در بخش قبل نوسانسازی معرفی شد که در آن با موازی کردن خازنهایی با ترانزیستورها جریان ترانزیستورها تاحدی شکلدهی شده است. به طور تئوری نشان داده شد که در نقاط گذر از صفر جریان دنباله فقط از خازنها میگذرد و از هر دو ترانزیستور جریانی عبور نمیکند. ولی در عمل جریان ترانزیستورها در این نقاط کاملا صفر نمی شود. همانطور که از رابطه (۳-۱۲) مشخص است، دامنه این جریان در این نقاط با مقدار خازن رابطه مستقیم دارد. هدف کاهش بیشتر زاویه هدایت ترانزیستورها است. برای این منظور ساختار نشان داده در شکل (۳-۶) پیشنهاد می شود. در این ساختار از خازن سوم بین سورس ترانزیستورهای زوج تفاضلی استفاده شده است. در این صورت دیگر نمی توان از جریان دنباله ثابت برای بایاس آن استفاده کرد. به همین دلیل از ولتاژهای خروجی برای بایاس ترانزیستورهای دنباله استفاده شده است.
برای داشتن عملکرد بهتر نویز فاز ولتاژهای خروجی به طور معکوس و به صورت Cross-Coupled اعمال شده اند. زیرا همانطور که در فصل دوم نیز اشاره شد، این شیوه بایاس سبب می شود جریان ترانزیستورها تا حدی فرمدهی شوند و با وارد شدن این جریان به هستهی اصلی نوسانساز که وظیفهی اصلی شکلدهی را بر عهده دارد، میزان کاهش زاویهی هدایت افزایش یابد.
نوسانساز پیشنهادی
-
- بررسی شرایط نوسان ساختار پیشنهادی
برای بررسی شرایط نوسان این نوسانساز ابتدا باید تابع تبدیل حلقه باز از ورودی به خروجی نوسانساز محاسبه شود. مشابه روال انجام شده در بخش ۳-۴ تابع محاسبه شده و در رابطه (۳-۱۴) نشان داده شده است.
در رابطه فوق بهرهی هر طبقه از حلقه است. با اعمال دو شرط (۳-۱) در رابطه (۳-۱۴) فرکانس و شرط نوسان به صورت زیر محاسبه می شود
در رابطه (۳-۱۵) مشاهده می شود که ״C در واقع نقش معادل سری دو خازن C و ۲Cs را بازی می کند. بعبارت دیگر״C کوچکتر از دو خازن C و ۲Cs است. بنابراین خازن معادل تانک کاهش مییابد و متعاقبا فرکانس نوسان افزایش مییابد. برای کار در همان فرکانس قبل میتوان خازن فیدبک را افزایش داد. با افزایش این خازن دامنه جریان عبوری از ترانزیستورهای زوج تفاضلی در نقاط گذر از صفر(که متناسب با اندازه خازن بود) کاهش مییابد و سبب می شود جریان ترانزیستورها به صورت پالس هایی با پهنای کمتر تبدیل شوند.
در ادامه با بررسی دامنه نوسان و ولتاژ و جریان نوسانساز چگونگی کاهش زاویهی هدایت به طور مبسوط توضیح داده خواهد شد.
-
- محاسبهی دامنه نوسان
-
- تحلیل مدل سیگنال کوچک نوسانساز
ابتدا با فرض مدل سیگنال کوچک رابطهای بین ولتاژ نوسان خروجی و سورس ترانزیستورهای سوئیچ را بدست آورده تا بتوان رابطه کلی برای ادامه تحلیل محاسبه کرد. برای این منظور، نوسانساز را در حالت سوئیچ کامل درنظر گرفته بگونهای که M1:on و M2:off باشد. در این صورت مدار معادل نوسانساز به صورت شکل (۳-۷) میباشد.
با تحلیل این مدار و KCL در دو گره سورس معادلات زیر نتیجه می شود
با توجه به ساختار تفاضلی نوسانساز ولتاژ سورسها و درینها نیز متقارن میباشند. بعبارت دیگر
بنابراین از رابطه (۳-۱۷) میتوان ولتاژ سورس را بر حسب ولتاژ درین محاسبه کرد.
مدار معادل نوسانساز شکل (۳-۶) در حالت سوئیچ کامل
نیز میتوان فاز سورس را بر حسب فاز خروجی بدست آورد.
با توجه به اینکه ، بنابراین
رابطه (۳-۲۱) بیانگر این است که در حالت سیگنال کوچک سورس و درین ترانزیستور سوئیچ همفازند. با افزایش دامنه نوسان نیز با تقریب خوبی میتوان گفت این نقاط همفازند و با توجه به ساختار تفاضلی نوسانساز و تقارن ولتاژ سورسها و درینها میتوان آنها را بصورت زیر نوشت:
-
- محاسبهی دامنه نوسان