Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích cực siêu cao tần sử dụng phần mềm thiết kế mạch siêu cao tần và công nghệ gia công mạch dải nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO - Pdf 13


Bộ KH & CN Bộ quốc phòng
Trung tâm KhKt - CnQs
Viện Rađa Đề tài độc lập cấp Nhà nớc:


1
Mục lục

Bảng các từ viết tắt 3
Chơng I: Tổng quan các bộ dao động bán dẫn siêu cao
tần và các giải pháp thiết kế chế tạo 4

1.1 Khái quát về các điốt bán dẫn siêu cao tần (trở kháng âm) 5
1.2. Khái quát các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần 8
1.3. Các bộ dao động điốt điện trở âm 9
1.4. Các bộ dao dộng transistor 18
1.5. Các bộ dao động có thể điều hởng 23
1.6. Bộ dao động siêu cao tần trên mạch dải 28
1.7. Bộ dao động điốt dùng trên dây đồng trục 29
1.8. Bộ dao động điốt siêu cao tần trên ống dẫn sóng hình chữ nhật 31
1.9. Bộ dao động dùng nhiều điốt 32

Chơng II: Phơng pháp thiết kế chế tạo Bộ dao động
điều khiển bằng điện áp (VCO) 33
2.1.Phơng pháp thiết kế bộ dao động transitor sử dụng các tham số tín hiệu nhỏ
S 33
2.1.1. Lý thuyết chung 33
2.1.2. Các bớc thiết kế 36
2.2. Phơng pháp thiết kế chế tạo bộ dao động VCO trên ống sóng dùng điốt
Gunn và điốt Varactor 46
2.3. Phơng pháp thiết kế chế tạo bộ dao động trên mạch dải sử dụng điốt Gunn
và điốt varactor 51
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

3

Bảng các từ viết tắt:
SCT: Siêu cao tần.
cw: Continous Wave: Sóng liên tục.
DUT: Device Under Test: Đối tợng kiểm tra.
IMPATT: IM Pact Avalanche Transit-Time Diode.
TRAPATT: Trapped-Plasma Avalanche Transit Time.
BARITT: Barrier Injection Transit Time).
MIC: Micro IC.
PCB: Printed Circuit Board: Bo mạch in.
RF: Radio Frequency: Tần số vô tuyến.
SMD: Surface Mount Divice: Dụng cụ lắp ráp bề mặt.
SPDT: Single Pole - Double Throw: Một cực hai đầu ra.
SMO: solid-state microwave oscillator.

Chơng 1
Tổng quan các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần và
các giải pháp thiết kế chế tạo

Kỹ thuật siêu cao tần ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực
của nền kinh tế quốc dân và trong quốc phòng, ví dụ nh trong các đài ra đa,
trong thông tin viễn thông, trong điện thoại, trong các hệ thống điều khiển, trong
điều trị chữa bệnh, trong điều khiển giao thông vv
Mạch dao động siêu cao tần (SCT) đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau nh trong truyền tin, truyền hình, điều khiển tính toán, điều hành giao
thông, hàng hải, nông nghiệp, y học hiện đại.v.v. Trong quân sự đợc ứng dung
trong thông tin liên lạc, phòng không, không quân, hải quân.
Tuỳ theo yêu cầu và chức năng của từng thiết bị mà bộ dao động siêu cao
tần có thể đợc thiết kế với đèn điện tử nh klistron, magnetron, có thể dùng bán
dẫn nh transsitor lỡng cực (bipolar), transistor trờng (FET), hoặc các loại điốt
có trở kháng âm nh điốt TUNNEL, điốt IMPATT (Impact Avalanche and
Transit Time), điốt TRAPATT (Trapped-Plasma Avalanche Transit Time), điốt
BARITT (Barrier Injection Transit Time), điốt GUNN.
Ngày nay các bộ dao động bán dẫn SCT (viết tắt là SMO: solid-state
microwave oscillator) với u điểm nhỏ nhẹ, dùng nguồn thấp, tuổi thọ cao, chế
độ làm việc ổn định, tạp thấp đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực, ví dụ trong các mạch định thời gian, trong kỹ thuật số và trong các mạch
trộn tín hiệu Nó còn đợc dùng trong chức năng quan trọng khác đó là các bộ
dao động tại chỗ trong các máy thu phát thay thế cho các bộ dao động dùng đèn
điện tử cồng kềnh, tuổi thọ và chất lợng làm việc thấp, tạp lớn, tốn nhiều
nguồn, khó điều chỉnh. Các bộ SMO tạp thấp đóng vai trò rất quan trọng trong
các hệ thống rađa và thông tin[1].
Các bộ tạo dao động bán dẫn siêu cao tần đã đợc các nớc trên thế giới phát
triển từ những năm 1970. Có thể chia các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần làm
hai loại chính:

làm trên mạch dải Các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần đợc sử dụng làm dao
động ngoại sai trong các đài rađa thờng đợc thực hiện dới dạng VCO
(Voltage Controlled Oscillator: bộ dao động điều chỉnh điện áp), các bộ VCO
này có thể điều chỉnh tần số dao động một cách dễ dàng bằng cách thay đổi
điện áp cấp cho Varactor.
1.1 Khái quát về các điốt bán dẫn siêu cao tần (trở kháng âm)
Điốt bán dẫn siêu cao tần đợc phân thành:
- Điốt Varisto là các điốt có điện trở biến đổi
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

6
- Điốt Varactor là các điốt có điện dung biến đổi
- Điốt có trở kháng có thể điều khiển đợc (điốt Pin).
- Điốt có trở kháng âm: điốt TUNNEL, IMPATT, TRAPATT BARITT
và GUNN
Điốt Varisto (bao gồm các điốt tiếp xúc điểm, điốt nghịch đảo và đa số
điốt có hàng rào schottky) đợc dùng để: tách sóng, biến đổi dới, giải điều chế,
bộ hạn chế tốc độ cao hoặc chỉnh lu.
Điốt Varactor do có điện dung phi tuyến thay đổi đợc khá nhanh, tổn
hao nhỏ hơn nhiều so với Varisto viên đợc dùng làm: bộ dao động sóng hài, bộ
điều chế hoặc biến đổi trên, các bộ khuếch đại có tạp âm bé, tạo dao động và tạo
xung.
Điốt có trở kháng có thể điều chỉnh đợc: Độ dẫn điện của các điốt này
hoàn toàn tỷ lệ thuận với số lợng các hạt mang điện không cơ bản đợc tích luỹ.
Các điốt này ở dải sóng siêu cao tần có trở kháng tựa tuyến tính, giá trị của nó

lợng dao động siêu cao tần. Việc biến đổi năng lợng đợc thực hiện do tơng
tác của dòng chuyển động các hạt mang điện (điện tử hoặc lỗ trống) với điện
trờng xoay chiều. Về mặt vật lý điốt tạo dao động là lớp phẳng chất bán dẫn tạo
thành khoảng giữa điốt, giữa hai đầu cực là các đầu đa ra (Anốt, Katốt) giới hạn
không gian tơng tác (hình 1.1).
Hai đầu cực
Khoảng giữa điốt

E(x,t)

V Hình 1.1
Các hạt mang điện tích đợc tạo ra bên trong khoảng giữa hoặc đợc bắn
ra từ các đầu cực và chuyển động dới các điện trờng đợc tạo ra bởi điện áp
ngoài đặt vào các đầu cực cũng nh các điện tích bên trong khoảng giữa điốt.
Quá trình biến đổi năng lợng ở khoảng giữa điốt bán dẫn khác với dụng cụ chân
không là nó có hàng loạt đặc điểm đợc quy định bởi tính chất của bán dẫn, điện
tích và vận tốc chuyển động của nó trong đó cũng nh cờng độ điện trờng có
thể thay đổi theo không gian và thời gian do thay đổi điều kiện bên trong và bên
ngoài (vật liệu và cấu trúc bán dẫn, điện áp hoặc dòng điện đặt vào các đầu cực).
ở các điều kiện xác định, có thể xuất hiện quá trình điện tử khác nhau ở khoảng
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO



Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

9
1.3. Các bộ dao động điốt điện trở âm
Trong rất nhiều dụng cụ bán dẫn 2 cực có điốt điện trở âm trong dải siêu
cao tần (ví dụ nh điốt Tunnel, điốt Gunn, điốt IMPATT.vv ). Để tạo đợc mạch
dao động ta đặt điốt điện trở âm vào trong một mạch cộng hởng và nối tải với
nó [1].
Các điốt điện trở âm thờng có thể đặc trng bằng một điện trở âm phụ
thuộc vào mức đợc mắc song song hoặc nối tiếp với một phần tử điện kháng có
giá trị cố định (hoặc trong các khảo sát chính xác hơn: cũng phụ thuộc vào mức)
(hình 1.2).

