KR100209868B1

KR100209868B1 - 오버톤 수정 발진기

Info

Publication number: KR100209868B1
Application number: KR1019900018460A
Authority: KR
Inventors: 코드하인리히코시에크
Original assignee: 요트.게.아. 롤페즈; 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1999-07-15
Also published as: EP0428222A3; KR910010849A; JPH03192905A; DE3938095A1; JP3110448B2; EP0428222A2; EP0428222B1; US5081430A; DE59001492D1

Abstract

피드백 루프를 갖춘 수정 발진기 및 공진 증폭기를 구비하며, 상기 공진 증폭기는 진폭 특성이 그 공진 주파수의 범위내에서 오버슈트를 가지고 상기 수정 발진기의 피드백 루프내에 배치되는 어버톤 수정 발진기에 있어서, 상기 공진 증폭기의 공진 주파수는 발생될 오버톤의 주파수와 상기 수정 발진기의 다음의 더 낮은 발진 주파수 사이에 있으며, 반면에, 피드백 루프, 특히, 상기 공진 증폭기에서 발생될 오버톤 주파수 범위내의 신호에 관련하여 상기 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수 범위내의 신호는 오버톤 수정 발진기가 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수에서 발진하지 않고 발생될 오버톤 주파수에서만 발진하도록 위상 시프트를 갖는다.

Description

오버톤 수정 발진기

제1도는 에미터-결합된 수정 멀티바이브레이터의 도시도.

제2도는 공진 증폭기로서 사용된 RC 회로망을 갖춘 차동 증폭기의 도면.

제3도는 제2도의 공진 증폭기의 주파수 대 진폭 및 위상 특성의 도시도.

제4도는 제1도의 수정 발진기와 제2도의 공진 증폭기의 결합된 배치를 나타내는 오버톤 수정 발진기의 도시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 수정 발진기 6,7 : 전류원

19 : 커플링 캐패시터

본 발명은 피드백 루프를 갖는 수정 발진기와 공진 증폭기를 구비하는 오버톤 수정 발진기에 관한 것이며, 상기 공진 증폭기는 진폭 특성이 그 공진 주파수 범위에서 오버슈트를 갖고 수정 발진기의 피드백 루프에 배치된다.

예를들면, 1982년 월간지 Funkschau의 제 21권, 제 81 및 82면에 공지된 바와 같이, 이러한 오버톤 수정 발진기는 일반적으로 캐패시턴스 및 인덕턴스를 갖춘 공진 증폭기를 구비한다. 이 증폭기의 공진 주파수는 수정 발진기의 소정의 고조파 주파수에 일치하도록 된 것이다. 그러므로, 공진 증폭기의 공진 주파수 범위내의 진폭 특성에서 오버슈트가 사용된다. 공진 주파수가 수정 발진기의 소정의 고조파에 정확하게 일치하도록, 공진 증폭기의 공진 주파수의 정밀한 조정이 필요하다.

본 발명의 목적은 서두에서 기술된 형태의 또다른 오버톤 수정 발진기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 상기 목적은 발생될 오버톤의 주파수와 수정 발진기의 다음의 더 낮은 발진 주파수 사이에 공진 증폭기의 공진 주파수가 있고, 피드백 루프, 특히, 공진 증폭기에서 발생될 오버톤의 주파수 범위내의 신호에 대해 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수 범위내의 신호는 위상 시프트를 가지며, 이에 따라 오버톤 수정 발진기는 다음의 더 낮은 발진 주파수에서 발진할 수 없으며, 단지 발생될 오버톤의 주파수에서만 발진하는 것으로 실현된다.

이와같이, 상기 수정 발진기에서, 공진 증폭기의 공진 주파수 범위내의 진폭 특성에서의 오버슈트는, 상기 주파수 범위에서 소정의 오버톤을 발생하는데 더 이상 사용되지 않는다. 오히려 피드백 루프의 위상 변화가 사용되며, 특히, 공진 증폭기의 위상 변화는 오버톤 수정 발진기가 소정의 오버톤의 주파수로 발진하게 하는데 사용된다. 상기 목적을 위해 요구되고 신호에 의해 피드백 루프내에 유지되는 위상 변화는, 일반적으로 공진 증폭기에 의해 유리하게 실행될 것이다.

