174247. lajstromszámú szabadalom • Nagy frekvenciastabilitást biztosító oszcillátor kapcsolási elrendezés
3 174247 4 A fentiekben leírt oszcillátor kapcsolási elrendezést szakértők jól ismerik, ezért működésmódját részleteiben nem szükséges ismertetni. Találmányunk tárgya szempontjából ennek az egyébként célszerű kapcsolásnak egy sajnálatos hátrányáról kell megemlékezni, nevezetesen arról, hogy az említett frekvenciatartományban a kapcsolás hajlamos nemkívánatos vadrezgésekre. Ennek egyik oka a rezgőkristály terhelőárama okozta instabilitás, másik oka az oszcillátor hurokerősítésének kedvezőtlen szórása. A vadrezgés káros következményei közül kettőt kell kiemelni: a) a zajtartalom jelentős mértékben megnő, b) a rezgőkristály a kettős rezgés mechanikai hatásai folytán károsodhat, instabillá válik, pl. frekvenciaugrás lép fel, s ez a kimenő teljesítmény ingadozását is magával hozza, gyakran oly mértékben, hogy még a rezgés feltétele is megszűnik, a rezgés leszakad. Az egyik ok, mint említettük, a rezgőkristály terhelőárama okozta instabilitás. Ez természetesen fellép, ha a terhelőáram túllépi a gyártó által meghatározott maximális értéket, de már a megengedett áramtartomány felső szakaszában, amikor I = (0,9-1,0) x Imax, is felléphet a jelenség. Önmagában ezt az instabilitást ismert módon is elkerülhetjük. A három Cj, C2 és C3 kondenzátor kapacitásai arányát úgy választhatjuk meg, hogy igen laza csatolás lépjen fel. így ugyan a terhelőáram kicsi lesz, de a hatásfok is. Javasolták már azt is, hogy a rezgőkristályt magában foglaló visszacsatoló hurokban további aktív elemet rendezzenek el, miáltal a rezgés feltételét képező hurokerősítés igen kis terhelőáram mellett jön létre. F,z azonban költségesebb és bonyolultabb kapcsolást eredményez, mely — ha adott esetben kedvező és célszerű is lehet - az itt felvetett problémák közül csak az egyiket oldja meg úgy, hogy más szempontból viszont a kapcsolás kevésbé jól kézben tarthatóvá válik, így pl. éppen a másik probléma szempontjából, melyről az alábbiakban szólunk. Másik okként említettük az oszcillátor hurokerősítésének kedvezőtlen szórását. Ezt a legnehezebb befolyásolni. A hurokerősítés menetére az aktív elem frekvenciafüggése van különösen nagy befolyással. Kézenfekvőnek tűnik olyan tranzisztor alkalmazása, amelynek íj határfrekvenciája az oszcillátor üzemi frekvenciájának közelében fekszik, s a katalógusok is ilyen tranzisztor alkalmazását ajánlják (pl. a BSY 21 típust). Felismertük, hogy az ismert kapcsolásnál az előbb említett vadrezgések fellépését a tranzisztor ilyen megválasztása elősegíti. Ez a választás a következő hátrányokat vonja maga után: 1. Kedvezőtlen (3-szórás esetén a rezgés leszakad. 2. Az aktív elem nagy frekvenciafüggése miatt a stabilitás kisebb, öregedéssel az elhangolódás nő. 3. Ezen okokból a hurokerősítést példányonként egyedileg kell beállítani. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy az ismert oszcillátor kapcsolási elrendezés említett hiányosságai elkerülhetők, ha azt úgy méretezzük, hogy a tranzisztor közelítően frekvenciafüggetlen áramgenerátor szerepét tölti be és a nem kívánt frekvenciákon való berezgést további hangoltkörrel akadályozzuk meg. A találmány szerinti oszcillátor kapcsolási elrendezés, melyet a 2. ábra mutat, ezért egyrészt tartalmazza az előbb felsorolt, az ismert megoldásnál is alkalmazott áramköri elemeket, de ezen túlmenően a kapcsolásra az jellemző, hogy a tranzisztor határfrekvenciája a rezgőkristály névleges frekvenciájának legalább háromszorosa és a második ellenállással párhuzamosan - az ismert kapcsolásnál alkalmazott hidegítő C5 kondenzátor helyett - hangolható soros rezgőkör van elrendezve. A 2. ábrán egyébként a hivatkozási jelek általában megegyeznek az 1. ábra jeleivel, a találmány szerint beiktatott hangolható soros rezgőkört a változtatható értékű induktív L3 tekercs és az azzal sorbakapcsolt C6 kondenzátor alkotja. Ezzel az elrendezéssel az aktív elem szórás hatását minimalizáljuk. Tekintve a magas határfrekvenciát, a tranzisztor valóban megközelíti a frekvenciafüggetlen áramgenerátor funkcióját, a báziskörben levő soros rezgőkör pedig olyan — frekvenciafüggő - járulékos impedanciát jelent, amely az oszcillátor üzemi frekvenciáján gyakorlatilag hatástalan, egyébként a kör jósági tényezőjétől függően nagyságrendekkel is csökkentheti a tranzisztor erősítését. Ilyen módon az említett vadrezgési hajlam gyakorlatilag megszűnik. A hurokerősítés frekvenciamenete az üzemi tartományban gyakorlatilag tetszés szerinti jellegre állítható be a két rezgőkör megfelelő hangolásával és a jósági tényező alkalmas megválasztásával. Ily módon az aktív elem frekvenciafüggése, áramerősítési tényezőjének szórása nem befolyásolja a stabilitást. A hurokerősítés abszolút értéke, s ezzel a kimeneti nagyfrekvenciás szint az első R, ellenállás megválasztásával állítható be. A találmány szerinti oszcillátor kapcsolási elrendezés külön — igen jelentős — előnye, hogy javul a nagyfrekvenciás tranzisztor alkalmazásával járó (jel/zaj viszony, mivel az üzemi frekvencia távol került az fT határfrekvenciától, míg az ismert kapcsolásnál annak környezetében volt, s ebben a környezetben a zajtényező — mint ismeretes — lényegesen romlik. A találmány szerinti kapcsolási elrendezésnél tehát a legkedvezőbb munkapontban minimális zajtényező állítható be, mert olyan tranzisztort alkalmazunk, melynek fr határfrekvenciája lényegesen nagyobb az oszcillátor üzemi frekvenciájánál. Ennek különösen nagy a jelentősége pl. mikrohullámú berendezések helyi vivőjelének előállításánál, melynek során az üzemi frekvenciát elkerülhetetlenül sokszorozással kell előállítani. Ismeretes, hogy ebben az esetben a kimeneti zajteljesítmény elméletileg legalább a sokszorozási szám négyzetével — valójában ennél nagyobb mértékben — növekszik. A fentiekben előadott elméleti megfontolásokat a mérések messzemenően igazolták. Míg az 1. ábra szerint épített oszcillátornál a megengedett legnagyobb - vagy azt megközelítő - terhelőárammal /I = (0,9-1,0) x Imax/ üzemelő oszcillátoroknál a vadrezgéseket gyakorlatilag nem sikerült elkerülni, addig a találmány szerinti oszcillátornál egyező terhelés mellett vadrezgés nem lépett fel. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
