FI85633B - Spaenningsfoerhoejningsregulator. - Google Patents

Description

x 85633 Jännitteennostoregulaattori

Keksinnön kohteena on jännitteennostoregulaattori radiolähettimen taajuussyntesoijan taajuudensäätöjännitteen 5 synnyttämiseksi matalasta käyttöjännitteestä, joka regulaattori käsittää oskillaattorisignaalilla ohjatun, A-luo-kassa toimivan vahvistinvälineen, jonka ulostulossa on välineet vahvistetun signaalin tasasuuntaamiseksi ja suodattamiseksi, ja joka regulaattori edelleen käsittää takaisin-10 kytkentävälineet ulostulojännitteen stabiloimiseksi vahvistetun signaalin amplitudia säätämällä.

Perinteisessä vaihelukitulla silmukalla muodostetussa taajuussyntesoijassa käytetään taajuuden muodostamiseen yleensä kapasitanssidiodeilla ohjattuja oskillaatto-15 reita. Tavanomainen kytkentä on Collpits ja sen erilaiset muunnokset. Tilan ja kustannusten säästämiseksi oskillaattori toimii ns. lopputaajuudella ja lähetinoskillaattoria taajuusmoduloidaan säätöjännitteen kautta. On toivottavaa, että tällaista oskillaattoria voidaan säätää mahdollisimman 20 suurella taajuusalueella samalla säätöjännitteellä. Jotta samalla jännitteellä saataisiin säädettyä aikaisempaa suurempi taajuusalue, on taajuuden muutoksen suhdetta säätö-jännitteen muutokseen kasvatettava. Tällöin ongelmana on, että myös säätöjännitteessä ilmenevä kohina moduloi kan-• : 25 toaaltoa suhteellisesti aikaisempaa enemmän. Tämä puoles taan aiheuttaa radioyhteyden signaalikohinasuhteen alenemisen. Säätöjännitteessä oleva kohina saattaa olla peräisin useista eri lähteistä ja sen suodattaminen on vaikeaa. Suodatus on erityisen vaikeaa, mikäli kohina on pientaa-;. 30 juista.

Toinen tapa kasvattaa taajuussyntesoijan säädettävissä olevaa taajuusaluetta, on kasvattaa säätöjännitettä. Kannettavissa radiolaitteissa joudutaan virtalähteenä kuitenkin käyttämään akkuja, jolloin tyypillinen akkujännite 35 on noin 12 V. Erilaisten suodatin- ja regulaattoripiirien 2 85633 aiheuttamien häviöiden vuoksi käytettävissä oleva tasajännite on vielä tätäkin alhaisempi. Tämä noin 12 V säätöjän-nite on kuitenkin riittämätön laajalla taajuusalueella tapahtuvaan taajuussyntesoijan säätöön.

5 Tunnetuissa ratkaisuissa on tällaista matalaa käyt töjännitettä pyritty nostamaan perinteisellä hakkuritekniikalla toteutetuilla kytkennöillä. Hakkurikytkentä toimii yleensä taajuudella, joka on 10-100 kHz. Tällaisessa epälineaarisessa hakkurikytkennässä syntyy harhasignaaleita 10 eli pientaajuisia häiriöitä, jotka kulkeutuvat helposti radiolaitteen piireissä summautuen välitaajuus- ja pien-taajuussignaaleihin. Häiriöitä esiintyy myös taajuussyntesoijan taajuudensäätöjännitteessä, mikä myöskin aiheuttaa järjestelmän signaalikohinasuhteen heikkenemistä. Hakkuri-15 kytkennän aiheuttamia häiriöitä on pyritty lievittämään toteuttamalla hakkurikytkentä erillisellä hybridillä, sijoittamalla hakkurikytkentä metalliseen suojakuoreen ja mitoittamalla hakkurikytkennän toimintataajuus sopivasti sellaiselle radiokanavien väliselle taajuusalueelle, jota 20 järjestelmän spesifikaatioissa ei ole huomioitu.

Siten tunnetut hakkuriratkaisut huonontavat radiolaitteen ominaisuuksia ja vaativat melko paljon tilaa, jolloin niiden käyttö laitteiden koon pienentyessä tulee yhä vaikeammaksi.

