Pierwszenstwo: 29.IX.1966 Holandia Opublikowano: 5.II.1970 59152 KI. 21 a«, 8/01 JJKP UKD H03b *)\%Q Wlasciciel patentu: N. V. Philips, Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Holandia) Obwód oscylatora drgan elektrycznych bardzo wielkiej czestotliwosci Wynalazek dotyczy obwodu oscylatora drgan elek¬ trycznych bardzo wielkiej czestotliwosci, zawiera¬ jacego tranzystor w ukladzie ze wspólna baza, oraz strojeniowy rezonator wnekowy, posiadajacy we¬ wnetrzny przewód polaczony ze scianka rezonato¬ ra i obciazany zmienna pojemnoscia, przy czym elektroda bazy polaczona jest dla pradu przemien¬ nego ze scianka rezonatora, a elektroda kolektora z wewnetrznym przewodem, sprzezenie zwrotne utworzone jest przez reaktancje pojemnosciowa miedzy elektrodami kolektora i emitera, która to reaktancja pojemnosciowa jest utworzona jedynie przez wewnetrzna pojemnosc kolektoremiter tranzy¬ stora, oraz przez petle sprzezenia, sprzezona in¬ dukcyjnie z rezonatorem wnekowym i zawierajaca odcinek, który rozciaga sie równolegle do wew¬ netrznego przewodu, przy czym jeden koniec wspomnianej petli sprzezenia polaczony jest dla pradów przemiennych ze scianka rezonatora, a drugi koniec do elektrody emitera.TaJkie obwody oscylacyjne stosuje sie na przy¬ klad w elementach strojeniowych bardzo wielkiej czestotliwosci odbiornika telewizyjnego, w którym oscylator powinien byc dostrojony w pasmie cze¬ stotliwosci od 500 do 1000 Mc/s. Istotny problem zwiazany z tymi obwodami oscylacyjnymi polega na tymi, ze wspólczynnik wzmocnienia pradu a tranzystora, który równiez okresla warunki oscy¬ lacji, jest zespolony, a wiec podczas obliczania ob-' wadów zachodzi potrzeba wziecia pod uwage ze- 10 25 30 spolonego charakteru wspólczynnika wzmocnienia pradu.We wspomnianym obwodzie oscylacyjnym tran¬ zystor pracuje w poblizu tak zwanej czestotliwosci granicznej, gdzie przesuniecie fazowe wspólczyn¬ nika wzmocnienia pradu wynosi okolo 90° dla calego pasma czestotliwosci, w którym oscylator jest dostrojony. Wynika z tego, ze przy produkcji obwodu, tranzystor który ma byc zastosowany musi byc wybierany z tego punktu widzenia, aby prze¬ suniecie fazowe wspólczynnika wzmocnienia pradu dla calego pasma czestotliwosci nie róznilo sie zbytnio od 90°.Nastepna wada zwiazana ze znanym obwodem oscylatora bardzo wielkiej czestotliwosci polega na tym, ze pasozytnicza iodukcyj'nosc przewodnika ba¬ zy moze powodowac wzrost pasozytniczych oscy¬ lacji o czestotliwosciach przekraczajacych wlasciwe pasmo dostrojenia oscylatora, na przyklad mieclzy 1500 a 2000 Mc/s.Wynalazek ma za zadanie dostarczyc uklad ob¬ wodu, w którym wspomniane pasozytnicze oscyla¬ cje sa efektywmie tlumione i w którym, przesunie¬ cie fazowe wytworzone przez wspólczynnik wzmoc¬ nienia pradar tranzystora jest kompensowane za¬ leznie od czestotliwosci, tak, ze wplyw zespolonego wspólczynnika wzmocnienia pradu na dzialanie ob¬ wodu jest powaznie zmniejszony i w ten sposób wspomniany problem selekcji tranzystorów przy produkcji jest znacznie zlagodzony. 