專利名稱：振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由包含一個控制端和終止于一個第一輸出端和一個第二輸出端的主電流路徑的(第一)放大器元件構(gòu)成的一種振蕩器，這種振蕩器包括一個網(wǎng)絡(luò)，(第一)放大器元件的第一輸出端通過此網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由一個串聯(lián)的壓電振蕩元件反饋到(第一)放大器元件的控制端，這種振蕩器還包括與(第一)放大器元件的第一輸出端相連的一個(第一)輸出偶極振子(dipole)和與(第一)放大器元件的第二輸出端相連的一個直流限流元件。
從Gary A.Bread的專著“振蕩器設(shè)計手冊”(Cardiff出版公司1990年出版)，具體地說根據(jù)該書第55頁到第60頁所述，可以了解各種類型的晶體振蕩器。一種所謂的“皮爾斯振蕩器”在其最簡單的實施例中用一個npn晶體管作為放大器元件，該晶體管的集電極和基極通過一個晶體(石英晶體)相互耦合。該集電極還通過一個電感器與一個電壓源正端相連，并且作為“皮爾斯振蕩器”的輸出端。此外晶體管的集電極通過一個可調(diào)第一電容器接地，基極通過一個第二電容器接地，晶體管的發(fā)射極通過一個具有非常大電容值的發(fā)射極電阻的并聯(lián)電路接地。基極還通過一個降壓電阻器連接到電壓源正端。在一種改進實施例中，可以用一種包含一個電感器和一個可調(diào)電容器的并聯(lián)諧振電路取代集電極處的電感器?？梢园言摬⒙?lián)諧振電路調(diào)諧到該晶體的振蕩頻率。
在“振蕩器設(shè)計手冊”中論述的所有晶體振蕩器中，這種“皮爾斯振蕩器”被認為具有最佳的頻率穩(wěn)定性，這是事實，但是對于在半導(dǎo)體基體上的微型集成化來說，發(fā)射極電路中，即發(fā)射極和地之間的非常大電容值的電容器是極為令人困擾的，因為這種電容器在半導(dǎo)體基體上占據(jù)了極不相稱的較大空間。這極大地妨礙了電子裝置結(jié)構(gòu)，尤其是那些小而輕的電子裝置，例如，無線尋呼機(尋呼機)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
本發(fā)明的目的是提供一種振蕩器，更具體地說就是具有上述結(jié)構(gòu)的所謂的“皮爾斯振蕩器”，按照本發(fā)明可以省略上述具有非常高電容值的電容器。
這個發(fā)明的目的在本發(fā)明的振蕩器中是通過使用一個第二放大器元件實現(xiàn)的，所說第二放大器元件具有一條終止于(第二)輸出端的主電流路徑，所說第二放大器元件的(第二)輸出端與所說第一放大器元件的第二輸出端連接。
與現(xiàn)有技術(shù)中的“皮爾斯振蕩器”比較，在本發(fā)明的振蕩器中在振蕩器頻率下構(gòu)成對地短路的非常大的電容器，是用第二放大器元件的(第二)輸出端阻抗來代替的。可以利用簡單的技術(shù)手段將該阻抗相對于振蕩器頻率設(shè)置為低阻抗值，從而根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置可以在第一放大器元件的第二輸出端基本實現(xiàn)高頻短路。這個高頻短路使得直流限流元件被旁路，該元件與所說第二輸出端相連，并且在振蕩器頻率下呈高阻態(tài)。在已有技術(shù)中，發(fā)射極電阻是作為直流限流元件接入的；但也可以用一個電流源電路代替這個元件。在本發(fā)明的振蕩器中，由第一輸出偶極振子、第一放大器元件和直流限流元件形成的串聯(lián)組合，可以用一個電壓源通過該直流限流元件來實現(xiàn)。
優(yōu)選的是，這兩個放大器元件是相同的，從而實現(xiàn)放大器元件的平衡設(shè)置(平衡放大器)。采用這種設(shè)置，電壓源可以使振蕩器振蕩產(chǎn)生的高頻電流大大延遲，而在現(xiàn)有技術(shù)中“皮爾斯振蕩器”的情況下，這種電流是流經(jīng)電壓源的。因為按照本發(fā)明振蕩器的放大器元件的這種推挽式設(shè)置，高頻電流不再流經(jīng)電壓源，所以就可以避免在與振蕩器共用一個電壓源的其它電路結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生振蕩串?dāng)_的現(xiàn)象。從而顯著提高了這種裝置的抗噪聲特性。
