RU100346U1 - CONTROLLED AUTOGENERATOR - Google Patents
CONTROLLED AUTOGENERATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU100346U1 RU100346U1 RU2010128140/09U RU2010128140U RU100346U1 RU 100346 U1 RU100346 U1 RU 100346U1 RU 2010128140/09 U RU2010128140/09 U RU 2010128140/09U RU 2010128140 U RU2010128140 U RU 2010128140U RU 100346 U1 RU100346 U1 RU 100346U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- resistor
- capacitor
- base
- terminal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
Управляемый автогенератор, содержащий первый, второй и третий транзисторы, эмиттеры которых объединены и через токозадающий элемент подключены к общей шине; первый, второй и третий резисторы, третий и четвертый конденсаторы, причем первый резистор включен между коллектором третьего транзистора и шиной питания, второй резистор включен между базой третьего транзистора и шиной питания, третий резистор включен между базой третьего транзистора и общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен с выходом устройства, четвертый конденсатор соединяет базу третьего транзистора и высокочастотный вход устройства; а также четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы; последовательно соединенные пятый конденсатор, четвертьволновый отрезок длинной линии, шестой конденсатор и катод варикапа; последовательно соединенные седьмой и восьмой конденсаторы, причем другой вывод восьмого конденсатора соединен с общей шиной, другой вывод седьмого конденсатора подключен к базе первого транзистора, а точка соединения седьмого и восьмого конденсаторов подключена к точке соединения пятого конденсатора и четвертьволнового отрезка длинной линии; четвертый резистор включен между шиной питания и базой первого транзистора, пятый резистор включен между базой первого транзистора и общей шиной, шестой резистор включен между коллектором первого транзистора и шиной питания, седьмой резистор включен между шиной питания и коллектором второго транзистора, восьмой резистор включен между шиной питания и базой второго транзистора, девятый резистор включен между базой второго транзистора и общей шиной, коллек� A controlled oscillator containing the first, second and third transistors, the emitters of which are combined and are connected to a common bus through a current-setting element; the first, second and third resistors, the third and fourth capacitors, the first resistor connected between the collector of the third transistor and the power bus, the second resistor connected between the base of the third transistor and the power bus, the third resistor connected between the base of the third transistor and the common bus, the second terminal of the third capacitor connected to the output of the device, the fourth capacitor connects the base of the third transistor and the high-frequency input of the device; as well as the fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth resistors; the fifth capacitor, the quarter-wave length of the long line, the sixth capacitor and the varicap cathode connected in series; the seventh and eighth capacitors are connected in series, and the other terminal of the eighth capacitor is connected to a common bus, the other terminal of the seventh capacitor is connected to the base of the first transistor, and the connection point of the seventh and eighth capacitors is connected to the connection point of the fifth capacitor and the quarter-wave length of the long line; the fourth resistor is connected between the power bus and the base of the first transistor, the fifth resistor is connected between the base of the first transistor and the common bus, the sixth resistor is connected between the collector of the first transistor and the power bus, the seventh resistor is connected between the power bus and the collector of the second transistor, the eighth resistor is connected between the power bus and the base of the second transistor, the ninth resistor is connected between the base of the second transistor and the common bus, collect�
Description
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в синтезаторах частот.The utility model relates to radio engineering and can be used in frequency synthesizers.
Известен управляемый автогенератор (см. патент на ПМ №86816, Н03В 5/12, опубл. 10.09. 2009 г.), построенный по схеме индуктивной трехточки на дифференциальном каскаде. Частота генерируемых колебаний определяется колебательным контуром, состоящим из последовательно включенных первой и второй индуктивно связанных катушек индуктивности и конденсатора.Known controlled oscillator (see patent for PM No. 86816, Н03В 5/12, published on September 10, 2009), constructed according to the inductive three-point circuit on a differential cascade. The frequency of the generated oscillations is determined by the oscillatory circuit, consisting of a series of first and second inductively coupled inductors and a capacitor.
Этот управляемый автогенератор может работать в двух режимах: как генератор, управляемый напряжением (ГУН), в составе синтезатора частот и как автогенератор с захватом по частоте от внешнего источника высокочастотного возбуждения при отключении его от управляющего напряжения. Поэтому такое устройство уже называется не ГУН, а более широко - управляемый автогенератор.This controlled oscillator can operate in two modes: as a voltage-controlled oscillator (VCO), as part of a frequency synthesizer, and as an oscillator with frequency capture from an external source of high-frequency excitation when it is disconnected from the control voltage. Therefore, such a device is no longer called a VCO, but more broadly - a controlled oscillator.
Недостаток известного управляемого автогенератора состоит в следующем.A disadvantage of the known controlled oscillator is as follows.
Поскольку полная индуктивность последовательно соединенных первой и второй катушек индуктивности с учетом их взаимной индуктивности равна LΣ=4L, то каждая катушка индуктивности должна иметь индуктивность L=LΣ/4, т.е. в 4 раза меньше той, которая необходима для заданной рабочей частоты. Это приводит к тому, что с ростом частоты число витков в каждой катушке индуктивности уменьшается значительно быстрее, чем в ГУН с одной катушкой индуктивности. Следовательно, если с ростом частоты в ГУН с одной катушкой индуктивности число витков уменьшается до одного и менее (т.е. катушка индуктивности «вырождается» в отрезок проводника), то в схеме устройства-прототипа это происходит гораздо раньше уже на более низкой частоте.Since the total inductance of the first and second inductors connected in series, taking into account their mutual inductance, is L Σ = 4L, then each inductance should have an inductance L = L Σ / 4, i.e. 4 times less than that necessary for a given operating frequency. This leads to the fact that with increasing frequency, the number of turns in each inductor decreases much faster than in a VCO with one inductor. Therefore, if with increasing frequency in a VCO with one inductance coil the number of turns decreases to one or less (ie, the inductance coil "degenerates" into a section of the conductor), then in the prototype device circuit this happens much earlier at a lower frequency.
