Схема на Рисунке 1 кажется предельно простой, но демонстрирует необычное поведение. Она генерирует почти прямоугольные импульсы на частотах нечетных гармоник кварцевого резонатора, включая основную частоту.
 |
|
| Рисунок 1. | Простая схема, которая генерирует почти прямоугольные импульсы с нечетным числом гармоник кварцевого резонатора. |
Выходную частоту схемы FO можно задавать, просто изменяя сопротивление резистора.
В схеме используется ударное возбуждение резонансных колебаний кварцевого кристалла. В отличие от известных генераторов, в схеме применяется обратная связь от ее крайне нелинейного выхода, которая обеспечивает ударное возбуждение кварцевого резонатора, синхронизирующего колебания схемы.
Одним из потенциально странных решений было использование триггера Шмитта в качестве активного элемента, хотя этот триггер гораздо полезнее обычного инвертора; в данном случае он также обеспечивает необычные возможности схемы.
Выходные прямоугольные импульсы триггера Шмитта содержат только компоненты нечетных гармоник (вида 2π(2k–1)×f).
Таким образом, отфильтровывая нежелательные составляющие с помощью RC-фильтра нижних частот (см. эквивалентную схему на Рисунке 2), можно обеспечить достаточно хорошее возбуждение кварца. (Здесь C – общая емкость, связанная с узлом кварцевого резонатора: паразитная емкость плюс емкости входа триггера и самого кварца).
 |
|
| Рисунок 2. | Эквивалентная схема RC-фильтра нижних частот, обеспечивающего возбуждение кварцевого генератора. |
Предполагая, что пороги VT1 для нарастающего фронта и VT0 для спадающего фронта симметричны (случай 54HC14), частоту свободных колебаний FQFR RC-генератора на основе триггера Шмитта можно приблизительно найти по формуле:
Чтобы синхронизация была возможна, эта частота свободных колебаний должна быть немного меньше целевой частоты.
Примечание: если это условие не выполняется, схема может возбуждаться на случайной комбинации субгармоник кварцевого резонатора или на любой несвязанной частоте, определяемой в основном RC. Вопрос о фазовых шумах такого генератора также остается открытым.
Схема может оказаться менее полезной для более высоких частот, поскольку увеличение частоты означает уменьшение сопротивления резистора R и, следовательно, более сильное шунтирование резонатора этим резистором. Более низкие значения R также искажают нашу простую модель генератора прямоугольных импульсов.
Но она хорошо подходит для относительно низкочастотных кварцевых резонаторов; ее использовали для частот в диапазоне от 32 кГц до 1 или 2 МГц.
Например, при частоте кварцевого резонатора FQ = 100 кГц значения R в диапазоне от 150 до 250 кОм соответствуют основной частоте (100 кГц), R в диапазоне от 85 до 40 кОм дает 3-ю гармонику (300 кГц), значения в диапазоне от 65 до 75 кОм дадут 5-ю гармонику (500 кГц) и так далее. Разумеется, все эти значения приведены в качестве ориентира для случая 54HC14 и напряжения питания 5 В.
Купить CD54HC14 на РадиоЛоцман.Цены
