專利名稱：通過改變電容二極管的饋入電壓來調(diào)諧諧振電路的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過改變電容二極管的饋入電壓的方法來實現(xiàn)對由至少一線圈、一電容器和一具有復阻抗特性的電容二極管組成的諧振電路的調(diào)諧及其應用。
由載流子在導通狀態(tài)區(qū)域(導通態(tài)電容)的過飽和和耗盡層區(qū)域(耗盡層電容)的耗盡所產(chǎn)生的二極管的電容效應已久為人知并在技術上應用于電容二極管中。
在此方面，尤其是對于微電子電路，電容二極管的饋入電壓在其反向的改變提供一種眾所周知的諧振電路的調(diào)諧方法。
這里應用了耗盡層電容依賴于饋入電壓的事實，并以這種方式可以控制和改變諧振電路中的總電容，從而控制和調(diào)諧其諧振頻率。這一事實應用在配備于諸如接收器、濾波器及類似裝置中的基于串聯(lián)或并聯(lián)電路的具有LC特征的所有電子諧振電路中。
眾所周知，為此目的，電容二極管必須加反向偏壓。諧振頻率變化的極值，也就是諧振回路的調(diào)諧范圍，在反方向上由最大允許反向饋壓和最小偏壓限定。
本發(fā)明的任務在于提供一種運用增大的調(diào)諧范圍來調(diào)諧諧振電路的方法。
該任務由本發(fā)明的方法得以解決，該方法通過改變電容二極管的饋入電壓來對諧振電路進行調(diào)諧，該諧振電路至少包括一個線圈、一個電容器和一個具有復阻抗特性的電容二極管，與一般的情況不同，該電容二極管在導通狀態(tài)區(qū)域也被驅(qū)動。
這里，基本思想是電容二極管阻抗的虛部可以很好地近似為IM{Z}=j[2πfL-12πfC(UD)]]]>其中的變量為Z——復阻抗，L——寄生電感，C(UD)——電容二極管D的電容，它依賴于電壓UD，以及f表示信號頻率。二極管電容隨著復阻抗Z因互逆效應虛部電容逐漸增大而在反向的連續(xù)減小，在導通態(tài)方向上逐漸增大的電壓將使電容C變得很大以致于它對復阻抗Z的影響非常小，而相應地使得電感L通過它的寄生特性，尤其是其連接電感對復阻抗產(chǎn)生越來越大的影響，并可能使Z變?yōu)樘撾姼行浴?br> 盡管早在1975年(參見“Kapazittsdioden，Schaltdioden，PIN-DiodenGrundlagen und Anwendungen”(“電容二極管、開關二極管、PIN二極管基本原理和應用”)，ITT Intermetall GmbH Freiburg，1975/8出版，第15頁)已清楚地知道二極管，特別是電容二極管的電容和電感效應，即使專家至今為止也未曾能用這樣簡單的方式利用上述事實完成具有虛容性效應和虛感性效應的復阻抗元件。其原因很可能會在專家預見中發(fā)現(xiàn)，該預見為，電容二極管只是在以反向狀態(tài)用于諧振電路中才是有意義的，而它們在導通狀態(tài)區(qū)域與標準二極管等同的效應的提及只是為了科學說明的完整，但從未有過與它在諧振回路中的應用有關的情況。
本發(fā)明的優(yōu)點一方面在于顯著增大了諧振電路的調(diào)諧范圍，另一方面在于其實現(xiàn)方式的簡單。后者使它可以用在幾乎所有的具有諧振電路特性的電子電路(無論是串聯(lián)或并聯(lián)電路)、雙T橋路，以及濾波電路、諧振器及類似裝置中，在這些應用中，電容二極管被用作基本元件。
在幾乎所有電路中，用于驅(qū)動電容二極管的現(xiàn)在應用的雙極饋入電壓可用簡單的方式獲得。
按照本發(fā)明的諧振電路調(diào)諧方法可用在用于高頻信號接收的可調(diào)接收器(調(diào)諧器)中，特別是可用于衛(wèi)星調(diào)諧器，其中可接收頻率的調(diào)諧范圍被明顯拓寬。這一應用被證明是特別有益的，因為隨著傳播通訊信號、圖像數(shù)據(jù)的無線電應用的不斷發(fā)展，必須開發(fā)新的頻帶，而這樣一種極為簡單的解決方式可以降低花費而極具競爭力。這種方法可以不用任何附加的復雜而昂貴的元件，尤其是電容二極管，來實現(xiàn)這些新頻帶。