25 Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada jännitteennostoregulaattori, joka poistaa tekniikan tason ongelmat. Tämä ja muut keksinnön päämäärät saavutetaan jännitteennostoregulaattorilla, jolle on tunnusomaista, että vahvistinvälineen ulostulossa on ennen tasasuuntausta 30 ja suodatusta välineet vahvistetun signaalin dc-tason nostamiseksi, ja että mainittu oskillaattorisignaali on taajuussyntesoijan suurtaajuinen oskillaattorisignaali tai * siitä johdettu suurtaajuinen signaali.

: Keksinnön perusideana on vahvistaa suurtaajuinen 35 signaali A-luokassa lineaarisesti toimivalla vahvistimella • · 3 85633 ja suorittaa vahvistetulle signaalille dc-tason nostaminen tasolukolla tai vastaavalla piirillä sekä säätää regulaattorin säätöjännite haluttuun arvoon. Lähtöjännite säädetään edullisesti takaisinkytkennällä, joka käyttää referenssi-5 jännitteenä taajuussyntesoijassa olevaa, valmiiksi stabiloitua pienempää jännitettä. Keksinnön avulla voidaan poistaa tekniikan tason ongelmat, koska se ei synnytä harmonisia eikä muita pientaajuisia häiriökomponentteja taajuus-syntesoijaan tai sitä ympäröiviin muihin piireihin. Kun 10 vahvistinta ohjataan siniaaltosignaalilla, syntyy ainoastaan yksi suurtaajuinen komponentti, joka on helppo suodattaa lähtöjännitteestä. Regulaattorin lähtöjännite on täten hyvin puhdasta ja lisäksi pientaajuiset komponentit, joille jännite syötetään, jo luonnostaan vaimentavat tällaista 15 suurtaajuista signaalia. Tämän vuoksi aikaisemmin käytetyt metallikotelot voidaan jättää pois ja keksinnön mukainen regulaattorikytkentä voidaan integroida samalle piirilevylle muiden kytkentöjen kanssa tai integroida mikropiirin sisälle.

20 Keksinnön mukaisen regulaattorin kokoa ja valmis tuskustannuksia pienentää myös se, että signaalilähteenä voidaan käyttää hyväksi taajuussyntesoijan referenssioskil-laattoria. Regulaattorin suuren toimintataajuuden ansiosta voidaan käyttää keloja ja kondensaattoreita, joiden säh-25 köinen ja mekaaninen koko on aikaisempaa pienempi. Pienet komponentit ovat myös edullisempia ja lisäksi mahdollistavat pintaliitoskomponenttien ja automaattisen ladonnan käytön. Tämä puolestaan lyhentää tuotannon läpimenoaikaa ja pienentää valmistuskustannuksia.

30 Keksinnön ansiosta perinteinen kapeakaistainen syn- tesoija voi toimia laajemmalla taajuusalueella, koska säätö jännitteellä on suurempi toiminta-alue ja koska säätö-jännitteen toiminta-alue on ylempänä kuin aikaisemmin, minkä seurauksena myös kapasitanssidiodien toimintapiste 35 on lineaarisemmalla alueella. Tämän ansiosta säätöjännit- 4 85633 teen kautta moduloidun lähettimen deviaatio ja signaali-kohinasuhde pysyy tasaisempana koko taajuusalueella.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin suoritusesimerkin avulla viitaten oheiseen kuvioon, 5 Joka esittää erään keksinnön mukaisen jännitteennostoregu-laattorin kytkentäkaavion.

Kuvion mukainen regulaattori käsittää A-luokassa toimivan vahvistimen, joka muodostuu transistorista Ql. Transistorin Ql toimintapiste on asetettu biasoimalla tran-10 sistorin Ql kantaelektrodi vastusten R4 ja R5 muodostamalla jännitteenjakajalla. Emitterivastuksella R6 suoritetaan dc-toimintapisteen stabilointi. Vastuksen R6 rinnalla oleva kondensaattori C5 maadoittaa transistorin Ql emitterin transistorin toimintataajuudella. Transistorin Ql kollek-15 tori on kytketty käyttöjännitteeseen kelan L2 kautta, joka toimii suurena induktiivisena impedanssina transistorin Ql toimintataajuudella. Kelan L2 käyttöjännitteeseen kytketyn pään ja maan väliin kytketty kondensaattori C3 maadoittaa kelan L2 kyseisen pään toimintataajuudella.