就常規(guī)的電子裝置尺度而言，對于高頻電流，在第二放大器元件的(第二)輸出端可以得到比使用非常大電容可能得到的阻抗稍大的阻抗。與現(xiàn)有技術(shù)的“皮爾斯振蕩器”相比，這個增大的阻抗使振蕩器的環(huán)路增益減小，因此，當(dāng)使用第二放大器元件替代這個很大的電容器時，會產(chǎn)生振蕩率(oscillation ratio)的延遲，即可以延長從電壓源給振蕩器施加能量到振蕩器到達瞬態(tài)所需的時間。振蕩器的環(huán)路增益還受到品質(zhì)的影響即受到(第一)輸出偶極振子的電阻部分與電抗部分的比率特性的影響，這是事實，例如，受到現(xiàn)有技術(shù)中與晶體管集電極相連的電感器的品質(zhì)的影響。但是，無法為了補償降低的環(huán)路增益而任意選擇這種特性。相反，有一種方法通過增大流過直流限流元件的直流電流以補償環(huán)路增益的衰減。然而這種方法會使電壓源和振蕩器中大部分電路負荷過重。
但是對于所述電子裝置，更具體地說就是無線尋呼機(尋呼機)、移動電話這類裝置，振蕩器不僅要有較高的頻率穩(wěn)定性，還要有很短的瞬態(tài)持續(xù)時間(從電壓源施加能量到振蕩器到達穩(wěn)態(tài)所需的時間)以及較小的功率損耗。例如，無線尋呼機定期地打開和關(guān)閉，以節(jié)省來自電壓源，更具體地說就是來自電池的電流。在開關(guān)打開后，無線尋呼機必須在幾個毫秒內(nèi)準(zhǔn)備好接收信號。這個時間實際上是由振蕩器的瞬態(tài)特性所決定的。一方面，通過減少開機所用的時間使功率損耗下降，另一方面，也提高了尋呼機接收能力。此外，振蕩器不僅在瞬態(tài)持續(xù)時間內(nèi)、而且在其后的操作中必須具有較小的功率損耗，以使電壓源的負荷達到可能的最小程度。于是這個電壓源，如電池，可以設(shè)計得小而輕，從而有可能使這種無線尋呼機(或其它電池供電的電子裝置)的體積和重量大大減小。
在用于這些電子裝置的振蕩器中，應(yīng)爭取使瞬態(tài)持續(xù)時間非常短暫，使功率損耗非常少。根據(jù)本發(fā)明振蕩器的另一個實施例，這個目的是通過將第二放大器元件的控制端與第一放大器元件的第一輸出端連接實現(xiàn)的。
在本發(fā)明的這個實施例中，第二放大器元件的控制端包含在振蕩器的反饋回路(從第一放大器元件的第一輸出端到第一放大器元件的控制端)中。該反饋回路為正反饋，通過該反饋回路可使振蕩器的環(huán)路增益增大，而使直流限流元件中的直流電流保持不變，進而也使振蕩振幅增大。因此，既補償了第二放大器元件的(第二)輸出端阻抗的影響，也沒有使電壓源和振蕩器負荷過重。
關(guān)于這一點，從U.Tietze and Ch.Schenk所撰寫的“HalbleiterSchaltungstechnik”(8th Vol.Spinger Verlag 1986)一書中可以了解到，具有兩個npn晶體管的發(fā)射極耦合振蕩器是已知的。其中一個晶體管的集電極直接與另一個晶體管的基極相連，并且通過一個LC阻塞電路(blockingcircuit)連到參考電位。這個電路并不包括石英晶體。一個具有晶體穩(wěn)定的發(fā)射極耦合振蕩器意味著一個晶體管的集電極借助另外的放大級和石英晶體，耦合到另一個晶體管的基極，并且LC阻塞電路也與該晶體管連接。這些設(shè)計中沒有一種與本發(fā)明的振蕩器是一樣的，所以也不具有本發(fā)明的優(yōu)點。