下面參考附圖利用實施例進一步解釋本發(fā)明。


圖1表示在一串聯(lián)諧振電路中作為一實施例的電容二極管D，該諧振電路由電容C0、電感L0以及按現(xiàn)有技術的電容二極管D的小信號替換電路組成；圖2為圖1所示電路的總電容C的功能曲線；圖3為導通狀態(tài)和截止區(qū)的復阻抗Z相對于電壓UD的功能曲線；圖4表示圖1所示的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率相對于電壓的UD的調(diào)諧范圍；圖5說明基于按本發(fā)明的方法的簡單調(diào)諧器電路的實施例；圖6是一個簡單并聯(lián)諧振電路濾波器的實施例。
圖1所示的實施例清楚地說明了本方法的工作原理，本方法的基本組成部分已在上面詳細描述，下面只給出一個簡要總結(jié)。
按照圖1，電容二極管D(這里具體為一超突變型(hyper-abrupt)電容二極管)可從理論上分解為如下組分一電壓驅(qū)動電容C(UD)，與電容C(UD)并聯(lián)的高阻抗電阻R，用以表示漏電流，其大小可忽略不計，與電阻R和電容C(UD)串聯(lián)的線電阻RL，和寄生連接電感Lpar。
按照圖1，該實施例將由具有固定電感L0的線圈和電容器C0組成以構成一串聯(lián)諧振電路。
對于該串聯(lián)諧振電路，總的調(diào)諧量與電容二極管D的饋入電壓UD的關系在圖2中表示出，該調(diào)諧量由電壓U1和U2的差產(chǎn)生。但根據(jù)本發(fā)明獲得的饋入電壓范圍，0伏到最大容許二極管導通電壓(這里選為1伏)，仍然相當小。這很可能就是專家們至今沒能認識到與諧振與電路調(diào)諧方法相關連的驅(qū)動二極管的運用。但如果考慮到與截止區(qū)(UD＜0伏)中的1-7pF相比，本實施例中可獲得的電容增至7pF到大約15pF，這一點就變得較清楚了。考慮到寄生連接電感，對如圖3所示的復阻抗Z的虛部將導致對超突變電容二極管來說典型的諧振頻率fres＝1.5GHz的線性曲線。圖中可以清楚看到，阻抗Z的反向電容成分隨著饋入電壓的增加而逐漸消失，直至最后Z的虛部變?yōu)檎醋優(yōu)樘撾姼行浴?br> 這種阻抗受電壓控制的現(xiàn)象(包括符號的改變)可用于電子工程的許多應用中。在此基礎上，如果考慮圖4中圖1的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率fres相對于饋入電壓UD的變化曲線，可以證實調(diào)諧范圍增大了大約Δf＝200MHz，即從610MHz至410MHz的范圍。
在圖5所示的第二個實施例中，表示出了一個簡單的調(diào)諧器電路，它由控制電壓US通過分壓電阻RI饋電。電阻RI將接有控制電壓US的電路輸入端連接到電容二極管D。這里，該電容二極管的輸入端通過一預接的電容器C0接地。電容二極管D的極性連接決定于控制電壓US。另有一電感為L0的線圈與電容二極管串聯(lián)，它的另一端連接到由一三極管T及其周圍的電阻R1和R2、電容器C2和C3組成的網(wǎng)絡構成的放大器級的基極輸入端。該三極管為一npn型三極管，其集電極連接至工作供應電壓A，并通過電阻R1連接到基極B。此外，另一電阻R2表示發(fā)射極電阻，發(fā)射極通過電容C3連接到基極B和另一個接地的電容C2。
放大器級的基極端B的總電容Cers可由電容C2和C3以及三極管T的電容成分的總和構成。
三極管T的基極B處的基極電位U2借助于放大器級而保持不變，從而可以通過改變控制電壓US的方法來精密調(diào)節(jié)電容二極管D的饋入電壓UD。
