Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 16, 2016 11:38:46
У меня возникла необходимость сделать генератор на часовом кварце (32.768 kHz) для, собственно, часов. Я немного углубился в теорию и в итоге родил вот такую схему:
Как я это вижу: R2/R3/T1 - инвертирующий усилитель, R1 ограничивает мощность в кварце, ZQ1/C1/C2/C3 образуют частотно-избирательную цепь ОС.
R2 выбран из условия R2/R3 = βmin.
Номинал R1 взят того порядка, который я видел чаще всего на подобных схемах.
C1/C2/C3 подобраны с тем расчетом, чтобы подстройкой C2 можно было подогнать нагрузочную емкость кварца к необходимым шести пикофарадам.
Поскольку я не гуру генераторов, хочу спросить знающих людей: схема пригодна для реального использования, или в ней есть какой-нибудь фатальный недостаток, влияющий, например, на долговременную стабильность частоты? Спектральная чистота колебаний мне не важна, как и фазовый шум.
Как я это вижу: R2/R3/T1 - инвертирующий усилитель, R1 ограничивает мощность в кварце, ZQ1/C1/C2/C3 образуют частотно-избирательную цепь ОС.
R2 выбран из условия R2/R3 = βmin.
Номинал R1 взят того порядка, который я видел чаще всего на подобных схемах.
C1/C2/C3 подобраны с тем расчетом, чтобы подстройкой C2 можно было подогнать нагрузочную емкость кварца к необходимым шести пикофарадам.
Поскольку я не гуру генераторов, хочу спросить знающих людей: схема пригодна для реального использования, или в ней есть какой-нибудь фатальный недостаток, влияющий, например, на долговременную стабильность частоты? Спектральная чистота колебаний мне не важна, как и фазовый шум.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 16, 2016 12:54:48
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 16, 2016 13:00:10
на ЛОГИКЕ не проще?
В данном случае нет.
Потом, этот же генератор я в перспективе хочу применить в устройстве, которое должно работать при напряжении питания вплоть до 0.9 В, и там логика совсем не прокатывает.А готовые схемы я видел. В данный момент меня более всего интересует, правильные ли выводы я сделал из всего, что прочел.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 16, 2016 16:06:52
74AUP1Z04
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74AUP1Z04.pdf
Еще недавно продавались спокойно.
Сейчас куда-то исчезли - кризис?
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74AUP1Z04.pdf
Еще недавно продавались спокойно.
Сейчас куда-то исчезли - кризис?
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 16, 2016 22:45:23
Кто же подает постоянное напряжение на резонатор? Зачем резистор в 510 кОм?
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 16, 2016 22:54:20
Кто же подает постоянное напряжение на резонатор?
Собственно, почему нет? По постоянному току резонатор представляет собой обрыв.
Зачем резистор в 510 кОм?
Для ограничения мощности, рассеиваемой в резонаторе. Типичный часовой кварц имеет предел рассеиваемой мощности 20 мкВт.
Часовые кварцы отличаются от высокочастотных типом среза и конструкцией. Высокочастотные кварцы могут рассеивать большую мощность.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 17, 2016 00:26:35
ПОС через R1 подаётся? Что-то больно много 510к, думаю генерить не будет.
R1 лучше вообще закоротить.
R1 лучше вообще закоротить.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 17, 2016 00:52:36
Что-то мне подсказывает, что может не хватить К.ус для баланса амплитуд. Но попробовать стоит, благо 5 деталек...
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 17, 2016 10:25:23
74AUP1Z04 - интересная штука, буду иметь в виду.
Да, вполне вероятно, что придется сделать меньше.
А вот закорачивать его в случае часового кварца нельзя. Он ограничивает мощность, рассеиваемую в кристалле (drive level), которая для кварца очень мала (предел - 20 мкВт).
Часовые кварцы физически выполнены по принципу камертона (tunung fork), а высокочастотные - в виде монолитного кусочка кварца (AT-cut). У последних допустимая мощность выше.
