Иногда возникает необходимость построить стабильный генератор, который можно перестраивать по частоте в небольших пределах. Это, к примеру, может понадобиться при создании простых передатчиков с частотной модуляцией либо генераторов плавного диапазона аппаратуры связи, а также в других случаях, где требуется стабильный генератор с перестройкой частоты. Построение высокостабильных генераторов с LC-контуром сопряжено с необходимостью принятия ряда известных конструктивных мер, ведущих в конечном итоге к громоздкости конструкции. Поэтому гораздо удобнее в качестве высокостабильного резонансного контура генератора использовать кварцевый резонатор. Вопрос в том, как достичь перестройки такого генератора в заданных пределах?
При построении кварцевых генераторов, как правило, используется последовательный резонанс кварца [1], так как на него не оказывает влияния конструктивная емкость и частота получается более стабильной. Резонансные частоты кварцевого резонатора можно сдвигать, подключая параллельно ему или последовательно с ним внешние реактивные элементы. Проще всего перестраивать генератор, включив последовательно с кварцевым резонатором варикап. Но диапазон перестройки в таком варианте невелик, и чтобы его увеличить, следует последовательно с резонатором, кроме варикапа, включить ещё и катушку индуктивности. При этом частота последовательного резонанса снизится, резонансный интервал увеличится и при том же изменении ёмкости варикапа существенно увеличится диапазон перестройки. Однако необходимо учесть, что центральная частота генератора, относительно которой будет осуществляться перестройка, снизится.
Как показала практика, самым надежным способом расширения диапазона перестройки является комбинированное включение реактивностей, при котором частоты последовательного и параллельного резонанса сдвигаются в противоположные стороны. Это позволяет существенно расширить резонансный интервал и увеличить диапазон перестройки при сохранении номинального значения частоты генерации и высокой стабильности [2].
На рисунке показана схема генератора - ёмкостная трёхточка с общей базой и комбинированным подключением реактивных элементов к кварцевому резонатору. Положительная обратная связь (ПОС) образована за счет подачи части сигнала с коллектора на эмиттер транзистора VT1 через ёмкостный делитель С4С5. Контур L4C3 настроен на рабочую частоту 27 МГц, третью гармонику кварцевого резонатора ZQ1.
В цепь базы транзистора включен частотный модулятор на варикапе VD1, который образует цепь отрицательной обратной связи (ООС). Условие баланса амплитуд для возникновения генерации соблюдается тогда, когда глубина ООС становиться меньше глубины ПОС, а это возможно только на частоте последовательного резонанса ZQ1 или вблизи неё, где возникает баланс фаз. Небольшая входная ёмкость транзистора VT1 слабо влияет на частотный модулятор, что является преимуществом данной схемы.
Сопротивление резистора R1 в 10 раз превышает импеданс реактивных элементов схемы. Импеданс конденсатора С2 на рабочей частоте намного ниже импеданса катушки L2. Резисторы R2- R4 устанавливают режим работы транзистора, от которого зависит мощность генератора. Следует иметь в виду, что увеличение мощности приводит, во-первых, к ухудшению стабильности, во-вторых, к увеличению ВЧ напряжения на варикапе, что может приводить к такому неприятному явлению, как детектирование варикапом.
Катушки индуктивности L1-L4 намотаны на каркасах диаметром 5 мм с подстроечниками из карбонильного железа Р-100. L1 содержит 13 витков провода ПЭВ-2 0,15, L2 и L3 - по 20 витков ПЭВ-2 0,12, L4 - 5 витков ПЭВ-2 0,4. Налаживание генератора осуществляется в следующей последовательности.
К выходу генератора подключают осциллограф и частотомер, на резистор R1 подают управляющее напряжение 3 В. Подстроечники катушек L1, L3 полностью выводят, a L2, L4 - полностью вводят. Включают питание генератора (при этом он не должен возбудиться) и проверяют режимы транзистора по постоянному току. Медленно подстраивая катушку L4, наблюдают скачкообразное появление генерации на экране осциллографа и устанавливают частоту генерации на 2...3 кГц выше номинальной. Подстроечник катушки L4 фиксируют и больше не трогают. Подстройкой катушки L1 устанавливают номинальную частоту генератора - 27000 кГц. Управляющее напряжение увеличивают до 4 В и подстроен ни ком L2 устанавливают частоту 27005 кГц. Затем управляющее напряжение снижают до 2 В и подстройкой катушки L3 устанавливают частоту 26995 кГц. Повторяя несколько раз все описанные операции, добиваются симметричности и линейности модуляционной характеристики при изменении управляющего напряжения в заданных пределах.
В процессе настройки нужно следить по осциллографу, чтобы не появлялась паразитная амплитудная модуляция, которая будет свидетельствовать о возникновении низкочастотной паразитной генерации. Последняя может возникать вследствие плохого монтажа, некачественных деталей или детектирования на варикапе из-за большой амплитуды сигнала на нем.
Схема показала очень хорошую повторяемость и простоту настройки.