Hình 1.2: Sơ đồ tơng đơng mạch một cửa điện trở âm
Dẫn nạp phụ thuộc vào mức Y
d
của điốt điện trở âm có thể viết theo biểu
thức sau:

(
)

1
1
I
Cj
IR
Cj
RZ
d
dd




++=+= (1.2)
trong đó R
0
là điện trở âm tín hiệu bé, C
0
là giá trị tín hiệu bé của tụ mắc
tơng đơng mắc nối tiếp và I là giá trị hiệu dụng dòng sin chảy qua điốt.

Hình 1.3: Sơ đồ tơng đơng của bộ dao động điện trở âm
đã đợc đơn giản hoá
C

d
R

+
YUY
d
(1.3)
Từ phơng trình trên về lý thuyết có thể xác định đợc tần số và biên độ.
Khai triển phơng trình (1.3) ta có thể tiến hành phân tích nghiệm của
mạch cộng hởng song song.

(
)
GUG =
2
0
1

(1. 4)

(
)
P
pd
L
CUC


1
1
2
0
=+


Hình 1.4: Sự phụ thuộc vào điện áp của dẫn nạp âm

U
G
0
-G
d
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

11
Cần lu ý rằng chúng ta có thể tính cả tổn hao của các điốt bằng cách
cộng chúng vào tải G. Bằng phơng pháp phân tích này và có sửa đổi chút ít ta
có thể khẳng định rằng trong trờng hợp có tổn hao vị trí công suất cực đại sẽ bị
lệch một chút về phía có ghép lỏng hơn và công suất sẽ bị giảm.
Đối với tín hiệu nhỏ có tần số dao động
0
:

()
0
0
1
dPP
CCL +

phải nhỏ hơn giá trị E
đt
(cờng độ điện trờng khi đánh thủng bán dẫn).
+ Nhiệt độ cho phép lớn nhất làm nóng cấu trúc dán dẫn và vấn đề tỏa
nhiệt cho điốt liên quan tới tham số này.
Đặc tính chung của điốt siêu cao tần (trở kháng âm) là chuyển động của
những hạt mang điện tích qua không gian bay chiều dài L. Chính trong không
gian bay, các hạt mang điện tích tơng tác với điện trờng ngoài và trong các
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

12
điều kiện xác định dẫn tới tạo dao động hoặc khuếch đại dao động siêu cao tần.
Đây là tính chất chung cho phép tìm thấy biểu thức xác định công suất cực đại
của chúng. Ta có công suất dao động [1].

e
cp
ee
m
R
cpU
R
U
R
U

= U
m
/U
0
;
cp
= U
m
/U
cp0

Điện áp một chiều: U
cp0
= E
cp0
. L = K
đt
. E
đt
. L (1.10)
ở đây: E
cp0
- Giá trị cho phép lớn nhất của cờng độ điện trờng một
chiều.
E
đt
- Cờng độ điện trờng đánh thủng loại vật liệu điốt bán dẫn đã
cho.
K
đt


22

=
(1.12)
ở đây:
b
= L/V
tr
là thời gian chuyển động của các hạt mang điện qua
không gian bay.
V
tr
: Vận tốc trôi trung bình của các hạt mang điện.

b
=
b
goc bay; là vận tốc tín hiệu.
= V
tr
/V
bh
hệ số của vận tốc trôi
V
bh
: là vận tốc của những hạt mang điện tích khi bão hoà.
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

