Автогенератори на приладах з негативним опором. Діодні генератори

Принцип дії і характеристики діодних генераторів. Діодний генератор (ДГ) складається з напівпровідникового діода і зовнішньою відносно його електромагнітному ланцюгу. При аналізі генератора діод зручно розглядати як двополюсник з повним опором Z_д = r_д + jX_д, активна складова якого негативна.

Якщо струм і = І ₁sinω t і напруга u = U ₁sin(ω t +φ) на вході двополюсника змінюються по гармонійному закону з частотою ω = 2πƒ, то середня за період потужність, що виділяється двополюсником, рівна:

.

Активна складова повного опору негативна при 0,5π ≤ φ < 1,5π. Це означає, що двополюсник виділяє в зовнішній ланцюг енергію ВЧ-коливань за рахунок перетворення енергії джерела живлення.

Вольт-амперна характеристика двополюсника з негативним опором має падаючу ділянку, розташовану між двома ділянками з позитивним нахилом.

Залежно від фізичної природи двополюсника можливі ВАХ двох типів: S -типу і N -типу (мал. 6.21). До першої групи відносяться лавинно-пролітні діоди ЛПД, до другої - діоди з міждолинним перенесенням МПД (діоди Ганна), тунельні діоди.

Мал. 6.21

Генератори на тунельних діодах [3]

1. Тунельний діод - прилад з ВАХ N -типу; при цьому коливальна система в точках підключення генератора струму повинна мати паралельний резонанс.

2. Ділянка з негативною крутизною існує при дуже малій напрузі. Щоб діод проявляв себе як АЕ автогенератора, напруга живлення повинна бути в межах від 0,1 до 0,6 В.

3. Існування ділянки з негативною крутизною не тільки на динамічній ВАХ, але і на статичній характеристиці приводить до необхідності забезпечити стійкість робочої крапки по постійному струму.

4. Наявність негативної ділянки динамічною ВАХ може викликати самозбудження паразитних коливань в неявних коливальних контурах, пов’язаних з конструкцією автогенератора.

На мал 6.22 приведені принципова а) і еквівалентна б) схеми живлення тунельного діода. У цих схемах повинна виконуватися умова:

,

де G ₀ = dІ / dU - крутизна статичною ВАХ тунельного діода в робочій крапці. Застосовуючи цю умову до варіантів, зображених на мал. 6.22, бачимо, що робоча крапка на мал. 6.22, б нестійка. Практично стійкість робочої крапки на ділянці з негативною крутизною забезпечується при достатньо малих опорах R ₂. Принципова схема автогенератора приведена на мал. 6.23, розрахунок - в джерелі [3], стор. 154-156.

Мал. 6.22

Мал. 6.23

Для стабілізації частоти використовується кварцевий резонатор (мал. 6.24). Параметри контура необхідно вибирати з умови резонансу .

Мал. 6.24

6.8 Завдання і вправи до розділу «Автогенератори»

6.1 Автогенератор. Яка еквівалентна схема невірна?

Мал

6.2 Автогенератор. Коефіцієнт зворотного зв’язку рівний:

Мал

1) 2)

3) 4)

6.3 Автогенератор. Коефіцієнт зворотного зв’язку рівний:

Мал

1) 2) 3)

4) 5) 6)

6.4 До якої еквівалентної схеми зводиться двоконтурний автогенератор?

Мал

6.5 До якої еквівалентної схеми зводиться двоконтурний автогенератор?

Мал

6.6 Автогенератор. Еквівалентний опір навантаження в колекторному ланцюзі рівний:

Мал

1) ; 2) ;

3) ; 4) ;

5) всі формули невірні (Q - добротність, ρ - характеристичний опір контура).

6.7 Автогенератор. Еквівалентний опір навантаження в колекторному ланцюзі транзистора рівний:

Мал

1) ; 2) ;

3) ; 4) ;

5) всі формули невірні (Q - добротність, ρ - характеристичний опір контура).

6.8 Кварцевий автогенератор. Яка еквівалентна схема кварцевого автогенератора, приведеного на мал. 6.13, вірна при ƒ _ген = ƒ _кв?

Мал

6.9 Кварцевий автогенератор (Мал. 6.13) збуджується на частоті 3ƒ _кв при одній з наступних умов:

1) ; 2) ;

3) ; 4) всі формули невірні.

Додаток до розділу 6

Інтегральні схеми - автогенератори

Мах2620

19-1248- Rev 1; 5/98. 10MHz to 1050MHz Integrated RF Oscillator with Buffered Outputs.

Мал. П.6.1 - Приклад використання ІС Мах2620 як генератор, керований напругою в діапазоні частот 900 Мгц

Загальний опис

Мах2620 об’єднує малошумливий генератор з двома вихідними буферами в дешевій пластиковій сверхмалой упаковці. Пристрій має прекрасні характеристики, що зазвичай отримуються з дискретними компонентами. Генератор має низький фазовий шум при правильному узгодженні із зовнішніми елементами в ланцюзі настройки варікапа. Передбачено два буферні виходи для збудження змішувачів або дільників частоти в схемах ФАПЧ. Буфери забезпечують ізоляцію генератора від навантаження і запобігають затягуванню частоти генератора при змінах імпедансу навантаження. Споживана потужність зазвичай 27 мВт в робочому режимі при напрузі живлення 3 В. Рассєїваємая потужність в черговому режимі 0,3 мкВт. Напруга живлення Мах2620 - від +2,7 до +5, 25 В.

