RU1782333C - Quartz generator - Google Patents
Quartz generatorInfo
- Publication number
- RU1782333C RU1782333C SU904885262A SU4885262A RU1782333C RU 1782333 C RU1782333 C RU 1782333C SU 904885262 A SU904885262 A SU 904885262A SU 4885262 A SU4885262 A SU 4885262A RU 1782333 C RU1782333 C RU 1782333C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- current
- emitter
- collector
- base
- Prior art date
Links
Description
(21)4885262/09 (22)26.11.90 (46)15.12.92. Бюл. №46 (76) В.Г.Прокопенко(21) 4885262/09 (22) 11/26/90 (46) 12/15/92. Bull. No. 46 (76) V.G. Prokopenko
(56)Авторское свидетельство СССР М 1706002, кл. Н 03 В 5/36, 07.07.89. (54) КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР(56) Copyright certificate of the USSR M 1706002, cl. H 03 B 5/36, 07/07/89. (54) QUARTZ GENERATOR
(57)Изобретение относитс к радиотехнике и может использоватьс в качестве высокостабильного источника опорной частоты. Целью изобретени вл етс повышение стабильности частоты при расширении диапазона изменени нагрузок. Кварцевый генератор содержит первый, второй, третий, четвертый, п тый и шестой транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, кварцевый резонатор (КР) 7, резистор 8, первый и второй отражатели тока 9, 10, первый и второй источники тока 11. 12. В кварцевом генераторе выходной сигнал пропорционален току КР, вольт-амперна характеристика активной части независимо от нестабильности параметров всех транзисторов, а первый и второй отражатели тока обеспечивают повышение стабильности частоты за Счёт независимости ее от изменени нагрузок. 2 ил.(57) The invention relates to radio engineering and can be used as a highly stable reference frequency source. The aim of the invention is to increase frequency stability while expanding the range of load variations. The crystal oscillator contains the first, second, third, fourth, fifth and sixth transistors 1, 2, 3, 4, 5, 6, a quartz resonator (KP) 7, a resistor 8, the first and second current reflectors 9, 10, the first and second current sources 11. 12. In a crystal oscillator, the output signal is proportional to the Raman current, the volt-ampere characteristic of the active part is independent of the instability of the parameters of all transistors, and the first and second current reflectors provide increased frequency stability due to its independence from changes in loads. 2 ill.
КВарцейъш о +Quartz about +
(Л(L
СWITH
vjvj
0000
юYu
Сл)C)
со соwith
Фиг.1Figure 1
Изобретение относитс к радиотехнике и предназначено дл использовани в качестве высокостабильного источника опорной частоты в составе экономичной малогабаритной радиоэлектронной аппаратуры.The invention relates to radio engineering and is intended to be used as a highly stable reference frequency source as part of an economical small-sized electronic equipment.
Известен кварцевый генератор, содержащий усилитель на первом транзисторе, охваченном отрицательной обратной св зью через первый транзистор обратной св зи, имеющий активную нагрузку, состо щую из второго транзистора, охваченного отрицательной обратной св зью через второй транзистор обратной св зи, и охваченный положительной обратной св зью через кварцевый резонатор.A crystal oscillator is known that comprises an amplifier on a first transistor, negatively coupled through a first feedback transistor, having an active load consisting of a second transistor, negatively coupled through a second feedback transistor, and positively coupled through a quartz resonator.
Недостаток данного генератора - пониженна стабильность частоты, а также высо- кий уровень нелинейных искажений выходного сигнала.The disadvantage of this generator is reduced frequency stability, as well as a high level of nonlinear distortion of the output signal.
Известен также кварцевый генератор, содержащий первый и второй транзисторы, охваченные положительной обратной св зью с помощью третьего и четвертого транзисторов обратной св зи, при этом кварцевый резонатор одним выводом подключен к общей шине, а другим™- через конденсатор - к эмиттеру первого транзистора .A quartz oscillator is also known, comprising first and second transistors, which are positively coupled by a third and fourth feedback transistor, with the quartz resonator connected to a common bus with one output and the other ™ through a capacitor to the emitter of the first transistor.