20 Transistorin Ql kannalle johdetaan edullisesti sini muotoinen ohjaussignaali, jonka taajuus on esimerkkitapauksessa noin 12 MHz, vastuksen R3, kelan LI ja kondensaattorin Cl muodostaman impedanssisovituspiirin kautta taa-juussyntesoijan referenssioskillaattorilta 1. Impedanssi-: 25 sovituspiirin tarkoituksena on sovittaa vahvistimen sisään- tulo oskillaattorin 1 ulostuloon siten, että saadaan vahvistuksen kannalta oikea konjugaattisovitus.

Transistorin Ql kollektorielektrodille on kytketty kondensaattorin C4 ja diodin Dl muodostama tasolukko tai 30 varauspumppu, joka siirtää vahvistetun siniaaltosignaalin dc-jännitettä sinisignaalin amplitudin puolikkaan verran ylöspäin. Kondensaattori C4 ja diodi Dl on kytketty sarjaan transistorin Ql kollektorin ja käyttöjännitteen väliin * siten, että diodin Dl anodi on kytketty käyttöjännitteeseen 35 ja katodi kondensaattoriin C4.

• » * 5 85633

Diodin Dl ja kondensaattorin C4 välinen kytkentäpiste on kytketty puoliaaltotasasuuntaajana toimivan diodin D2 anodille, kun taas diodin D2 katodi on kytketty suoda-tuskondensaattoreille C6 ja C7.

5 Tasolukkopiiri toimii seuraavasti. Transistorin Q1 kollektorilla esiintyvän vahvistetun sinisignaalin negatiivisella puolijaksolla diodi Dl johtaa ja diodi D2 on johtamaton, jolloin kondensaattori C4 latautuu käyttöjännitteestä diodin Dl kautta. Sinisignaalin positiivisella 10 puolijaksolla diodi Dl on johtamaton ja diodi D2 johtaa, jolloin kondensaattorin C4 varaus siirtyy diodin D2 kautta kondensaattoreille C6 ja C7. Samalla kondensaattorin C4 varaus hieman purkautuu. Tasolukon toiminnan seurauksena sinisignaalin dc-taso kondensaattorin C4 ja diodin Dl vä-15 Iissä on noin siniaallon huipusta huippuun jännitteen verran suurempi kuin dc-taso transistorin Q1 kollektorilla ilman tasolukkoa. Esimerkiksi noin 12 V käyttöjännitteellä sinisignaalin dc-taso diodin Dl ja kondensaattorin C4 kytkentäpisteessä on noin 15 V ja huipusta huippuun jännite 20 noin 6 V, jolloin puoliaaltotasasuuntauksen ja suodatuksen jälkeen ulostulojännite Vout on noin 18 V. Diodin D2 muodostama puoliaaltotasasuunnattu signaali suodatetaan kondensaattorin C6 suurella kapasitanssilla, jolloin regulaattorin ulostuloon muodostuu oleellisesti vakaa tasajännite 25 Vout. Kondensaattori C7 puolestaan toimii kytkentäkonden-saattorina toimintataajuudella ja johtaa ulostulojännitteessä Vout olevan toimintataajuisen signaalikomponentin maahan.

Transistorin Q2 ja vastusten Rl ja R2 muodostama 30 takaisinkytkentä stabiloi ulostulojännitteen oikeaan arvoon ja ohjaa transistorin Q1 toimintapistettä siten, että koko piirin virrankulutus säädetään kuormituksen mukaan mahdollisimman pieneksi. Ulostulojännite Vout on kytketty vastus-ten Rl ja R2 muodostaman jännitteenjakajan kautta PNP-tran-35 sistorin Q2 kannalle. Transistorin Q2 koilektori on kytket- 6 85633 ty transistoria Q1 biasoivan jännitteenjakajan vastukselle R4 ja transistorin Q2 emitteri on kytketty referenssijännitteen Uref-lähteeseen, joka on esimerkiksi taajuussyn-tesoijapiirissä jo olemassa oleva stabiloitu jännite. Tran-5 sistori Q2 vertaa sen emitterillä olevaa referenssijännitettä Uref ja vastuksilla Rl ja R2 asetettua ulostulojän-nitettä Uout. Mikäli jännite Uout on asetusarvon alapuolella, jännite UF transistorin Q2 kannalla laskee, jolloin transistori Q2 johtaa enemmän. Tämän seurauksena transis-10 torin Q2 kollektorijännite nousee ja nostaa transistorin Q1 kannan potentiaalia vastusten R4 ja R5 kautta. Tällöin transistorin Q1 lepovirta ja vahvistus kasvavat nostaen kollektorilla esiintyvän siniaallon amplitudia, mikä puolestaan aiheuttaa ulostulojännitteen kasvamisen kohti ase-15 tusarvoa.