«Вырождение» катушки индуктивности на высоких частотах в отрезок проводника ведет к резкому ухудшению добротности резонансного контура и повышению интенсивности шумов.The "degeneration" of the inductance coil at high frequencies into a section of the conductor leads to a sharp deterioration in the quality factor of the resonant circuit and an increase in the noise intensity.
Таким образом, недостаток этого устройства состоит в невозможности работать на сравнительно высоких частотах при малых уровнях собственных шумов.Thus, the disadvantage of this device is the inability to operate at relatively high frequencies at low levels of intrinsic noise.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является управляемый автогенератор (см. патент на ПМ №92583, Н03В 5/12, опубл. 20.03. 2010 г.), который принят за прототип.The closest in technical essence to the proposed one is a controlled oscillator (see patent for PM No. 92583, Н03В 5/12, publ. March 20, 2010), which is adopted as a prototype.
Принципиальная электрическая схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где введены следующие обозначения:Schematic diagram of the prototype device is shown in figure 1, where the following notation is introduced:
1, 2, 8 - первый, второй и третий транзисторы;1, 2, 8 - the first, second and third transistors;
3 - токозадающий элемент;3 - current-setting element;
12, 13, 20, 22, 24 и 25 - третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой конденсаторы;12, 13, 20, 22, 24 and 25 - the third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth capacitors;
9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы;9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19 - the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth resistors;
21 - четвертьволновый отрезок длинной линии;21 - a quarter-wave segment of a long line;
23 - варикап.23 - varicap.
Устройство-прототип содержит первый 1, второй 2 и третий 8 транзисторы, эмиттеры которых объединены и через токозадающий элемент 3 подключены к общей шине; первый резистор 9, включенный между коллектором третьего транзистора 8 и шиной питания, второй резистор 10, включенный между шиной питания и базой третьего транзистора 8, третий резистор 11 включенный между базой третьего транзистора 8 и общей шиной, третий конденсатор 12, включенный между коллектором третьего транзистора 8 и выходом устройства, четвертый конденсатор 13, включенный между базой третьего транзистора 8 и высокочастотным (ВЧ) входом устройства; последовательно соединенные пятый конденсатор 20, четвертьволновый отрезок длинной линии 21, шестой конденсатор 22 и катод варикапа 23, анод которого подключен к общей шине; последовательно соединенные седьмой 24 и восьмой 25 конденсаторы, причем другой вывод восьмого конденсатора 25 соединен с общей шиной, другой вывод седьмого конденсатора 24 подключен к базе первого транзистора 1, а точка соединения седьмого 24 и восьмого 25 конденсаторов подключена к точке соединения пятого конденсатора 20 и четвертьволнового отрезка длинной линии 21; четвертый резистор 14 включен между шиной питания и базой первого транзистора 1, пятый резистор 15 включен между базой первого транзистора 1 и общей шиной, шестой резистор 16 включен между коллектором первого транзистора 1 и шиной питания, седьмой резистор 17 включен между шиной питания и коллектором второго транзистора 2, восьмой резистор 18 включен между шиной питания и базой второго транзистора 2, девятый резистор 19 включен между базой второго транзистора 2 и общей шиной, коллектор второго транзистора 2 соединен также с другим выводом пятого конденсатора 20, а катод варикапа 23 соединен также с входом управляющего напряжения.The prototype device contains the first 1, second 2 and third 8 transistors, the emitters of which are combined and through the current-collecting element 3 are connected to a common bus; the first resistor 9 connected between the collector of the third transistor 8 and the power bus, the second resistor 10 connected between the power bus and the base of the third transistor 8, the third resistor 11 connected between the base of the third transistor 8 and the common bus, the third capacitor 12 connected between the collector of the third transistor 8 and the output of the device, a fourth capacitor 13 connected between the base of the third transistor 8 and the high-frequency (HF) input of the device; the fifth capacitor 20, the quarter-wave segment of the long line 21, the sixth capacitor 22 and the varicap cathode 23, the anode of which is connected to a common bus; the seventh 24 and eighth 25 capacitors are connected in series, the other output of the eighth capacitor 25 connected to a common bus, the other output of the seventh capacitor 24 connected to the base of the first transistor 1, and the connection point of the seventh 24 and the eighth 25 capacitors connected to the connection point of the fifth capacitor 20 and the quarter-wave a segment of a long line 21; the fourth resistor 14 is connected between the power bus and the base of the first transistor 1, the fifth resistor 15 is connected between the base of the first transistor 1 and the common bus, the sixth resistor 16 is connected between the collector of the first transistor 1 and the power bus, the seventh resistor 17 is connected between the power bus and the collector of the second transistor 2, the eighth resistor 18 is connected between the power bus and the base of the second transistor 2, the ninth resistor 19 is connected between the base of the second transistor 2 and the common bus, the collector of the second transistor 2 is also connected to the other terminal of the fifth to ndensatora 20 and the cathode of the varicap 23 is also connected to an input control voltage.
Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.
Этот управляемый автогенератор может также работать в двух режимах: как генератор, управляемый напряжением (ГУН), в составе синтезатора частот при отключении от источника ВЧ и как автогенератор с захватом по частоте от внешнего источника высокочастотного возбуждения при отключении его от управляющего напряжения.This controlled oscillator can also operate in two modes: as a voltage-controlled oscillator (VCO), as part of a frequency synthesizer when disconnected from an RF source, and as an oscillator with frequency capture from an external source of high-frequency excitation when it is disconnected from the control voltage.