通過適當選取分壓電阻R1可以建立一個分壓器，使得在一個相當大的范圍內(nèi)選擇控制電壓US成為可能。用這種方法，即使采用一個非常簡單的控制單元也可能對二極管所要求的電壓，進而對它的電容，進行精密調(diào)節(jié)。
控制電壓US最好由鎖相環(huán)路(PLL)獲得，因為PLL不需任何電路技術變化就能提供所需要的控制電壓US的雙極特性。
由這種方法預置的電容二極管D的復阻抗值Z，同預置電容C0、放大器級的基極輸入端B的總電容Cers及線圈電感L0一起決定該諧振電路的諧振頻率。
基于這樣的電路布局和按照本發(fā)明的方法，可以用很簡單的方式建立起具有從920到2150MHz調(diào)諧范圍的調(diào)諧器電路，而且具有適當?shù)母郊影踩彌_區(qū)，以補償任何溫度漂移效應。這樣的調(diào)諧器電路可用在未來的衛(wèi)星調(diào)諧器中。
圖6給出了一個簡單的并聯(lián)諧振電路，與按照本發(fā)明的方法相似，它甚至工作在電容二極管的導通狀態(tài)區(qū)域。這里，同樣可以通過如圖3所示的可獲得的復阻抗值Z證實調(diào)諧范圍的拓寬。
在圖6中，并聯(lián)諧振電路由兩個并聯(lián)的串聯(lián)電路組成，即具有諧振電路電容C(UD)的電容二極管D和電容器C01，或諧振電路電感L0及另一電容器C02。該并聯(lián)電路的一端通過電阻R1連到一預置電壓，另一端接地。
控制電壓US通過另一電阻R2饋入到電容二極管D和電路電容器C01的連接處。
諧振頻率fRes可由fRes＝1/(L0·C(UD))1/2求出，其中L0表示諧振電路電感值，C(UD)為電容二極管在其饋入電壓為UD時的諧振電路電容值。
電容為C0的電容器C01和C02用于對直流的去耦合，并滿足條件 控制電壓US可由下式表示US＝U1－UD－I(R1＋R2)，其中UD表示電容二極管D的饋入電壓，I表示通過電容二極管D的電流，而R1和R2分別表示電阻R1和R2的阻值。
通過電阻R1和R2，控制電壓范圍(二極管的極性沿電流方向連接)可得到增加。饋入電壓UD及由此附加得到的調(diào)諧范圍均保持不變，但是，通過控制電壓US而預置的電流I可使這一調(diào)諧范圍具有較高的分辨率。
權利要求
1.通過改變電容二極管(D)的饋入電壓(UD)來調(diào)諧諧振電路的調(diào)諧方法，該諧振電路由至少一個線圈(L0)、一個電容器(C0)和一個具有一復阻抗(Z)特性的電容二極管(D)組成，其特征在于，饋入電壓(UD)在電容二極管(D)的截止區(qū)(UD＜0V)和導通狀態(tài)區(qū)(UD＞0V)取值。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，諧振電路構成一串聯(lián)諧振電路。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，諧振電路構成一并聯(lián)諧振電路。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，諧振電路的布局是T橋形狀。
5.上述任一權利要求的方法在用于高頻信號接收的接收器電路(調(diào)諧器)中的應用，特別是在衛(wèi)星調(diào)諧器中的應用。
6.權利要求1至4的方法在可調(diào)濾波電路中的應用。
全文摘要
通過改變電容二極管(D)的饋入電壓(U
文檔編號H03B5/12GK1147729SQ9611184
公開日1997年4月16日 申請日期1996年8月15日 優(yōu)先權日1995年8月19日
發(fā)明者漢斯-比特·佛思尼爾, 烏爾里奇·曼, 西蒙·思圖姆 申請人:Temic德律風根微電子有限公司