Недостатком этого кварцевого генератора вл етс повышенна температурна и режимна нестабильность частоты вследствие пропорциональности напр жени питани активной части генератора и токов смещени транзисторов напр жению пр - мосмещенного p-n-перехода. The disadvantage of this crystal oscillator is the increased temperature and operational frequency instability due to the proportionality of the supply voltage of the active part of the generator and the bias currents of the transistors to the voltage of the biased p-n junction.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс кварцевый генератор, содержащий первый транзистор , коллектор которого соединен с первой шиной питани , второй транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером первого транзистора, резистор, первый вывод которого соединен с коллектором второго транзистора , третий транзистор и кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен с первой шиной питани , при этом первый и второй транзисторы выполнены с одинаковым типом проводимости, третий транзистор выполнен с типом проводимости , противоположным типу проводимости первого транзистора.The closest in technical essence to the proposed one is a quartz oscillator containing a first transistor, the collector of which is connected to the first power bus, a second transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the first transistor, a resistor, the first output of which is connected to the collector of the second transistor, the third transistor and quartz a resonator, the first terminal of which is connected to the first supply bus, the first and second transistors being made with the same type of conductivity, the third transistor is made with type n conductivity opposite to the type of conductivity of the first transistor.
Недостатки этого кварцевого генератора - пониженна стабильность частоты и мала нагрузочна способность. Нестабильность частоты обусловлена тем, что в данном генераторе стабилизировано лишь малосигнальное значение эквивалентного отрицательного сопротивлени активнЬй части генератора, в области же ограничени сигнала вольт-амперна характеристика активной части определ етс нескомпенсированными параметрами транзисторов и нестабильна , что приводит к нестабильности мощности рассеиваемой на пьезоэлементеThe disadvantages of this crystal oscillator are reduced frequency stability and low load capacity. The frequency instability is due to the fact that in this generator only the low-signal value of the equivalent negative resistance of the active part of the generator is stabilized, in the region of signal limitation the current-voltage characteristic of the active part is determined by the uncompensated parameters of the transistors and is unstable, which leads to instability of the power dissipated by the piezoelectric element
кварцевого резонатора Низка нагрузочна . способность данного генератора обусловливает возможность работы генератора лишь на высокоомную нагрузку, т.е. диапазон изменени нагрузок генератора ограни0 чен.quartz resonator Low load. the ability of this generator makes it possible for the generator to work only at a high resistance load, i.e. the range of variation of the generator loads is limited.
Цель изобретени - повышение стабильности частоты при расширении диапазона изменени нагрузок.The purpose of the invention is to increase frequency stability while expanding the range of load variations.
Поставленна цель достигаетс тем, чтоThe goal is achieved in that
5 в кварцевый генератор, содержащий первый транзистор, коллектор которого соединен с первой шиной питани , второй транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером первого транзистора, резистор,5 to a crystal oscillator containing a first transistor, the collector of which is connected to the first power line, a second transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the first transistor, a resistor,
0 первый вывод которого соединен с коллектором второго транзистора, третий транзистор и кварцевый резонатор, первый вывод которого соединён с первой шиной питани , при этом первый и второй0 the first terminal of which is connected to the collector of the second transistor, the third transistor and a quartz resonator, the first terminal of which is connected to the first power bus, while the first and second
5 транзисторы выполнены с одинаковым типом проводимости, третий транзистор выполнен с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого транзистора, дополнительно введены5 transistors are made with the same type of conductivity, the third transistor is made with the type of conductivity opposite to the type of conductivity of the first transistor, additionally introduced
