FI87859B - Dynamisk frekvensdelare med blandare och foerstaerkare - Google Patents

Description

1 87859

Sekoittajalla ja vahvistimella varustettu dynaaminen taajuus jakaja

Suurten taajuuksien jakamiseksi käytetään nykyisin staattisien jakajien ohella niin sanottuja dynaamisia taajuusjakajia. Dynaaminen taajuusjakaja on kuvattu esimerkiksi aikakausjulkaisussa "Philips technische Rundschau" 38, n:o 2, 1979, sivut 47-62, erityisesti sivu 59. Tässä dynaamisessa taajuusjakajassa on sekoitusaste, joka toimii signaalien sekoittajana, joiden signaalien taajuudet eroavat toisistaan kertoimen 2 verran. Sekoittimen lähtösignaali vahvistetaan vahvistimella, joka vahvistaa vain lähtösignaalin perustaajuuden. Tämä saavutetaan vahvistimella, jolla on alipäästövaikutus, tai vahvistimella ja sen jälkeen kytketyllä alipäästösuodattimella. Pe-rustaajuinen vahvistettu signaali kytketään takaisin sekoi-tusasteeseen siten, että muodostuu suljettu piiri.

Keksinnöllä on tehtävänään saada aikaan edellä kuvatun perus-luonnoksen mukainen monoliittisesti integroitavissa oleva dynaaminen taajuusjakaja, joka on muodostettu siten, että maksi-mikäyttötaajuus (fmax) on mahdollisimman suuri ja sallittu kaista on mahdollisimman laaja (fmax/fmin suuri) ja että lisäksi koko kaistalla (fmin s f < fmax) stabiili käyttö on mahdollista. Nämä edellytykset täyttyvät erityisen hyvin, kun koko taajuusjakajan (sekoitin + vahvistin) silmukkavahvistuk-: “ sen taajuusriippuvuus vastaa suunnilleen ideaalisen vahvisti- men taajuusriippuvuutta, jonka vahvistimen jälkeen on kytketty suuren rajataajuuden omaava ideaalinen alipäästösuodatin.

Keksinnön perustana oleva tehtävä ratkaistaan dynaamisella taajuusjakajalla, jossa on sekoitusaste sekä tämän jälkeen kytketty vahvistin, jonka lähtö on takaisinkytketty sekoitus-... asteen sisääntuloon, jolloin keksinnölle on tunnusomaista se, että sekoitusaste on transistoroitu sekoitusaste, että vahvis-tin on siirtoimpedanssivahvistin tai käyttäytyy tällaisen tavoin, ja että vahvistin on toteutettu siten, että se mahdollisimman pitkälle tasoittaa sekoitusasteen vahvistuksen putoamista korkeille taajuuksille asti.

2 37859

Siirtoimpedanssivahvistimella on tunnetusti pieni lähtöimpe-danssi ja pieni tuloimpedanssi suuriin taajuuksiin saakka lähtö-jännitteen ja tulovirran suhteesta määritellyn siirtofunktion suurella kaistanleveydellä.

Tulo- ja lähtöimpedanssien pienet arvot huolehtivat suuresta mak-simikäyttötaajuudesta loiskapasitanssien nopeasta uudelleen varautumisesta johtuen. Vahvistuksen suureneminen suurilla taajuuksilla kompensoi vahvistuksen pienenemisen jäljellä olevassa kytkennässä (mm. sekoittimessa), minkä johdosta maksimi-käyttötaajuus edelleen kohoaa. Lisäksi saavutetaan täten vahvistuksen jyrkän pienenemisen myötä koko kytkennän taajuusriippuvuus, joka on hyvin lähellä ideaalisen alipäästösuodattimen taajuus-riippuvuutta .

Haluttu vahvistimen taajuusriippuvuus saavutetaan parhaiten siten, että vahvistimen 1 ähtöimpedanssin induktiivinen komponentti muodostaa yhdessä lähdössä vaikuttavan kapasitiivisen kuormituskomponentin kanssa eräänlaisen resonanssivaikutuksen. Sellainen resonanssivaikutus voi ilmetä vahvistuneena, kun kuormi tusimpedanssi lla tai vahvistimen lähtöimpedanssi1la on suurilla taajuuksilla negatiivinen reaaliosa.