300KV/cm và V
bh
= 10
7
cm/s nên.
P
1
R
1e
f
2
10
5
(
cp
K
đt

b
)
2
(1.14)
ở đây: f là tần số có thứ nguyên là GHz.
Để phần lớn công suất P
1
đợc truyền ra tới tải cần phải bảo đảm
R
1e
>>R
th

có tính chất định tính và đúng trong dải tần xác định. Từ các biểu thức (1.14),
(1.15) công suất của điốt có thể tăng do tăng góc bay
b
với điều kiện không dẫn
tới giảm tần số dao động. Tăng
b
kéo theo tăng tỷ lệ thuận độ dài không gian
bay L (1.12) và cho phép tăng công suất ra của điốt (1.11).
Yếu tố thứ 3 hạn chế công suất ra là nhiệt độ cho phép lớn nhất của vật
liệu bán dẫn. Cộng với điện trở nhiệt của điốt nó xác định công suất P
T
= T/R
T

có thể đa ra qua bộ toả nhiệt. Đối với Si và GaAs có thể lấy hiệu nhiệt độ của
bán dẫn và bộ toả nhiệt T = 300
o
C.
Công suất bán dẫn: P
tt
= P
0
- P
1
(1.16).
ở đây: P
0
và P
1
là công suất tiêu thụ và công suất đa ra. P

14
Điện trở nhiệt là tổng điện trở nhiệt của bán dẫn, của phần tiếp xúc và của
bộ toả nhiệt. Do điện trở nhiệt của bản dẫn là lớn nhất nên ta có:
R
T
L/2SK
T
(1.18)
ở đây: S là diện tích của bán dẫn; K
T
là hệ số dẫn nhiệt.
Điện dung của lớp tiếp giáp: C= S/L (1.19)
ở đây: là độ thẩm điện môi còn gọi là hằng số điện môi của bán dẫn.
Thay (1.19) vào (1.18) ta có:
R
T
= /2K
T
C = X
c
f/K
T
(1.20)
ở đây: X
c
= 1/2fc là dung kháng. Để đảm bảo điều kiện tạo dao động
giống nhau trong toàn dải tần làm việc của bộ dao động điốt, X
c
cần phải


/f
2
, ở đây K
1
= const.
ở trờng hợp thứ hai mối quan hệ này trên mặt phẳng toạ độ, có tung độ
là P
1
, hoành độ là f theo tỷ lệ lôgarit (hình 1.5).

Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

15
P
1
[W]
10
2

A
'
B

Mạch và cấu tạo của các bộ dao động bằng điốt siêu cao tần.
Các yêu cầu chung đối với mạch điện từ của mạch dao động điốt là đảm
bảo tần số làm việc, chế độ làm việc, dải tần số, độ ổn định tần số, hiệu suất của
mạch cộng hởng là lớn nhất và toả nhiệt,
Tần số công tác và chế độ làm việc đã cho dợc đảm bảo bằng trở kháng
đầu vào tổng của mạch ngoài Z = R + jX cần thoả mãn các điều kiện sau đây:
1- Trở kháng của mạch cộng hởng nhìn từ hai đầu điốt phải đúng bằng
trở kháng của điốt.
2. Điện trở tổn hao của mạch cộng hởng phải bằng điện trở âm của điốt ở
tần số mong muốn R =
d
r
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

16
3. Tại các tần số khác ngoài tần số mong muốn, điện trở tổn hao phải lớn
hơn điện trở âm của điốt.
Để thảo mãn các yêu cầu trên ngời ta sử dụng hộp cộng hởng đợc tạo
ra bằng đờng truyền có độ dài xác định, ghép với điốt và tải bằng thiết bị phối
ghép đặc biệt và biến áp trở kháng, nó có thể tạo ra bất đồng nhất nào đó (đột
biến trở kháng sóng, que dò điện môi, cửa sổ điện cảm, cửa sổ điện dung) ở điện
từ trờng dầy. Để ngăn ngừa sun hoá mạch siêu cao tần bởi nguồn một chiều, bộ
lọc thông thấp đợc mắc vào giữa chúng. Nh vậy sơ đồ khối chung của bộ dao
động điốt có dạng nh hình 1.6.
Tới nguồn một chiều

Thiết bị ghép
với điốt
Hộp cộng
hởng
Biến áp
trở kháng
Thiết bị ghép
với đài
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

17
bảo bằng mối hàn của điốt với giá đỡ bằng đồng, cho phép giảm nhiệt độ làm
việc của điốt tức là tăng giá trị cho phép của dòng cung cấp và công suất ra của
bộ dao động hoặc là khi dòng I
0
< I
0cp
làm tăng độ tin cậy của nó
Độ ổn định chế độ làm việc của bộ dao động điốt là không có đột biến
biên độ và tần số của dao động ở đầu ra mà chúng có thể xuất hiện do tự kích
dao động ký sinh. Vấn đề là ở chỗ, ở các dải sóng cm và mm thực tế là không
thể dùng mạch điện từ một mạch cộng hởng, nhiều mạch cộng hởng. Sự xuất
hiện các cộng hởng phụ (ký sinh) ở các tần số khác với tần số công tác là do
ảnh hởng của các tham số điện kháng của vỏ điốt, phối hợp không chính xác
với tải, có cộng hởng không gian (mốt dao động) trong các hệ thống phân bố