"The drive level is the power dissipated through a crystal
in an operating circuit. A drive level (measured in microwatts)
which is too high or too low can cause undesirable
effects. If the level is too high, it can cause the oscillator
frequency to change, cause a fracture of the
quartz element, or lead to a permanent shift in frequency
output. If the drive level is too low, it can prevent
oscillator function completely. Generally, keep the
drive level at the minimum level required for high stability
and adequate oscillator output."
[1]
"In general, the smaller the value of RS (Figure 2) [у меня - R1], the faster the oscillator will start. RS must be large
enough to avoid overdriving the crystal, yet small enough to provide enough current to start oscillation
quickly (an RS that’s too large could cause the oscillator to fail to start). RS can in some cases be zero
(shorted), especially with high-frequency crystals."
[2]
"Rd: [у меня - R1] Damping resister to control drive level Value: 100kohm to
330kohms"
[3]
В общем, наверное просто попробую.
ПОС через R1 подаётся? Что-то больно много 510к
Да, вполне вероятно, что придется сделать меньше.
R1 лучше вообще закоротить.
А вот закорачивать его в случае часового кварца нельзя. Он ограничивает мощность, рассеиваемую в кристалле (drive level), которая для кварца очень мала (предел - 20 мкВт).
Часовые кварцы физически выполнены по принципу камертона (tunung fork), а высокочастотные - в виде монолитного кусочка кварца (AT-cut). У последних допустимая мощность выше.
"The drive level is the power dissipated through a crystal
in an operating circuit. A drive level (measured in microwatts)
which is too high or too low can cause undesirable
effects. If the level is too high, it can cause the oscillator
frequency to change, cause a fracture of the
quartz element, or lead to a permanent shift in frequency
output. If the drive level is too low, it can prevent
oscillator function completely. Generally, keep the
drive level at the minimum level required for high stability
and adequate oscillator output."
[1]
"In general, the smaller the value of RS (Figure 2) [у меня - R1], the faster the oscillator will start. RS must be large
enough to avoid overdriving the crystal, yet small enough to provide enough current to start oscillation
quickly (an RS that’s too large could cause the oscillator to fail to start). RS can in some cases be zero
(shorted), especially with high-frequency crystals."
[2]
"Rd: [у меня - R1] Damping resister to control drive level Value: 100kohm to
330kohms"
[3]
В общем, наверное просто попробую.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 17, 2016 11:42:34
А, так с-хема позаимствована. Насчёт мощности там R3 задаёт, всегда можно и увеличить, потом буффер добавить.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 17, 2016 12:09:56
А, так с-хема позаимствована.
Это генератор Пирса, который по сути является генератором Колпитца на кварце и инвертирующем каскаде. Естесственно, саму топологию изобрел не я.
Я ее, так сказать, адаптировал. R3 задает режим транзистора. Для получения максимального размаха на коллекторе должно выполняться условие R2/R3 = β, что можно получить несложной математикой, так что особо менять R3 не хочется, ибо тогда R2 будет совсем запредельного номинала.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 17, 2016 16:14:10
Почему нет? Вы прочитайте, что такое кварцевый резонатор и как он работает.
http://www.osc.phys.msu.ru/mediawiki/up ... 99/KRR.pdf
http://www.osc.phys.msu.ru/mediawiki/up ... 99/KRR.pdf
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Ср апр 20, 2016 14:33:03
А еще есть 74LVC1GX04
Только она от 1,65 в.
Только она от 1,65 в.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 23, 2016 14:47:27
Собрал, подал питание, не запускается.
На коллекторе примерно половина питания, все как в теории. В остальном ничего не работает.
Если ткнуться пинцетом (контактирующим с рукой) в базу транзистора, на фоне помехи 50 Гц на выходе есть генерация на 62.5 кГц (вторая гармоника?).
