EA001258B1

EA001258B1 - Регулятор напряжения генератора

Info

Publication number: EA001258B1
Application number: EA199900014A
Authority: EA
Inventors: Джозеф Х. Кисер
Original assignee: Вари-Эл Компани, Инк.
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 2000-12-25
Also published as: CA2259662A1; EP0913024A4; US5675478A; KR20000023818A; PL331215A1; EA199900014A1; IL127758A0; AU2999897A; CN1225204A; CN1076138C; HUP9902440A2; JP2000514638A; WO1998002956A1; HUP9902440A3; EP0913024A1; NO990202L; AU712826B2; NO990202D0

Abstract

Регулятор напряжения генератора содержит устройство по существу постоянного напряжения, соединенное последовательно с делительными резисторами цепи смещения для снижения тока и обеспечения по существу постоянного падения напряжения, и импеданс, соединенный между первым и вторым резисторами и колебательным контуром и базой транзистора-усилителя, так чтобы уменьшить нагрузку на колебательный контур и чтобы улучшить стабильность, уменьшить фазовый шум и увеличить выходную мощность усилителя. Использование кремниевого диода с p-n переходом и кремниевого n-p-n транзистора обеспечивает температурную компенсацию для жарких и холодных условий окружающей среды для обеспечения работы генератора по существу при постоянном значении тока питания.

Description

Настоящее изобретение относится к регулятору напряжения, который особенно подходит для использования с относительно небольшими батареями постоянного тока для питания генератора, и в особенности изобретение относится к области применения для сотовых и портативных беспроводных средств связи, т.е. для пейджеров, где истощение батареи является критическим фактором.

Уровень техники

Известный регулятор напряжения генератора, применяющийся в сотовых или портативных беспроводных средствах связи до настоящего времени, имеет питание от батареи большего размера, например, номиналом в 3 - 9 В. Генератор содержит колебательный контур, соединенный с усилителем обычно п-р-п транзистором, содержащим базу, эмиттер и коллектор с дросселем и нагрузочным резистором, соединенными между эмиттером и землей. Два резистора - делителя напряжения смещения цепи соединены между клеммой питания напряжения смещения и землей. Узел, расположенный между резисторами - делителями напряжения, соединен напрямую с базой транзистора и колебательным контуром.

При понижении напряжения смещения от более высоких значений до величины в 1,5 В при работе вышеописанного известного регулятора напряжения возникают две проблемы. Вопервых, большой ток смещения приводит к потерям энергии в резисторах смещения, вовторых, из-за имеющихся в цепи величин напряжения и токов импеданс к земле в узле между делительными резисторами является очень низким, и таким образом нагружаются высокочастотные напряжения от резонансного контура, т.е. снижается значение О. что дает в результате потери энергии и ухудшенный показатель фазового шума.

В патенте США № 4,621,241 описан электронный генератор такого типа, для которого может быть применен регулятор напряжения, предложенный в настоящем изобретении, и это описание следует рассматривать в качестве ссылки.

В патенте США № 4,009,454 описана схема генератора сигнала с постоянной амплитудой для подачи питания постоянного тока к генератору.

В патенте США № 5,001,373 описано использование стабилитрона в управляющей цепи для предотвращения образования чрезмерного шума.