Генератор - транзистор із загальним колектором - має негативний опір; для формування негативного опору використовує внутрішні паразитні елементи ІС в ланцюзі база-емітер. Транзисторний генератор оптимізований для малошумливої роботи. Передбачені виводи бази і емітера для приєднання зовнішніх елементів - конденсатора зворотного зв’язку і резонатора. Резонансний ланцюг, налаштований на певну частоту, приєднується до базового виводу і викликає коливання. Для управління частотою генератора може використовуватися варікап в резонансному ланцюзі, створюючи таким чином ГУН.

Генератор має внутрішній зсув до оптимальної робочої крапки; до виводів бази і емітера необхідно приєднувати конденсатори із-за наявності напруги зсуву. Логічно кероване виведення SHDN вимикає зсув.

Вихідні буфери з відкритим колектором (конфігурація - диференціальна пара) забезпечують ізоляцію генератора від навантаження. Забезпечена ізоляція і між виходами буферів, коли один порушує змішувач, а інший - попередній дільник (прескалер). Така ізоляція запобігає впливу шуму прескалера на спектральну чистоту сигналу генератора.

Паралельний резонансний контур, приєднаний до виведення TANK, повинен мати позитивну реальну компоненту провідності. Реактивна компоненту протилежна по знаку реактивної складової генераторного пристрою ІС. Підтримка величини реальною компонентою резонансного опору контуру менше, ніж половина величини від’ємної реальної частини опору транзистора гарантує самозбудження генератора. Після самозбудження генератора негативний опір зменшується спочатку за рахунок стиснення посилення і досягає рівноваги з реальною компонентою в ланцюзі резонансного контура. Виконуючи резонансний ланцюг з перебудовуваною реактивністю, наприклад, за допомогою варікапа, можна перебудовувати частоту генератора в діапазоні, поки зберігається негативний опір генератора. Негативний опір на виведенні TANK інтегральної схеми Мах2620 може бути оптимізований правильним вибором ємкостей зворотного зв’язку C3 і С4.

Для прикладу характеристики ІС дані на графіці 1/S11 в розділі «Типові робочі характеристики». Параметр 1/S11 використовується тому, що він приводиться на діаграмі Сміта при представленні приладу у вигляді негативного опору [17].

Мал. П.6.3

Unit	Frequency Range	Source	Application
Мах2622-24	855-998MHZ	Maxim	general purpose 90GMHz ISM
MAX275G-53	2Q25-25QQMHZ	Maxim	general purpose 2.4GHZ ISM band
Мах2754	11A5-125DIVIHZ	Maxim	2.4GHz cordless phones
MAX2U5	9252175MHz	Maxim	DBS
Мах2900	902-928MHZ	Maxim	900MHz ISM band (wireless meter reading)
Мах2820	2400-2500MHZ	Maxim	802. Lib WLAN
RF105	902-928MHz	Conexant	900MHz cordless phones
SA24D0	2400-2500MHZ	Philips	802.11b WLAN
BlueCore-01	2400-2500MHZ	CSR	Bluetooth
TRF	2400-250QMHZ	ТІ	Bluetooth
GRF2i/LP	1575MHz	SIRF	GPS
AR5111	5.2-5.SGHZ	Atheros	802.11a WLAN

MAX2622/MAX2623/MAX2624

Генератори, керовані напругою Мах2622/мах2623/ Мах2624, виконані в топології LC-генераторов, інтегрують всі компоненти в чіпі. Такий повністю монолітний підхід забезпечує украй легке використання ГУН, еквівалентне модулям ГУН. Частота управляється напругою, прикладеною до виведення TUNE, приєднаного безпосередньо до варактора. Ядро ГУН (oscillator core) використовує диференціальну топологію, забезпечуючи стабільну частоту залежно від напруги живлення і покращуваний захист від варіації навантаження. Додатково є буферний підсилювач, що забезпечує ізоляцію ядра генератора від варіацій навантаження і посилення вихідної потужності.

Мал. П.6.4

Вихідний буферний підсилювач виконаний у вигляді каскаду із загальним емітером з інтегрованою в чіпі з індуктивністю, що підтягає вгору, на виході. Зовнішній шунтуючий конденсатор оптимізує узгодження з навантаженням 50 Ом. Вихідний підсилювач має власні виводи живлення VCC і землі GND для мінімізації ефектів впливу навантаження (load-pulling effects). Рівень сигналу на виході підсилювача достатній для збудження більшості RF-зміщувачів. Величини ємкостей конденсаторів С₁ і С₂, що рекомендуються, приведені в таблиці.

Вхід настройки зазвичай приєднується до виходу контурного фільтру ФАПЧ. Необхідно мінімізувати шуми на цьому виводі, оскільки вони безпосередньо перетворяться у флуктуації частоти і погіршують характеристики фазових шумів генератора. Простій RC-фильтр з вузькою смугою може потрібно при випробуваннях для фільтрації шуму джерела напруги, підключеної до настроювальної лінії.

М Ах2750/м Ах2751 /МАХ2752

Для цієї серії інтегральних схем діапазон робочих частот вказаний в наступному вигляді:

Мах2750: 2400MHz to 2500MHz (Zero IF)

MAX2751: 2120MHz to 2260MHz (240MHz to 280MHz IF)

MAX2752: 2025MHz to 2165MHz (335MHz to 375MHz IF)

Мал. П.6.5

Джерело інформації: APPLICATION NOTE 1768 Tracking Advances In VCO Technology. Oct 21, 2002. www.maxim-ic.com

Дата добавления: 2015-09-06