R
cb

L

C


D Z
t

Hình 1.7. Sơ đồ tơng đơng bộ dao động điốt có mạch ổn định

Nguyên lý hoạt động của mạch ổn định là ở chỗ tất cả các tần số trừ tần số
làm việc, điện trở âm của điốt đợc bù trừ bằng điện trở cân bằng dơng. ở tần
số làm việc điện trở cân bằng bị sun hoá bởi mạch ổn định nên nó không ảnh
hởng đến các tham số của sơ đồ.
Hình 1.8. Phác hoạ bộ dao động ở tần số cố định làm trên mạch dải
1.4. Các bộ dao dộng transistor.
Các mạch dao động transistor về cơ bản là mạch khuếch đại có hồi tiếp mà

âm
Điện á
p

n
g
uồn
Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

19
Mà ở điểm A
v
.A
0
=1 (1.23)
có điểm cực, và mạch này sẽ tạo dao động.
Phơng trình (9.10) là điều kiện dao động tổng quất của các mạch khuếch
đại kiểu này.
Mô hình tuyến tính không cho biết về biên độ dao động. Các mạch dao
động trong thực tế luôn luôn chứa tính phi tuyến. Thờng các transistor sử dụng
làm phần tử khuếch đại có tính phi tuyến và tính phi tuyến của điốt bazơ-emitter
hạn chế biên độ. Trong trờng hợp tổng quát A
0
và đôi khi A
v

Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

20
UHF và tần số siêu cao, điện dung khuếch tán của transistor có ảnh hởng lớn
đến hoạt động của mạch nên trớc tiên các mạch dao động Colpit và Clap là các
mạch có thể đợc áp dụng. Rất nhiều khi mạch dao động Colpit đợc thiết kế
không cần sử dụng phần tử hồi tiếp ngoài mà chính các điện dung khuếch tán
của transistor đảm nhận chức năng này. Tất nhiên phơng pháp này cũng có
nhợc điểm là các đặc trng khuếch tán của transistor phụ thuộc vào nhiệt độ và
phụ thuộc vào nguồn một chiều, do tính chất này nên bản thân mạch dao động sẽ
không ổn định tốt.
Mạch dao động Clapp có u điểm là có độ ổn định tần số lớn hơn nhiều so
với mạch dao động Colpit nếu ta chọn mạch cộng hởng phù hợp, vì mạch cộng
hởng quyết định tần số dao động của mạch dao động, do đó điện dung khuếch
tán của transistor có ảnh hởng rất ít. Các mạch cộng hởng đợc tìm ra cho đến
nay thờng đợc ứng dụng ở dới tần số f

. ở các tần số lớn hơn f

quay pha hệ
số khuếch đại dòng càng lớn hơn và ngời ta càng ít sử dụng kết cấu mạch đơn
giản kiểu này.
ở các tần lớn hơn f

có thể áp dụng các bộ dao động trasistor điện trở âm.


21
Các phơng pháp chính để thiết kế và chế tạo các bộ dao động transistor
siêu cao tần có thể hệ thống lại nh sau:

Bằng cách giảm kích thớc và sử dụng các phần tử mạch tập trung có thể chế
tạo đợc các bộ dao động phần tử tập trung. Trong trờng hợp này thiết kế
chủ yếu dựa trên các tham số dẫn nạp Y.


Thiết kế các bộ dao động transistor siêu cao tần điện trở âm. Phơng pháp
này có thể sử dụng các tham số Y, nhng có thể liên hệ tốt với các tham số
tán xạ S, và đa ra khả năng thiết kế chế tạo các bộ dao động transistor siêu
cao tần cả về mặt lý thuyết cũng nh thực tiễn. ví dụ theo mạch ở hình 1.10
do có hồi tiếp cảm kháng trong trờng hợp nối tải ở emitter ở ghép kollektor
có điện trở âm trong dải tần rộng.