Mikäli ulostulojännite Uout on liian suuri, takaisinkytkennän toiminta on päinvastainen.

Kondensaattori C2 stabiloi takaisinkytkennän toiminnan.

20 Ulostulojännite Uout asetetaan vastuksilla Rl ja R2 seuraavasti:

Uout - [(Uref-Ueb)(R2+R1)]/R2 missä Ueb on transistorin Q2 kanta-emitterijännite.

Käyttöjännitelähde on edullisesti akku 3.

25 Transistorin Q1 ohjaussignaalina voidaan taajuus- syntesoijan referenssioskillaattorisignaalin sijasta käyttää myös erikseen tätä tarkoitusta varten synnytettyä ohjaussignaalia, jolla on riittävän suuri taajuus. Ylimääräinen oskillaattori lisää kuitenkin komponenttien määrää 30 ja suurentaa piirin kokoa, minkä lisäksi erillinen oskillaattori ja sen synnyttämä suurtaajuinen signaali muodostavat ylimääräisen häiriölähteen.

: ' Edellä esitetty ensisijainen suoritusmuoto antaa : hyvin yksinkertaisen, edullisen mutta tehokkaasti toimivan ____: 35 jänniteregulaattorin. Kuitenkin esimerkiksi vahvistin, ta- 7 85633 solukko, tasasuuntaaja tai takaisinkytkentä voidaan toteuttaa muillakin tavoin poikkeamatta keksinnön ajatuksesta.

Kuvio ja siihen liittyvä selitys on muutoinkin tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. 5 Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen jännitteennostoregu-laattori voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (6)

1. 8 85633
2. 1. Jännitteennostoregulaattori radiolähettimen taa-juussyntesoijan taajuudensäätöjännitteen synnyttämiseksi 5 matalasta käyttöjännitteestä, joka regulaattori käsittää oskillaattorisignaalilla ohjatun, A-luokassa toimivan vah-vistinvälineen (Ql), jonka ulostulossa on välineet (D2, C6, C7) vahvistetun signaalin tasasuuntaamiseksi ja suodattamiseksi, ja joka regulaattori edelleen käsittää ta-10 kaisinkytkentävälineet (Q2, Rl, R2) ulostulojännitteen stabiloimiseksi vahvistetun signaalin amplitudia säätämällä, tunnettu siitä, että vahvistinvälineen (Ql) ulostulossa on ennen tasasuuntausta ja suodatusta välineet (C4, Dl, L2) vahvistetun signaalin dc-tason nostamiseksi, 15 ja että mainittu oskillaattorisignaali on taajuussyn-tesoijan suurtaajuinen oskillaattorisignaali tai siitä johdettu suurtaajuinen signaali.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen regulaattori, tunnettu siitä, että vahvistinvälinettä (Ql) oh- 20 jataan oleellisesti sinimuotoisella signaalilla.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen regulaattori, tunnettu siitä, että välineet vahvistetun signaalin dc-tason nostamiseksi käsittävät vahvis- ‘ V tinvälineen (Ql) ulostuloon kytketyn tasolukkopiirin. ; : 25 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen regulaattori, tunnettu siitä, että tasolukon ulostuloon on kytketty tasasuuntaaja (D2).
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen regulaattori, tunnettu siitä, että vahvistinväline 30 käsittää transistorin (Ql), jonka kollektorielektrodi on kytketty kelan (L2), jolla on suuri impedanssi transistorin (Ql) toimintataajuudella, kautta käyttöjännitteeseen, ja että regulaattori käsittää takaisinkytkennän (Q2, Rl, R2) transistorin (Ql) vahvistuksen säätämiseksi regulaat- ;··| 35 torin ulostulo jännitteestä riippuvaisella tavalla. 9 65633
6. 6. Patenttivaatimuksen 3, 4 tai 5 mukainen regu laattori, tunnettu siitä, että tasolukko käsittää kondensaattorivälineen (C4) ja yksisuuntaisesti johtavan puolijohdevälineen (Dl) sarjaankytkennän, joka on kytketty 5 vahvistinvälineen (Ql) ulostulon ja käyttöjännitteen väliin, jolloin kondensaattorivälineen (C4) ja puolijohde-välineen (Dl) välinen kytkentäpiste muodostaa tasolukko-piirin ulostulon. 10 85633