0 четвертый, п тый и шестой транзисторы, первый и второй источники тока и первый и второй отражатели тока, при этом эмиттер третьего транзистора соединен с базой первого транзистора и эмиттером п того тран5 зистора, база и коллектор которого соединены с коллектором второго транзистора и с базой шестого транзистора, коллектор которого соединен с входом первого отражател тока, эмиттер шестого транзи0 стора соединен с вторым выводом кварцевого резонатора, базой второго транзистора и с эмиттером четвертого транзистора , база которого соединена с базой и коллектором третьего транзистора, коллек5 тор четвертого транзистора соединен с входом второго отражател тока, первый Источник тока включен между второй шиной питани и коллектором третьего транзистора , второй источник тока включен между0 fourth, fifth and sixth transistors, first and second current sources and first and second current reflectors, the emitter of the third transistor connected to the base of the first transistor and the emitter of the fifth transistor, the base and collector of which are connected to the collector of the second transistor and to the base the sixth transistor, the collector of which is connected to the input of the first current reflector, the emitter of the sixth transistor is connected to the second output of the quartz resonator, the base of the second transistor and the emitter of the fourth transistor, the base of which dinena with the base and collector of the third transistor, the fourth transistor kollek5 torus connected to the input of the second current reflector, a first current source connected between a second supply rail and the collector of the third transistor, a second current source connected between the
0 второй шиной питани и эмиттером первого транзистора, второй вывод резистора соединен с первой шиной, шины питани первого и второго отражателей тока подключены соответственно к первой и вто5 рой шинам питани , а выходы первого и второго отражателей тока соединены и вл ютс выходом кварцевого генератора, четвертый транзистор выполнен с типом проводимости, одинаковым с типом проводимости третьего транзистора, а п тый и0 by the second power bus and emitter of the first transistor, the second resistor pin is connected to the first bus, the power bus of the first and second current reflectors are connected to the first and second power buses, respectively, and the outputs of the first and second current reflectors are connected and are the output of the crystal oscillator, the fourth the transistor is made with a conductivity type identical to the conductivity type of the third transistor, and the fifth and
шестой транзисторы выполнены с типом проводимости, одинаковым с типом проводимости первого транзистора.the sixth transistor is made with a conductivity type identical to the conductivity type of the first transistor.
Сопоставительный анализ за вл емого технического решени , прототипа и аналогов показывает, что предлагаемый кварцевый генератор имеет следующие новые существенные признаки: активна часть генератора построена таким образом, что дл управлени усилительным дифференциальным каскадом на первом и втором транзисторах используютс включенные параллельно по высокой частоте транзисторные пары на третьем-четвергом и п - том-шестом транзисторах, которые одновременно служат дл замыкани цепи положительной обратной св зи в активной части генератора. При этом коллекторные токи четвертого и шестого транзисторов суммируютс на выходе генератора при помощи отражателей тока.A comparative analysis of the claimed technical solution, prototype, and analogs shows that the proposed crystal oscillator has the following new significant features: the active part of the generator is constructed in such a way that transistor pairs connected in parallel at a high frequency to the amplifying differential stage on the first and second transistors are used third-thursday and n-sixth transistors, which simultaneously serve to close the positive feedback loop in the active part and generator. In this case, the collector currents of the fourth and sixth transistors are summed at the output of the generator using current reflectors.
Положительный эффект достигаетс за счет того, что при указанном включении транзисторов формирование вольт-амперной характеристики активной части генератора осуществл етс путем сравнени базо-эмиттерных напр жений согласованных по параметрам транзисторов, что обус- ловливает взаимную компенсацию нестабильности их параметров на всем рабочем участке вольт-амперной характеристики . За счет стабилизации вольт-амперной характеристики активной части генератора достигаетс повышение стабильности мощности и спектрального состава сигнала на кварце. Применение на выходе генератора отражателей тока позвол ет улучшить спектральный состав выходного сигнала, т.к. на выход генератора поступает сигнал пропорциональный току кварца, спектральный состав которого определ етс частотно-избирательными свойствами кварцевого резонатора. При этом улучшаетс разв зка генератора и нагрузки, а мощность выходного сигнала может быть увеличена увеличением коэффициента передачи токовых отражателей.A positive effect is achieved due to the fact that, with the indicated transistors turned on, the formation of the current-voltage characteristics of the active part of the generator is carried out by comparing the base-emitter voltages of the transistors matched by parameters, which causes mutual compensation of the instability of their parameters over the entire working section of the current-voltage characteristics . By stabilizing the current-voltage characteristics of the active part of the generator, an increase in the stability of the power and spectral composition of the signal on quartz is achieved. The use of current reflectors at the generator output improves the spectral composition of the output signal, since a signal proportional to the quartz current is received at the output of the generator, the spectral composition of which is determined by the frequency-selective properties of the quartz resonator. In this case, the isolation of the generator and the load is improved, and the power of the output signal can be increased by increasing the transfer coefficient of current reflectors.