Сущность изобретения

Регулятор напряжения предназначен для питания генератора, который особенно подходит для работы генератора с нерегулируемой батареей питания напряжением 1-1,5 В. В схему регулятора напряжения, выполненную согласно настоящему изобретению, добавлено устройство по существу постоянного напряжения в форме кремниевого диода с р-п переходом, соединенного последовательно с резисторамиделителями напряжения цепи смещения. Напряжение на выводах кремниевого диода относительно постоянно (0,4-0,7 В) при очень низком токе и достаточно независимо от напряжения питания смещения, и таким образом, оно работает как довольно стабильный опорный сигнал, для того чтобы способствовать установлению опорного напряжения смещения на резисторах делителя напряжения к напряжению питания. Так как напряжение на диоде и напряжение на базе транзистора при изменении температуры смещаются согласованно (оба имеют кремниевые р-п переходы), для сохранения тока коллектора более постоянным при изменении температуры выполняется существенная компенсация. Импеданс, предпочтительно в виде резистора, соединен между узлом резисторовделителей напряжения и базой транзистора и колебательным контуром. Этот импеданс увеличивает импеданс цепи смещения для снижения нагрузки на резонансный контур. Применяемое обычно на практике стабильное смещение в этом случае не обеспечивает сопротивления из-за термического отклонения параметров и падения напряжения. Однако так как ток смещения в генераторе действительно низкой мощности очень мал, генератор не испытывает неблагоприятного влияния от вышеуказанных обычных факторов и этот добавленный импеданс очень хорошо работает для улучшения стабильности, снижения фазового шума и улучшения выходной мощности, при этом обеспечивается существенная температурная компенсация, которая должна быть выполнена, как описано выше.

Краткое описание чертежей

Подробности этого изобретения описаны в связи с прилагаемыми чертежами, на которых подобные элементы имеют похожие номера позиций.

Чертеж изображает электрическую схему регулятора напряжения генератора, выполненного с использованием отличительных особенностей настоящего изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Как показано на чертеже, изображен регулятор напряжения для генератора, содержащего резонансный колебательный контур Т, соединенный с усилителем А сигнала и выходной клеммой О. Источник 10 напряжения питания имеет клемму У8 напряжения питания, соединенную через первичную обмотку Т1 трансформатора Х связи с коллектором усилителя А. Трансформатор содержит вторичную обмотку Т2, соединенную с выходной клеммой О.

Колебательный контур Т может быть выполнен в виде последовательного или параллельного резонансного контура и содержит входную клемму УТ настройки постоянного напряжения, так как генератор может быть генератором с постоянными параметрами или генератором, управляемым напряжением.

Генератор содержит конденсаторы С3 и С4, соединенные последовательно друг с другом между колебательным контуром Т и землей, конденсатор С6 соединен между узлом 2 и контуром Т и реактивное сопротивление в форме конденсатора С5, соединенного между эмиттером и между конденсаторами С3 и С4. Функция этих конденсаторов описана в вышеуказанном патенте США № 4,621,241, заявленном на имя автора настоящей заявки. Вкратце, при работе генератора усилитель преодолевает потери, для того чтобы поддерживать колебания в колебательном контуре. Усилитель содержит вход и выход и усиливает сигнал в ветви выхода мощности и создает сигнал обратной связи от своего выхода, который подается на вход через часть колебательного контура. Конденсатор С5 поддерживает фазовое смещение сигнала обратной связи между входом 2 и выходом 3 обратной связи усилителя по существу на нулевом уровне. Другой подходящий генератор - это стандартный генератор ΟοΙρίΙΚ который не содержит импеданс С5, а вместо него содержит прямое соединение на месте С5.

Дроссель Ь соединен последовательно с резистором К4 стабилизации постоянного тока, и эта последовательная цепь функционирует также, как импеданс фазового сдвига обратной связи. Этот дроссель Ь увеличивает эффективность, но может быть исключен для уменьшения стоимости.

Первая последовательная цепь соединена между клеммой У8 напряжения питания и землей, она содержит первый делительный резистор К.1 или резистор смещения К1, второй делительный резистор К2 или резистор смещения К2, и устройство по существу постоянного напряжения, выполненное в виде кремниевого диода Ό1, имеющего подобранное сопротивление, уменьшающее ток в первой последовательной цепи, при одновременном обеспечении по существу постоянного напряжения в устройстве. Устройством, подходящим для работы в качества диода, является обычный нелинейный диод с переключением от компьютера, который имеет по существу постоянное напряжение на выводах, не зависящее от тока. Развязывающий конденсатор СА соединен в схеме между клеммой У8 и землей, а развязывающий конденсатор СВ соединен параллельно диоду Ό1. Эти конденсаторы не являются обязательными элементами и могут быть добавлены в схему по желанию.