В режиме ГУН управляющее напряжение Uупр поступает на катод варикапа 23 колебательного LC-контура на основе последовательно соединенных четвертьволнового отрезка длинной линии 21, шестого конденсатора 22 и варикапа 23, которые вместе образуют высокодобротную индуктивность L, а параллельно этой индуктивности L включен восьмой конденсатор 25. Четвертьволновый отрезок длинной линии 21 используется в качестве трансформатора комплексных сопротивлений, преобразующего нагружающую линию емкостную реактивность в виде последовательно соединенных шестого конденсатора 22 и варикапа 23 в индуктивную без значительных потерь. Это позволяет реализовать высокодобротную индуктивность L в виде четвертьволнового отрезка длинной линии, нагруженного на высокодобротный конденсатор. Вместе с конденсатором С 25 образованный таким образом резонансный LC-контур связан с базой первого транзистора 1 автогенератора через седьмой конденсатор 24. Пятый конденсатор 20, включенный между коллекторной нагрузкой (резистор 17) второго транзистора 2 и точкой соединения четвертьволнового отрезка длинной линии 21 с конденсаторами 24 и 25, обеспечивает положительную обратную связь автогенератора, построенного по дифференциальной схеме на транзисторах 1 и 2.In operation the VCO control voltage U Ex is supplied to a cathode of the varicap 23 vibrational LC-circuit on the basis of series-connected quarter-wavelength long line 21, a sixth capacitor 22 and a varicap 23, which together form a high-inductance L, and parallel to the inductor L included eighth capacitor 25. A quarter-wave length of the long line 21 is used as a transformer of complex resistances, which converts the load line capacitive reactance in the form of series-connected estogo capacitor 22 and a varicap 23 without substantial inductive losses. This allows you to implement high-quality inductance L in the form of a quarter-wave length of a long line loaded on a high-quality capacitor. Together with the capacitor C 25, the resonant LC circuit formed in this way is connected to the base of the first transistor 1 of the oscillator through the seventh capacitor 24. The fifth capacitor 20 is connected between the collector load (resistor 17) of the second transistor 2 and the connection point of the quarter-wave length segment 21 with the capacitors 24 and 25, provides positive feedback of the oscillator, built according to the differential circuit on transistors 1 and 2.
При изменении Uупр изменяется емкость С варикапа 23. Это изменение емкости С варикапа 23 трансформируется четвертьволновым отрезком длинной линии 21 в соответствующее изменение индуктивности L, т.е. в полученном таким образом LC-контуре изменение частоты осуществляется путем изменения индуктивности L.When changing U exercise changes the capacitance C of the varicap 23. This change in the capacitance C of the varicap 23 is transformed quarter-wavelength long line 21 in a corresponding change of inductance L, i.e. in the LC circuit thus obtained, the frequency is changed by changing the inductance L.
Делитель напряжения на резисторах 14 и 15 создает необходимое напряжение смещения в цепи базы первого транзистора 1, коллекторной нагрузкой которого является резистор 16. Делитель напряжения на резисторах 18 и 19 создает определенное напряжение смещения в цепи базы второго транзистора 2.The voltage divider at resistors 14 and 15 creates the necessary bias voltage in the base circuit of the first transistor 1, the collector load of which is resistor 16. The voltage divider at resistors 18 and 19 creates a certain bias voltage in the base circuit of the second transistor 2.
В режиме ГУН источник ВЧ возбуждения отключен и на базу третьего транзистора 8 через разделительный конденсатор 13 не поступает внешний сигнал, но ВЧ составляющие эмиттерного тока, формируемые в общем токозадающем элементе 3, проходят и в коллекторном токе третьего транзистора 8, что приводит к тому, что третий транзистор 8 работает как буферный усилитель, с коллекторной нагрузки которого (резистор 9) через разделительный конденсатор 12 поступают на выход генерируемые колебания. Делитель напряжения на резисторах 10 и 11 создает определенное напряжение смещения в цепи базы третьего транзистора 8.In the VCO mode, the RF excitation source is turned off and an external signal is not supplied to the base of the third transistor 8 through the isolation capacitor 13, but the RF components of the emitter current generated in the common current-sensing element 3 also pass through the collector current of the third transistor 8, which leads to the third transistor 8 operates as a buffer amplifier, from the collector load of which (resistor 9), generated oscillations are output through an isolation capacitor 12. The voltage divider on the resistors 10 and 11 creates a certain bias voltage in the base circuit of the third transistor 8.
В режиме работы управляемого автогенератора в качестве автогенератора с захватом по частоте от внешнего источника ВЧ возбуждения управляющее напряжение Uупр остается неизменным (запоминается), а на вход ВЧ поступают внешние колебания, которые затем через разделительный конденсатор 13 приходят на базу третьего транзистора 8. В результате в управляемом автогенераторе происходит захват по частоте от внешнего источника и на выход его через разделительный конденсатор 12 поступает ВЧ сигнал, синхронный с внешними колебаниями.In the operation mode of a controlled oscillator as an oscillator with a frequency capture from an external source of RF excitation, the control voltage U control remains unchanged (remembered), and external oscillations are received at the RF input, which then come to the base of the third transistor 8 through an isolation capacitor 13. As a result in a controlled oscillator, a frequency capture from an external source occurs and an RF signal synchronous with external oscillations is received through an isolation capacitor 12.
При этом каскад на третьем транзисторе 8 позволяет вводить ВЧ сигнал от внешнего источника для осуществления захвата управляемого автогенератора по частоте и одновременно выполняет функцию буферного каскада.In this case, the cascade on the third transistor 8 allows you to enter the RF signal from an external source to capture the controlled oscillator in frequency and at the same time serves as a buffer cascade.
Недостатки устройства-прототипа состоят в следующем.The disadvantages of the prototype device are as follows.
