CS215727B1

CS215727B1 - Re-tunable bipolar transistor crystal oscillator

Info

Publication number: CS215727B1
Application number: CS532980A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Sigut
Original assignee: Zdenek Sigut
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Vynálezse týká přeleditelného krystalového oscilátoru s hipolárním tranzistorem pro budiče vysílačů, budiče směSovačů ve speciálních přijímačích, kde je zapotřebí přelaďovat frekvenci plynule nebo po skocích odpovídajících frekvenčnímu odstupu kanálů ve vícekanálových zařízeních. Účelem zařízení dle vynálezu je odstranit nevýhody dosavadních zařízení, tj. relativní přeladění nejvýěe -2.10“^ jmenovité frekvence, a to, že dosavadní zařízení generuji signál pouze na základní frekvenci. Podstata vynáleiu spočívá v tom, že bipolární tranzistor je zapojen jako zesilovač se společnou bází a frekvenčně nezávislou zpětnou vazbou z kolektoru na emitor, přičemž báze je blokována jen pro frekvenci určenou sériovou kombinací krystalu, indukčnosti a kapacity; aspoň jeden z posledních dvou prvků je laditelný. V kolektoru je zapojen paralelní rezonanční obvod, naladěný přibližně na základní nebo zvolenou lichou harmonickou frekvenci krystalu. Zapojení podle vynálezu dosahuje relativní přeladění řádu -10 a umožňuje generovat přímo některou lichou harmonickou frekvenci krystalu až do frekvence 100 MHz se zachováním velikosti relativního přeladění. Přelaďování se můSe dít proměnným stejnosměrným napětím z jiného místa řazení.The invention relates to a tunable crystal oscillator with a hypopolar transistor for transmitter drivers, mixer drivers in special receivers, where it is necessary to tune the frequency continuously or in steps corresponding to the frequency spacing of channels in multi-channel devices. The purpose of the device according to the invention is to eliminate the disadvantages of the existing devices, i.e. relative overtuning of at most -2.10"^ of the nominal frequency, and that the existing devices generate a signal only at the fundamental frequency. The essence of the invention lies in the fact that a bipolar transistor is connected as an amplifier with a common base and frequency-independent feedback from the collector to the emitter, while the base is blocked only for the frequency determined by the series combination of the crystal, inductance and capacitance; at least one of the last two elements is tunable. A parallel resonant circuit is connected in the collector, tuned approximately to the fundamental or selected odd harmonic frequency of the crystal. The connection according to the invention achieves a relative overtuning of the order of -10 and allows generating directly some odd harmonic frequency of the crystal up to a frequency of 100 MHz while maintaining the magnitude of the relative overtuning. Overtuning can be done by a variable direct current voltage from another switching point.

Description

Vynález se týká přeladitelného krystalového oscilátoru s bipolérním tranzistorem pro budiče vysílačů, budiče směšovačů ve speciálních přijímačích.The invention relates to a tunable crystal oscillator with a bipolar transistor for transmitter drivers, mixer drivers in special receivers.

Pro konstrukci přeladitelných prystalových oscilátorů se zpravidla využívá snížení sériová rezonanční frekvence piezoelektrického krystalu zapojením sériové kombinace indukčnosti L a kapacity C, přičemž jeden z těchto prvků je proměnný, do eérie a tímto krystalem. Jako aktivního prvku se zpravidla užívá tranzistoru, nejčastěji bipolárního, pro jeho obecně známé přednosti. Dosud známé přeladitelné krystalové oscilátory s bipolérním tranzistorem užívají buď zapojení se společným kolektorem, přičemž krystal s přelaďovacím členem LC je zapojen mezi bází a nulovým potenciálem a signál se odebírá z emitoru, nebo užívají zapojení se společným emitorem, přičemž krystal s přelaďovacím členem LC je zapojen mezi kolektorem a bází a signál ce odebírá z kolektoru. Hlavní nevýhodou vSech přeladitelných krystalových oscilátorů dosud známých je to, že se u nich d.osahuje relativního přeladění nejvýše -2.10”3 jmenovité frekvence, takže při potřebě přeladění v širším pásmu je nutno požadované pásmo rozdělit na několik podpésem a pro každé toto podpásmo použít zvláštní krystal nebo obvod β krystalem a dalšími prvky nebo zvláštní oscilátor a tyto krystaly nebo obvody nebo oscilátory přepínat. Kromě zvýšení složitosti, a tím i objemu, hmotnosti a ceny je pak další nevýhodou i samostatná stupnice pro každé podpásmo, což komplikuje obsluhu. Další nevýhodou všech přeladitelných krystalových oscilátorů dosud známých je to, že generují signál na základní frekvenci krystalu, takže pokud je žádán signál o frekvenci vyšší než je nejvyšší technicky dosažitelná základní frekvence krystalu, je nutno přeladitelný krystalový oscilátor doplnit násobičem kmitočtu, zpravidla vícestupňovým, čímž se zhoršuje řada parametrů zařízení.Typically, a tuning of the piezoelectric crystal series resonance frequency by employing a series combination of inductance L and capacitance C, one of which is variable, into the era and the crystal, is used to construct tunable prystal oscillators. As an active element, a transistor, usually a bipolar, is generally used because of its generally known advantages. The previously known tunable crystal oscillators with a bipolar transistor use either a common-collector wiring where the LC tuner is connected between base and zero potential and the signal is taken from the emitter, or the common-emitter wiring is connected with the LC tuner between the collector and the base and draws the ce signal from the collector. The main disadvantage of all tunable crystal oscillators known so far is that they have a relative tuning of not more than -2.10 ”3 rated frequencies, so that when tuning in a wider band is required, the desired band must be divided into several sub-bands and used separately a crystal or circuit β by a crystal and other elements or a special oscillator and to switch these crystals or circuits or oscillators. In addition to increasing complexity and hence volume, weight and cost, a separate scale for each subband is another disadvantage, which complicates the operator. Another disadvantage of all tunable crystal oscillators hitherto known is that they generate a signal at the base crystal frequency, so if a signal higher than the highest technically achievable base crystal frequency is desired, the tunable crystal oscillator needs to be supplemented by a frequency multiplier, usually multistage. deteriorates many device parameters.

