170320. lajstromszámú szabadalom • Frekvenciamodulált kristályoszcillátor
170320 5 6 ségfüggő kapacitás nyugalmi feszültségéhez (modulálatlan állapot) tartozó kapacitását részben vagy teljesen kompenzáló induktív jellegű reaktancia. A találmány tárgyát képező áramkört kapcsolási rajzok alapján tárgyaljuk. Az 1. ábrán levő elvi kapcsolási vázlat a kvarckristállyal sorba kapcsolt feszültségfüggő kapacitásból, valamint a paralel reaktáns ágból és soros reaktáns ágból álló linearizáló áramkörrel kiegészített ágat mutatja; a 2. ábrán egy frekvenciamodulált kristályoszcillátor példaképpeni kiviteli alakja látható. A találmány lényegét jelentő linearizáló áramkör az 1. ábra alapján a következő megfontolásokon alapszik. Az 1 kvarckristállyal a 4 feszültségfüggő kapacitást sorba téve a rezgési frekvencia az 1 kvarckristály soros rezonanciafrekvenciájához képesti magasabb frekvenciák felé elhúzható. Mivel nyugalmi állapotban (mikor nincs modulálófeszültség) követelmény, hogy az oszcillátor a névleges frekvencián működjön (mely megegyezik a soros rezonanciafrekvenciával), a feszültségfüggő kapacitás munkaponti reaktanciáját kompenzálni kell. Ezt a célt szolgálja a 6 soros reaktáns ág, mely a 4 feszültségfüggő kapacitással sorba kapcsoltan helyezkedik el. Az 5 soros reaktáns ágnak oly mértékben kell induktívnak lennie, hogy eredőben az 1 kvarckristályból, 4 feszültségfüggő kapacitásból és 5 soros reaktáns ágból álló kapcsolás névlegesen az 1 kvarckristály soros rezonancia-frekvenciáján ohmos legyen. A gyakorlatban egy kvarckristály megadott toleranciahaláron belül eső (beállítási pontosság) értékkel különböző frekvencián rezeghet a névleges soros rezonanciafrekvencia helyett. Ehhez hozzászámítva még az áramköri felépítésből adódó szórásokat, célszerű az oszcillátor rezgési frekvenciáját az előírt névleges frekvenciára „behúzó" áramköri beállításról gondoskodni. Ez történhet a 4 feszültségfüggő kapacitás munkaponti értékének változtatásával (előfeszültség állításával), de ekkor változik a modulációs meredekség is, mely sok esetben nem kívánatos. A találmány szerinti megoldásban az 5 soros reaktáns ág egy olyan, eredőben induktív reaktancia, melynek értéke finoman változtatható. Ily módon a frekvencia pontos értékre való behúhása könnyen elvégezhető. Attól függően, hogy milyen frekvenciasávban működik az oszcillátor, az 5 soros reaktáns ágat a célra legmegfelelőbb áramköri elemekből lehet realizálni. 100 MHz alatti sávban legegyszerűbb esetben egy változtatható, célszerűen vasmaggal hangolható induktivitás alkothatja az 5 soros reaktáns ágat. 100 MHz feletti sávban rezgő kvarckristályok esetében a rendelkezésre álló vasanyagok növekvő vesztesége miatt, melyek a kvarckristályt tartalmazó ágban a jósági tényező és ezzel a frekvenciastabilitás romlását idézik elő, nem célszerű a vasmagos tekercsből kialakított induktivitás alkalmazása. A találmány tárgyát képező frekvenciamodulált kristályoszcillátorban az 5 soros reaktáns ág realizálható mint egy fix induktivitás és egy változtatható értékű kapacitás soros vagy párhuzamos eredője, lehetővé téve, hogy még nagyfrekvencián is kisveszteségű változtatható kapacitások (trimmerkondenzátorok) segítségével az előírt rezgési frekvencia pontos beállítása előnyösen elvégezhető legyen. A találmány szerinti, a kvarckristály soros rezonanciafrekvenciáján eredőben induktív 5 soros reaktáns ágat a példaképpen említett változatoktól eltérő, más veszteség nélküli áramköri elemekből felépített elrendezés is alkothatja. 