在本發(fā)明振蕩器的另一個實施例中，所說第二放大器元件的一個第一輸出端與一個第二輸出偶極振子相連，所說第二放大器元件的主電流路徑的另一側(cè)就終止于所說第一輸出端。按照這種方式，所說第二放大器元件的主電流路徑和第二輸出偶極振子串聯(lián)在一起。更為有利的是，這個串聯(lián)組合還可以與由第一放大器元件和設(shè)置在電壓源一端和直流限流元件之間的第一輸出偶極振子構(gòu)成的串聯(lián)組合相并聯(lián)。因此，與“皮爾斯振蕩器”相比，由本發(fā)明振蕩器產(chǎn)生的振蕩還可以從第二輸出偶極振子抽頭輸出得到。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器一個更好的優(yōu)選實施例可以利用具有諧振特性的輸出偶極振子的阻抗來實現(xiàn)。更具體地說，所說輸出偶極振子可以用一個阻塞電路實現(xiàn)。于是可以從輸出偶極振子抽頭得到具有輸出偶極振子所調(diào)諧的頻率的振蕩。
在已有技術(shù)的“皮爾斯振蕩器”中，要考慮到將用作輸出偶極振子的阻塞電路調(diào)諧為壓電振蕩元件的振蕩頻率。這就減少了“皮爾斯振蕩器”在高頻方面的應(yīng)用可能性，使得高頻振蕩只能使用其它電路來產(chǎn)生，這種高頻振蕩可以通過對壓電振蕩元件的振蕩頻率倍增而獲得。為了得到具有壓電振蕩元件振蕩頻率的倍頻振蕩，已有技術(shù)“皮爾斯振蕩器”必須再增加一個倍頻器。如此構(gòu)成電路和產(chǎn)生的功率損耗對于前面所說的較輕的電子裝置是不適合的。
但是，在上述的把輸出偶極振子設(shè)置成阻塞電路的本發(fā)明振蕩器的另一個實施例中，有可能利用非常少的電路產(chǎn)生高頻振蕩。為了達到這個目的，將第一輸出偶極振子調(diào)諧到壓電振蕩的基波振蕩頻率或諧波振蕩頻率，并將第二輸出偶極振子調(diào)諧到第一輸出偶極振子諧振頻率的某一諧波頻率。因此壓電振蕩電路的基波振蕩是未相連的壓電振蕩元件的振蕩。
利用這個實施例就可以以簡單的方式利用具有較低頻率基波振蕩的壓電振蕩元件獲得非常高頻率的振蕩。為了達到這個目的，將所說振蕩器環(huán)路，即包括在從第一放大器元件的第一輸出端到它的控制端的反饋回路的振蕩器元件調(diào)諧到所需的壓電振蕩元件振蕩頻率。除壓電振蕩元件本身以外，第一輸出偶極振子和包含壓電振蕩元件的網(wǎng)絡(luò)也屬于所說振蕩器環(huán)路，尤其是第一輸出偶極振子，如所知道的，其功能可以由一個阻塞電路實現(xiàn)，可以調(diào)諧為壓電振蕩元件的振蕩頻率，因為否則的話，第一放大器元件的第一輸出端的振蕩經(jīng)由電壓源短路，因此造成反饋減弱。最好把第一放大器元件驅(qū)動到滿負荷狀態(tài)，可取的是使之達到其傳遞函數(shù)、即控制端信號和輸出端信號之間的函數(shù)的非線性區(qū)域，這對諧波振蕩、即未相連的壓電振蕩元件基波振蕩的諧波的產(chǎn)生來說是很有利的。
包括第二放大器元件的主電流路徑和第二輸出偶極振子的分支電路與包括由第一放大器元件和所說網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的反饋回路是不相連接的。這使得在不降低振蕩器工作功效的情況下，可以將第二輸出偶極振子調(diào)諧到與第一輸出偶極振子相同的頻率及其諧波頻率。所以，采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)諧就可以從第二輸出偶極振子抽頭輸出壓電振蕩元件和第一輸出偶極振子振蕩頻率的諧波振蕩。由于在不降低振蕩器工作功效情況下，也可以將第二輸出偶極振子調(diào)諧到未相連的壓電振蕩元件的基波振蕩頻率或調(diào)諧到振蕩器頻率，即第一輸出偶極振子的諧振頻率，所以同樣也可以從第二輸出偶極振子處抽頭輸出具有這些頻率的振蕩。
由本發(fā)明振蕩器的放大元件構(gòu)成的推挽式結(jié)構(gòu)，在經(jīng)由各個主電流路徑和各個輸出偶極振子的分支電路相同的情況下，主要產(chǎn)生具有壓電振蕩元件振蕩頻率的奇次諧波，即當(dāng)振蕩器工作時壓電振蕩元件的振蕩頻率的奇次諧波。因為放大器元件以非線性方式滿負荷工作，所以如果只是結(jié)構(gòu)或外形尺寸上的不對稱也會產(chǎn)生偶次諧波。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，如果與直流限流元件并聯(lián)一個電橋元件，就會產(chǎn)生這樣的偶次諧波。對于第二輸出偶極振子所調(diào)諧的振蕩(在這種情況下該振蕩表現(xiàn)為偶次振蕩)，這是一個低阻電橋元件。有利的是，用一個電容器構(gòu)成這個電橋元件，但也可以用一個電阻或者一個RC元件來構(gòu)成。