5915259152 Zgodny z wynalazkieni dbwód oscylatora zna¬ mienny jest tym, ze |etla sprzezenia zawiera opor¬ nik oraz tym, ze konce petli sprzezenia sa pola¬ czone ze scianka rezonatora i elektroda emitera tranzystora, tak, ze kierunek wspomnianego odcin¬ ka petli sprzezenia, widziany od jej polaczenia ze scianka w kierunku polaczenia z elektroda emi¬ tera jest ten sam co kierunek wewnetrznego prze¬ wodu, widziany od jego; polaczenia ze scianka, w kierunku zmiennej pojemnosci.T. Nalezy zauwazyc, ze w znanych obwodach oscy¬ latorów zawierajacych skupione elementy obwodu, przesuniecie fazowe tranzystora zalezne od czesto¬ tliwosci kompensuje sie przez wlaczenie opornika i kondensatora do obwod/u rezonansowego, polaczo¬ nego z elektroda kolektora, oraz przez dodanie na¬ piecia wystepujacego na wspomnianym oporniku i kondensatorze do napiecia sprzezenia zwrotnego.W dowodach posiadajacych oddzielna iodukcyjnosc i pojemnosc,, toJest w obwodach posiadajacych re¬ zonator wnekowy kompensacje przesuniecia, fazo¬ wego tranzystora zaleznego od czestotliwosci, przy uzyciu znanych srodków motana zrealizowac z duza trudnoscia. W przeciwienstwie do tego, wynalazek umozliwia bardzo latwo, realizacje wspomnianej kompensacji przesuniecia fazowego tranzystora w obwodzie oscylatora, posiadajacego rezonator wnekowy.Wynalazek opisano ponizej w sposób bardziej szczególowy z uwzglednieniem rysunku, na którym: fig. 1, 2 i 5 przedstawiaja wykresy zespolone w ukladzie wspólrzednych zespolonych, fig. 3a przed¬ stawia znany obwód oscylatora, a fi£. 3ib przed- starwda jego wykres zastepczy, figura 4a przedsta¬ wia zgodny z wynalazkiem obwód oscylatora, a fig. 4b przedstawia jego wykres zastepczy. Do ob¬ wodu oscylatora, posiadajacego tranzystor w ukla¬ dzie ze wspólna baza, stosuje sie w przyblizeniu nastepujacy warunek oscylacji: aYt = go (1 + j/?Q) (I) gdzie go, Q i /? sa odpowiednio przewodnoscia czyn¬ na, wspólczynnikiem dobroci i rozstrojeniem ob¬ wodu rezonansowego podlaczonego do elektrody kolektora,; a jest wspólczynnikiem wzmocnienia pradu tranzystora; Yf jest przewodnoscia pozorna sprzezenia zwrotnego, która rozumiana jest jako iloraz natezenia pradu sprzezenia zwrotnego do elektrody emitera i napiecia kolektora, które wy¬ twarza ten prad.Wykres zespolony na fig. 1 ilustruje wymienione wyzej warunki oscylacji. Na tej figurze linia A reprezentuje prawa strone równania (I) w funkcji rozstrojenia /?. Lewa strona oznaczona jest wskazem aYf, który reprezentuje wielkosc i faze iloczynu aYf. Jezeli koniec wskazu aYf lezy na linii A, lub po jej prawej stronie, to obwód oscyluje. Nato¬ miast gdy koniec wskazu aYf umieszczony jest ,po lewej stronie linii A, to oscylator nie dziala.Jest oczywiste z tej figury, ze wazne jest nie tylko to, alby amplitudy wspólczynnika wzmocnienia pra¬ du a i przewodnosci pozornej sprzezenia zwrotnego Yf byly wystarczajaco duze, zeby zaszla oscylacja ukladu, ale równiez faza iloczynu aYf nie powinna duzo róznic sie od 0°. Jezeli faza aYf róznilaby sie zbyt duzo od 0°, to amplitudy a i Yf musza byc bardzo duze, aby spowodowac oscylacje ukladu, na¬ tomiast gdy laza ta jest okolo 90° lub wiecej, nie 5 mozna osiagnac oscylacji.Figura 2 przedstawia wykres zespolony wspól¬ czynnika wzmocnienia pradu tranzystora w ukla¬ dzie ze wspólna baza, w funkcji czestotliwosci. Z figury tej jest. oczywiste, ze amplituda maleje ze io wzrostem czestotliwosci, podczas gdy faza a wzra¬ sta poprzez wartosci ujemne ze wzrostem czesto¬ tliwosci. Przez tca oznaczona jest czestotliwosc graniczna; jest to czestotliwosc przy której ampli¬ tuda a spada o 3 dB. 15 Figura 3a przedstawia znany obwód oscylatora bardzo wielkiej