··. Lähtöimpedanssin induktiivinen komponentti voidaan muodostaa yksinkertaisella tavalla mitoittamalla (esim. vastakytkentävas-tuksen yli) siirtoimpedanssiaste sopivasti ja/tai jälkeen kytkettyjen emitteriseuraajien avulla. Viimeksi mainitut voivat tietyissä olosuhteissa myös huolehtia negatiivisesta reaaliosasta suurilla taajuuksilla. Sekoittimen sisääntulon impedanssi huolehtii halutusta kuormituksen kapasitiivisesta komponentis-: ta. Jos sekoittimen eteen kytketään emitteriseuraajia, vahvis- tuu tällöin haluttu kuormituksen kapasitiivinen komponentti ja samanaikaisesti muodostuu halutulla tavalla suurilla taajuuk- ·; silla negatiivinen reaaliosa. Taajuusvasteen parantamiseksi siirtoimpedanssiasteen lähdön ja sekoitusasteen tulon väliin kytketyt emitteriseuraajät erottavat myös vahvistimen lähdön ja sekoittimen tulon ja kohottavat siten edelleen maksimi- 3 87359 käyttötaajuutta. Niitä tarvitaan edelleen monoliittisesti integroiduissa piireissä (tasavirtäkytkentä ) tasosiirroksiin.

Myös differentiaalivahvistimen käyttö on monoliittisesti integroiduissa piireissä olevan tasavirtakytkennän vuoksi tarkoituksenmukaista.

Keksintöä valaistaan seuraavassa suoritusesimerkin avulla.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen dynaamisen taajuusjakajan pe-riaatekytkentää. Kuvion 1 mukaan muodostuu taajuusjakaja vuoro-vaihesekoittimesta 1, jossa on ensimmäinen tulo 2 ja toinen tulo 3, sekä vahvistimesta 4. Vahvistin 4 on siirtoimpedanssi-vahvistin. Siirtoimpedanssivahvistin on vahvistin, jossa lähtö-tyhjäkäyntijännitteen ja tulovirran suhteen määrää olennaisesti vahvistimen tulon ja lähdön välissä oleva vastus ja jolla on lisäksi pieni tulo- ja lähtöimpedanssi. Yksinkertaisen emitteri-kytkentäisen transistoriasteen tapauksessa on tämä vastus vah-vistintransistorin kannan ja kollektorin välissä. Siirtoimpe-danssivahvistimen 4 lähtö on takaisinkytketty vuorovaihesekoitti-men 1 toiseen tuloon 3. Takaisinkytkennällä muodostuu suljettu piiri tai suljettu silmukka.

Jos vuorovaihesekoittimen 1 ensimmäiseen tuloon 2 tuodaan signaali, jonka taajuus on 2f, ja sen toiseen tuloon 3 signaali, jonka taajuus on f, niin syntyy sekoittimen 1 lähdössä sekoitus-tuotteita, joilla on taajuudet f (perusharmooniset), 3f jne. (yliaallot). Jos sekoittimen 1 lähtösignaalia, jolla on taajuudet f, 3f jne., vahvistetaan vahvistimella 4, jolla on ali-päästövaikutus ja joka vahvistaa sekoittimen 1 lähtösignaalis-ta vain taajuuden f omaavan signaaliosan, niin vahvistimen 4 lähtöön jää jäljelle vain signaali, jolla on tarkoituksellisesti jaettu taajuus f, joka kytketään takaisin sekoittimen 1 toiseen tuloon 3. Sekoitusta tai jakamista varten tarvittavaa perustaa-; juuden f omaavaa signaalia, joka täytyy syöttää sekoittimeen 1 taajuuden 2f ohella, ei tarvitse kuvion 1 mukaisessa dynaamisessa - taajuusjakajassa tuottaa erillisesti, vaan se syntyy suljetussa piirissä sekoitustuotteena.

4 87859

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista kytkentää yksityiskohtaisesti. Taajuusjakajan sekoitin muodostuu transistoreista Tl,

Tl', T2, T2', T3, T31 ja virtalähteestä II. Transistorit Tl ja Tl' muodostavat differentiaalivahvistimen. Transistorit T2 ja T3 on kuten transistorit T21 ja T31 kytketty keskenään emit-teripuoleisesti. Transistorin Tl kollektori on yhdistetty transistorien T2 ja T3 yhteiseen emitterijohtoon ja transistorin Tl' kollektori transistorien T2' ja T3' yhteiseen emitteri-johtoon. Tämän lisäksi muodostuu yhteys toisaalta transistorien T2 ja T3' kollektorien välille ja toisaalta transistorien T2' ja T3 kollektorien välille. Transistorin T2 kanta on yhdistetty transistorin T2' kantaan ja transistorin T3 kanta on yhdistetty transistorin T3’ kantaan.