在所說的本發(fā)明振蕩器的另一個實施例的改進中，電橋元件設(shè)置在放大器元件的第二輸出端和輸出偶極振子遠離放大器元件的電極之間。與直接與直流限流元件并聯(lián)聯(lián)接相比較，使流過電橋元件的高頻電流偶次諧波也遠離電壓源是有益處的；用于這些電流的電路由放大器元件和輸出偶極振子通過電橋元件關(guān)閉，而無需設(shè)置電壓源。電橋元件的尺寸可以不受限制，并且尤其可以用較低的電阻設(shè)計，而不會在電壓源中產(chǎn)生額外的高頻電流串?dāng)_。
可取的是，在本發(fā)明的振蕩器中，用于實現(xiàn)到第一放大元件的反饋的網(wǎng)絡(luò)包含兩個容性偶極振子，其中第一偶極振子一端連到控制端，第二偶極振子一端連到第一放大器元件的第一輸出端，第一偶極振子和第二偶極振子的另一端連到遠離第一放大器元件的直流限流元件的電極。更為可取的是把這些實際上已在“皮爾斯振蕩器”中存在的容性偶極振子中的第二容性偶極振子設(shè)置成可調(diào)諧的。可選擇地是，第一輸出偶極振子可以包含一個可調(diào)諧設(shè)置的容性元件。
輸出偶極振子的諧振頻率和振蕩器振蕩頻率可以通過對網(wǎng)絡(luò)的第二容性偶極振子或在第一輸出偶極振子中的容性元件的調(diào)諧來調(diào)整。這種調(diào)整或?qū)φ袷幤鞯念l率牽引可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇網(wǎng)絡(luò)的第二容性偶極振子或第一輸出偶極振子中的容性元件由一個設(shè)定信號完成。
對于已有技術(shù)的“皮爾斯振蕩器”和本發(fā)明的振蕩器所作的一個比較表明，當(dāng)壓電振蕩元件阻抗最小時，“皮爾斯振蕩器”反饋最大，因而振蕩幅度最大。相反，在本發(fā)明的振蕩器中，當(dāng)壓電振蕩元件的阻抗達到其最大值時，放大器元件的控制端之間的振蕩振幅達到最大，而這個阻抗在其最小時使放大器元件控制端短路。這就意味著，當(dāng)用一塊石英晶體作為壓電振蕩元件時，“皮爾斯振蕩器”以振蕩電路的串聯(lián)諧振頻率振蕩，而根據(jù)本發(fā)明的振蕩器以石英晶體的并聯(lián)諧振頻率振蕩。從Tietze和Ch.schenk所著“Halbleiter-Schltungstechnik”(8th Vol.1986，section15.2.1)中可知，簡單地接入一個電容器，就可以在串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間牽引石英晶體的振蕩頻率。所說并聯(lián)諧振主要取決于石英晶體的外層電容器，因而還受到制造公差的限制。
此外，采用一個簡單的高頻等效電路的本發(fā)明的振蕩器，可以看作是在輸出端具有負的內(nèi)部電阻的一個放大器和作為負載電阻的電抗的組合，雖然所說電抗通常設(shè)置為容性負載。在等效電路中所說容性負載的值由振蕩器環(huán)路傳輸函數(shù)的電極的位置和數(shù)量來確定。如果等效電路的頻率較低，那么所說容性負載就隨著截止頻率變得較大。相反，當(dāng)?shù)刃щ娐分械娜菪载撦d值增大時，所說電路的振蕩頻率減小。
石英晶體的并聯(lián)諧振頻率高于串聯(lián)諧振頻率。因此，如果由石英晶體構(gòu)成的振蕩器由于不同的容性負載而具有不同的頻率，這些頻率是可變的，一方面，這些頻率只在串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間變化，另一方面，對于一個較小的容性負載，振蕩器在并聯(lián)諧振頻率即高頻的附近振蕩。在這種情況下，即容性負載較小的情況下，振蕩器頻率就主要依賴于石英晶體外層電容器的制造公差。
