CN1225204A - 振荡器电压调节器 - Google Patents

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Abstract

一个振荡器电压调节器包括一个串联在偏置网络分压电阻(R1＆R2)上的基本恒定电压元件(D1)来减小电流并提供一个基本恒定的电压降,一个连接在分压电阻的第一和第二分压电阻间和振荡电路(T)和放大器三极管(A)的基极间的阻抗(R3),从而减小振荡电路的负载,提高稳定性,减小相噪声,增加放大器的输出功率。硅PN结(D1)和NPN三极管(A)的使用提供了在热或冷环境下的温度补偿,使得振荡器在一个基本恒定的供电电流(I4)下工作。

Description

振荡器电压调节器
本发明涉及一种电压调节器，特别适用于以较小的直流电池电压为振荡器提供电能时使用，并且具有对于蜂窝式或便携式无线设备，即寻呼机的特殊用途和电池电流十分重要时的用途。
至今为蜂窝式或便携式无线通讯提供的振荡器电压调节器使用较大的像3～9伏的直流电池。该振荡器具有一个连接在具有基极、发射级和集电极并在发射极和接地之间连接有拒流线圈及负载电阻的典型的NPN型三极管的振荡电路。两个偏置网络分压电阻被连接在偏置电源电压端和接地之间。在分压电阻和三极管基极间的接合点和到振荡电路之间有一个直接连接。
在上述的现有技术中的电压调节器当偏置电源电压从较高电压下降到1.5伏时会产生两个问题。1)较大的偏置电流导致在偏置电阻上的能量消耗并且2)由于与在分压电阻间的连接点到地的阻抗有关的电压和电流是非常低的因此从调节电路中产生了RF电压，即降低了导致能量散失和减弱相噪声的Q。
Kisser的美国专利第4,621,241号发表了一个可应用于本发明电压调节器上的电子振荡器类型并且在这里将作为参考结合说明。
Darrow的美国专利第4,009,454号发表了一个用于提供一个向振荡器供给直流电的恒定振幅信号发生器的电路。
Bator等人的美国专利第5,001,373号发表了在控制电路中使用一种齐纳二极管阻止过量噪声产生的应用。
一种电压调节器，用来供能给一个振荡电路，特别是适合于在未调节的1～1.5伏直流电池或电压供给下控制振荡电路。本发明的电压调节电路增加了串联于偏置网络分压电阻上以一个PN结硅二极管形式出现的一个基本恒定电压元件。通过硅二极管的电压在低电流下是相当恒定的(0.4～0.7伏)且对于偏置电源电压是相当独立的，因此该电压作为一个相当稳定的参照以帮助和分压电阻一起建立对于电源电压的基极偏置电压。由于跨接二极管的电压和跨接三极管基极的电压随温度一致漂移(两者均为硅PN结)，实现基本补偿以保持集电极电流在温度变化下更加恒定。一个阻抗，最好是一个电阻，被连接在分压电阻间的接点和三极管基极和振荡电路之间。该阻抗提高了偏置网络阻抗以便减低在调节电路上的负载。典型地静态偏置惯例由于热力散失和电压下降的考虑不允许在此位置上出现电阻。可是因偏置电流在一个确实低功率的振荡器中是非常小的，振荡器没有因传统的考虑产生负面影并且这个增加的阻抗大大改善了稳定性，减小相噪声及提高输出功率，而允许如上述的实现基本温度补偿。
本发明的细节将结合附图详加描述，该附图中相同部分将用同样的参考数字表示，其中：
附图是体现本说明特征的振荡电压调节器的电路图。
现在参照附图，该图示出了一个用于振荡器的电压调节器，该振荡器包括一个连接到信号放大器A和输出端O的调谐振荡电路T。一个电压源电压10的电压源端VS通过一个耦合变压器X的初级线圈T1连接到放大器A的集电极上。示出的变压器有一个连接到输出端O的副级线圈T2。
振荡电路T可以是串联或并联的调谐振荡电路，由于振荡器可以是一个固定的振荡器或电压控制的振荡器，图中的振荡器有一个直流电压调谐输入端VT。
