برای محاسبه­ی دامنه­ نوسان، ابتدا باید جریان ترانزیستورها را محاسبه کرد.

به دلیل کاهش زاویه­ی هدایت و قابل توجه بودن دامنه­ نوسان، ترانزیستور ۳ ناحیه کاری را می ­تواند تجربه کند که در رابطه­ (۳-۲۳) به­ طور خلاصه برای ترانزیستور M1 بیان شده است.

با توجه به روابط (۳-۲۳) کران­های این نواحی محاسبه می­ شود.

و

بنابراین زاویه­ای که به ازای آن ترانزیستور M1 وارد ناحیه­ی تریود می­ شود عبارت است از

با توجه به محاسبات فوق می­توان شکل جریان ترانزیستور M1 را در یک سیکل نوسان نمایش داد، شکل (۳-۸). زاویه­ی هدایت برای ترانزیستور فرض شده است. ناحیه­ی ۱ و ۳ ناحیه­ی اشباع و ناحیه­ی ۲ ناحیه­ی تریود است و در باقی نقاط نیز ترانزیستور قطع است.

فرم جریان ترانزیستور M1 در نوسان‌ساز شکل (۳-۶)
بنابراین برای ترانزیستور M1 به­ طور کلی می­توان نواحی زیر را تعریف کرد

ابتدا ترانزیستور (M1) در حالت اشباع فرض می­ شود. بنابراین جریان درین آن برابر است با

با نظر به اینکه به ازای جریان درین صفر می­ شود، از رابطه (۳-۲۷) می­توان مقدار V1 را برحسب محاسبه کرد

بنابراین جریان درین برابر است با

و مولفه­ی DC این جریان طبق تعریف برابر است با

در ناحیه­ی۳ ( ) نیز ترانزیستور M1 در اشباع به سر می­برد و مولفه­ی DC جریان در این ناحیه نیز با ناحیه ۱ برابر است ( ).
در ناحیه­ی ۲ (( ترانزیستور M1 در تریود بسر می­برد و فرم جریان در آن به صورت زیر است

که در آن پارامترهای B1 و B2 و B3 بصورت زیر تعریف می­شوند

بنابراین مولفه­ی DC جریان این ناحیه نیز به صورت زیر قابل محاسبه است.

این ساختار با اعمال نیمه مدار در واقع ترکیبی از نوسان‌ساز LC و کولپیتس می­باشد. در شکل (۳-۹) این مفهوم نشان داده شده است.
اعمال نیمه مدار در نوسان‌ساز شکل (۳-۶)
از آنجایی که امپدانس خازن در برابر امپدانس منبع جریان کوچک است، می­توان امپدانس دیده شده از گره­ی Vs را برابر با امپدانس خازن در نظر گرفت. بنابراین در این ساختار نیز رابطه ولتاژ خازن­های موجود در نوسان‌ساز کولپیتس برقرار می­باشد. این بیان با شبیه­سازی نیز اثبات شده است. بنابراین رابطه­ زیر را در این ساختار صادق است

با جایگذاری این رابطه درBi (i=1,2,3)ها و Io2 و نیز با توجه به اینکه ، به روابط زیر نتیجه می­ شود

بنابراین Io2 نیز به صورت زیر قابل محاسبه است

بنابراین کل مولفه DC جریان وارد شده به تانک برابر است با

با بهره گرفتن از بسط توابع مثلثاتی روابط (۳-۳۸) سری تیلور توابع سینوسی و کسینوسی را نوشته و با ساده کردن برای توان­های پایین زاویه­ی هدایت عبارت زیر برای Io به دست می ­آید

که در آن A دامنه­ نوسان، m نسبت خازن­ها در ساختار کولپیتس و Ө نصف زاویه­ی هدایت ترانزیستور است. با مشخص بودن I0 و دیگر پارامترهای مدار می­توان دامنه­ نوسان را بر حسب زاویه­ی هدایت ترانزیستور محاسبه کرد.

در این ساختار کاهش زاویه­ی هدایت از طریق افزایش پارامتر m یعنی کاهش خازن Cs ناشی می­ شود. هرچه m بزرگتر باشد زاویه هدایت ترانزیستور بیشتر کاهش می­یابد. مشکلی که در اینجا وجود دارد این است که افزایش m سبب کاهش دامنه­ نوسان و کاهش زاویه­ی هدایت سبب افزایش دامنه­ نوسان می­ شود. بنابراین باید یک حالت بهینه را برای پارامتر m و زاویه­ی هدایت ترانزیستور درنظر گرفت تا بهترین عملکرد را برای نوسان‌ساز به دنبال داشت. در واقع کاهش خازن Cs (که منجر به افزایش m می­ شود) را تاجایی ادامه داده که کاهش دامنه­ رخ ندهد.
به بیان دقیق­تر در ساختار پیشنهادی خازن­هایی به موازات ترانزیستورهای سوئیچ قرار گرفته است و این خازن­ها بخشی از جریانی که از ترانزیستورهای دنباله به نوسان‌ساز تزریق می­شوند را متحمل می­شوند و جریان عبوری از ترانزیستورهای سوئیچ در نقاط حساس به نویز را کاهش می­دهد ولی در مجموع هارمونیک اول جریانی که در محاسبه­ی دامنه­ نوسان خروجی نقش دارد تقریبا بدون تغییر است. به همین علت دامنه­ نوسان خروجی تغییر چندانی نمی­کند و عامل بهبودی نویز فاز در ساختار پیشنهادی کاهش مقدار موثر تابع حساسیت ضربه­ی ترانزیستورهای سوئیچ از طریق کاهش زاویه­ی هدایت آنها است.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...