對于本發(fā)明的振蕩器的大多數(shù)應(yīng)用來說這種振蕩頻率公差是不能接受的。例如，在無線尋呼機、移動電話以及諸如此類的裝置的應(yīng)用中，必須精確地遵守設(shè)定的振蕩頻率。這就是說，或者使用制造非常精確、也是非常昂貴的石英晶體，或者在一定頻率范圍內(nèi)設(shè)置本發(fā)明的振蕩器以補償制造公差(基準(zhǔn)振蕩器頻率牽引)?？扇〉氖牵捎帽景l(fā)明的振蕩器，可以通過調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的第二容性偶極振子和/或第一輸出偶極振子的容性元件進行這種調(diào)整。第二容性偶極振子或容性元件可以分別用作微調(diào)電容。
然而，為了使與所說石英晶體外層電容的公差相關(guān)性更小，要求在本發(fā)明的振蕩器中，選擇盡可能接近石英晶體串聯(lián)諧振頻率的振蕩頻率，并且使本發(fā)明的振蕩器可以調(diào)節(jié)的范圍(頻率牽引范圍)盡可能接近石英晶體的串聯(lián)諧振頻率。這只有在增大網(wǎng)絡(luò)的第一容性偶極振子的容值時，才有可能實現(xiàn)。通過增大這個容值，就會使第一放大器元件的控制端相對于直流限流元件遠離第一放大器元件的電極更徹底地短路，事實的確如此，從而提高了對放大器元件的推挽控制能力，并且也增大了振蕩器的振蕩幅度?；蛘哒f，由壓電振蕩元件和第一放大器元件的控制端與第一輸出端之間的聯(lián)接構(gòu)成的反饋回路中的增益因而減小。如果網(wǎng)絡(luò)的第一容性偶極振子的容值增大超過了某一點，由第一放大器元件的第一輸出端到第二放大器元件的控制端的反饋確定的振蕩就會強于由壓電振蕩元件確定的振蕩。因此，不能隨意增大電路第一容性偶極振子的容值。
在本發(fā)明的另一個實施例中，為了使本發(fā)明的振蕩器的頻率牽引范圍在不增大網(wǎng)絡(luò)的第一容性偶極振子的電容值的前提下沿石英晶體的串聯(lián)諧振方向頻移，或者更具體地說，為了完全消除在所說第一放大元件的第一輸出端與第二放大元件的控制端之間的電路中的寄生振蕩，在從所說第一放大元件的第一輸出端到其控制端之間的反饋回路中加入一個低通元件，該低通元件的截止頻率高于第一輸出偶極振子調(diào)諧的頻率。因此通過選擇該低通元件的截止頻率，可以有效地衰減所說的寄生振蕩。
低通元件的加入使得本發(fā)明的振蕩器的負反饋回路的傳輸函數(shù)在其高頻等效電路中具有一個附加極點和附加相位轉(zhuǎn)動(phase turn)。因此，在不增大網(wǎng)絡(luò)第一容性偶極振子容值的情況下，就可以使高頻等效電路中的容性負載增大。在本發(fā)明的振蕩器中，所說低通元件使包含壓電振蕩元件的環(huán)路與包含第一放大元件的第一輸出端和第二放大元件的控制端的環(huán)路相分離。
更為有利的是，所說低通元件由一個電阻元件構(gòu)成，該電阻元件連接在第一放大器元件的第一輸出端和網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)接路徑中，而且還聯(lián)接在第一輸出偶極振子和一個容性元件之間，其中所說容性元件連接在第一放大器元件第一輸出端和遠離該第一放大器元件的直流限流元件電極之間。
附圖
表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的振蕩器的一個典型實施例。它包括用作第一放大器元件1的一個npn晶體管，其集電極和發(fā)射極之間的路徑作為在第一輸出端2(集電極)和第二輸出端3(發(fā)射極)之間的主電流路徑，其基極構(gòu)成控制端4。所說第一放大器元件1的第一輸出端2通過一個網(wǎng)絡(luò)反饋到控制端4，所說網(wǎng)絡(luò)包括一個串聯(lián)的壓電振蕩元件5，該壓電振蕩元件5最好是石英晶體。圖中所示的網(wǎng)絡(luò)還包括與壓電振蕩元件5和兩個容性偶極振子7和8串聯(lián)連接的一個串聯(lián)電感6，其中所說兩個容性偶極振子7和8在根據(jù)本發(fā)明的例子中是用簡單的電容器實現(xiàn)的，所說簡單電容器或者是獨立的元件或者是在半導(dǎo)體基體上集成的。第一容性偶極振子7的一端與控制端4相連，第二容性偶極振子8的一端與第一輸出端2相連。另一方面，容性偶極振子7和8與由圖中所示電壓源一端構(gòu)成的地9相連。