На фиг. 1 приведена электрическа схема кварцевого генератора; на фиг. 2 - распределение токов в схеме генератора при его работе.In FIG. 1 shows an electrical diagram of a crystal oscillator; in FIG. 2 - current distribution in the generator circuit during its operation.
Кварцевый генератор содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, п тый 5 и шестой 6 транзисторы, кварцевый резонатор 7, резистор 8, первый 9 и второй 10 отражатели тока, первый 11 и второй 12 источники тока.The crystal oscillator contains the first 1, second 2, third 3, fourth 4, fifth 5 and sixth 6 transistors, a quartz resonator 7, a resistor 8, the first 9 and second 10 current reflectors, the first 11 and second 12 current sources.
Работу предлагаемого кварцевого генератора рассмотрим при следующих допущени х: транзисторы 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6We consider the operation of the proposed crystal oscillator under the following assumptions: transistors 1 and 2, 3 and 4, 5 and 6
идентичны, базовые токи транзисторов пренебрежимо малы по сравнению с их коллекторными токами, транзисторы работают на частотах много меньших fv, - граничной частоты коэффициента передачи транзисторов по току в схеме с общей базой а .identical, the base currents of transistors are negligible compared to their collector currents, transistors operate at frequencies much lower than fv, - the cutoff frequency of the current transistors in the circuit with a common base a.
Первоначально подаютс напр жени на шины питани и токи источников тока такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. При этом эмиттер- ные токи транзисторов 3, 4, 5 и 6 устанавливаютс равными току loi источника тока 11,а змиттерные токи транзисторов 1 и 2 равными половине тока Io2 источникаInitially, voltages are supplied to the power buses and currents of current sources of such a magnitude as to bring all transistors into active mode. In this case, the emitter currents of the transistors 3, 4, 5, and 6 are set equal to the current loi of the current source 11, and the zitter currents of the transistors 1 and 2 are equal to half the current Io2 of the source
тока 12, и в генераторе возбуждаютс колебани на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора. При этом ток кварца 1кв, поступающий на вход активной части генератора (см. фиг. 2) делитс на токcurrent 12, and oscillations are excited at the frequency of the series resonance of the quartz resonator. In this case, the quartz current of 1 kV supplied to the input of the active part of the generator (see Fig. 2) is divided by the current
И, втекающий в эмиттер транзистора 6 и поступающий далее на вход отражател тока 9, и ток г, втекающий в эмиттер транзистора 4 и далее поступающий на вход отражател тока 10, т.е.:And, flowing into the emitter of transistor 6 and flowing further to the input of current reflector 9, and current g flowing into the emitter of transistor 4 and then flowing to the input of current reflector 10, i.e.:
+ 12.(1) + 12. (1)
В случае равенства коэффициента передачи отражателей тока выходной ток квар- цевого генератора равен:In case of equality of the transfer coefficient of the current reflectors, the output current of the crystal oscillator is
(2)(2)
где А - коэффициент передачи токовых отражателей .where A is the transfer coefficient of current reflectors.
Токи ii и 12 вызывают изменение базо- эмиттерных напр жений транзисторов 6 и 4, что приводит к по влению переменного тока 1з в дифференциальном каскаде наCurrents ii and 12 cause a change in the base-emitter voltages of transistors 6 and 4, which leads to the appearance of alternating current 1z in the differential cascade by
транзисторах 1 и 2, поступающего на резистор 8.transistors 1 and 2 supplied to the resistor 8.
