• بازدید : 66 views
  • بدون نظر
این فایل در ۵۰صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

اسیلاتورهای مایکروویو و RF به طورکلی در سیستم های نسبتا مدرن و سیستم های بی سیم مخابراتی برای تولید منبع سیگنال ، ترکیب  فرکانسی و تولید موج حامل به کار می رود.
اسیلاتورهای نیمه هادی با قطعات غیر خطی فعال مثل دیود و ترانزیستور به صورت ترکیب با مدارات پسیو برای تبدیل DC به سیگنال حالت دائمی سینوسی  RFمورد استفاده قرارمی گیرد.
مدارات اسیلاتوری ترانزیستوری پایه می توانند  به صورت عمده در فرکانسهای پایین همچنین با نوسان ساز های کریستالی برای تولید فرکانس های پایدار و با نویز کم استفاده شوند
در فرکانس های بالا دیود ها و ترانزیستورها به صورتی بایاس می شوند که در نقطه کار به صورت یک مقاومت منفی عمل می کنند . با استفاده از کاواک ،خطوط انتقال یا رزوناتورهای     دی الکتریک  برای تولید فرکانس های نوسان پایه تا ۱۰۰GHz به کار می روند .
آنالیز دقیق این مدارات با استفاده از نرم افزارهای CAD انجام می شود .
ما ابتدا یک یادآوری در مورد اسیلاتور ترانزیستوری شامل ساختارهای هارتلی و کلپیتس که بهتر از اسیلاتور کریستالی عمل می کنند خواهیم داشت سپس اسیلاتورهای مایکروویو را بررسی می کنیم .
اسیلاتورهای مایکروویو به خاطر داشتن مشخصه های متفاوت ترانزیستوری و توانایی ایجاد قطعات مقاومت منفی و ضریب کیفیت بالاتر با ساختارهای فرکانس پایین تفاوت اساسی دارند.
معيارنوسان :
معيارنوسان كردن رامي توان به چند روش دقيق و معادل هم بيان كرد.او‏‏‏‏‏ل اينكه در يك نوسان ساز داراي يك عنصر فعال دو دريچه اي بايد يك مسيرفيدبك وجود داشته باشد واز طريق آن بخشي ازخروجي به ورودي برگردانده شود.اگر سيگنال فيدبك شده بزرگتر وهم فاز با ورودي باشد، نوسان شروع شده ودامنه اش به طور مرتب زياد مي شود، تا اينكه عنصراشباع شده، بهره حلقه فيدبك به يك برسد. بنابراين معياراول اين است، مداري نوسان مي كند كه درآن مسيرفيدبكي با بهره حداقل برابربا يك وبا تغييرفازصفروجودداشته باشد. معيار ديگر براي نوسان اين است كه ضريب پايداري مدار نوسان ساز بايد كوچكتر از يك  باشد.
اگر يكي از دو معيار فوق براي يك مدار معتبر باشد ،دترمينال معادلات ولتاژهاي گره هاي ياجريانهاي حلقه هاي آن برابر صفر خواهد بود.اين معيار سوم نوسان خواهدبود، و روش رياضي مناسبي براي يافتن فركانس نوسان مي باشد، به شرط اينكه بتوان معادلات جبري لازم را حل كرد.
سرانجام، اگر يك مدار بالقوه نوساني را به طور فرضي به يك بخش فعال و يك بارتقسيم كنيم، هنگام پيدايش شرايط نوسان بخش حقيقي امپدانس خروجي بخش فعال منفي مي شود. اين يك شرط لازم براي نوسان است ولي كافي نيست؛ معيار منفي شدن مقاومت براي توصيف كار نوسان سازهاي مايكروويو كه در آنها از ديودهاي بامقاومت منفي(ديودهاي تونلي،گان،ايمپات وتراپات)استفاده مي شود،مفيد است.
اساس مدل نوسان ساز :
شكل زير يك سيستم حلقه بسته را نشان مي دهد كه قسمت اساسي يك مدل نوسان ساز را همين فيدبك مثبتي كه از خروجي به ورودي اعمال مي شود شامل مي گردد، شرايط لازم براي نوسان يك مداررا با بد ست آوردن تابع تبديل حلقه بسته برسي ميكنيم:
 
كه با فرض اينكه مقدار ولتاژ خروجي مخالف صفر وولتاژورودي برابر با صفر باشد داريم: 
   
كه تحت اين شرايط مي توانيم بگوييم نوسان ساز در حالت پايدار قرار دارد و اين حالت پايدار در فركانس خاصي اتفاق مي افتد و باعث نوسان مدار مي شود.
 