1. В известном управляемом автогенераторе буферный каскад на третьем транзисторе 8 обеспечивает поступление ВЧ сигнала от внешнего источника (в базу транзистора 8) для осуществления захвата по частоте в управляемом автогенераторе и одновременно с его коллектора поступает сигнал на выход устройства, т.е. имеется недостаточная развязка от влияния нагрузки и между входом и выходом. При этом изменение нагрузки на выходе устройства может влиять на стабильность частоты, что приводит к увеличению уровня шума в спектре выходного сигнала.1. In the known controlled oscillator, the buffer cascade on the third transistor 8 provides the input of the RF signal from an external source (to the base of the transistor 8) for frequency capture in the controlled oscillator and at the same time a signal is output from the collector to the output of the device, i.e. there is insufficient isolation from the influence of the load and between the input and output. In this case, a change in the load at the output of the device can affect the frequency stability, which leads to an increase in the noise level in the spectrum of the output signal.
2. Кроме того, резистивный усилитель на третьем транзисторе 8 может работать в сравнительно узком диапазоне частот и относительно невысоких частотах. Коэффициент усиления усилителя с общим эмиттером и резисторной коллекторной нагрузкой снижается с ростом частоты сигнала из-за действия паразитных емкостей нагрузки и соединительных проводов. Также емкость обратной связи (СКБ), будучи включенной между выходом и входом, может доминировать в спаде усиления на высоких частотах, особенно если полное сопротивление источника сигнала высоко (см. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х томах. Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - Т.2. стр.270-271).2. In addition, the resistive amplifier on the third transistor 8 can operate in a relatively narrow frequency range and relatively low frequencies. The gain of the amplifier with a common emitter and resistor collector load decreases with increasing signal frequency due to the action of stray load capacitances and connecting wires. Also, the feedback capacitance (with KB ), being connected between the output and the input, can dominate the decay of the amplification at high frequencies, especially if the impedance of the signal source is high (see Horowitz P., Hill W. Art of circuitry: In 2 volumes Translated from English .-- M .: Mir, 1983. - Vol.2. P. 270-271).
Недостаточно высокочастотные свойства буферного усилителя на третьем транзисторе 8 и простая его конфигурация не позволяют реализовать высокочастотные возможности управляемого автогенератора в целом и получить оптимальное согласование с нагрузкой. Также здесь явно недостаточная развязка между ВЧ входом и выходом устройства.The insufficiently high-frequency properties of the buffer amplifier on the third transistor 8 and its simple configuration do not allow to realize the high-frequency capabilities of a controlled oscillator as a whole and to obtain optimal coordination with the load. Also, there is clearly insufficient isolation between the RF input and the output of the device.
Для устранения указанных недостатков в управляемый автогенератор, содержащий первый, второй и третий транзисторы, эмиттеры которых объединены и через токозадающий элемент подключены к общей шине; первый, второй и третий резисторы, третий и четвертый конденсаторы, причем первый резистор включен между коллектором третьего транзистора и шиной питания, второй резистор включен между базой третьего транзистора и шиной питания, третий резистор включен между базой третьего транзистора и общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен с выходом устройства, четвертый конденсатор соединяет базу третьего транзистора и высокочастотный вход устройства; а также четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы; последовательно соединенные пятый конденсатор, четвертьволновый отрезок длинной линии, шестой конденсатор и катод варикапа; последовательно соединенные седьмой и восьмой конденсаторы, причем другой вывод восьмого конденсатора соединен с общей шиной, другой вывод седьмого конденсатора подключен к базе первого транзистора, а точка соединения седьмого и восьмого конденсаторов подключена к точке соединения пятого конденсатора и четвертьволнового отрезка длинной линии; четвертый резистор включен между шиной питания и базой первого транзистора, пятый резистор включен между базой первого транзистора и общей шиной, шестой резистор включен между коллектором первого транзистора и шиной питания, седьмой резистор включен между шиной питания и коллектором второго транзистора, восьмой резистор включен между шиной питания и базой второго транзистора, девятый резистор включен между базой второго транзистора и общей шиной, коллектор второго транзистора соединен также с другим выводом пятого конденсатора, а катод варикапа соединен также с входом управляющего напряжения, введены четвертый транзистор, эмиттер которого объединен с эмиттерами первого, второго и третьего транзисторов; десятый, одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый резисторы; широкополосный трансформатор на тороидальном сердечнике и длинной линии, содержащий пару одинаковых бифилярно скрученных проводников, причем начало первого проводника соединено с коллектором четвертого транзистора и первым выводом двенадцатого резистора; конец первого проводника соединен с началом второго проводника и с первыми выводами третьего конденсатора, одиннадцатого и тринадцатого резисторов, а конец второго проводника соединен с шиной питания и вторым выводом двенадцатого резистора; при этом второй вывод одиннадцатого резистора соединен с базой четвертого транзистора и с первым выводом десятого резистора, а второй вывод десятого резистора и второй вывод тринадцатого резистора соединены с общей шиной.To eliminate these shortcomings in a controlled oscillator containing the first, second and third transistors, the emitters of which are combined and connected through a current-collecting element to a common bus; the first, second and third resistors, the third and fourth capacitors, the first resistor connected between the collector of the third transistor and the power bus, the second resistor connected between the base of the third transistor and the power bus, the third resistor connected between the base of the third transistor and the common bus, the second terminal of the third capacitor connected to the output of the device, the fourth capacitor connects the base of the third transistor and the high-frequency input of the device; as well as the fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth resistors; the fifth capacitor, the quarter-wave length of the long line, the sixth capacitor and the varicap cathode connected in series; the seventh and eighth capacitors are connected in series, and the other terminal of the eighth capacitor is connected to a common bus, the other terminal of the seventh capacitor is connected to the base of the first transistor, and the connection point of the seventh and eighth capacitors is connected to the connection point of the fifth capacitor and the quarter-wave length of the long line; the fourth resistor is connected between the power bus and the base of the first transistor, the fifth resistor is connected between the base of the first transistor and the common bus, the sixth resistor is connected between the collector of the first transistor and the power bus, the seventh resistor is connected between the power bus and the collector of the second transistor, the eighth resistor is connected between the power bus and the base of the second transistor, the ninth resistor is connected between the base of the second transistor and the common bus, the collector of the second transistor is also connected to the other terminal of the fifth capacitor, and cat One varicap is also connected to the control voltage input; a fourth transistor is introduced, the emitter of which is combined with the emitters of the first, second, and third transistors; tenth, eleventh, twelfth and thirteenth resistors; a broadband transformer on a toroidal core and a long line, containing a pair of identical bifilarly twisted conductors, the beginning of the first conductor connected to the collector of the fourth transistor and the first output of the twelfth resistor; the end of the first conductor is connected to the beginning of the second conductor and to the first terminals of the third capacitor, the eleventh and thirteenth resistors, and the end of the second conductor is connected to the power bus and the second terminal of the twelfth resistor; wherein the second terminal of the eleventh resistor is connected to the base of the fourth transistor and to the first terminal of the tenth resistor, and the second terminal of the tenth resistor and the second terminal of the thirteenth resistor are connected to a common bus.
Принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где введены следующие обозначения:Schematic diagram of the proposed device is shown in figure 2, where the following notation is introduced:
1, 2, 8, 30 - первый, второй, третий и четвертый транзисторы;1, 2, 8, 30 - the first, second, third and fourth transistors;
3 - токозадающий элемент;3 - current-setting element;
12, 13, 20, 22, 24, 25,-третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой, конденсаторы;12, 13, 20, 22, 24, 25, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth capacitors;
9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 26, 27, 28 и 29 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый резисторы;9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 26, 27, 28 and 29 - the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, twelfth and thirteenth resistors;
21 - четвертьволновый отрезок длинной линии;21 - a quarter-wave segment of a long line;
23 - варикап;23 - varicap;
31 - широкополосный трансформатор на длинной линии.31 - broadband transformer on a long line.
Предлагаемое устройство содержит первый 1, второй 2, третий 8 и четвертый 31 транзисторы, эмиттеры которых объединены и через токозадающий элемент 3 подключены к общей шине; первый резистор 9, включенный между коллектором третьего транзистора 8 и шиной питания, второй резистор 10, включенный между шиной питания и базой третьего транзистора 8, третий резистор 11 включенный между базой третьего транзистора 8 и общей шиной. Устройство содержит широкополосный трансформатор 31 на длинной линии, имеющий пару одинаковых бифилярно скрученных проводников, причем начало первого проводника трансформатора 31 соединено с коллектором четвертого транзистора 30 и первым выводом двенадцатого резистора 28, конец первого проводника трансформатора 31 соединен с началом второго его проводника и с первыми выводами третьего конденсатора 12, одиннадцатого 27 и тринадцатого 29 резисторов, а конец второго проводника соединен с шиной питания и вторым выводом двенадцатого 28 резистора, при этом второй вывод одиннадцатого 27 резистора соединен с базой четвертого транзистора 30 и с первым выводом десятого 26 резистора, а второй вывод десятого 26 резистора и второй вывод тринадцатого 29 резистора соединены с общей шиной.The proposed device contains a first 1, second 2, third 8 and fourth 31 transistors, the emitters of which are combined and through a current-collecting element 3 are connected to a common bus; a first resistor 9 connected between the collector of the third transistor 8 and the power bus, a second resistor 10 connected between the power bus and the base of the third transistor 8, a third resistor 11 connected between the base of the third transistor 8 and the common bus. The device contains a broadband transformer 31 on a long line, having a pair of identical bifilarly twisted conductors, the beginning of the first conductor of the transformer 31 connected to the collector of the fourth transistor 30 and the first output of the twelfth resistor 28, the end of the first conductor of the transformer 31 connected to the beginning of its second conductor and to the first conclusions the third capacitor 12, the eleventh 27 and the thirteenth 29 resistors, and the end of the second conductor is connected to the power bus and the second terminal of the twelfth 28 resistor wherein the second terminal of the eleventh resistor 27 is connected to the base of the fourth transistor 30 and to the first terminal of the tenth 26 resistor, and the second terminal of the tenth 26 resistor and the second terminal of the thirteenth 29 resistor are connected to a common bus.