Определим значение тока з. Дл этого просуммируем базо-эмиттерные напр жени по контуру, образованному транзисторами 1,2, Зи4We determine the value of current z. To do this, we sum the base-emitter voltages along the circuit formed by transistors 1,2, Zi4
11бэ2-ибэ1 ибэ4-ибэЗ,11be2-ibe1 ibe4-ibeZ,
(3)(3)
и по контуру, образованному транзистора- 50 ми 1,2, 6 и 5:and along the circuit formed by the transistor - 50 mi 1,2, 6 and 5:
ибэ2-ибэ1 ибэб-ибэ5.ibe2-ibe1 ibeb-ibe5.
(4)(4)
где Убэ - базо-эмиттерное напр жение 1-го транзистора.where Ube is the base-emitter voltage of the 1st transistor.
Представив значени базо-эмиттерных напр жений транзисторов с помощью уравнени Эберса-Молла с точностью до значени обратного тока р-п-перехода,Representing the values of the base-emitter voltages of the transistors using the Ebers-Mall equation, accurate to the value of the reverse current of the pn junction,
преобразуем уравнени (3) и (4) к следующему виду:we transform equations (3) and (4) to the following form:
(5)(5)
(6)(6)
I02I02
101101
где уравнение (5) получено из (3), а (6) - изwhere equation (5) is obtained from (3), and (6) from
(4).(4).
Соотношени (5) и (6) позвол ют выразить И и iz через 1зRelations (5) and (6) allow us to express And and iz in terms of
1 I 011 I 01
2 I 012 I 01
1 1
I 02I 02
1 +1 +
I 02I 02
- 1- 1
1 т1 -21 з1 t1 -21 s
I 02I 02
(7)(7)
1 -гг1-yy
102102
откуда в соответствии с (1) получим:whence in accordance with (1) we get:
81 01/1 0281 01/1 02
i кв - 1 зi sq - 1 s
1-(&1-(&
I 02I 02
Преобразуем (8) так, чтобы представить 1з как функцию 1кв:We transform (8) so that 1c is represented as a function of 1sq:
(9)(9)
Напр жение высокой частоты на кварцевом резонаторе приближенно равно напр жению на резисторе 8, т.к. падением напр жений на низкоомных сопротивлени х эмиттера транзисторов 4 и 6 можно в сравнении с ним пренебречь. Таким образом , вольт-амперна характеристика активной части генератора описываетс следующим выражением:The high-frequency voltage on the quartz resonator is approximately equal to the voltage on the resistor 8, because the voltage drop across the low-resistance resistances of the emitter of transistors 4 and 6 can be neglected in comparison with it. Thus, the current-voltage characteristic of the active part of the generator is described by the following expression:
«.v- tRSR ((о1".V- tRSR ((o1
где R - сопротивление резистора 8.where R is the resistance of the resistor 8.
Динамическое сопротивление активной части генератора равно:The dynamic resistance of the active part of the generator is equal to:
ки J. («) Ъ ТГ. ъKi J. (") b TG. b
При этом его малосигнальное значение (при 1Кв - 0) определ етс следующим соотношением:At the same time, its low-signal value (at 1 kV - 0) is determined by the following relation:
1 г, I021 g, I02
8 Ч oi8 h oi
(«)(")
Из выражений (10), (11), (12) видно, что как малосигнальное значение отрицатель10 ного сопротивлени , так и вольт-амперна характеристика активной части генератора в целом, определ ютс только сопротивлением резистора 8 и токами источников тока 11 и 12 и не завис т от параметров транзи15 сторов. Так как стабильность параметров резистора и источников посто нного тока значительно выше стабильности параметров транзисторов, то имеет место повышение стабильности мощности рассеиваемойIt can be seen from expressions (10), (11), (12) that both the low-signal value of negative resistance and the current-voltage characteristic of the active part of the generator as a whole are determined only by the resistance of resistor 8 and currents of current sources 11 and 12 and not depends on transistor parameters. Since the stability of the parameters of the resistor and direct current sources is much higher than the stability of the parameters of transistors, there is an increase in the stability of the power dissipated
20 на пьезоэлементе кварцевого резонатора, а также стабилизаци спектрального состава сигнала на кварце, что приводит к повышению стабильности частоты предлагаемого кварцевого генератора.20 on a piezoelectric element of a quartz resonator, as well as stabilization of the spectral composition of the signal on quartz, which leads to an increase in the frequency stability of the proposed crystal oscillator.