電壓源的一端(第二端)10與第一輸出偶極振子的一個電極相連，所說電壓源的一端為振蕩器提供了一個相對于地9為正的電壓，所說第一輸出偶極振子包括第一電感器11和一個容性元件12，這些元件構(gòu)成一個阻塞電路。將這個阻塞電路調(diào)諧到振蕩器即壓電振蕩元件的振蕩頻率，為此，可以選擇用微調(diào)電容構(gòu)成容性元件12。第一輸出偶極振子11、12上遠離所說電壓源端(第二端)10的電極與第一輸出端2相連。
在本例中用恒流源實現(xiàn)的一個直流限流元件13與第一放大器元件1的第二輸出端3相連。所說直流限流元件13的另一個電極接地9，并且呈現(xiàn)高阻抗，理想的是對于高頻電流表現(xiàn)為無負載阻抗。
由一個npn晶體管構(gòu)成的第二放大器元件14的第二輸出端15(發(fā)射極)與第一放大器元件1的第二輸出端3連接。第二放大器元件14的控制端17(基極)與第一放大器元件1的第一輸出端2連接。此外，第二放大器元件14的第一輸出端16和第二輸出偶極振子之間相互聯(lián)接，其中所說偶極振子包括第二電感器18和第二容性元件19。第二輸出偶極振子18、19的另一端與所說電壓源端(第二端)10相連。第二輸出偶極振子構(gòu)成一個阻塞電路，該電路被調(diào)諧到振蕩器所產(chǎn)生的振蕩頻率，其中所說頻率可以是壓電振蕩元件5的振蕩頻率的一個諧波頻率。因此，第一輸出端16和第二放大器元件14和第二輸出偶極振子18、19之間的節(jié)點用作振蕩器輸出端20。就象第一輸出偶極振子的容性元件12一樣，第二容性元件19也可以使用一個微調(diào)電容以便于調(diào)整振蕩器，但是，這在圖中沒有單獨表示出來。
在第二放大器元件14中，即在圖中所示典型實施例中的npn晶體管中，集電極發(fā)射極路徑構(gòu)成第二放大器元件14的主電流路徑。
與直流限流元件13并聯(lián)設(shè)置了電橋元件21，所說電橋元件21相對于第二輸出偶極振子18、19調(diào)諧的振蕩具有低阻值。在圖中所示的典型實施例中，電橋元件21用一個電容器構(gòu)成?？梢赃x擇的是，連接在直流限流元件13和放大器元件1、14的第二輸出端3、15之間的電橋元件21也可以與電壓源端(第二端)10相連，而不是接地9。這在圖中用一條虛線表示。在這兩種連接方式下，電橋元件21分別關(guān)閉流經(jīng)放大器元件1、14和輸出偶極振子11、12；18、19的高頻電流的電流電路。按照理想對稱設(shè)置的放大器元件1、14不產(chǎn)生壓電振蕩元件振蕩頻率的偶次諧波。在工作過程中，從放大器元件1、14的兩個輸出端3、15之間的節(jié)點處引出振蕩頻率的直流電壓。由電橋元件21構(gòu)成的低阻路徑使得即使當(dāng)放大器元件1、14是對稱設(shè)置時，也可能添加偶次諧波。
與壓電振蕩元件5串聯(lián)的串聯(lián)電感器6以這樣的方式使網(wǎng)絡(luò)中壓電振蕩元件5的阻抗發(fā)生改變，即與振蕩元件不工作的情況相比，降低了壓電振蕩元件的振蕩頻率。在圖中所示振蕩器的一種改進中，可以省略串聯(lián)電感器6。此外，可以通過改變壓電振蕩元件的幾何結(jié)構(gòu)降低振蕩頻率。
圖中所示的典型實施例中，在第一輸出偶極振子11、12兩端并聯(lián)一個衰減電阻器22，這個電阻器對第一輸出偶極振子11、12構(gòu)成的諧振電路產(chǎn)生衰減作用，以使這個電路的諧振頻率不會在于壓電振蕩元件的振蕩中占優(yōu)勢。
用一個基極電阻器23為第一放大器元件1的控制端4提供直流電壓。