Кроме того, в предлагаемом управляемом автогенераторе второй вывод третьего конденсатора 12 соединен с выходом устройства. Четвертый конденсатор 13, включен между базой третьего транзистора 8 и высокочастотным (ВЧ) входом устройства, которое также содержит последовательно соединенные пятый конденсатор 20, четвертьволновый отрезок длинной линии 21, шестой конденсатор 22 и катод варикапа 23; последовательно соединенные седьмой 24 и восьмой 25 конденсаторы, причем другой вывод восьмого конденсатора 25 соединен с общей шиной, другой вывод седьмого конденсатора 24 подключен к базе первого транзистора 1, а точка соединения седьмого 24 и восьмого 25 конденсаторов подключена к точке соединения пятого конденсатора 20 и четвертьволнового отрезка длинной линии 21; четвертый резистор 14 включен между шиной питания и базой первого транзистора 1, пятый резистор 15 включен между базой первого транзистора 1 и общей шиной, шестой резистор 16 включен между коллектором первого транзистора 1 и шиной питания, седьмой резистор 17 включен между шиной питания и коллектором второго транзистора 2, восьмой резистор 18 включен между шиной питания и базой второго транзистора 2, девятый резистор 19 включен между базой второго транзистора 2 и общей шиной, коллектор второго транзистора 2 соединен также с другим выводом пятого конденсатора 20, катод варикапа 23 соединен с входом управляющего напряжения Uупр и вторым выводом шестого конденсатора 22, а анод варикапа 23 соединен с общей шиной.In addition, in the proposed controlled oscillator, the second output of the third capacitor 12 is connected to the output of the device. The fourth capacitor 13 is connected between the base of the third transistor 8 and the high-frequency (HF) input of the device, which also contains the fifth capacitor 20 connected in series, the quarter-wave length of the long line 21, the sixth capacitor 22 and the varicap cathode 23; the seventh 24 and eighth 25 capacitors are connected in series, and the other terminal of the eighth capacitor 25 is connected to a common bus, the other terminal of the seventh capacitor 24 is connected to the base of the first transistor 1, and the connection point of the seventh 24 and the eighth 25 capacitors is connected to the connection point of the fifth capacitor 20 and the quarter-wave a segment of a long line 21; the fourth resistor 14 is connected between the power bus and the base of the first transistor 1, the fifth resistor 15 is connected between the base of the first transistor 1 and the common bus, the sixth resistor 16 is connected between the collector of the first transistor 1 and the power bus, the seventh resistor 17 is connected between the power bus and the collector of the second transistor 2, the eighth resistor 18 is connected between the power bus and the base of the second transistor 2, the ninth resistor 19 is connected between the base of the second transistor 2 and the common bus, the collector of the second transistor 2 is also connected to the other terminal of the fifth to ndensatora 20, the cathode of the varicap 23 is connected to the input of the control voltage U exercise and the second terminal of the sixth capacitor 22 and the anode of the varicap 23 is connected to the common bus.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Предлагаемый управляемый автогенератор может работать, как и прототип, в двух режимах: как генератор, управляемый напряжением (ГУН), в составе синтезатора частот с введением управляющего напряжения Uупр на катод варикапа 23 при отключенном входе от источника ВЧ и как автогенератор с захватом по частоте от внешнего источника высокочастотного возбуждения при отключении его от управляющего напряжения Uупр.The proposed controlled oscillator can operate, like the prototype, in two modes: as a voltage controlled oscillator (VCO), as part of a frequency synthesizer with the introduction of a control voltage U control on the cathode of varicap 23 with the input off from the RF source and as an oscillator with frequency capture from an external source of high-frequency excitation when disconnecting it from the control voltage U ex .
В режиме ГУН управляющее напряжение Uупр поступает на катод варикапа 23 колебательного LC-контура на основе последовательно соединенных четвертьволнового отрезка длинной линии 21, шестого конденсатора 22 и варикапа 23, которые вместе образуют высокодобротную индуктивность L, а параллельно этой индуктивности L включен восьмой конденсатор 25. Четвертьволновый отрезок длинной линии 21 используется в качестве трансформатора комплексных сопротивлений, преобразующего нагружающую длинную линию емкостную реактивность в виде последовательно соединенных шестого конденсатора 22 и варикапа 23 в индуктивную без значительных потерь. Это позволяет реализовать высокодобротную индуктивность L в виде четвертьволнового отрезка длинной линии, нагруженного на высокодобротный конденсатор. Вместе с конденсатором С 25 образованный таким образом резонансный LC-контур связан с базой первого транзистора 1 автогенератора через седьмой конденсатор 24. Пятый конденсатор 20, включенный между коллекторной нагрузкой (резистор 17) второго транзистора 2 и точкой соединения четвертьволнового отрезка длинной линии 21 с конденсаторами 24 и 25, обеспечивает положительную обратную связь автогенератора, построенного по дифференциальной схеме на транзисторах 1 и 2, что приводит к генерации ВЧ колебаний в режиме ГУН.In operation the VCO control voltage U Ex is supplied to a cathode of the varicap 23 vibrational LC-circuit on the basis of series-connected quarter-wavelength long line 21, a sixth capacitor 22 and a varicap 23, which together form a high-inductance L, and parallel to the inductor L included eighth capacitor 25. A quarter-wave length of the long line 21 is used as a transformer of complex resistances, transforming the capacitive reactance loading a long line in the form of a series connection nennyh sixth capacitor 22 and a varicap 23 without substantial inductive losses. This allows you to implement high-quality inductance L in the form of a quarter-wave length of a long line loaded on a high-quality capacitor. Together with the capacitor C 25, the resonant LC circuit formed in this way is connected to the base of the first transistor 1 of the oscillator through the seventh capacitor 24. The fifth capacitor 20 is connected between the collector load (resistor 17) of the second transistor 2 and the connection point of the quarter-wave length segment 21 with the capacitors 24 and 25, provides positive feedback of the oscillator, built according to the differential circuit on transistors 1 and 2, which leads to the generation of high-frequency oscillations in the VCO mode.
При изменении Uупр изменяется емкость С варикапа 23. Это изменение емкости С варикапа 23 трансформируется четвертьволновым отрезком длинной линии 21 в соответствующее изменение индуктивности L, т.е. в полученном таким образом LC-контуре изменение частоты осуществляется путем изменения индуктивности L.When changing U exercise changes the capacitance C of the varicap 23. This change in the capacitance C of the varicap 23 is transformed quarter-wavelength long line 21 in a corresponding change of inductance L, i.e. in the LC circuit thus obtained, the frequency is changed by changing the inductance L.
Делитель напряжения на резисторах 14 и 15 создает необходимое напряжение смещения в цепи базы первого транзистора 1, коллекторной нагрузкой которого является резистор 16. Делитель напряжения на резисторах 18 и 19 создает определенное напряжение смещения в цепи базы второго транзистора 2.The voltage divider at resistors 14 and 15 creates the necessary bias voltage in the base circuit of the first transistor 1, the collector load of which is resistor 16. The voltage divider at resistors 18 and 19 creates a certain bias voltage in the base circuit of the second transistor 2.
