CCF20090228028

27

częstotliwości Oj, (ani, gdzie tranzystor posiada właściwości wzmacniające). Parametr K jest często podawany wraz z wartościami współczynników rozproszenia. Można wykazać, że równoważne warunki bezwzględnej stabilności to

K > l, |żł|<t

W przypadku K < I tranzystor* (łub dwuwrotnik) jest potencjalnie niestabilny

11 .Zasady nroiektowania oscylatorów tranzystorowych

Wymagania stawiane tranzystorowi: dostatecznie duży współ •czynnik wzmocnienia (co najmniej kilka dB) przy zadanej częstotliwości pracy, małe szumy Vf (przewaga tranzystorów bipolarnych i HBT!). Niezbędna charakteryzacja : macierz S dla zapewnienia samo wzbudzenia przy zadanej częstotliwości oraz model nieliniowy (+ odpowiedni program komputerowy) do analizy warunku stanu ustalonego i optymalizacji oscylatora.

Konfiguracja: w zasadzie dowolna, najczęściej WE, WB w przypadku tranzystorów bipolarnych oraz WS w przypadku tranzystorów potowych. Możliwość przekształcania macierzy S tranzystora w macierz typu trute/(WFF) daje pełną swobodę badania i porównywania rozmaitych konfiguracji.

Zasady modelowania i projektowania oscylatorów tranzystorowych są podobne jak w przypadku oscylatorów diodowych. Tranzystor jest tu elementem aktywnym, przy pomocy którego uzyskujemy rezystancję ujemną niezbędną dla spełnienia warunku samowzbudzenia, W blokowym układzie zastępczym oscylatora tranzystorowego (Rys. ii,i) możemy więc. wyróżnić

układ stabilizujący częstotliwość (podobnie jak w przypadku oscylatorów diodowych musi on zawierać obwód rezonansowy lub rezonator) oraz układ aktywny, tj. tranzystor ze sprzężeniem zwrotnym, generujący rezystancję ujemną. Obwód wyjściowy łączący oscylator z obciążenie* oscylatora powinien przekazywać moc generowanego sygnału do obciążenia; często są tu jednak konieczne rozwiązania kompromisowe, ponieważ nadmierne obciążanie oscylatora może stać w sprzeczności z warunkiem samowzbudzenia., Pożądane jest odseparowanie obciążenia od układu stabilizującego, ponieważ zmiany impc-dancji obciążenia mogą powodować przcstrajanic oscylatora. Jest to jedna z kryteriów wyboru konfiguracji tranzystora.

Rys. Iltj, Blokowy układ zastępczy oscylatora tranzystorowego

Zgodnie z Rys. 11,1, warunki samowzbudzenia i stanu usta-longo zapisujemy w płaszczyźnie odniesienia (najczęściej jest to płaszczyzna wejściowa tranzystora) w sposób podobny jak w przypadku oscylatorów diodowych

Sa mowzbudzcoic:

Warunek amplitudy    Warunek fazy

-R, + R, < 0    , X, + X, = o

Stan ustalony:

Warunek amplitudy    Warunek fazy

Przy projektowaniu mikrofalowego oscylatora tranzystorowego zasadniczą rolę odgrywa więc wygenerowanie odpowiedniej rezystancji ujemnej. Korzystamy tu z zależności wiążącej wejściowy współczynnik odbicia /j dwuwrotnika opisanego macierzą S z współczynnikiem Kibicią obciążenia /j

/j = óji +-{.sj} óji r%) /(i - f\Su)

Aby układ aktywny generował rezystancję ujemną, |/jj > i. Najczęściej w układzie tranzystora konieczne jest wprowadzenie dodatniego sprzężenia zwrotnego. l)ia przykładu (jak to pokazało modelowanie w PUFF-ic) można wprowadzić szeregowe sprzężenie zwrotne w postaci odpowiedniej rcakfancji pojemnościowej w obwodzie emitera tranzystora bipolarnego (konfiguracja WE) lub źródła tranzystora potowego (konfiguracja W/,). Zamiast elementu o stałych skupionych można zastosować zwarte na końcu odcinki prowadnicy falowej (NLP, ZNLP, FK) - Rys. 14.1 - lub też jeden odcinek prowadnicy, jeżeli decydujemy się na wykorzystanie tylko jednego wyprowadzenia tej elektrody tranzystora (jest to celowe w przypadku stosowania autopolaryzacji bramki przez rezystor włączony do tego samego obwodu).

Rys. 11.2. Sposób wprowadzania szeregowego sprzężenia zwrotnego do obwodu tranzystor# umieszczonego w NLP. Wartość rcaktancji sprzężenia zwrotnego wynika z długości elektrycznej i imncdancii charakterystycznej odcinka l.

Wartość współczynnika odbicia zależy od parametrów tranzystora, wprowadzonego sprzężenia zwrotnego oraz od wartości współczynnika odbicia /}. Celem wstępnego projektu układu aktywnego jest spełnienie warunku samowzbudzenia. W miarę możności należy unikać stosowania zbyt dużych wartości fi, ponieważ oznacza to odbicie w kierunku tranzystora znacznej części mocy wygenerowanego sygnału.

Ponieważ do równań warunku samowzbudzenia wchodzą parametry obwodu stabilizującego, konieczne jest również zaprojektowanie tego obwodu. Podobnie jak w przypadku oscylatorów diodowych, chodzi o uzyskanie wartości Z_a = !<„ + jX_u spełniającej z odpowiednim zapasem warunek samowzbudzc-nia, przy czym ze względu na stabilizację częstotliwości należy dążyć do stosowania układów o jak największym nachyleniu częstotliwościowej charakterystyki rcaktancji - tj. obwodów rezonansowych lob rezonatorów o dużej dobroci. Problem dobroci rezonatorów zrealizowanych przy użyciu rozmaitych

pTov«ł<Wc. był już poruszony przy okazji omawiania filtrów pasmowo- ‘ przepustowych.

W przypadku stosowania rezonatorów paskowych (NLP, ZNLP, FK) możemy uwzględnić ich straty wychodząc z ogólnego wyrażenia Opisującego impcdancję wejściową odcinka prowadnicy fałowej a następnie skorzystać z przybliżenia az « I. Wówczas impcdancję wejściową odcinka prowadnicy opisuje zależność

Z„ = Z^(Ii + j cątg/fe)/(az + j tg/k)    - l*}

gdzie Z„„ oznacza impcdancję charakterystyczną prowadnicy. Na tej podstawie możemy przewidzieć zakres osiągalnych wartości Z„ w ( żf ) i modyfikując tak Z_u jak i Z, spełnić warunek samowzbudzenia. Jednak w tym przypadku dobroć rezonatora nic przekracza 300 a często jest mniejsza.

X, 4 x,=o

-R, + R, = 0