RF (Radio frequency) generatoriai šiais laikais yra labai paplitę. Jų generuojami virpesiai sustiprinami ir perduodami į antenas arba bendraašių kabelių sistemas. Tokio tipo generatoriai tai pat gali būti naudojami imtuvuose priimant radijo stotis. Reikalavimai imtuvo generatoriui yra griežtesni nei siųstuvuose naudojamiems generatoriams, kadangi imtuvo generatorius turi turėti ne tik stabilų dažnį, bet ir mažą fazės triukšmą SSB (single-sideband). Tai ypač aktualu aukštuose dažniuose (UMTS, Wireles LAN, ir t. t.), kadangi SSB tiesiogiai įtakoja imtuvo selektyvumą. Taip pat imtuvo generatorius turi būti atsparus pašaliniai (triukšminiai) moduliacijai.
Siųstuvų generatoriai turi vieną svarbų reikalavimą: mažą apkrovos įtaką generuojamam dažniui (load pull), kuris apibrėžia apkrovos dydžio pasikeitimą generuojamam dažnio stabilumui. Jei generatoriaus apkrova stipriai įtakoja generuojamą dažnį, tai tokia generatorius konstrukcija netinkama naudoti.
Kai kuriose konstrukcijose harmonikų skaičius, srovės suvartojimas, darbas plačiame temperatūrų diapazone, greitas įsijungimas bei greitas išsijungimas bei paprasta moduliacijos galimybė gali būti kaip papildomos teigiamos generatoriaus savybės. Todėl konstruojant RF generatorius reikia ypatingai kreipti dėmesį į jo konstrukciją ir neapkrauti generatoriaus išėjimo tiesiogiai maža varža, vietoj to panaudojant buferį (1 pav.)
1 pav. Bendra struktūrinė RF generatoriaus su buferiu schema
Šiuo atveju buferis gali būti stipriai apkraunamas, kas neturės tiesioginės įtakos generatoriaus veikimui. Buferis gali būti sukonstruotas iš vieno tranzistoriaus, jungiant jį kaip emiterinį kartotuvą.
Kvarciniai generatoriai
Kvarciniai generatoriai turi dvi labai naudingas bei skirtingas savybes: dažnio stabilumą bei mažą fazės triukšmo lygį. Pagrindinis jų trūkumas tai mažas darbo dažnis bei maža išėjimo galia. Kvarcinio generatoriaus pagrindinis elementas yra kvarcinis rezonatorius (2 pav.), dėl kurio mechaninių virpesių tam tikruose dažniuose gaunami rezonansai. Kvarco mechaniniai rezonansai priklauso nuo to, kaip ir kokiu kampu išpjautas kristalas kristalinės gardelės atžvilgiu.
2 pav. Kvarcinio rezonatoriaus sandara
Kvarcinius generatorius galima suskirstyti į dvi dalis: klasikinius bei dirbančius aukštesnėm harmonikom. Aukštesnėm harmonikom generatorius generuoja naudojantis kvarcinio rezonatoriaus parazitiniais rezonansais arba lygiagrečia talpa.
3 pav. „Colpitts“ klasikinio tipo generatoriaus principinė schema kairėje, dešinėje – geresnis „Pierce“ generatorius
2 paveiksle pateikta dviejų klasikinių kvarcinių generatorių schemos, kuriems dažninė moduliacija daroma vietoj nuosekliai kvarcui pajungto kondensatorius, pajungus varikapą. Esant kitai situacijai, nuosekliai kvarciniam rezonatoriui prijungtas kondensatorius naudojamas generuojamo dažnio reguliacijai mažose ribose. O vietoj šio kondensatoriaus patalpinus induktyvumą, gausime mažesnį nei kvarco dažnį.