В режиме ГУН источник ВЧ возбуждения отключен и на базу третьего транзистора 8 через разделительный конденсатор 13 не поступает внешний ВЧ сигнал. Делитель напряжения на резисторах 10 и 11 создает определенное напряжение смещения в цепи базы третьего транзистора 8. Высокочастотные составляющие эмиттерного тока всех четырех транзисторов 1, 2, 8 и 30, формируемые в общем токозадающем элементе 3, проходят и в коллекторном токе четвертого транзистора 30, что приводит к формированию на выходе широкополосного трансформатора 31 ВЧ колебаний, которые выделяются на нагрузочном резисторе 29 и через разделительный конденсатор 12 поступают на выход устройства.In the VCO mode, the RF excitation source is turned off and no external RF signal is supplied to the base of the third transistor 8 through the isolation capacitor 13. The voltage divider on resistors 10 and 11 creates a certain bias voltage in the base circuit of the third transistor 8. The high-frequency components of the emitter current of all four transistors 1, 2, 8, and 30, formed in the common current-sensing element 3, also pass in the collector current of the fourth transistor 30, which leads to the formation at the output of the broadband transformer 31 of the RF oscillations that are allocated on the load resistor 29 and through the isolation capacitor 12 are fed to the output of the device.
В режиме работы управляемого автогенератора в качестве автогенератора с захватом по частоте от внешнего источника ВЧ возбуждения управляющее напряжение Uупр остается неизменным (запоминается), а на вход ВЧ поступают внешние колебания, которые затем через разделительный конденсатор 13 приходят на базу третьего транзистора 8, эмиттер которого соединен с эмиттерами первого 1, второго 2 и четвертого 30 транзисторов и через токозадающий элемент 3 подключен к общей шине. В результате в управляемом автогенераторе происходит захват по частоте от внешнего ВЧ источника.In the operation mode of a controlled oscillator as an oscillator with a frequency capture from an external source of RF excitation, the control voltage U control remains unchanged (remembered), and external oscillations are received at the RF input, which then come to the base of the third transistor 8, the emitter of which connected to the emitters of the first 1, second 2 and fourth 30 transistors and through the current-collecting element 3 is connected to a common bus. As a result, a frequency capture from an external RF source occurs in a controlled oscillator.
Высокочастотные составляющие эмиттерных токов всех четырех транзисторов, формируемые в общем токозадающем элементе 3, проходят и в коллекторном токе четвертого транзистора 30, что приводит к формированию на выходе широкополосного трансформатора ВЧ колебаний, которые выделяются на нагрузочном резисторе 29 и через разделительный конденсатор 12 поступают на выход предлагаемого устройства.The high-frequency components of the emitter currents of all four transistors, formed in a common current-generating element 3, also pass in the collector current of the fourth transistor 30, which leads to the formation of high-frequency oscillations at the output of the broadband transformer, which are released on the load resistor 29 and fed through the isolation capacitor 12 to the output of the proposed devices.
Особенностью схемы буферного усилителя на четвертом транзисторе 30 является использование широкополосного согласующего трансформатора 31 на его выходе, так называемого трансформатора на линиях, т.е. трансформатора с электромагнитной связью между обмотками, образованными отрезками длинных линий (см., например, Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990. - 256 с.). Согласующий трансформатор 31 выполнен на тороидальном ферритовом сердечнике и из-за низкого сопротивления нагрузки используется как понижающий с коэффициентом трансформации 4:1. Полоса рабочих частот составляет около пяти октав при сопротивлении нагрузки ≤250 Ом. Обмотки трансформатора выполняются бифилярно скрученными между собой проводами с целью получения оптимального коэффициента связи. Основное назначение этого буферного усилителя - уменьшение реакции нагрузки на автогенератор, расширение диапазона рабочих частот. Рабочая точка транзистора 30 выбирается с помощью резистивного делителя на одиннадцатом резисторе 27 и десятом резисторе 26 в цепи базы. Кроме того, двенадцатый резистор 28 используется в качестве элемента отрицательной обратной связи для получения высокой линейности амплитудной характеристики и большого динамического диапазона.A feature of the buffer amplifier circuit on the fourth transistor 30 is the use of a broadband matching transformer 31 at its output, the so-called transformer on the lines, i.e. transformer with electromagnetic coupling between windings formed by long line segments (see, for example, Red E. Reference manual on high-frequency circuitry: Circuits, blocks, 50 ohm technology: Translated from German.- M .: 1990. - 256 p. ) Matching transformer 31 is made on a toroidal ferrite core and due to the low load resistance is used as a step-down with a transformation ratio of 4: 1. The operating frequency band is about five octaves with a load resistance of ≤250 ohms. The transformer windings are made bifilarly twisted together by wires in order to obtain the optimal coupling coefficient. The main purpose of this buffer amplifier is to reduce the load response to the oscillator, expanding the operating frequency range. The operating point of the transistor 30 is selected using a resistive divider on the eleventh resistor 27 and the tenth resistor 26 in the base circuit. In addition, the twelfth resistor 28 is used as a negative feedback element to obtain high linearity of the amplitude characteristic and a large dynamic range.
На фиг.3а наглядно представлена элементарная конфигурация функциональной схемы усилительного каскада с широкополосным согласующим трансформатором на длинной линии, а на фиг.3б - та же схема, но в другом начертании, аналогичном в схеме на фиг.2.On figa clearly shows the elementary configuration of the functional diagram of the amplifier stage with a broadband matching transformer on a long line, and on figb - the same circuit, but in a different style, similar to the circuit in figure 2.
Неоднократно проведенные экспериментальные исследования подтвердили работоспособность разработанного ВЧ усилителя на широкополосном трансформаторе на длинной линии в широком диапазоне частот примерно до 1000 МГц. В результате предлагаемый управляемый автогенератор может работать до частоты порядка 900-1000 МГц с хорошим перекрытием по частоте и развязкой от влияния нагрузки.Repeated experimental studies have confirmed the operability of the developed RF amplifier on a broadband transformer on a long line in a wide frequency range up to about 1000 MHz. As a result, the proposed controlled oscillator can operate up to a frequency of the order of 900-1000 MHz with good frequency overlap and isolation from the influence of the load.