기본적으로 공진 증폭기 때문에, 발생될 오버톤의 주파수 범위내의 신호에 관련하여 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수 범위내의 신호에 대해, 이러한 공진 시프트는, 오버톤 수정 발진기가 다음의 더 낮은 발진 주파수에서 발진할 수 없고 발진 조건이 상기 주파수에 대해 더 이상 만족되지 않는 피드백 루프내에 영향을 주어야 한다. 다른 한편으로는, 피드백 루프 또는 공진 증폭기의 공진 주파수보다 큰 신호 주파수에서, 위상 시프트가 없거나, 또는 오버톤 수정 발진기가 그 발생될 오버톤의 주파수에서 발진할 수 있도록 매우 작은 위상 시프트만이 있으며, 이와같이 발진 조건은 상기 주파수에서만 만족된다.

이러한 오버톤 수정 발진기의 기본적인 장점은, 공진 증폭기의 공진 주파수가 그 발생될 오버톤의 주파수와 수정 발진기의 다음의 더 낮은 발진 주파수 사이에 있는 조건만을 만족시킨다는 것이다. 그러나, 비교적 큰 성분 변동이 있고 공진 증폭기의 다른 공진 주파수가 존재할 때, 상기 조건은 공진 증폭기의 공진 주파수 조정이 더 이상 필요하지 않도록 상당히 연장된 주파수 범위이다. 이와같이, 오버톤 수정 발진기는 어떠한 문제없이 일체화가 가능하다. 더우기, 수정 발진기의 기본 발진의 신뢰할 만한 억제는 공진 증폭기의 공진 주파수 미만에서 약 180°의 위상 시프트로 실현된다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 발생될 오버톤의 주파수 범위내의 신호는 실질적으로 어떠한 위상 시프트없이도 공진 증폭기를 통과하며, 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수 범위내의 신호는 공진 증폭기에서 약 180°의 위상 시프트된다. 만일, 소정의 오버톤에 대한 발진 조건이 피드백 루프에서 공진 증폭기를 사용하지 않고도 실행될수 있도록 수정 발진기가 구현된다면, 공진 증폭기는 공진 주파수보다 큰 주파수의 그 통과하는 신호를 임의의 위상 시프트없이 발생하도록 유리하게 형성된다. 그러나, 공진 주파수 미만에서, 오버톤 수정 발진기가 상기 주파수 범위에서 발진할 수 없도록 약 180만큼의 위상 시프트가 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 따라서, 캐패시턴스 및 옴 저항은 공진 증폭기내의 공진을 발생하는 수동 소자로서 제공된다. 180°만큼의 소정의 위상 시프트를 발생하기 위해, 단순한 RC 회로망을 포함하는 오버톤 수정 발진기가 상술된 이유로 용이하게 일체화 될 수 있도록 하기에 충분하다.

소정의 발진 주파수에 관련하여, 수정 발진기의 다음의 더 높은 공진 주파수에 대해 오버톤 수정 발진기의 발진을 억제하기 위하여, 본 발명에 따른 또다른 실시예에서, 수정 발진기의 피드백 루프 및 공진 증폭기는 소정의 오버톤의 주파수에 비해 다음의 더 높은 주파수에서 이득을 가지므로, 더욱 작은 진폭 이득이 다음의 높은 발진 주파수에 대한 피드백 루프에 영향을 주게 되는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따른 오버톤 수정 발진기의 다른 실시예에 따라서, 최소한 두개의 트랜지스터를 구비하는 에미터-결합된 수정 멀티바이브레이터는 수정 발진기로서 배열되고, RC 회로망을 갖는 차동 증폭기는 공진 증폭기로서 배열되는 것에 특징이 있으며, 차동 증폭기는 그 제 1 입력이 제 1 트랜지스터의 콜렉터에 결합되고 제 1 출력이 제 2 트랜지스터의 베이스에 결합되도록 수정 멀티바이브레이터의 피드백 회로망으로서 배치되는 것에 특징이 있으며, 차동 증폭기의 제 2 입력이 제 2 트랜지스터의 콜렉터에 결합되고 제 2 출력이 수정 멀티바이브레이터의 제 1 트랜지스터의 베이스에 결합되는 것에 특징이 있다.