كه در اين صورت در فركانس خاصي   تابع حلقه بسته (تابع انتقال كل سيستم) ناپايدار مي- شود. به عبارت ديگراگر سيستم فوق داراي گين مدارباز به اندازه يك و زواياي ۲k باشد،وارد نوسان مي شود.

نوسان سازمقاومت منفي :                                 
عنصري كه انرژي الكتريكي را به انرژي حرارتي يا مكانيكي تبديل مي كندرا مي توان در مدار به صورت يك مقاومت معادل مثبت نشان داد.از طرف ديگرمي توان عنصري را كه بتواند شكل هاي ديگرانرژي رابه انرژي الكتريكي تبديل كند بايك مقاومت منفي معادل نشان داد.ديودهاي تونلي و گان،ترانزيستورهاي تك اتصاليو تركيب هاي خاصي ازدو يا چند ترانزيستورمي توانندانرژي را مصرف كرده وبخشي ازآن رابه صورت يك سينوسي فركانس بالا تبديل كنند.بنابراين اين عناصردريك گستره فركانسي خاص،خاصيت مقاومت منفي ازخود نشان مي دهند.
براي ساختن نوسان ساز،يك مدارتشديد موازي مركب ازعناصرR,L,C رابا يك مقاومت منفي معادل موازي مي كنيم؛ به دليل اينكه بين صفحات خازن دوقطبي هايي وجود دارد كه اين دوقطبي ها داراي اتلاف هستند و اين تلفات به صورت مقاومت ذاتي در خازن ظاهر مي شود و از طرف ديگر هرسلف نيز به دليل داشتن مقاومت ذاتي نمي گذارند كه سيستم وارد نوسان شوند، بايد روشي پيدا كنيم كه اين مقاومت ها را تا حد صفر كاهش دهد. كه راه حل آن استفاده از مقاومت منفي است.كه در اين صورت داريم:
شرط شروع نوسان مدار :
 
ولي قبل ازشروع نوسان مقاومت مدارتشديداز لحاظ اندازه از مقاومت منفي بزرگتر باشد، در حالت ماندگار اندازه دو مقاومت برابر مي شوند؛ از لحاظ نظري اين حالت تنها دريك فركانس پيش مي آيد.
  
روش هاي توليد  مقاومت منفي :
۱) د يود تونلي(Tunnel Diode) : 
ديود پيوندي با آلايش بسيار زياد كه در بعضي از محدوده هاي كاري خود در جهت مستقيم، مقاومت منفي دارد كه در نتيجه پديده تونلي در مكانيك كوانتوم به وجودمي آيد. اين ديود مي- تواند از مواد  نيمه رساناي مختلفي از قبيل ژرمانيوم، سيليكن، گاليم آرسنايدوانيديم آنتيمونايد ساخته شود وبه عنوان نوسان ساز و تقويت كننده اي كه مي تواند به خوبي تا بسامدهاي ريزموج عمل كند، بكار رود.
اثر تونل :
 سوراخ شدن سد پتانسيل مستطيلي در نيمه رسانا با ذره اي كه داراي انرژي كافي براي عبور از سد نيست. موج مربوط به اين ذره به طور تقريبي به صورت كامل در اولين لبه سد  بازتابيده   مي شود، اما مقدار كمي از آن از سد مي گذرد.

۲ ) ديود گان(Gunn Diode) :
قطعه نيمه رساناي دو سري كه بااستفاده از اثرگان نوسان هاي ريزموج ايجاد مي كند، يا سيگنال ريز موج  ورودي را تقويت مي كند. بسامد نوسان به زمان گذر حوزه بار بستگي دارد و مي تواند از ۵۰ گيگا هرتزهم فراتر رود، عملكرد آن درمد زمان گذراست. 
اثرگان:
اثري كه توسط ج.ب.گان در سال۱۹۶۳ كشف شده است؛ اگر يك ولتاژ DC ثابت و بيشتراز يك مقدار بحراني به اتصال هاي دو طرف قطعه كوچكي از گاليم آرسنيد نوع N اعمال شود، نوسان هاي ريزموج ايجاد خواهند شد. بسامدهاي توليد شده، با توجه به ابعاد قطعه و ساير عوامل فيزيكي بين ۵۰۰ مگاهرتز تا بالاي ۵۰ گيگا هرتز قرار دارند.
۳)‌‌‌ ديود زمان گذر بهمني ضربه اي(IMPATT Diode) :
نوعي ديود ريزموج حالت جامد كه اساس كارآن تركيب اثرشكست بهمن ضربه اي واثر زمان گذرحامل درتراشه نازك گاليم آرسنيدي يا سيليسيمي ودرنهايت توليد مشخصه مقاومت منفي است. با قراردادن صحيح ديود در كاواك ياموج بر تنظيم شده مي توان نوسان سازيا تقويت كنننده اي به دست آورد كه درگستره گيگا هرتز كار مي كند
ديود زمان گذر بهمني پلاسما به دام افتاده(TRAPATT  Diode) :
ديود ريزموج حالت-جامد كه بسامد كارآن به عنوان نوسان ساز به طورتقريبي با ضخامت لايه فعال تعيين مي شود. اين ديود يك قطعه زمان- گذرمانند ديود ايمپات است ولي در مد متفاوتي عمل مي كند؛ منطقه شكست بهمني درداخل ناحيه رانش حركت مي كند و پلاسماي بارفضاي به دام افتاده اي را در داخل ناحيه پيوند  PN به وجود مي آورد.