czestotliwosci, zawierajacego rezo¬ nator wnekowy 1 z wewnetrznym przewodem LL.Wewnetrzny przewód polaczony jest z jednej stro¬ ny ze scianka rezonatora wnekowego, a z drugiej 20 strony obciazony jest zmienna pojemnoscia C, któr ra sluzy do dostrojenia oscylatora do pozadanej czestotliwosci. Nastepnie, Obwód zawiera tranzystor 2, którego elektroda bazy polaczona jest ze scianka rezonatora, a elektroda kolektora polaczona jest z 25 wewnetrznym przewodem L1# Zamierzone sprzeze¬ nie zwrotne miedzy kolektorem i emiterem otrzy¬ muje sie dwoma sposobami. Z jednej strony za pomoca pojemnosci Cf miedzy kolektorem i emi¬ terem, która moze byc utworzona przez wewnetrzna 30 pojemnosc miedzy emiterem a kolektorem tranzy¬ stora 2. Z drugiej strony przez petle sprzezenia pqprawadzona od elektrody emitera poza rezona¬ torem wnekowym do otworu 3 w sciance rezona¬ tora i polaczonej poprzez czesc L2, rozciagajaca sie 35 równolegle do wewnetrznego przewodu Llf ze scian¬ ka rezonatora. Nalezy zauwazyc, ze przez wzglad na prostote, nie pokazano elementów obwodu za¬ silania tranzystora pradem stalym.Figura 3b przedstawia wykres zastepczy ukladu 40 z figury 3a, na którym odpowiednie elementy ob¬ wodu oznaczone sa przez te same odnosniki. Po¬ niewaz na figurze 3a kierunek czesci L2 petli sprze¬ zenia widzianej od polaczenia z elektroda emitera jest przeciwny wzgledem kierunku wewnetrznego 45 przewodu Lt widzianego od jego .polaczenia ze scianka w kierunku zmiennej pojemnosci, to sprze¬ zenie indukcyjne miedzy Lj i L2 jest ujemne. Na figurze 3b oznaczone jest to przez — M.Z wykresu zastepczego wedlug figury 3b wynika, ze gdy zaniedba sie wejsciowa impedancje tranzy¬ stora, oraz przy wzglednie malym sprzezeniu in¬ dukcyjnym M, prad emitera ie równy jest: 50 55 — M , ie = Uc | . +jaCf jcoLjLa gdzie uc jest napieciem kolektora, a co jest cze¬ stotliwoscia katowa oscylacji obwodu. Z równa¬ nia tego wynika, ze dla przewodnosci pozornej ie 60 sprzezenia zwrotnego Yf '= zachodzi: Yf = j 65 M coLjL^ + coCt5 Z powyzszego jest widocznie, ze sprzezenie zwrot- / M \ ne przez petle sprzezenia /— 1 {podtrzymuje pojemnosciowe sprzezenie zwrotne (cuCf), w szcze¬ gólnosci pirzy nizszych czestotliwosciach pasma dostrojenia. Faza przewodnosci pozornej sprzeze¬ nia zwrotnego wynosi niezmiennie +90°. Ponie¬ waz, jak to wyjasniono na podstawie fig. 1, obwód oscyluje tylko przy tych czestotliwosciach, dla których faza iloczynu «Yf jest w przyblizeniu 0°, zatem znany obwód oscylatora bedzie oscylowal tylko przy tych czestotliwosciach, przy których faza a wynosi okolo —90°. Z figury 2 wynika, ze zachodzi to tylko dla czestotliwosci polozonych w poblizu czestotliwosci odciecia tca tranzysto¬ ra. Nalezy zwrócic uwage, ze obwód oscylatora bardzo wielkiej czestotliwosci, w którym stosuje sie tylko pojemnosciowe sprzezenie zwrotne (przez Cf), oscyluje równiez przy czestotliwosciach leza¬ cych w punkcie odciecia < lub w poblizu czesto¬ tliwosci granicznej tranzystora. - \ Istotnym brakiem znanych obwodów jest to, ze gdy czestotliwosc graniczna tranzystora jest zbyt duza, obwód przestaje oscylowac, gdy do¬ strojony jest do nizszych czestotliwosci pasma.Obwód zgodnego z wynalazkiem oscylatora, przed¬ stawiony na fig. 4a posiada pod tym wzgledem znacznie lepsze dzialanie, a jego konstrukcja jest bardzo prosta.Elementy ukladu obwodu z fig. 4a, odpowia¬ dajace