제1도에 도시된 에미터-결합된 수정 멀티바이브레이터는 두개의 네가티브 피드백 트랜지스터(1,2)를 가지며, 이들 트랜지스터의 콜렉터는 옴 저항(3,4)을 통해 포지티브 전원 전압 +Vp에 결합된다. 저항(3,4)은 주파수에 무관한 피드백 회로망의 기능을 가진다. 트랜지스터(1)의 베이스는 트랜지스터(2)의 콜렉터에 결합되며, 반대로 트랜지스터(2)의 베이스는 트랜지스터(1)의 콜렉터에 결합된다. 수정 발진기(5)는 두 트랜지스터(1,2)의 에미터 사이에 배치된다. 트랜지스터(12)의 두 에미터는 각각 전류원(6,7)을 통해 접지된다.

제1도에 도시된 상기 에미터-결합된 수정 멀티바이브레이터는 20MHz의 기본 주파수에서 발진하는 방법으로 형성될 수도 있다. 그러나, 상기 수정 멀티바이브레이터는 기수 고조파 범위내에서 발진을 발생한다. 20MHz의 기본 주파수에서, 발진은 제 3 고조파에서는 60MHz이며, 제 5 고조파에서는 100MHz이다.

예를들면, 60MHz가 소정의 오버톤 주파수로 발생된다면, 제1도의 수정 발진기는 이후 기술되는 방법으로 제2도에 도시된 공진 증폭기에 결합될 수도 있다.

제2도에 도시된 공진 증폭기는 공진 발생용 RC 회로망을 갖는 차동 증폭기의 형태이다.

제2도의 차동 증폭기는 두개의 에미터-결합된 트랜지스터(11,12)를 갖는다. 두 트랜지스터(11,12)들의 콜렉터는 각각 저항(13,14)을 통해 포지티브 전원 전압 +Vp에 결합된다. 트랜지스터(11,12)의 베이스는 각각 저항(15,16)을 통해 동일한 전원 전압에 결합된다. 트랜지스터(11,12)의 베이스는 캐패시터(17)를 통해 함께 결합된다. 트랜지스터(11,12)의 결합된 에미터는 전류원(18)을 통해 접지된다.

신호를 제1출력(A₁)에 제공하는 트랜지스터(11)의 콜렉터는 커플링 캐패시터(19)를 통해 제2트랜지스터(12)의 베이스에 결합되며, 이 제2트랜지스터(12)는 입력(E₂)을 나타낸다. 대응하는 방법으로 신호를 제2출력(A₂)에 제공하는 트랜지스터(12)의 콜렉터는 커플링 캐패시터(20)를 통해, 입력(E₁)을 나타내는 트랜지스터(11)의 베이스에 결합된다.

제2도에 도시된 상기 공진 증폭기의 공진 주파수는 캐패시터(17,19,20) 및 저항(13,14)의 값에 의해 결정된다. 만일, 제2도에 도시된 공진 증폭기가 제1도에 도시된 수정 발진기에 결합되고 이러한 오버톤 수정 발진기가 제1도에 도시된 수정 발진기의 기본 고조파의 3배 주파수로 발진한다면, 제2도에 도시된 차동 증폭기의 공진 주파수는 제1도에 도시된 수정 발진기의 기본 고조파와 제3고조파 사이에 위치하게 된다. 상기 선택된 수치에서의 예에 있어서, 공진 주파수는 20MHz와 60MHz 사이의 범위에 있다. 그 기본 고조파에서의 수정 발진기의 발진이 상기 결합된 장치에서 확실하게 억제된다면, 제2도에 도시된 공진 증폭기는 임의의 위상 시프트없이 실질적인 공진 주파수보다 큰 주파수 범위의 신호를 통과시키고 반면에, 공진 증폭기의 공진 주파수 미만의 주파수 범위에서의 신호는 대략 180의 위상으로 위상 시프트되는 위상 특성을 가진다.

제2도에 도시된 공진 증폭기의 이러한 특성은 제3도에서 보다 상세히 기술된다.

제3도는 실선에 의한 공진 증폭기의 주파수 대 진폭 특성 및 파선에 의한 위상 특성을 도시한 것이다.