Siirtoimpedanssivahvistin on kuvion 2 suoritusesimerkissä differentiaalivahvistin. Kuvion 2 mukaisesti muodostuu vahvistin transistoreista T4 ja T4', virtalähteestä 12 ja vastuksista Rl ja R2. Kuvion 2 mukaan on vastus Rl kytketty transistorin T4 kannan ja kollektorin väliin ja vastus R2 transistorin T4' kannan ja kollektorin väliin. Vastuksilla Rl ja R2 on pääasiassa samat arvot. Transistorien T4 ja T4' kollektorit on yhdis-• tetty kulloinkin vastuksen (R3, R4) yli vertailujännitteeseen.

Transistorien T4 ja T4' yhteisen emitterijohdon kautta syötetään virtalähteestä 12 virtaa siirtoimpedanssivahvistimeen.

Tämä virta on suurempi kuin se virta, jonka virtalähde II syöttää sekoittimeen.

Taajuusvasteen optimoimiseksi, erottamiseksi ja tasosiirroksen aikaansaamiseksi on kytkentään sovitettu kaksi emitteriseuraa-jaa (Darlington-astetta), joista toinen käsittää transistorit T5 ja T6 ja toinen transistorit T51 ja T61. Näiden transisto-rien emitteritulojohdoissa on emitterietuvastukset, joita ei kuviossa 2 ole esitetty.

‘ Sekoittimen tulo muodostuu liitäntäpisteistä I ja I'. Tähän ’ tuloon johdetaan signaali, jolla on taajuus 2f. Pisteet Q ja 5 87859 Q' muodostavat taajuusjakajan sisäisen lähdön, josta saadaan taajuuden f omaava signaali.

Kuvion 2 taajuusjakaja toimii seuraavasti. Sekoittimen tuloon (I, I') tuodaan signaali, jolla on jaettava taajuus 2f. Sekoittimen läpi kulkee sisäänsyötetty virta II. Taajuuden 2f omaavan signaalin sekoittamisella signaalin kanssa, jolla on taajuus f, joka signaali tuodaan toisaalta transistoreille T2 ja T2' ja toisaalta transistoreille T3 ja T3', muodostuu sekoittimen lähdössä (kollektorei1la T2, T31 tai kollektoreilla T3, T2') sekoitustuotteita, joilla on taajuudet f (perusharmoo-niset), 3f jne. (yliaallot).

Jos sekoittimen lähtösignaalia (sekoitustuotteita) vahvistetaan alipäästövaikutuksen omaavalla vahvistimella, jolla on kuten kuvion 2 mukaisella vahvistimella ominaisuus, että se vahvistaa lähtösignaalista vain sen osuuden, jolla on taajuus f, vaimentaa sitävastoin muut osuudet (3f jne.), jolloin sekoittimen lähtöön jää vain signaali, jolla on haluttu taajuus f. Tämä signaali kytketään takaisinkytkentäpiirin kautta, joka muodostuu transistoreista T5, T6 ja T5', T6' koostuvista emitteriseuraa-. jista, takaisin sekoittimen transistoreille T3, T3 ' tai T2, T2'. Taajuudenjakotapahtuman alkuvaiheessa saadaan tarpeellinen taajuus f erilleen esim. kohinasta.

Keksinnön mukainen taajuusjakaja ja siten myös kuvion 2 mukainen taajuusjakaja voi jakaa hyvin suuria taajuuksia, koska sen vahvistin on keksinnön mukaisesti niin sanottu siirtoimpedans-sivahvistin, joka muodostuu transistoreista T4 ja T41 ja jossa : transistorien T4 ja T41 kollektorien ja kantojen väliin on kyt- ketty kulloinkin vastus (Rl, R2) . Vahvistin toimii virralla 12, jonka tulee olla suurempi kuin sekoitusvirta II.