Импеданс, предпочтительно резистор К3, соединен между узлом 1 между первым и вторым резисторами-делителями напряжения и узлом 2 между колебательным контуром Т и базой усилителя А для увеличения высокочас тотного импеданса между землей и базой усилителя. Ток 11 проходит через первый резистор - делитель напряжения К1 и разветвляется на ток 12, проходящий через К2 и Ό1 для обеспечения постоянного напряжения на выводах Ό1, относительно независимого от напряжения У8 питания, и на ток 13, проходящий через импеданс КЗ для обеспечения тока смещения базы транзистора. Основной ток транзистора или ток коллектора 14 является реакцией на приложенный ток 12 базы для обеспечения желаемого функционирования усилителя и генератора, описываемого уравнением:

= 13 + 6(13) = 13+14.

Обычно константы схемы вычисляют для получения так называемых эксплуатационных параметров транзистора - усилителя класса А или класса АВ при добавленном резисторе К3, как было описано, коэффициент 6 усиления по постоянному току, где 6 - это коэффициент усиления транзистора по постоянному току, обычно имеющий значения от 50 до 150. Путем добавления резистора К3, как описано, получается меньший ток высокой частоты, меньшее рассеивание энергии высокой частоты в резисторах К2 и К1, и эта энергия направляется к базе транзистора усилителя А. В сущности, добавленный импеданс К3 повышает высокочастотный импеданс к земле в узле 2 и направляет высокочастотную энергию, которая не должна быть потеряна или рассеяна, в цепь смещения резисторов К3, К2 и К1, но предпочтительнее - к базе транзистора. Эта уменьшенная нагрузка на колебательный контур улучшает стабильность и снижает фазовый шум, а также увеличивает выходную мощность транзистора - усилителя.

Кремниевый диод Ό1 - это диод с р-η переходом, а кремниевый транзистор имеет п-р-п переход. Напряжение на базе транзистора и напряжение на диоде Ό1 смещаются согласованно при изменении температуры, обеспечивая температурную компенсацию для жаркой и холодной окружающей среды и позволяя генератору работать по существу при постоянном коллекторном токе 14.

В сущности, при изменении температуры постоянное напряжение на диоде Ό1 и на базе транзистора изменяется примерно на -1,6 мВ на градус Цельсия. Для сохранения желаемого постоянного коллекторного тока 14 постоянное напряжение, подаваемое на базу транзистора в узле 2, должно также изменяться на величину в -1,6 мВ на градус Цельсия. Постоянное напряжение в узле 2 вычисляется следующим образом:

У2 = УЦ1 + 12К2 - 13К3, где УЭ1 изменяется при изменении температуры на величину в -1,6 мВ на градус Цельсия. При небольших значениях К2 и очень маленьких значениях 13, У2 а УЭ1. и изменение параметров диода при изменении температуры вы зывает по существу регулировку/компенсацию в транзисторе.

Вышеописанная схема также обеспечивает регулировку при изменениях напряжения питания. Из соотношения У2 а УЭ1 можно видеть, что так как напряжение питания в этом выражении отсутствует, то У2 является относительно независимым от У8, и таким образом напряжение смещения базы становится в значительной степени независимым от напряжения питания и УВ по существу регулируется с изменениями в напряжении питания, что дает в результате существенно более постоянный ток питания.

Подводя итог, схема, выполненная согласно настоящему изобретению, обеспечивает: а) напряжение смещения для генератора при низком напряжении питания (от батареи постоянного тока 1-1,5 В), Ь) температурную компенсацию для жарких и холодных условий окружающей среды, с) оба вышеуказанных пункта при одновременном улучшении параметров шума и мощности, и й) уменьшает ток смещения, требуемый резисторами-делителями напряжения.

В качестве иллюстрации, но без ограничения рамок изобретения, ниже приведены значения компонентов схемы, которые были найдены подходящими для вышеописанной схемы:

У8 1-1,5 В постоянного тока

УЭ1 0,7 В постоянного тока

К1 2,2 КОм

К2 2,7 КОм

КЗ 1,5 КОм

Следует понимать, что настоящее изобретение может быть использовано применительно к другим генераторам, включая, но без ограничений, индуктивный трехточечный генератор.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано с определенной степенью конкретности, очевидно, что настоящее описание было сделано в виде примера и что в схему могут быть внесены изменения в деталях и структуре без отступления от духа изобретения.