25 Из выражени (2) видно, что выходной сигнал в кварцевом генераторе пропорционален току кварца, т.е. его спектральный состав определ етс избирательностью, кварцевого резонатора. При этом, увеличи-25 From expression (2) it can be seen that the output signal in the crystal oscillator is proportional to the quartz current, i.e. its spectral composition is determined by the selectivity of the quartz resonator. At the same time, increase
30 ва коэффициент передачи отражателей тока А, несложно получить значение выходного тока примерно на пор док превышающее величину тока кварца, причем максимально допустима амплитуда напр 35 жени на внешней нагрузке также имеет повышенное значение и равна приблизительно половине напр жени питани . Вве- дение токовых отражателей, кроме этого, обеспечивает дополнительную разв зку ге40 нератора от цепей нагрузки, что повышает надежность его работы и расшир ет диапазон изменени нагрузки.30 VA, the current reflectors have a transfer coefficient A, it is easy to obtain an output current value that is approximately an order of magnitude higher than the quartz current value, and the maximum allowable voltage amplitude 35 at the external load also has an increased value and is approximately half the supply voltage. The introduction of current reflectors, in addition, provides additional isolation of the generator from the load circuits, which increases its reliability and widens the range of load variation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904885262A RU1782333C (en) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | Quartz generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904885262A RU1782333C (en) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | Quartz generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1782333C true RU1782333C (en) | 1992-12-15 |
Family
ID=21546821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904885262A RU1782333C (en) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | Quartz generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1782333C (en) |
-
1990
- 1990-11-26 RU SU904885262A patent/RU1782333C/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1056207B1 (en) | Voltage-controlled ring oscillator with differential amplifiers | |
US4571558A (en) | Voltage controlled crystal oscillator with reduced oscillations at crystal overtones | |
JPH11506860A (en) | Circuit arrangement for DC current generation | |
US4169248A (en) | Oscillating circuit | |
US4051446A (en) | Temperature compensating circuit for use with a crystal oscillator | |
KR970004620B1 (en) | Reactance circuit | |
RU1782333C (en) | Quartz generator | |
KR940007972B1 (en) | Variable frequency oscillator | |
US3729685A (en) | Self-compensated low voltage operational amplifier | |
US6320467B1 (en) | Ft multiplier amplifier with low-power biasing circuit | |
US3855552A (en) | Oscillator utilizing complementary transistors in a push-pull circuit | |
US4994764A (en) | Single-pin oscillator | |
KR20100025789A (en) | Frequency double for wireless communication and driving method thereof | |
US2803712A (en) | Transistor amplifier | |
RU2079205C1 (en) | Quartz oscillator | |
RU2132590C1 (en) | Quartz oscillator | |
KR880000674B1 (en) | Frequency stablizing circuit for logic gate oscillator | |
SU658539A1 (en) | Dc voltage stabilizer | |
SU1732426A1 (en) | Amplifier | |
SU796819A2 (en) | Dc voltage stabilizer | |
KR820001193B1 (en) | Filter circuit | |
SU788089A1 (en) | Current stabilizer | |
SU1628055A1 (en) | Dc voltage stabilizer | |
JP2626196B2 (en) | Differential amplifier circuit | |
JP4066646B2 (en) | Noise attenuation circuit, voltage source circuit, and oscillation circuit |