Suoritusesimerkki osoittaa, kuinka vähäisillä rakenneosakus-tannuksilla voidaan toteuttaa sellainen siirtoimpedanssivahvis-• · ’ tin, jossa on erotusaste, ja kuinka yksinkertaisesti se voidaan integroida monoliittisesti. Edelleen on korostettava vähäistä tehonkulutusta.

6 87859

Keksinnölle on olennaista, että taajuusjakajan vahvistimella on vastakytkennän (Rl, R2) johdosta pieni tulo- ja lähtöimpedans-si suurella siirtofunktion kaistanleveydellä ja että vastakyt-kentä johtaa lisäksi lähtöimpedanssin induktiiviseen komponenttiin. Liitetyn emitteriseuraajän avulla induktiivinen komponentti vahvistuu ja joissakin tpaauksissa tuottaa jopa negatiivisen reaaliosan. Tämä lähtöimpedanssi huolehtii kuormitusimpedanssin läsnäollessa, jolla kuormitusimpedanssil-la on kapasitiivinen komponentti ja joissakin tapauksissa negatiivinen reaaliosa, (joka keksinnön mukaisessa taajuusjakajassa toteutetaan esimerkiksi emitteriseuraajien tai Darlington-asteiden avulla) siitä, että kuvion 3 mukaisesti vahvistimen vahvistus suurenee suurilla taajuuksilla pienentyen tämän jälkeen jyrkästi.

Vahvistuksen suurenemiseen liittyy keksinnön mukaisessa taajuus-jakajassa kuvion 3 mukaisesti voimakas vahvistuksen pieneneminen, joka toivotulla tavalla huolehtii koko taajuusjakajan erittäin hyvästä alipäästövaikutuksesta ei-toivottujen taajuuksien (harmooniset 3f jne.) suodattamiseksi.

: Halutut vahvistinominaisuudet saavutetaan keksinnön mukaisessa taajuusjakajassa käyttämällä siirtoimpedanssivahvistinta normaa-• Iin vahvistimen paikalla. Siirtoimpedanssivahvistin eroaa - ,...· yksinkertaisimmassa muodossaan - yksinkertaisesta normaalista vahvistimesta siinä, että vahvistintransistorin (T4, T41) kannan ja kollektorin väliin on kytketty ohminen vastus (Rl, R2), joka aikaansaa vastakytkennän. Tämä vastus on mitoitettava siten, että silmukkavahvistus ja kaistanleveys ovat riittävän suuria ja että vahvistuskäyrässä ilmenee kuvion 3 mukaisesti suurilla taajuuksilla nousu ja siihen liittyvä jyrkkä pie-:* neneminen.

Claims (7)

1. 7 87859
2. 1. Dynaaminen taajuusjakaja, jossa on sekoitusaste (1) sekä tämän jälkeen kytketty vahvistin (4), jonka lähtö on takaisinkytketty sekoitusasteen sisääntuloon (3), tunnettu siitä, että sekoitusaste (1) on transistoroitu sekoitusaste, että vahvistin (4) on slirtoimpedanssivahvistin (T4, T4', 12, Rl, R2) tai käyttäytyy tällaisen tavoin, ja että vahvistin on toteutettu siten, että se mahdollisimman pitkälle tasoittaa sekoitusasteen vahvistuksen putoamista korkeille taajuuksille asti.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen taajuusjakaja, tunnettu siitä, että vahvistimen (4) lähdössä on emitteriseuraajia (T5, T5', T6, T6') tai Darlington-asteita, jotka optimoivat taajuusvastetta, muuttavat impedanssia ja aikaansaavat tasosiirrosta.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen taajuusjakaja, tunnettu siitä, että vahvistin (4) on muodostettu siten, että sillä on pieni lähtöimpedanssi ja pieni tuloimpedanssi sekä suuri siirtofunktion kaistanleveys.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen taajuusjakaja, tunnettu siitä, että vahvistin (4) on muodostettu siten, että vahvistimen vahvistus suurenee suurilla taajuuksilla ja laskee tämän jälkeen jyrkästi. • 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen taajuusjakaja, ·...· tunnettu siitä, että vahvistimen (4) lähtöimpedanssilla on induktiiviset komponentit.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen taajuusjakaja, tunnettu siitä, että vahvistimen (4) lähdössä on kuormitus, ____: jolla on kapasitiivinen komponentti ja/tai negatiivinen reaa- ... liosa.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen taajuusjakaja, tunnettu siitä, että vahvistin (4) on differentiaalivahvistin. s 87859