Vackář oscillator

Schematisk över vad som vanligtvis kallas Vackář-oscillatorn. Vackář krediterade Radioslavia för att utveckla denna krets 1945.

En Vackář-oscillator är en variabel frekvensoscillator med stort intervall (VFO) som har en nästan konstant utamplitud över sitt frekvensområde. Den liknar en Colpitts-oscillator eller en Clapp-oscillator , men dessa konstruktioner har inte en konstant utamplitud när de är avstämda.

Uppfinning

1949 publicerade den tjeckiske ingenjören Jiří Vackář en artikel om utformningen av stabila oscillatorer med variabel frekvens (VFO). Uppsatsen diskuterade många stabilitetsfrågor som variationer med temperatur, atmosfärstryck, komponentåldring och mikrofonik . Till exempel beskriver Vackář tillverkning av induktorer genom att först värma upp tråden och sedan linda tråden på en stabil keramisk spoleform. Den resulterande induktorn har en temperaturkoefficient på 6 till 8 delar per miljon per grad Celsius. Vackář påpekar att vanliga luftvariabla kondensatorer har en stabilitet på 2 promille; för att bygga en VFO med en stabilitet på 50 delar per miljon krävs att den variabla kondensatorn endast är 1/40 av avstämningskapaciteten (.002/40 = 50 ppm). Stabilitetskravet innebär också att den variabla kondensatorn endast kan ställa in ett begränsat område på 1:1,025. Större avstämningsområden kräver omkopplingsstabila fasta kondensatorer eller induktorer.

Vackář var intresserad av design med hög stabilitet, så han ville ha högsta Q för sina kretsar. Det är möjligt att göra VFO:er med brett spektrum med stabil utamplitud genom att kraftigt dämpa (belasta) den avstämda kretsen, men den taktiken minskar Q:et och frekvensstabiliteten avsevärt.

Vackář var också bekymrad över amplitudvariationerna hos oscillatorn med variabel frekvens när den är avstämd genom sitt område. Helst kommer en oscillators loopförstärkning att vara enhet enligt Barkhausens stabilitetskriterie . I praktiken justeras loopförstärkningen till att vara lite mer än en för att få igång svängningen; när amplituden ökar, orsakar viss förstärkningskompression att slingförstärkningen blir ett medelvärde över en fullständig cykel till enhet. Om VFO-frekvensen sedan justeras kan förstärkningen öka avsevärt; Resultatet är att det behövs mer förstärkningskompression, och det påverkar både utgångsamplituden för VFO:n och dess frekvensstabilitet.

Vackář granskade flera befintliga kretsar för deras amplitudstabilitet. I sin analys gjorde Vackář flera antaganden. Han antog att den avstämda kretsen har en konstant kvalitetsfaktor ( Q ) över VFO:ns frekvensområde; detta antagande innebär att tankens effektiva motstånd ökar linjärt med frekvensen ( ω ). Clapp-oscillatorns transkonduktans är proportionell mot ω 3 . Om Clapp-transkonduktansen är inställd på att bara svänga vid den lägsta frekvensen, kommer oscillatorn att överstyras vid sin högsta frekvens. Om frekvensen ändrades med en faktor på 1,5, så skulle slingförstärkningen i den högre änden vara 3,375 gånger högre; denna högre förstärkning kräver betydande komprimering. Vackář drog slutsatsen att Clapp-oscillatorn "endast kan användas för drift på fasta frekvenser eller som mest över smala band (max. ca 1:1,2)." Däremot har Seiler (uttagen kondensator) och Lampkin (uttagen induktor) oscillatorer ett transkonduktanskrav som är proportionellt mot ω −1 .

Vackář beskriver sedan en oscillatorkrets på grund av Radioslavia 1945 som bibehöll "en jämförelsevis konstant amplitud över ett brett frekvensområde." Vackář rapporterar att VFO-kretsen har använts av det tjeckoslovakiska postkontoret sedan 1946. Vackář analyserar kretsen och förklarar hur man får ett ungefär konstant amplitudsvar. Kretsens transkonduktans ökar linjärt med frekvensen, men den ökningen kompenseras av avstämningsinduktorns ökande Q . Denna krets har blivit känd som Vackář VFO. Vackář hänvisade till kretsen som "vår krets" och uppger att O. Landini självständigt upptäckte kretsen och publicerade den (utan analys) i Radio Rivista 1948. Vackář beskriver en VFO-design med denna krets som täcker ett blygsamt frekvensområde på 1 :1,17.

Vackář beskriver sedan en variant av Radioslavia-kretsen som kan täcka ett frekvensområde på 1:2,5 eller till och med 1:3. Denna krets försöker kompensera för viss variation i Q över det användbara området för VCO. Vackář patenterade denna nya krets och två varianter av den.

Kretsdrift

Schemat ovan är motsvarigheten till fig. 5 i hans papper (Radioslavia design), omritad för användning av en junction FET . L 1 och kondensatorerna bildar resonanskretsen för en Colpitts Cg - oscillator, och kondensatorerna Cv . och fungerar också som nätspänningsdelare Kretsen kan avstämmas med C 0 . Exempel på värden är från hans papper.

Den liknar en tidigare Seiler-oscillator, skillnaden är att i Seilers är C 0 :n ansluten till den andra sidan av C a . Vackář baserade sin design på stabilitetsanalys av Gouriet-Clapp (Vackář hävdar att det är för fast frekvens eller ett mycket smalt band, max 1:1,2), Seiler och Lampkin oscillatorer (i Lampkin's är en induktiv spänningsdelare på den avstämda kretsspolen användes istället C v , C g , och Ca . från Seilers; scheman i 1:a ref)

Oscillatorns stabilitet beror till stor del på beroendet av rörets (eller transistorns) framåtriktade transkonduktans på resonansfrekvensen ( ω ) hos den avstämda kretsen. Specifikt fann Vackář att den framåtriktade transkonduktansen varierade som ω 3 för Clapp-oscillatorn, som 1/ ω för Seileroscillatorn och som ω / Q för hans design, där Q - faktorn för spolen ( L 1 ) ökar med ω .

Villkoren för en framåtgående transkonduktans som varierar minimalt med avseende på ω är uppfyllda när:

och

och Q för resonatorn ökar i proportion till ω , vilket ofta approximeras av verkliga induktorer .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Vackář_oscillator&oldid=1123462745 "