) в ланцюг стоку транзистора ставимо додатковий резистор 13 Ком та цифровий міліамперметр (з серії М8ХХ), запитавши при цьому схему від стабілізованого регульованогоджерела номінальною напругою = 12,0V.

Записуємо показання приладу ( це струм у термостабільній точці в статичному режиміJst. ). Тепер збільшуємо напругу живлення до 14,0V і записуємо нове значення струму (воно буде більше першого на кілька мікроампер). Знову встановивши живлення = 12,0V, підключаємо резистор, що компенсує, між шиною живлення і витоком транзистора. Це може бути комбінація з 200 кому постійного опору і 1? змінного. Встановивши змінний резистор приблизно в середнє положення, записуємо нове значення струму при 12,0V, воно буде дещо менше струмуJst.

Знову підвищимо живлення до14,0V і фіксуємо зміну струму, (воно буде дещо меншеdJst ). Маніпулюючи змінним резистором і змінюючи поперемінно живлення з 12 на 14 вольт, домагаємося повної відсутності зміни струму стоку при зміні напруги живлення. Останньою стадією регулювання є установка режиму транзистора термостабільний, шляхом зміни опору (R1 у вимірювальній схемі) в ланцюзі витоку, до отримання значення струму стоку, що дорівнює початковому (Jst ) без компенсуючого резистора. Після відключення від схеми вимірюємо опори цифровим приладом і отримуємо робочі номінали резисторів R4, R5 у схемі генератора.

Схема кварцового генератора - натисніть мишею для отримання великого зображення

При налагодженні схеми, після робіт у пунктах 2 і 3, попередньо налаштувати резонанс вихідний підсилювач на VT4, при цьому напруга на його витоку повинна бути в межах 1,5 - 2V. Залежно від типу використовуваного транзистора (можна будь-який 2-х затворний), може знадобитися подача позитивного зміщення на перший затвор через додатковий дільник напруги.

Також перед налаштуваннямрекомендується встановити в середнє положення двигун резистора VR1 і ротор підстроювального конденсатора С3. Замість конденсатора С7 підключити КПЕ 12-495 пкф і, контролюючи амплітуду та частоту на виході, встановити максимальний розмах коливань зміною ємності КПЕ. Виміряти отриману ємність КПЕ та встановити конденсатор з необхідною ємністю на місце С7. Після цього відкоригувати частоту, грубо - шляхом підбору С2 і підстроювання С3 і точно зміною напруги на варикапі VD1 за допомогою резистора VR1. Конденсатори С2, С4, С7 повинні бути з групи МП0 з мінімальним ТКЕ. Рекомендую використовувати комбінацію з П33 та М47. На цьому налаштування генератора можна вважати закінченим.

Для живлення даного генератора необхідне джерело стабільної напруги на 12-12,6 вольт із максимальним струмом навантаження не більше 200 мА. ГК-180 після виходу на робочий режим при кімнатній температурі споживає струм близько 18 мА. Тобто, в режимі, загальний струм споживання генератора не перевищує 30мА. Сфера застосування цього виробу у радіоаматорів може бути найрізноманітнішою, головна перевага ж, як я вважаю, у співвідношенні: ціна витрат/якість.

Швидший та ефективніший спосіб підібрати оптимальні режими джерела стабільного струму на польовому транзисторі

Ідея використання мілівольтметра змінного струму (осцилографа) як індикатора, при компенсації залежності струму стоку від зміни напруги живлення, виникла на основі наступних міркувань: При повній компенсації даної залежності струм в ланцюгу стоку транзистора, в ідеалі величина постійна, і не залежить від зміни напруги живлення. Значить, при зміні живлення в деяких межах (шляхом введення змінної складової за допомогою трансформатора), згідно з представленою схемою,змінна складова на навантаженні (R1) матиме мінімальне значення або повністю відсутня.

У такому випадку процес підбору резистора на початку, і компенсуючого резистора зручно виконати на макеті, за наведеною нижче схемою, у два етапи:

Відключити нижній вивід R3 від схеми та провести підбором VR1 установку режиму ТСТ (див. статтю), зафіксувати вольтметром напругу Uзі(ТСТ) у термостабільній точці.
Відновити з'єднання R3 з початком, зміною VR2 досягти мінімуму показань мілівольтметра. Зміною VR1 встановити колишнє значення Uзі(ТСТ).

При розбалансуванні повторіть регулювання VR2 та VR1 повторно.Критерії: Мінімум показань мілівольтметра (осцилографа), та відповідністьUзі(ТСТ).

Щоб уникнути наведень, при пошуку мінімуму, вольтметр від початку VT1 відключати! Домогшись необхідного, відключити R2 і R3 від схеми, виміряти сумарний опір у кожному ланцюзі та записати їх значення. При встановленні в схему генератора еквівалентів резисторів R4, R5 переважно застосування поєднань резисторів типу С2-29 і подібних. В іншому схема пояснень не вимагає.

Як приклад наведу результати експерименту з транзистором КП 303В, що довільно попався під руку, параметри якого були визначені за методикою, вказаною на http://www.qrz.ru/shareware/detail/93 : Були взяті резистори з номіналами 1,5 к і 2,15к, і по черзі встановлені ланцюг витоку; при напрузі на стоку +9в, падіння напруги на них склали відповідно 0,996 і 1,075 в.

Згідно з даними з таблиці розрахунку, напруга в термостабільній точці Uтст = 0,960955, при розрахунковому номіналі резистора Rst = 1,29128k і струмі Jst = 0,744187mA Найближчий до розрахункового Rst я знайшоврезистор 1,295k, падіння на ньому склало 0,961 в… До речі!

Всі вимірювання проводилися приладом M890G фірми ALDA, 1996 року випуску, який чудово зарекомендував себе за 9 років експлуатації (одноразово чистив контакти спиртом та натер їх срібною платівкою). За похибкою на =U і R він "тягне" на клас 0,2! ... Далі була зібрана тестова схема за наведеним вище малюнку 1 (без підстроювального VR1), і підібраний компенсуючий резистор (за пунктом 2). Ефект компенсації становив даного транзистора -26 dB (20раз). Значення резистора становило 96,2k.

Приріст Uзі від підключення компенсуючого резистора становив 15mV, і маніпуляції з припасуванням Uзі під Uтст я проводити не став, через відсутність необхідності такий... Цей експеримент показав, що сенс у підключенні та підборі компенсуючого резистора є однозначно, а запропонований метод значно спрощує цю процедуру . Дуже наочно це з використанням осцилографа.

Для друку, що мають інтерес радіоаматорам, додаю схеми у форматі Splan5_0.