R1 пробовал 510 кОм, 330 кОм, 150 кОм, 1 кОм, 0 Ом.
R2 пробовал 330 кОм и 150 кОм, хотя, если верить теории, менять режим каскада бесполезно.
C3 пробовал вплоть до 18 нФ.
Самое интересное, что гугление показывает, что схема-то вполне типовая. Вот тут топология вообще один в один:
На VRTP тоже советуют нечто подобное, там в схеме аналогичной топологии совпадает схема смещения, но разнится номинал кварца и, соответственно, конденсаторы.
В общем, сама по себе топология вроде рабочая, но у меня почему-то не запускается. Размышляю.
UPD:
Смирил эго, впаял номиналы как на схеме выше. Генератор запустился.
Эх. А так хотелось побыть умным...
UPD2:
Есть ощущение, что, вопреки написанному на упаковке, кварц имеет нагрузочную емкость не 6 пФ, а 12.5 пФ.
UPD3:
Не знаю насчет емкости, скорее всего она не при чем. А вот режим транзистора я похоже изначально выбрал неверно - с одинаковыми емкостями запускается при 68K/3.3M и не запускается с 10K/1M. При этом с 68K/3.3M запускается и с теми номиналами конденсаторов, которые я посчитал исходя из нагрузочной емкости 6 пФ.
Так что похоже дело в том, что при том режиме, который я изначально задал транзистору, не выполняется баланс амплитуд - не хватает усиления.
UPD4:
Похоже что так и есть. Усиление транзистора в "чистой" (без резистора в эмиттере) схеме с общим эмиттером - Rload/Re, где Re, в свою очередь, 25 mV/Ie [1]. Увеличиваем резистор в коллекторе - растет усиление, хотя, конечно, надо еще учесть, что там просходит с током эмиттера. Будет время - посчитаю; но похоже, что все именно так.
На коллекторе примерно половина питания, все как в теории. В остальном ничего не работает.
Если ткнуться пинцетом (контактирующим с рукой) в базу транзистора, на фоне помехи 50 Гц на выходе есть генерация на 62.5 кГц (вторая гармоника?).
R1 пробовал 510 кОм, 330 кОм, 150 кОм, 1 кОм, 0 Ом.
R2 пробовал 330 кОм и 150 кОм, хотя, если верить теории, менять режим каскада бесполезно.
C3 пробовал вплоть до 18 нФ.
Самое интересное, что гугление показывает, что схема-то вполне типовая. Вот тут топология вообще один в один:
На VRTP тоже советуют нечто подобное, там в схеме аналогичной топологии совпадает схема смещения, но разнится номинал кварца и, соответственно, конденсаторы.
В общем, сама по себе топология вроде рабочая, но у меня почему-то не запускается. Размышляю.
UPD:
Смирил эго, впаял номиналы как на схеме выше. Генератор запустился.
Эх. А так хотелось побыть умным...
UPD2:
Есть ощущение, что, вопреки написанному на упаковке, кварц имеет нагрузочную емкость не 6 пФ, а 12.5 пФ.
UPD3:
Не знаю насчет емкости, скорее всего она не при чем. А вот режим транзистора я похоже изначально выбрал неверно - с одинаковыми емкостями запускается при 68K/3.3M и не запускается с 10K/1M. При этом с 68K/3.3M запускается и с теми номиналами конденсаторов, которые я посчитал исходя из нагрузочной емкости 6 пФ.
Так что похоже дело в том, что при том режиме, который я изначально задал транзистору, не выполняется баланс амплитуд - не хватает усиления.
UPD4:
Похоже что так и есть. Усиление транзистора в "чистой" (без резистора в эмиттере) схеме с общим эмиттером - Rload/Re, где Re, в свою очередь, 25 mV/Ie [1]. Увеличиваем резистор в коллекторе - растет усиление, хотя, конечно, надо еще учесть, что там просходит с током эмиттера. Будет время - посчитаю; но похоже, что все именно так.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 23, 2016 16:59:52
YS писал(а): итоге родил вот такую схему...