如圖所示振蕩器還包括一個低通元件，所說低通元件插接在從第一放大器元件的第一輸出端2到它的控制端4之間的反饋路徑之間，所說低通元件的截止頻率大于第一輸出偶極振子的調(diào)諧頻率。因此，圖中所示由一個電阻元件24和一個電容元件25構(gòu)成的低通元件對于上述的反饋路徑形成了限制，但是衰減了由放大器元件1和14以及它們的反饋通路構(gòu)成的環(huán)路的寄生振蕩，所述反饋通路包括第一放大器元件1的第一輸出端2、第二放大器的控制端17、壓電振蕩元件5的外層電容器、網(wǎng)絡(luò)的第一容性偶極振子7和電橋元件21。此外，電阻元件24一端接第一放大器元件1的第一輸出端2，另一端同時連接到網(wǎng)絡(luò)5到8和第一輸出偶極振子11、12、容性元件25接到第一放大器元件1的第一輸出端2和直流限流元件13遠離第一放大器元件1的電極，即接地9。
本發(fā)明的振蕩器結(jié)構(gòu)簡單，并且可以十分簡單地集成在半導(dǎo)體上，因此除了這塊半導(dǎo)體基體外，只需要極少的外部元件和很少集成電路引線。本發(fā)明的振蕩器功率消耗量很低，并且能在非常低的電壓下工作。當(dāng)施加一個電壓時，在經(jīng)過一個極其短暫的瞬態(tài)之后，就會在輸出端(圖中振蕩器輸出端20)產(chǎn)生一個穩(wěn)定的振蕩。實際上，即使在振蕩器頻率失諧的情況下，所說極其短暫的瞬態(tài)持續(xù)時間也不會改變。在啟動模式，即在施加電壓之后振蕩器開始工作時，振蕩器首先通過互耦放大器元件開始振蕩，其中所說互耦放大器元件(它們形成一個負電阻)包括從第一放大器元件第一輸出端到第二放大器元件控制端和第一輸出偶極振子的LC電路。這種互耦加速了所說振蕩，這導(dǎo)致增大了第一放大器元件第一輸出端的阻抗，因此，與“皮爾斯振蕩器”相比，增大了振蕩器的環(huán)路增益。第一輸出偶極振子的值(如果合適，則包括一個并聯(lián)衰減電阻)很小，以致于振蕩器在沒有壓電振蕩元件的情況下只能微弱地振蕩。第一輸出偶極振子被調(diào)諧到至少與壓電振蕩元件的振蕩頻率基本一致的頻率；第一輸出偶極振子的低值使得壓電振蕩元件可以很容易地決定輸出偶極振子的振蕩頻率。在開始階段，第一輸出偶極振子的振蕩激勵壓電振蕩元件，并且因此振蕩器環(huán)路閉合，隨后壓電振蕩元件在頻率產(chǎn)生中占優(yōu)勢，即開始以主振方式振蕩。
放大器元件主電流路徑中的高頻電流具有壓電振蕩元件的振蕩頻率及其諧波。借助第二輸出偶極振子就可以把任意頻率從這些頻率中濾出來，壓電振蕩元件自身的基波振蕩或振蕩頻率也可以分別地濾出來，因為第二輸出偶極振子與振蕩器環(huán)路是分離的。它的振蕩性能并沒有因此而受影響。此外，高頻電流僅流過放大器元件和輸出偶極振子或可選擇地地流過電橋元件。另一方面，只有很少的高頻電流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫妷涸炊恕?br> 權(quán)利要求
1.一種振蕩器，其包括一個(第一)放大器元件，所說(第一)放大器元件包含一個控制端和終止于第一和第二輸出端的主電流路徑，所說振蕩器包括一個網(wǎng)絡(luò)，所說(第一)放大器元件的第一輸出端通過該網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由一個串聯(lián)壓電振蕩元件反饋到所說(第一)放大器元件的控制端，所說振蕩器還包括與所說(第一)放大器元件相連的一個(第一)輸出偶極振子和與所說(第一)放大器元件的第二輸出端相連的一個直流限流元件，其特征在于所說振蕩器包括一個第二放大器元件，所說第二放大器元件包含終止于一個(第二)輸出端的一條主電流路徑，所說的第二放大器元件的這個(第二)輸出端與所說第一放大器元件的第二輸出端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的振蕩器，其特征在于所說的第二放大器元件的控制端與所說第一放大器元件的第一輸出端相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的振蕩器，其特征在于所說第二放大器元件的第一輸出端與一個第二輸出偶極振子相連，所說第二放大器元件的主電流路徑的另一側(cè)終止于所說的第二放大器元件的第一輸出端。