5 A frekvenciamoduláció megnövekedett linearitását, ezáltal az elérhető frekvencialöket olyan megnövelését, mely magasabb felharmonikuson rezgetett kvarckristályok esetében is a felmerült igényeket kielégíti a találmány tárgyát képező áramkörben a 10 linearizáló áramkör részét képező 2 paralel reaktáns ág kialakítása teszi lehetővé (1. ábra). Utalva a leírásban megadott összefüggésre és a közölt táblázatra, a soros rezonanciafrekvencia és szomszédos közeli antire^onanciafrekvencia közötti relatív távolság alap-15 harmonikuson rezgő kvarckristály esetében nagyságrendben 10_ 2 míg ugyanez hetedik vagy kilencedik felharmonikus esetében 10_s . A soros rezonancia melletti távolabbi antirezonanciapont a zérus frekvencián (egyenáramon) van. 20 Mindebből következik a reaktanciagörbe erős aszimmetriája a soros rezonancia környékén, más szóval a munkaponti körül a feszültségfüggő kapacitásra rátett feszültséget egyforma mértékben változtatva, a létrejövő frekvenciaváltozás növekvő és csök-25 kenő frekvenciák irányában jelentősen különbözni fog. (A feszültséget egy határ fölé növelve átugrik a rezgés egy másik módba.) Ismeretes, hogy ha a kvarckristállyal párhuzamosan elhelyeznek egy induktivitást, akkor a kvarckristályt helyettesítő kétpólus 30 reaktancíamenete megváltozik. A soros rezonanciapont alatt, de annak közelében egy ujabb antirezonanciapont (pólus) keletkezik. Az 1. ábrán a találmány lényegét jelentő áramkörben az 1 kvarckristály kapcsaihoz csatlakozó 2 paralel reaktáns ág abban tér 35 el előnyösen az ismert megoldásokhoz képest, hogy olyan finombeállítási lehetőséggel rendelkezik, mely lehetővé teszi, hogy a 4 feszültségfüggő kapacitás adott nemlinearitását figyelembe véve (kapacitásfeszültség karakterisztika) olyan reaktanciagörbe me-40 net legyen biztosítható, mellyel a frekvenciaeltérés a moduláló feszültség függvényében az eddig elért megoldásokhoz képest nagyságrendi javulást jelentsen. Kimutatható és méréssel igazolható, hogy a 2 paralel reaktáns ág eredő induktivitásának a kvarc-45 kristály soros rezonanciafrekvenciáján egy optimális értéknek kell lenni, ettől való eltérés esetén a moduláció linearitása és ezzel az elérhető maximális frekvencialöket jelentősen csökken. Mivel a jelenlegi gyártástechnológiai feltételek mellett a kvarckristályok villa-50 mos paraméterei jelentős, a pontossági igények nagyságrendjébe eső szórással rendelkeznek, a találmány szerinti megoldásban a 2 paralel reaktáns ágban az induktivitás optimális értékének beállítása finom szabályozási lehetőséget kíván. A 2 paralel reaktáns ág 55 áramköri realizálása célszerűen a működési frekvenciasávhoz legalkalmasabban megvalósítható áramköri elemekkel történik. 100 MHz alatti frekvenciák esetében legegyszerűbben mint vasmaggal hangolható induktivitás realizálható. Magasabb frekvenciák eseté-60 ben itt is célszerű fix induktivitás és egy változtatható kapacitás (trimmerkondenzátor) soros vagy párhuzamos kapcsolásával a 2 paralel reaktáns ágat kialakítani. A példaképpeni realizálások mellett a találmány tárgyát képezik a kvarckristály soros rezonanciafrek-65 venciáján eredőben induktív 2 paralel reaktáns ágnak 3