Có thể sử dụng cách thiết kế gần đúng đặc biệt tốt ở các bộ dao động tín hiệu
lớn (chế độ C), ở đây bộ ghép định hớng sẽ thực hiện hồi tiếp, dựa theo sơ
đồ ở hình 1.11- Mạch cộng hởng đặt trên nhánh hồi tiếp sẽ xác định tần số
dao động. Phải chọn hệ số ghép ở bộ ghép định hớng sao cho phù hợp với
điều kiện dao động có tính đến suy giảm chèn của mạch dao động cũng nh
hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại u điểm của giải pháp này là: có thể sử
dụng mạch khuếch đại tín hiệu lớn thờng hay gặp.
22
Hình 1.11: Bộ dao động transistor siêu cao tần hồi tiếp bằng bộ ghép
định hớng

Hình 1.12: Bộ dao động siêu cao tần 2 Transitor làm việc
ở chế độ ngợc nhau.

Trong thực tế ngời ta thờng hay sử dụng phơng pháp suy luận và phán
đoán bằng trực giác để thiết kế các mạch dao động tích hợp siêu cao tần. Từ đó

Đề tài: ĐTĐL- 2005/28G Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích
cực SCT sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT và công nghệ gia công mạch dải.
Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ dao động bán dẫn VCO

23
thấy một sơ đồ mạch dao động hai transistor. Mạch gồm hai transistor bazơ
chung đợc nối đất, mạch cho ta công suất dao động lớn hơn.
ở các bộ dao động transistor mức công suất ra và vấn đề ổn định tần số rất
quan trọng cũng nh ở các bộ khuếch đại điện trở âm. Đứng trên quan điểm nào
đó tình thế ở đây còn quan trọng hơn bởi vì các tham số của các transistor trong
nhiều mạch còn ảnh hởng mạnh hơn đến tần số dao động.
Có thể sử dụng các phơng pháp ổn định tần số giống nh ở các bộ dao
động điện trở âm nh đã viết ở phần trên. 1.5. Các bộ dao động có thể điều hởng
Trong rất nhiều nhiệm vụ trên thực tế cần thay đổi tần số dao động của các
bộ dao động mạch tích hợp SCT và cần điều hởng đợc chúng.Tuỳ thuộc vào
ứng dụng và tốc độ thay đổi tần số ta có thể gọi nó là điều tần ngoài điều hởng
hoặc vobbulacio.
Điều hởng tần số của bộ dao động điốt thực hiện do thay đổi điện kháng
mạch cộng hởng của điốt bằng phơng pháp điện và cơ khí. Để điều chỉnh bằng
điện áp dụng các phơng pháp giống nh điều tần. Điều hởng tần số bằng điện
thực hiện bằng cách đa vào mạch cộng hởng của bộ dao động một phần tử
kháng đợc điều khiển C (U
đk
), (I

1
0
1
0
1
)1(2








+=
+
=

dkdk
diot
QP
QP
K
I
f
f

(1.25)
ở đây: P
đk

cách thay đổi các tham số của mạch cộng hỏng. Chúng ta cần lu ý rằng trong
các mạch thực tế các phần tử điện kháng quyết định tần số cộng hởng không
nối đợc trực tiếp với hai cực của điốt. ở các mạch dao động transistor lại càng
phức tạp hơn, bởi vì thờng thờng ở đó có nhiều phần tử hơn góp phần vào việc
xác định giá trị thực của tần số dao động.
Nếu điều hởng bằng hốc cộng hởng thì cần đặc biệt thận trọng khi thiết
kế. Khi này trong trờng hợp chọn độ ghép không đúng, ghép quá chặt có thể
xuất hiện hiện tợng trễ từ.
Có nhiều cách điều hởng bộ dao động:
a) Bằng cách thay đổi kích thớc cơ khí của các mạch công hởng (hoặc đôi
khi các phần tử điều hởng). Phơng pháp điều hỏng này với kỹ thuật
mạch tích hợp siêu cao tần thờng không phức tạp, nh
ng với mạch cần
điều hỏng nhanh thì phơng pháp này không áp dụng.
b) Điều hởng bằng điốt varactor (bằng cách thay đổi điện áp cấp cho điốt
varactor).


Nhờ tải bản gốc

Tài liệu, ebook tham khảo khác

Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học © DMCA.com Protection Status