4.如權(quán)利要求3所述的一種振蕩器，其特征在于所說輸出偶極振子的阻抗具有諧振特性。
5.如權(quán)利要求4所述的振蕩器，其特征在于將所說輸出偶極振子設(shè)置成一個阻塞電路。
6.如權(quán)利要求5所述的振蕩器，其特征在于將所說第一輸出偶極振子調(diào)諧到所說壓電振蕩元件的基波振蕩頻率或諧波振蕩頻率，并且將所說第二輸出偶極振子調(diào)諧到所說第一輸出偶極振子的諧振頻率的諧波振蕩。
7.如權(quán)利要求6所述的振蕩器，其特征在于所說振蕩器包括與所說直流限流元件并聯(lián)的一個高頻電橋元件，所說電橋元件相對于所說第二輸出偶極振子所調(diào)諧的振蕩為一個低阻元件。
8.如權(quán)利要求7所述的振蕩器，其特征在于所說電橋元件插接在所說放大器元件的第二輸出端和所說輸出偶極振子遠離所說放大器元件的電極之間。
9.如上述權(quán)利要求中任意一項所述的振蕩器，其特征在于所說網(wǎng)絡(luò)包括兩個容性偶極振子，其中的第一容性偶極振子的一端與所說控制端相連，其中的第二容性偶極振子的一端與所說第一放大器元件的第一輸出端相連，它們的另一端與所說直流限流元件的遠離所說第一放大器元件的電極相連。
10.如權(quán)利要求9和權(quán)利要求4、5或6之一所述的振蕩器，其特征在于所說網(wǎng)絡(luò)的第二容性偶極振子是可以調(diào)諧的，和所說第一輸出偶極振子包括一個可以調(diào)諧的容性元件。
11.如權(quán)利要求6所述的振蕩器，其特征在于在從所說第一放大器元件的第一輸出端到它的控制端之間的反饋路徑中加入一個低通元件，所說低通元件的截止頻率高于所說第一輸出偶極振子所調(diào)諧的頻率。
12.如權(quán)利要求11所述的振蕩器，其特征在于所說低通元件包括一個電阻元件，所說電阻元件插接在所說第一放大器元件的第一輸出端與所說網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)接中，同時也插接在所說第一輸出偶極振子和一個容性元件之間，其中所說容性元件接在所說第一放大器元件的第一輸出端和所說直流限流元件遠離所說第一放大器元件的電極之間。
全文摘要
一種振蕩器,包括一個(第一)放大器元件,所說放大器元件具有一個控制端和終止于第一和第二輸出端的一條主電流路徑,所說振蕩器包括一個網(wǎng)絡(luò),所說(第一)放大器元件的第一輸出端通過該網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由一個串聯(lián)壓電振蕩元件反饋到所說(第一)放大器元件的控制端,這種振蕩器還包括與所說(第一)放大器元件相連的一個(第一)輸出偶極振子和與所說(第一)放大器元件的第二輸出端相連的一個直流限流元件。根據(jù)本發(fā)明,可以用一個第二放大器元件取代對于這種“皮爾斯振蕩器”必需的非常大的電容器,所說第二放大器元件具有一條主電流路徑,該主電流路徑的一側(cè)終止于一個(第二)輸出端,所說第二放大器元件的這個(第二)輸出端與所說第一放大器元件的第二輸出端相連。在另一個實施例中,根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的這種“皮爾斯振蕩器”具有較低的功率消耗、較高的頻率穩(wěn)定性、非常短暫的瞬態(tài)持續(xù)時間和非常簡單的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H03B5/32GK1193423SQ97190523
公開日1998年9月16日 申請日期1997年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月23日
發(fā)明者B·迪克 申請人:菲利浦電子有限公司