Nevýhody dosud užívaných přeladitelných krystalových oscilátorů pomáhá odstranit zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že bipolérní tranzistor je zapojen jako zesilovač se společnou bází a frekvenčně nezávislou nebo málo závislou zpětnou vazbou z kolektoru do emitoru, přičemž báze je blokována jen pro frekvenci určenou sériovou kombinací krystalu, indukčnosti L a kapacity C. V kolektoru bipolárního tranzistoru je zapojen paralelní rezonanční obvod β nižším činitelem jakosti Q naladěný přibližně na základní frekvenci krystalu, nebo - pokud je krystal schopen kmitat na lichých harmonických své základní frekvence - na požadovanou lichou harmonickou frekvenci krystalu. Oscilátor se přelaďuje změnou indukčnosti L nebo kapacity C zapojených v sérii s krystalem. Signál je možno odebírat některým ze známých způsobů, nejlépe z kolektorového obvodu.Disadvantages of the tunable crystal oscillators used so far help to eliminate the device according to the invention, which is based on the fact that the bipolar transistor is connected as a common base amplifier with frequency independent or little dependent feedback from the collector to the emitter, the base being blocked only for a combination of crystal, inductance L and capacitance C. In the collector of the bipolar transistor is connected a parallel resonant circuit β with lower quality factor Q tuned approximately to the fundamental frequency of the crystal, or - if the crystal is able to oscillate . The oscillator is tuned by changing the inductance L or capacitance C connected in series with the crystal. The signal may be collected by any of the known methods, preferably from the collector circuit.

Hlavní výhodou zařízení podle vynálezu je relativní přeladění řádu -ÍO^-2, tedy nejméně pětkrát větěí než u přeladitelných krystalových oscilátorů dosud známých. Déle je výhodou možnost generovat přímo z oscilátoru s běžnými křemennými krystaly řezu AT nebo BT některou lichou harmonickou frekvenci krystalu bez potíži až do frekvence 100 MHz, se zachováním ve-2 likoeti relativního přeladění řádu -10 na zvolené liché harmonické frekvenci. Další výhodou je to, že kapacita C zapojené v sérii s krystalem nemusí mít příliš vysoký činitel jakosti Q, takže může být realizována varikapem a přelaďování se může dít proměnným stejnosměrným napětím z jiného místa zařízení plynule nebo po Skocích odpovídajících prekvenčnímu odstupu kanálů ve vícekanálových zařízeních.The main advantage of the device according to the invention is the relative retuning of the order of -10 ^-2 , that is to say at least five times more than that of the tunable crystal oscillators hitherto known. Further, it is advantageous to generate directly from the oscillator with conventional quartz crystals of the AT or BT cut some odd harmonic frequency of the crystal without difficulty up to 100 MHz, while maintaining a relative velocity of the order of -10 to the selected odd harmonic frequency. A further advantage is that the capacitance C connected in series with the crystal need not have too high a quality factor Q, so that it can be realized by a variapap and the tuning can occur by varying DC voltage from another device location continuously or after jumps corresponding to the conventional channel spacing in multichannel devices.