elementom z fig. 3a oznaczone sa przez te same odnosniki. W tym obwodzie sprzezenie zwrotne otrzymane jest z jednej strony przez re- aktancje pojemnosciowa Cf miedzy kolektorem i emiterem tranzystora, a z drugiej strony przez petle sprzezenia, posiadajaca czesc L2, rozciaga¬ jaca sie równolegle do wewnetrznego przewodu Lj i opornik R o wartosci na przyklad 330 omów.W ukladzie przedstawionym na fig. 4a opornik R tworzy czesc wspomnianej petli sprzezenia. Petla sprzezenia L2 polaczona jest z jednej strony z elek¬ troda emitera tranzystora Z, a z drugiej strony ze scianka rezonatora wnekowego 1 za pomoca kondensatora przepustowego 4, tak, ze pejtila sprze¬ zenia moze byc uzyta do zasilania pradem stalym tranzystora. Poniewaz odcinek L* petli sprzeze¬ nia widziany od kondensatora 4 w kierunku po¬ laczenia z emiterem rozciaga sie w rym samym kierunku co wewnetrzny przewodnik Lj widziany od polaczenia ze scianka w strone zmiennej po¬ jemnosci C, to sprzezenie indukcyjne miedzy Lj i L2 jest dodatnie; na wykresie zastepczym fig. 4b wskazane jest to przez znak +M.Z wykresu zastepczego fig. 4b mozna obliczyc w przyblizeniu prad emitera /. ~ M \ ie = uc jcoCt+ . I tak, ze w przy- blizeniu przewodnosc pozorna sprzezenia zwrotne¬ go Yf wynosi Fig. 5 przedstawia wykres zespolony tej prze¬ wodnosci pozornej sprzezenia zwrotnego. Oczywi¬ ste jest z tej figury, ze faza Yf wzrasta w kie- SM52 « runku dodatnim ze wzrostem czestotliwosci. Po¬ niewaz, jak to opisano na podstawie fiig. 2 faza a wzrasta w kierunku ujemnym wraz ze wzrostem czestotliwosci, a wiec wynika^ z tego, ze w obwo- 5 dzie zgodnym z wynalazkiem faza iloczynu aYf jest w przyblizeniu stala i moze byc utrzymywana w przyiblizeniiu. przy 0° w pasmie dostrojenia os¬ cylatora. Zatem obwód oscylatora z fig. 4a ;oscy¬ luje w szerokim pasmie czestotliwosci i w ten 10 sposób sa efektywnie przezwyciezone wady obwo¬ du, polegajace na przerwaniu oscylacji przy niz¬ szych czestotliwosciach pasma dostrojenia.Inna wada znanego ukladu obwodu polega na tym, ze na skutek pasozytniczej indukcyjnosci 15 przewodnika polaczonego z elektroda bazy tranzy¬ stora, czesc rzeczywista wejsciowej przewodnosci pozornej tranzystora, w pasmie czestotliwosci na przyklad okolo od 1500 do 2000 Mc/s moze przyj¬ mowac wartosci ujemne, które moga powodowac 20 w ukladzie obwodu tworzenie sie pasozytniczych oscylacji o czestotliwosciach lezacych we wspom¬ nianym pasmie; W ukladzie obwodu fig. 4a, opor¬ nik R polaczony jest przez L2 z baza i emiterem tranzystora. Zatem opornik R jest równolegly do ujemnej wejsciowej opornosci pozornej tranzysto¬ ra, i pasozytnicze oscylacje sa efektywnie tlumio¬ ne.Nalezy zauwazyc, ze odcinek L^ petli sprzezenia oraz opornik R, który moze byc wlaczony do tego 30 odcinka, nie moga byc umieszczone zbyt blisko wewnetrznego przewodu 1^ poniewaz w przeciw¬ nym .przypadku sprzezenie M staje sie zbyt duze.Nadmiernie duze sprzezenie wiaze sie z tym, ze równiez opornik R musi posiadac wieksza war- 35 tosc, co powoduje duze straty energii w oporni¬ ku R. Zatem lepiej jest nie umieszczac opornika R zbyt blisko wewnetrznego przewodnika rezo¬ natora wnekowego, a jego wartosc nie powinna przelcraczac 500 omów. Z drugiej strony okazalo sie, ze przy optymalnej wartosci sprzezenia opor¬ nik R powinien byc wiekszy niz 100 omów, aby byc wystarczajaco skutecznym. PL