Схема работать не будет. Кварц шунтируется переходом Б-Э и этим всё сказано. Кроме того, запуститься схеме не позволит крайне малый ток базы. Резистор 510 кОм вообще не нужен, ни о какой предельной мощности кварца даже речи нет.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Сб апр 23, 2016 20:36:38
IRMADE, вы немного опоздали - схема уже работает, причем именно в такой конфигурации; отличаются только номиналы. См. мое предыдущее сообщение.
Насчет шунтирования - здесь тразистор управляется током.
Насчет резистора и предельной мощности кварца - я полагаю, вам будет интересно изучить ссылки, приведенные выше, а также выдачу Google по запросу "crystal drive level".
Вкратце: "часовой" кварцевый резонатор и высокочастотный кварцевый резонатор - две большие разницы. Они отличаются конструкцией, а также типом среза.
Высокочастотные резонаторы (и вообще большинство кварцевых резонаторов) имеют тип среза AT, в то время как часовые кварцы - XY (см. статью по ссылке, которую давал noise1). Высокочастотные резонаторы выполняются в виде пластины, а часовые - в виде камертона.
Разница типов среза и конструкции приводит к разнице в механических характеристиках. И если в кварц с типом среза AT можно вкачивать почти любую разумную мощность, для часового кварца она строго лимитирована на уровне микроватт.
Потому нет, резистор нужен, и да, он должен быть большим. Вообще, погуглите схемы с часовыми кварцами. Этот резистор есть во всех таких схемах, за исключением случаев, когда применяется специализированая м/с, уже включающая требуемый резистор.
Насчет шунтирования - здесь тразистор управляется током.
Насчет резистора и предельной мощности кварца - я полагаю, вам будет интересно изучить ссылки, приведенные выше, а также выдачу Google по запросу "crystal drive level".
Вкратце: "часовой" кварцевый резонатор и высокочастотный кварцевый резонатор - две большие разницы. Они отличаются конструкцией, а также типом среза.
Высокочастотные резонаторы (и вообще большинство кварцевых резонаторов) имеют тип среза AT, в то время как часовые кварцы - XY (см. статью по ссылке, которую давал noise1). Высокочастотные резонаторы выполняются в виде пластины, а часовые - в виде камертона.
Разница типов среза и конструкции приводит к разнице в механических характеристиках. И если в кварц с типом среза AT можно вкачивать почти любую разумную мощность, для часового кварца она строго лимитирована на уровне микроватт.
Потому нет, резистор нужен, и да, он должен быть большим. Вообще, погуглите схемы с часовыми кварцами. Этот резистор есть во всех таких схемах, за исключением случаев, когда применяется специализированая м/с, уже включающая требуемый резистор.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 24, 2016 09:04:05
YS писал(а):Собрал, подал питание, не запускается.
На коллекторе примерно половина питания, все как в теории. В остальном ничего не работает.
Прокомментируйте.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вс апр 24, 2016 12:36:10
Прокомментируйте.
Пожалуйста, дочитайте то сообщение, которое вы цитируете, до конца; оно обновлялось четыре раза.
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Пт июл 14, 2023 15:19:33
А если в этой схеме удалить резисторы 1 и 3, поставить более мощный высоковольтный транзистор и кварц для ультразвуковой ванны?
Re: Генератор Пирса на одном транзисторе
Вт июл 18, 2023 19:34:46
proton-87 писал(а):поставить более мощный высоковольтный транзистор и кварц для ультразвуковой ванны?
О каком кварце речь? На частоту 25-30 кГц?
А обычные кварцы не могут рассеивать большую мощность.
Для УЗ ванны есть другие схемы, см. в теме "мощный догчейзер".
Есть и другие варианты. Для УЗ ванны модуляция не нужна.