Na obrázku je naznačen příklad provedení zapojení podle vynálezu. Bipolármí tranzistorAn example of an embodiment of the circuit according to the invention is shown in the figure. Bipolar transistor

T má z kolektoru do ealtoru zavedenu vazbu kapacitním děličem tvořeným kapacitami Cl,T is connected from the collector to the ealtor by a capacitor divider formed by capacitances Cl,

C2 nebo jen kapacitou Cl. V bázi bipolárního tranzistoru T je zapojena sériová kombinace piezoelektrického krystalu K, indukčnosti Ll a Jnapacity 03. Kapacita C3 je proměnná (laditelná). V kolektoru bipolárního tranzistoru T je zapojen paralelní rezonanční obvod tvořený kapacitou C4 a indukčnosti L2, jehož rezonanční frekvence je nastavena buď na základní ftebo na požadovanou lichou harmonickou frekvenci krystalu. Stejnosměrný pracovní bod blpolárniho tranzistoru T je nastaven emitorovým odporem Kl a děličem v bázi tvořeným odpory S2 a 52· Napájecí napětí se přivádí na svorky S.C2 or only C1 capacity. In the base of the bipolar transistor T, a series combination of piezoelectric crystal K, inductance L1 and Jnapacity 03 is connected. The capacity C3 is variable (tunable). In the collector of the bipolar transistor T is connected a parallel resonant circuit formed by the capacitance C4 and the inductance L2, whose resonant frequency is set to either the basic ftebo or the desired odd harmonic frequency of the crystal. The DC operating point of the bipolar transistor T is set by an emitter resistor K1 and a divider in the base formed by resistors S2 and 52. The supply voltage is applied to terminals S.

Funkce oscilátoru je tato: Bipolérní tranzistor T pracuje jako zesilovač se společnou bází a 8 kladnou zpětnou vazbou z kolektoru do emitoru pouze na té frekvenci, pro kterou ' je báze blokována kombinací prvků K, Ll, C3. která se chová jako sériový rezonanční obvod, nebo na některé liché harmonické této funkce. Tím se z něj stane oscilátor. Kdyby byla indukčnost Ll nulové a kapacita C3 nekonečné, oscilátor by kmital podle naladění rezonančního obvodu C4, L2 v kolektoru buí na sériové rezonanční frekvenci piezoelektrického krystalu K nebo na některé její liché harmonické. Je-li indukčnost Ll vhodně volena vzhledem k parametrům krystalu K, je možno plynulým zvětšováním kapacity C3 dosáhnout plynulého snižování frekvence oscilátoru oproti sériové rezonanční frekvenci krystalu K nebo její liché harmonické. Pro danou kombinaci hodnot obvodových prvků lze najít kritickou maximální hodnotu indukčnosti Ll. při které je relativní přeladění změnou kapacity C3 největSť.The function of the oscillator is as follows: The bipolar transistor T operates as a common base amplifier with 8 positive feedback from the collector to the emitter only at the frequency for which the base is blocked by a combination of elements K, L1, C3. which acts as a series resonant circuit, or on some odd harmonics of this function. This becomes an oscillator. If the inductance L1 is zero and the capacitance C3 is infinite, the oscillator would oscillate according to the tuning of the collector resonance circuit C4, L2 either at the series resonant frequency of the piezoelectric crystal K or at some odd harmonics thereof. If the inductance L1 is suitably selected with respect to the crystal parameters K, a continuous increase in the capacitance C3 can result in a continuous decrease in the oscillator frequency relative to the crystal resonance frequency K or its odd harmonic. For a given combination of circuit element values, a critical maximum value of inductance L1 can be found. in which relative tuning is the largest change in C3 capacity.

Možnosti praktického využití zařízeni dle vynálezu jsou v řídicích oscilátorech vysokofrekvenčních vysílačů nebo transceiverů, v oscilátorech speciálních přijímačů a v obdobných zařízeních, kde je žádaná plynulá nebo skoková změna frekvence ve frekvenčním rozsahu do 1 % jmenovité frekvence při zachování vysoké frekvenční stability.Possibilities of practical application of the device according to the invention are in control oscillators of high-frequency transmitters or transceivers, in oscillators of special receivers and in similar devices where a continuous or step frequency change in the frequency range up to 1% of the nominal frequency is desired.

Claims

Tunable crystal oscillator with bipolar transistor, from whose collector positive feedback is applied to its emitter either by the capacitance or divider formed by this capacitance and capacitance between emitter and zero potential, characterized in that the base of the bipolar transistor (T) is blocked to zero potential by serial engaging the piezoelectric crystal (K), inductance (L1) and Japacity (C3) in any order, wherein at least one of the elements (L1,

C3) serially connected to the piezoelectric crystal (K) is tunable, and in the collector of the bipolar transistor (T) is connected a parallel resonant circuit formed by capacitance (C4) and inductance (L1) tuned to the fundamental or some odd harmonic frequency of the piezoelectric crystal (K).