제3도에 도시된 공진 증폭기의 진폭 특성은, 제2도에 도시되지는 않았지만 전류원의 공진 증폭기의 입력(E₁및 E₂)에 결합된 두 단자를 갖도록 하는 방법에 따라 결정될 수 있다. 그때, 출력 전압(U_A)은 두 출력(A₁)과 (A₂)사이에서 발생한다. 단자 (A₁)와 (A₂)사이에서 발생하는 출력 전압에 관련하여 두 입력 (E₁)과 (E₂)에 부과된 전류의 비는, 제3도의 진폭 특성으로 도시된다. 이러한 진폭 특성에서, 오버슈트는 제3도의 38MHz 근처에서 분명하게 인식될 수 있다. 상기 주파수는 제2도에 도시된 공진 증폭기의 공진 주파수이다.

이러한 공진 주파수의 범위에서, 공진 증폭기의 위상 특성 φ_A은 뚜렷한 변화를 나타낸다. 위상 특성 φ_A은 차동 증폭기의 입력 신호와 출력 신호사이에서 발생하는 위상 시프트를 나타낸다. 제3도로부터 명백한 바와 같이, 공진 증폭기의 공진 주파수 미만에서 대략 180°의 위상 시프트가 있다. 이것은 제1도의 수정 발진기의 대략 20MHz의 기본 고조파의 주파수 범위동안 유지한다. 제2도의 공진 증폭기의 공진 주파수는, 제1도의 수정 발진기의 기본 주파수와 제3고조파 사이의 38MHz에 설정된다. 상기 경우, 대략 60MHz의 제3고조파를 나타내는 주파수로 발생될 오버톤 주파수의 범위에서, 실질적으로 공진 증폭기내의 위상 시프트는 없으며, 즉, 위상 특성 φ_A은 대략 0°의 값을 가진다. 또한, 수정 발진기의 다음의 더 높은 고조파의 주파수 범위, 즉, 100MHz에서, 공진 증폭기를 통과하는 신호의 작은 위상 시프트만이 있다.

제2도에 도시된 공진 증폭기의 상기 실시예에 근거하여, 대략 60MHz 주파수의 제3고조파가 오버톤의 주파수 범위내에서 발생되어야 하는 조건이 만족되며, 공진 증폭기는 그 증폭기를 통과하는 신호의 임의의 위상 시프트를 발생하지 않는다. 이 경우, 대략 20MHz의 기본 주파수인 다음의 더 낮은 발진 주파수 범위에서, 공진 증폭기를 통과하는 신호는, 수정 발진기의 발진이 상기 범위에서 억제되도록 대략 180°의 위상으로 위상 시프트된다. 제1도의 에미터-결합된 수정 멀티바이브레이터와 제2도의 공진 증폭기로부터 형성된 오버톤 수정 발진기는 제4도에 도시된다.

제1도에 도시된 오버톤 수정 발진기는 특히, 저항(3,4)을 포함하는 피드백 회로망을 갖는다. 상기 피드백 회로망은 주파수에 무관한 피드백 회로망이다.

제4도에 도시된 제2도의 공진 증폭기와 제1도의 수정 멀티바이브레이터의 결합에서, 제1도의 수정 멀티바이브레이터의 피드백 회로망은 생략된다. 제2도의 공진 증폭기는 이제 피드백 회로망으로서 사용된다. 이러한 목적을 위해, 공진 증폭기는 수정 멀티바이브레이터의 제1트랜지스터(1)의 콜렉터에 결합된 제1입력(E₁)을 가진다. 제1입력(E₁)에 결합된 출력(A₁)은 수정 멀티바이브레이터의 제2트랜지스터(2)의 베이스에 결합된다. 이러한 방법으로, 공진 증폭기의 제2입력(E₂)은 수정 멀티바이브레이터의 제2 트랜지스터(2)의 콜렉터에 결합되며, 제2입력(E₂)에 연결된 출력(A₂)은 수정 멀티바이브레이터의 제1트랜지스터(1)의 베이스에 결합된다. 수정 멀티바이브레이터의 두 트랜지스터들(1,2)간의 결합부 뿐만 아니라 두개의 저항(3,4)은 생략되며, 여기서, 상기 수정 멀티바이브레이터의 두 트랜지스터(1,2)는 각각 한 트랜지스터의 베이스가 다른 트랜지스터의 콜렉터에 결합된다. 이제, 차동 증폭기는 이러한 피드백 회로망을 대체한다.