振荡器具有在电路T和接地之间彼此串联在一起的电容器C3和C4，一个电容器C6连接在端子2和电路T之间，一个以电容器C5形式出现的电抗连接在电容器C3和C4间及发射极之间。这些电容器的作用在我上述的美国专利第4,621,241号中有描述。概括地说，在振荡工作中，放大器克服损失以便保持在振荡电路中的振荡。放大器具有一个输入和输出且放大器在能量输出路径上放大信号并从其输出提供一个反馈信号，该反馈信号通过一部分振荡电路反馈回输入。电容器C5保持放大器输入2和反馈输出3间的反馈信号相移基本上为0度。另一种适合的振荡器可以是标准的科尔皮兹振荡器，该振荡器没有阻抗C5，而是直接连接来替代C5。
扼流线圈L与直流稳压电阻R4串联，并且该串联电路完成象反馈相移阻抗的作用。扼流线圈L可以提高效率，但可以为减少费用而消除。
第一个串联电路连接在电源电压端VS和接地之间，包括一个第一偏置或分压电阻R1，第二个偏置或分压电阻R2，及一个具有以选定电阻值的一个硅二极管D1形式的基本恒定电压元件，该元件减小在该第一串联电路中的电流，而提供跨接该元件的基本恒定电压。适合用于二极管D1的元件是一种传统的具有独立于电流的基本恒定端电压的非线性计算机开关二极管。所示的旁路电容器CA连接在端子VS和接地之间，所示的旁路电容器CB与二极管D1并联。这些电容器是可选的。
一个阻抗，最好是一个电阻R3连接在第一和第二分压电阻间的标明为1的接点与振荡电路T和放大器基极间标明为2的接点之间用于提高接地和放大器基极间的RF阻抗。电流I1流过第一分压电阻R1并分支，一部分为流过R1和D1的电流I2，提供跨接D1两端的相对独立于电源电压VS的一个恒定电压；另一部分流过阻抗R3，提供三极管的基极偏置电流。三极管的主或集电极电流I4根据提供的基极电流I2提供期望的放大器/振荡器作用，其下面的等式给出：
I5=I3+G(I3)=I3+I4通常电路常数通过增加电阻R3获得所述的三极管直流电流增益G,G是直流三极管增益，典型值为50到150，来提供于所谓的A类或AB类放大器三极管的工作条件。通过增加所述的电阻R3，将导致在电阻R2和R1上的极小的RF电流流入和极小的RF能量散失并且该能量直接导入放大器A的三极管基极。本质上增加的阻抗R3提高了在结点2处对地的RF阻抗，并导致在电阻R3,R2和R1的偏置网络中RF能量没有丢失或耗散，而是提供给三极管基极。这种方法减小了振荡电路的负载，提高了稳定性并降低相噪音，以增加放大器三极管的输出功率。
硅二极管D1是一个PN结，硅三极管是一个NPN结。跨接三极管基极的电压和跨接二极管D1的电压随温度一致变化以提供在热和冷环境下的温度补偿，并且使得振荡器在基本恒定的集电极电流I4下工作。
实质上，随着温度变化，跨接D1的直流电压和三极管基极的电压每摄氏度改变大约-1.6毫伏。为保持所需的恒定集电极电流I4，在接点2处施加于三极管基极的直流电压也必须以每摄氏度-1.6毫伏变化。在接点2的直流电压可如下导出：V2=VD1+I2R2-I3R3，其中VD1随温度在每摄氏度变化-1.6毫伏。当R2值和I3值很小时，V2≌VD1，二极管随温度变化完成了对三极管的基本的调节/补偿。
上述电路也提供了对电源电压变化的调节。从关系式V2≌VD我们可以看出，由于电源电压没有出现在表达式中，V2对于VS是相对独立的，因此基极偏置电压变得较大程度上独立于电源电压且VB被基本上随电源电压变化被调节而导致基本上更恒定的电源电流。
概括来说，本发明的电路提供了a)低电源电压时(1-1.5伏直流电池)给振荡器的一个偏置电压，b)热和冷环境下的温度补偿，c)改善噪音和能量性能的同时，实现了上述两点，并且d)减小了分压电阻所需的电流。
通过非限制性的举例的方式适合以上电路的电路元件值为：
VS     1-1.5VDC
VD1    0.7VDC
R1     2.2K欧姆
R2     2.7K欧姆
R3     1.5K欧姆
应当理解本发明可以用在包括但不限于哈特利振荡器的其他振荡器上。
尽管用一个具体的实施例对本发明进行了说明，但应当理解已通过实施例公开了本发明的内容，并且在不脱离本发明实质的情况下可以对本发明的结构细节做各种变化。