Kaip matyti iš paveikslų, abu generatoriai veikia kvarcinių rezonatorių pagrindiniais dažniais. Q1 – tai mažos galios aukšto dažnio tranzistoriai. Derinant tokio tipo generatorius svarbu nustatyti teisingus darbo režimus, tai daroma keičiant varžas bazės arba emiterio grandinėse. Kvarciniai generatoriai taip pat gali dirbti aukštesniais „nelyginiais“ dažniais tam išnaudojant parazitinius kvarco rezonansus (4 pav.). Tokiam režimui pasiekti gali būti naudojamas nuoseklus arba lygiagretus kontūras, suderintas parazitiniam kvarco dažniui. Rezonanso dažnį galima paskaičiuoti pagal formulę:
Čia L, C – kolektoriaus grandinės induktyvumas (Henriais) bei talpa (Faradais). Tokiame generatoriuje dažnis ne taip lengvai derinamas kaip (3 pav.) schemose. Pirmasis kondensatorius prijungtas prie kvarcinio rezonatoriaus ir žemės generatoriaus dažnį pastūmės į aukštesnę dažnių sritį, priešingai nei (3 pav.) schemose.
4 pav. „Pierce“ trečia harmonika generuojantis RF generatorius
Kadangi aukštesnių harmonikų generatoriai nėra tiksliai nelyginių harmonikų generatoriai, tai gali atsirasti žymi dažnio paklaida. Tarkim turime 4 MHz kvarcinį rezonatorių, tai 3-čioji harmonika teoriškai turi būti lygi 3*4=12 MHz. Bet kadangi (2 pav.) generatoriuje galima paklaida, tai generuojamas dažnis gali būti aukštesnis. Kai kvarcinis rezonatorius naudojamas aukštesnėm harmonikom generuoti, tai geriausia nustatyti jo nuoseklų rezonansinį dažnį trečiai harmonikai, kadangi aukštesni parazitiniai rezonansai dažniausiai būna ne tokie ryškūs.
Tarkime, norime pasigaminti 100 MHz generuojantį generatorių. Tokio dažnio kvarcinių rezonatorių sunku gauti, o jei ir gaunama, tai jis dažniausiai ties 100MHz veikia pagal trečią harmoniką. Taigi, 100 MHz gauti galima paimti 100/3=33,3 MHz kvarcinį rezonatorių, kuris labai gerai tinka (4 pav.) schemai. Bet reikia turėti omenyje, kad ne visi kvarcai tinka dirbti aukštesniais rezonansiniais dažniais. Be to, ne visada trečias rezonansas bus lygiai tris kartus didesnis nei standartinis jo dažnis. Kokius rezonansus turi kvarcinis rezonatorius, galima patikrinti su matavimo įranga (generatoriumi, oscilografu ar charakteriografu). 5 paveiksle pateiktas pavyzdys kaip jungti kvarcinį rezonatorių rezonansams išmatuoti.
5 pav. Standartinių ir aukštesnių rezonansų matavimui skirto kvarco jungimas: kairėje – matuojant nuoseklų rezonansą; viduryje – matuojant nuoseklią varžą; dešinėje – ekvivalentinė kvarcinio rezonatoriaus schema
Matavimai vykdomi keičiant dažnį plačiose ribose, bei oscilografo ekrane žiūrint virpesio kitimą. Rezonanso atveju gaunamas ryškus virpesys, smarkiai besiskiriantis nuo virpesio, gaunamo ruožuose, kuriuose nėra rezonansų. Jei kvarco rezonanso metu virpesio amplitudės dydis neviršija 5 dB, lyginant su aplinkinių taškų virpesių amplitudėmis (dešimties MHz ribose nuo parazitinio rezonanso), tai su tokiu kvarcu bus sudėtinga pagaminti schemą veikiančią aukštesniu dažniu.
Labai svarbus yra kvarco dažnio stabilumas keičiantis aplinkos temperatūrai. Teisingai parinkus bei suderinus generatoriaus elementus galima pasiekti 2,5e-6 dažnio stabilumą 0–50 laipsnių intervale. Egzistuoja temperatūrai kompensuotų kvarcų, kurių dažnio stabilumas siekia 5e-7.
Literatūra:
Peter Vizmuller. RF Design Guide ISBN 0-89006-754-6. 1995