제4도에 도시된 오버톤 수정 발진기는 수정 발진기의 기본 고조파 범위에서 발진할 수 없다. 왜냐하면, 상기 범위에서, 수정 발진기의 피드백 브랜치내의 공진 증폭기를 통과하는 신호의 위상은 대략 180°시프트되기 때문이다. 그러나 제3고조파, 즉, 60MHz 범위에서, 제4도의 오버톤 수정 발진기는 발진할 수 있다. 왜냐하면 상기 범위에서, 피드백 신호는 실질적으로 어떠한 위상 시프트도 없이 차동 증폭기를 통과하며 상기 증폭기의 레벨은 감소되지 않기 때문이다.

대략 100MHz의 다음의 고조파 범위에서, 공진 증폭기를 통과하는 신호는 작은 위상 시프트를 나타내지만, 상기 주파수 범위에서, 공진 증폭기를 나오는 신호의 진폭은 매우 작아, 오버톤 수정 발진기는 그 상응하는 크기로 될 때 더이상 발진하지 않는다.

그러므로, 제4도에 도시된 오버톤 수정 발진기가 60 MHz의 제3고조파에서 발진할 수 있도록 보장된다.

Claims

피드백 루프를 갖춘 수정 발진기 및 공진 증폭기를 구비하며, 상기 공진 증폭기는 진폭 특성이 그 공진 주파수의 범위내에서 오버슈트를 가지고 상기 수정 발진기의 피드백 루프내에 배치되는 오버톤 수정 발진기에 있어서, 상기 공진 증폭기의 공진 주파수는 발생될 오버톤의 주파수와 상기 수정 발진기의 다음의 더 낮은 발진 주파수 사이에 있으며, 상기 피드백 루프, 특히, 상기 공진 증폭기에서 발생될 오버톤 주파수 범위내의 신호에 관련하여 상기 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수 범위내의 신호는, 상기 오버톤 수정 발진기가 상기 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수에서 발진할 수 없고 상기 발생될 오버톤 주파수에서만 발진하도록 위상 시프트를 가지는 것을 특징으로 하는 오버톤 수정 발진기.
제1항에 있어서, 상기 발생될 오버톤 주파수 범위내의 신호는 어떠한 위상 시프트도 없이 상기 공진 증폭기를 통과하며, 상기 다음의 더 낮은 발진 주파수의 주파수 범위내의 신호는 상기 공진 증폭기에서 약 180°위상 시프트되는 것을 특징으로 하는 오버톤 수정 발진기.
제1항 또는 제제2항에 있어서, 상기 발생될 오버톤은 상기 수정 발진기의 제3고조파이며, 상기 공진 증폭기의 공진 주파수는 상기 수정 발진기의 기본 주파수와 제3고조파 사이에 있는 것을 특징으로 하는 오버톤 수정 발진기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 캐패시턴스(17) 및 옴 저항(13,14)만이 상기 공진 증폭기내의 공진 발생용 수동 소자로서 제공되는 것을 특징으로 하는 오버톤 수정 발진기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공진 증폭기 및 상기 수정 발진기의 피드백 루프 상기 오버톤의 주파수에 비해 다음의 더 높은 주파수에서 이득을 가지며, 이로써, 상기 피드백 루프내의 상기 수정 발진기의 피드백 루프 발진 주파수에서의 진폭 이득보다 더 작은 진폭 이득을 얻은 것을 특징으로 하는 오버톤 수정 발진기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 최소한 두개의 트랜지스터(1,2)로 구성된 에미터-결합의 수정 멀티바이브레이터(multivibrator)는 수정 발진기로서 배열되고 RC 회로망을 가진 차동 증폭기는 공진 증폭기로서 배열되며, 상기 차동 증폭기는 그 제1입력(E₁)이 상기 제1트랜지스터(1)의 콜렉터에 결합되고 제1출력(A₁)이 상기 제2트랜지스터(2)의 베이스에 결합되는 방식으로 상기 수정 멀티바이브레이터의 피드백 회로망으로서 배열되며, 상기 차동 증폭기의 제2입력(E₂)은 상기 제2트랜지스터(2)의 콜렉터에 결합되고 제2출력(A₂)은 상기 수정 멀티바이브레이터의 제1트랜지스터(1)의 베이스에 결합되는 것을 특징으로 하는 오버톤 수정 발진기.