برای بدست آوردن شرایط نوسان نیز باید شرط دامنه بررسی شود.
با جایگذاری فرکانس نوسان محاسبه شده از شرط فاز در معادله (۳-۴) و حل نامعادله حاصل شرط نوسان نیز محاسبه می شود. بطور خلاصه فرکانس و شرط نوسان برابر است با
شرط نوسان |
از معادلات (۳-۵) و (۳-۶) مشخص است که فرکانس و شرط نوسان این ساختار با نوسانساز LC کلاسیک برابر است. در بخش بعد جریان ترانزیستورهای این ساختار بررسی می شود.
-
- تحلیل جریان ترانزیستورهای زوج تفاضلی ساختار مورد بررسی و بررسی نویز فاز آن
در این قسمت نقش خازنهای موازی شده در کاهش زاویه هدایت ترانزیستورهای زوج تفاضلی بررسی می شود. در پیوست الف نشان داده شده است که ولتاژ نقطه سورس ترانزیستورهای زوج تفاضلی را میتوان به صورت زیر نوشت.
که در آن دامنه و تاخیر فاز ولتاژ سورس نسبت به ولتاژ نوسان خروجی است. یعنی سورس با فرکانس دو برابر فرکانس خروجی نوسان می کند. بدلیل ساختار تفاضلی این نوسانساز ولتاژهای خروجی نیز فرم تفاضلی دارند و میتوان آنها را به فرم زیر نوشت:
که در آن A دامنه نوسان خروجی و سطح DC آنها میباشد.
با توجه به مشخص بودن ولتاژ دو سر خازنهای موازی ( که بین سر درین و سورس قرار گرفتهاند)، میتوان معادله جریان آن را نیز محاسبه کرد
دو حالت را باید برای ترانزیستورها درنظر گرفت.
ابتدا فرض می شود خروجیها در نقاط گذر از صفر نوسان خود قرار داشته باشند. با توجه به اینکه دامنه نوسان سورس نسبت به دامنه نوسان خروجی ناچیز است، میتوان تغییرات جریان خازن را تقریبا متناسب با تغییرات ولتاژ خروجی درنظر گرفت. بنابراین چون در این حالت سیگنال AC خروجی صفر میباشد، شیب ولتاژ در این نقاط ماکزیمم است و جریان خازنها در پیک خود قرار دارند.
vo1 و vo2 سیگنال ac خروجی و IC1 و IC2 جریان عبوری از خازنهای موازی میباشد. بنابراین مجموع جریان عبوری از خازن ها از رابطه (۳-۹) محاسبه می شود و برابر است با
میتوان با طراحی درست پارامترهای مدار از جمله مدار را بگونه ای طراحی کرد که این مجموع در نقاط گذر از صفر حتیالامکان مقدار بزرگتری داشته باشد، یعنی در این نقاط بیشتر جریان دنباله از خازنها گذشته و وارد ترانزیستورها نشود. بهترین حالت این است که در نقاط گذر از صفر همه جریان دنباله از دو خازن بگذرد یعنی: ، بعبارت دیگر باید
در این صورت در ناحیه تفاضلی جریان ترانزیستورها صفر شده و نویزی به خروجی تزریق نمی شود و این عاملی برای بهبودی نویز فاز است.
حالت دوم را باید حالتی درنظر گرفت که ترانزیستورها دچار سوئیچ کامل شوند بگونهای که بعنوان مثال ۱M خاموش و M2 روشن باشد. در این حالت و بصورت زیر محاسبه می شود
همانطور که در رابطه (۳-۱۳) مشاهده می شود با منفی شدن عبارت جریان درین در بعضی نقاط از جریان دنباله نیز بیشتر می شود، این بدین معنی است که در نقاطی از نوسان (حوالی نقاط گذر از صفر) بدلیل کاهش زاویهی هدایت (خاموش شدن ترانزیستور) برای حفظ متوسط
جریان مصرفی، جریان خازنها به دنباله افزوده شده تا پیک جریان ترانزیستور را افزایش دهد. در واقع با این کار جریان در نقاط حساس کاهش یافته و در نقاط با حساسیت مینیمم این کاهش جبران شده است. همانطور که در شبیهسازیهای فصل چهارم نیز نشان داده خواهد شد، در این طراحی جریان عبوری از مجموع خازنها در نقاط گذر از صفر خروجی در پیک خود قرار دارد. بعبارت دیگر در این ساختار زاویه هدایت ترانزیستورهای سوئیچ کاهش یافته که نتیجه آن کاهش نویز فاز نوسانساز است. مشکلی که در این ساختار وجود دارد این است که این بیانات بیشتر بصورت تئوری درست است. در عمل بدلیل پیچیدهتر بودن معادلات ترانزیستورها هیچوقت جریان دنباله تماما از خازنها نمیگذرد و ترانزیستورها نیز کمی جریان دارند. به عبارت دیگر برقراری تساوی (۳-۱۲) مشکل میباشد. در بخش بعد ساختاری پیشنهاد می شود که تکنیک معرفی شده را بهبود داده و جریان با زاویهی هدایت کمتری برای ترانزیستورهای سوئیچ می شود.
- طراحی نوسانسازLC جدید بهمنظور بهبود جریان شکل دهی شده ترانزیستورها