تكنيك هاي طراحي نوسان ساز :
طراحي نوسان ساز بيشتريك هنراست تا يك علم دقيق. مدارهاي به كار رفته تنها هنگامي در حالت ماندگار قرار مي گيرند كه به قدر كافي در ناحيه غيرخطي رفته ، متوسط بهره در يك تناوب، كسري از بهره نامي سيگنال كوچك ترانزيستورشود. در برگه اطلاعات ترانزيستور تنها پارامترهاي مربوط به شرايط اوليه مدار نوسان ساز ذكر شده است ولي مقادير نهايي و مقادير  گذرا معلوم نمي باشد. اساس مدارهاي معادل و ابزارهاي تحليلي متداول خطي بودن است. بنابراين شرايط حالت ماند گاريك نوسان سازرا در حالت كلي نمي توان به طور دقيق با       روش هاي رياضي ساده معين كرد.
براي شروع نوسان خروجي يك عنصر تقويت كننده بايد با بهره بزرگتر از يك وتغيير فاز صفريا مضرب صحيحي از ۳۶۰ درجه به ورودي فيدبك شود. در يك مدار نوسان ساز ايده آل اين وضعيت تنها در يك فركانس پيش مي آيد؛ واين همان فركانس نوسان است. اگر تغيير فاز شبكه فيدبك وترانزيستور مستقل از نقطه كار ترانزيستور باشد، فركانس نوسان در حالت    ماندگار همان فركانس شروع نوسان خواهد بود و اين فركانس را مي توان با تحليل سيگنال كوچك به طور دقيق پيش بيني كرد. همچنين مي توان بهره مي نيمم ترانزيستور كه به ازاي آن نوسان شروع مي شود را تعيين كرد، ولي اين بهره وفركانس نوسان تمام چيزي است كه از تحليل سيگنال كوچك مي توان به دست آورد.
بستگي فركانسي عناصرغيرفعال نيز يك عامل پيچيده كننده ديگراست. خازن هاي بزرگتر از چند صد پيكوفاراد درحوالي ۱۰ مگاهرتز القايي به نظرمي رسند، و خازن هاي پراكنده بين         دورهاي يك القاگر مي تواند امپدانس آن را خازني كند. مدل كردن اين اثرها با روش هاي نظريه مدار مشكل است واين اثرها مي توانند باعث شوند كه فركانس نوسان با چيزي كه تحليل مداري پيش بيني مي كند متفاوت  باشد.
با استفاده ازالقاگرهاي با ضريب كيفيت بالا و با موازي كردن خازن هاي كوچك(pF 100تا۳۰۰) با تمام خازن هاي كنارگذر و تزويج مي توان اين عيوب را رفع كرد. در فركانس هايي كه     خازن هاي بزرگ القايي مي شوند، اين خازن هاي كوچك يك اتصال كوتاه به وجود مي آورند. بنابراين، تحليل يك نوسان ساز تنها شروع فرآيند طراحي است. اين تحليل شايد بتواند مقادير تمام عناصرتعيين كننده فركانس را بد ست دهد، ولي در مورد مطالبي چون توان خروجي، بازده، خلوص شكل موج، پايداري فركانسي وحساسيت به دما وتغيير ولتاژ منبع چيز زيادي نمي گويد. براي حل اين نكات محاسبات سيگنال كوچك به عنوان نقطه شروع در نظرگرفته شده، مدار ساخته وتنظيم مي شود تا عملكرد مطلوب بدست آيد.
  
نوسان سازهاي فيدبك دار : 
هرفيدبك مثبتي باعث نوسان نمي شود بلكه بايد عنصر ذخيره كننده اي داشته باشيم تا انرژي را ذخيره كندو باعث شود تا قطب ها برروي محورj (Im)قرارگيرند.در اينگونه نوسان سازهاحلقه فيدبك به صورت يك شبكه دو دريچه اي است،كه با بدست آوردن تابع تبديل حلقه بسته وبا اعمال شرايط خاصي مي توان انواع نوسان سازهاي فيدبك دار را مشخص نمود.

عتیقه زیرخاکی گنج