В предлагаемом устройстве захват частоты от внешнего ВЧ источника и формирование выходного ВЧ сигнала с большим динамическим диапазоном и оптимальным согласованием с нагрузкой происходит независимо по двум разным усилительным каскадам, что позволяет получить на выходе предлагаемого управляемого автогенератора спектрально чистый сигнал в широком диапазоне радио частот.In the proposed device, the capture of frequency from an external RF source and the formation of an output RF signal with a large dynamic range and optimal matching with the load occurs independently in two different amplification stages, which makes it possible to obtain a spectrally pure signal at the output of the proposed controlled oscillator in a wide range of radio frequencies.
Таким образом, в предлагаемом устройстве используются уникальные возможности широкополосного тороидального трансформатора с электромагнитной связью между обмотками, образованными отрезками длинных линий. К тому же широкополосный трансформатор включен на выходе усилительного каскада на ВЧ транзисторе, эмиттер которого объединен с эмиттерами транзисторов генераторной части, выполненной по дифференциальной схеме. Кроме того, использование двенадцатого резистора 28 в качестве элемента отрицательной обратной связи позволяет получить высокою линейность амплитудной характеристики и большой динамический диапазон выходного сигнала.Thus, the proposed device uses the unique capabilities of a broadband toroidal transformer with electromagnetic coupling between the windings formed by segments of long lines. In addition, a broadband transformer is connected at the output of the amplifier stage on the RF transistor, the emitter of which is combined with the emitters of the transistors of the generator part, made according to the differential circuit. In addition, the use of the twelfth resistor 28 as a negative feedback element allows to obtain a high linearity of the amplitude characteristic and a large dynamic range of the output signal.
Это, можно сказать, наиболее удачное направление по улучшению высокочастотных свойств предлагаемого управляемого автогенератора, расширению диапазона его выходных частот и оптимального согласования с нагрузкой.This, one can say, is the most successful direction for improving the high-frequency properties of the proposed controlled oscillator, expanding the range of its output frequencies and optimal matching with the load.
В результате в предлагаемом управляемом автогенераторе за счет введения новых элементов и в связи с другими элементами устройства решена задача высокоэффективной развязки от влияния нагрузки, повышения рабочей частоты с высокой чистотой спектра выходного сигнала при одновременной синхронизации его с источником опорной частоты и переключением с заданным шагом сетки частот, когда он работает в режиме захвата частоты от внешнего источника. Такой управляемый автогенератор может найти применение в перспективных синтезаторах частот.As a result, in the proposed controlled oscillator, due to the introduction of new elements and in connection with other elements of the device, the problem of highly efficient isolation from the influence of the load, increasing the operating frequency with high purity of the output signal spectrum while synchronizing it with the reference frequency source and switching with a given frequency grid step when it is operating in frequency capture mode from an external source. Such a controlled oscillator can find application in promising frequency synthesizers.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128140/09U RU100346U1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | CONTROLLED AUTOGENERATOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128140/09U RU100346U1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | CONTROLLED AUTOGENERATOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU100346U1 true RU100346U1 (en) | 2010-12-10 |
Family
ID=46307040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010128140/09U RU100346U1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | CONTROLLED AUTOGENERATOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU100346U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517429C1 (en) * | 2013-02-07 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Voltage-controlled generator |
| RU2601170C1 (en) * | 2015-10-13 | 2016-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Voltage-controlled generator with low level of phase noise |
-
2010
- 2010-07-07 RU RU2010128140/09U patent/RU100346U1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517429C1 (en) * | 2013-02-07 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Voltage-controlled generator |
| RU2601170C1 (en) * | 2015-10-13 | 2016-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Voltage-controlled generator with low level of phase noise |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4808814B2 (en) | Switching inverter and converter for power conversion | |
| Lai et al. | A new floating active inductor using resistive feedback technique | |
| JP2010537453A (en) | Tunable impedance matching circuit | |
| CN106877819A (en) | Voltage controlled oscillator based on compound resonator | |
| Sessou et al. | An Integrated 700–1200-MHz Class-F PA With Tunable Harmonic Terminations in 0.13-$\mu $ m CMOS | |
| TW200941927A (en) | High frequency power amplifier | |
| US20040124931A1 (en) | Circular geometry oscillators | |
| CN114123998A (en) | Variable gain power amplifier | |
| US20040196110A1 (en) | Differently-tuned VCO using inductively coupled varactors | |
| RU100346U1 (en) | CONTROLLED AUTOGENERATOR | |
| CN110401420A (en) | A kind of radiometric image circuit based on active radiometric image base bias voltage and fundamental wave input signal power amplitude relation | |
| JP4836030B2 (en) | LC oscillator circuit | |
| CN112953395B (en) | Inverse F-class voltage-controlled oscillator and chip | |
| Yun et al. | A wide-tuning dual-band transformer-based complementary VCO | |
| TWI584577B (en) | Voltage controlled oscillator | |
| CN101106354A (en) | Ultra wide band signal generator | |
| JP2002535864A (en) | A circuit that converts a differential current signal into a single termination signal | |
| Bloch et al. | Beyond the smith chart: A universal graphical tool for impedance matching using transformers | |
| CN106505901A (en) | A kind of linear resonance combined type hyperfrequency inverter | |
| CN111147022A (en) | Darlington differential colpitts voltage-controlled oscillator | |
| CN116111956A (en) | Voltage controlled oscillator and frequency source | |
| CN215222140U (en) | Oscillator structure | |
| Lotfi et al. | Design of Compact Current-Drive Power Amplifiers for the Efficient Control of Spin Qubits | |
| RU92583U1 (en) | CONTROLLED AUTOGENERATOR | |
| CN210489802U (en) | Loss compensation type electrically-controlled active resonator |