Claims (8)

1．一种电压调节器，用于包括连接到具有一个输出端的一个信号放大器的一个可调节振荡电路的振荡器，包括：
一个连接到所述放大器的一个电源电压端，
一个连接在所述电压端和接地之间的第一串联电路，包括一个第一分压电阻，一个第二分压电阻和一个相对恒定电压元件，该相对恒定电压元件具有一个可选电阻值以减少在所述第一串联电路中的电流量并提供一个跨接在所述元件的基本恒定的电压，
一个连接在所述第一和第二电阻间的结点与所述振荡电路和所述放大器间的结点之间的一个阻抗，以增加所述电压端和所述放大器之间的阻抗，并减少振荡电路上的负载以改善稳定性，减小相噪音并提高所述放大器的输出功率，
由此，一个偏置电流流过所述第一电阻和所述阻抗，并且从所述端到所述放大器的一个主电流使得跨接在该元件上的相对恒定的参考电压提供施加于所述放大器上的偏置电压，它使得所述振荡器当温度变化时在基本恒定的电流下工作，并且在一定电源电压范围内提供基本恒定电源电流给该放大器。
2．如权利要求1所述的电压调节器，其中一个未调节的约1-1.5伏DC电池连接到所述端。
3．如权利要求2所述的电压调节器，其中跨接在所述元件的电压降约为0.7V DC。
4．如权利要求2所述的电压调节器，其中所述第一电阻值约为2.2K欧姆，所述第二电阻约为2.7K欧姆且所述阻抗约为1.5K欧姆。
5．如权利要求1所述的电压调节器，其中所述元件为硅二极管。
6．如权利要求1所述的电压调节器，其中所述信号放大器为具有基极、发射极和集电极的一个NPN型硅三极管，所述元件为一个硅PN结，所述三极管和二极管在热和冷环境下两者一致变化以提供温度补偿。
7．一种电压调节器，用于一个包括连接到一个NPN型硅三极管的一个可调节谐振振荡电路的一个振荡器，该NPN型三极管具有一个基极、发射极和集电极，一个稳压器电阻和电感连接在所述发射极和接地之间并具有一个输出端，所述调节器包括：
一个连接到所述集电极的电源电压端，
一个连接在所述电压端和接地之间的第一串联电路，它包括一个第一分压电阻，一个第二分压电阻和一个硅PN结二极管，以减少在所述第一串联电路中的电流量，并提供一个跨接在所述二极管上的一个基本恒定电压。
一个第三电阻连接在所述第一和第二电阻间的结点与所述振荡电路和所述基极间的结点之间，以增加在所述电压端和所述基极间的阻抗，并减小振荡电路上的负载以改善稳定性，减小相噪音和改善所述输出端的输出功率，
由此，一个偏置电流流过所述第一电阻和所述第三电阻，并且一个从所述电压端至所述放大器的主或集电极电流使得一个小电压跨接所述二极管，同时施加在所述放大器的一个偏置电压使所述振荡器以基本恒定的集电极电流工作，以当温度变化时在一定电源电压范围内提供一个基本恒定的集电极电流。
8．如权利要求7所述的电压调节器，其中跨接在所述二极管的电压和跨所述三极管基极的电压变化与温度一致，以保持所述集电极中的电流在一个基本恒定的水平。
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