Claims

1. Регулятор напряжения для генератора, включающего резонансный колебательный контур, соединенный с усилителем сигнала, имеющим выходную клемму, содержащий клемму напряжения питания, соединенную с указанным усилителем, первую последовательную цепь, соединенную между указанной клеммой напряжения и землей, содержащую первый резистор-делитель напряжения, второй резистор-делитель напряжения и устройство относительно постоянного напряжения, имеющее выбранное сопротивление для снижения тока в указанной первой последовательной цепи и обеспечения по существу постоянного напряжения на указанном устройстве, импеданс, соединенный между узлом, расположенным между указанными первым и вторым резисторами, и узлом между указанными колебательным контуром и усилителем для увеличения импеданса между указанными клеммой напряжения и усилителем и для снижения нагрузки на колебательный контур для улучшения стабильности, снижения фазового шума и увеличения выходной мощности указанного усилителя, посредством чего ток смещения протекает через указанный первый резистор и указанный импеданс и основной ток от указанной клеммы к усилителю обеспечивает относительно постоянное опорное напряжение на выводах устройства для получения напряжения смещения, приложенного к указанному усилителю, что обеспечивает работу указанного генератора по существу с постоянным током при изменениях температуры и подачу по существу постоянного напряжения питания к усилителю в диапазоне напряжений питания.

2. Регулятор напряжения по п.1, отличающийся тем, что с указанной клеммой соединена нерегулируемая батарея постоянного тока напряжением примерно 1-1,5 В.

3. Регулятор напряжения по п.2, отличающийся тем, что падение напряжения на указанном устройстве составляет примерно 0,7 В постоянного тока.

4. Регулятор напряжения по п.2, отличающийся тем, что величина указанного первого резистора составляет примерно 2,2 кОм, указанного второго резистора примерно 2,7 кОм, а указанного импеданса примерно 1,5 кОм.

5. Регулятор напряжения по п.1, отличающийся тем, что указанным устройством является кремниевый диод.

6. Регулятор напряжения по п.1, отличающийся тем, что указанным усилителем сигнала является кремниевый п-р-п транзистор, содержащий базу, эмиттер и коллектор, а указанный диод имеет кремниевый р-п переход, причем параметры указанных транзистора и диода меняются согласованно для обеспечения температурной компенсации для жарких и холодных условий окружающей среды.

7. Регулятор напряжения для генератора, включающего резонансный колебательный контур, соединенный с кремниевым п-р-п транзистором, содержащим базу, эмиттер и коллектор, со стабилизирующим резистором и катушкой индуктивности, соединенными между указанным эмиттером и землей и имеющий выходную клемму, причем указанный регулятор содержит клемму напряжения питания, соединенную с указанным коллектором, первую последовательную цепь, соединенную между указанной клеммой напряжения и землей, содержащую первый резистор-делитель напряжения, второй резистор-делитель напряжения и кремневый диод с р-п переходом для снижения тока в указанной первой последовательной цепи и обеспечения по существу постоянного напряжения на указанном диоде, третий резистор, соединенный между узлом между указанными первым и вторым резисторами и узлом между указанными колебательным контуром и указанной базой для увеличения сопротивления между указанными клеммой напряжения и базой и для снижения нагрузки на колебательный контур для улучшения стабильности, снижения фазового шума и увеличения выходной мощности на указанной выходной клемме, в результате чего ток смещения протекает через указанный первый резистор и указанный третий резистор и основной или коллекторный ток от указанной клеммы напряжения к усилителю обеспечивает низкое напряжение на указанном диоде с напряжением смещения, приложенным к указанному усилителю и обеспечивающим работу указанного генератора по существу с постоянным коллекторным током при изменениях температуры в диапазоне напряжений питания.

8. Регулятор напряжения по п.7, отличающийся тем, что напряжение на указанном диоде и напряжение на базе указанного транзистора согласованно смещаются при изменениях температуры для сохранения тока в указанном коллекторе по существу на постоянном уровне.