THIẾT KẾ BỘ DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT RF LỚP E DÙNG KÍCH THÍCH ĐÈN RUBI TRONG CÁC ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ RUBI Th.S NGHIÊM XUÂN ANH Bộ môn Kỹ thuật Viễn thông Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo giới thiệu thiết kế bộ dao động công suất 83 MHz lớp E hiệu suất cao dùng kích thích đèn rubi trong các đồng hồ Nguyên tử Rubi – đồng hồ có độ chính xác và ổn định rất cao sử dụng làm các nguồn định thời trong các hệ thống thông tin, đặc biệt là các hệ thống không gian như vệ tinh GPS và quốc phòng. Nguyên mẫu bộ dao động đèn đã được thiết kế, chế tạo và đo đạc thành công, đáp ứng những yêu cầu về kích cỡ mạch nhỏ, hiệu suất cao (trên 73%) và công suất tiêu thụ thấp. Summary: In this article, a design of a 83 MHz high efficiency class E power oscillator used for rubidium lamp excitement in high precision and stability Rubidium Atomic Clocks, which are used as standard timing sources for communication systems, GPS sattelite and military facilities, is presented. A prototype of this oscillator has been designed, fabricated and measured successfully and shown to have a very high efficiency of more than 73%, satisfying the requirements for a small-sized, high-efficiency circuit and low DC power consumption. Keywords: class E, power amplifier, power oscillator, lamp oscillator, lamp coil, lamp housing, rubidium vapor cell, rubidium lamp, atomic clock, high efficiency, low power consumptionn. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Bộ dao động công suất là một phần không thể thiếu được trong việc kích thích đèn rubi trong các đồng hồ nguyên tử rubi và là một chủ đề đáng quan tâm khi yêu cầu ngày càng cao về mức độ nhỏ gọn và tiêu thụ công suất thấp, đặc biệt khi chúng được dùng làm các đồng hồ chuẩn thứ cấp trong các hệ thống không gian như vệ tinh GPS, máy bay và các khí tài quốc phòng. Đèn rubi (đèn chứa khí rubi Rb 87 ) đòi hỏi được đặt trong một điện trường hay từ trường biến thiên mạnh để được kích thích và phát sáng. Vì vậy, điện áp trên tụ hoặc dòng qua cuộn dây bao bọc nó phải càng lớn càng tốt trong khi tiêu thụ lượng công suất DC thấp nhất có thể. Trong bài báo này, bộ dao động công suất lớp E được xem là sự lựa chọn tốt nhất vì về lý tưởng nó có thể đạt hiệu suất (chuyển đổi DC sang RF) 100%. Bên cạnh đó, đèn rubi được kích thích bằng một từ trường mạnh và vì vậy một cuộn dây tự tạo (gọi là dây đèn) bao quanh đèn đã được tính toán, thiết kế. Để điều chỉnh tần số của mạch dao động này, tụ điện có thể điểu chỉnh được sử dụng kết hợp với dây đèn cho phép điều chỉnh tần số cộng hưởng. Đặc tính kỹ thuật: Điện áp nguồn: 9 - 12 VDC, tiêu thụ công suất DC thấp (hiệu suất càng cao càng tốt); tần số: bất cứ tần số RF nào, miễn là mạch dao động làm việc hiệu quả kích thích làm sáng đèn Rubi trong khi vẫn đảm bảo kích thước mạch nhỏ, gọn đến mức tối đa có thể. Trong thiết kế này, tần số thiết kế là 83 MHz (không cần chính xác). Công suất ra 1W (công suất cần thiết để kích thích đèn rubi với sóng liên tục CW được đo ở mức xấp xỉ 0.7 W - tổng công suất tiêu thụ bởi đèn rubi). Lựa chọn linh kiện: Transitor LDMOS (Lateral Diffusion MOS) của hãng Freescale mã hiệu MW6S004N được lựa chọn cho ứng dụng này vì nó có công suất ra cực đại là 4 W, điện áp phá hủy là 68 V (lớn hơn 3 lần điện áp nguồn 12V (48V) – điện áp collector cực đại của khuếch đại công suất lớp E) thỏa mãn những yêu cầu về mặt công suất cũng như điện áp nguồn cấp đề ra. Việc phân cực và cấp nguồn cho transistor không đòi hỏi nguồn DC lưỡng cực và vì vậy giúp cho việc thiết kế các mạch này trở nên đơn giản. Dải tẩn số làm việc của transitor này từ 0 đến 2000 MHz rất phù hợp cho ứng dụng này. Mọi thông số kỹ thuật của transistor này được cho trong [1]. Vị trí của bộ dao động đèn: Như hình 1 chỉ ra, mạch Lamp Exciter kết hợp với Cavity & Lamp chính là phần nằm trong thiết kế được giới thiệu trong bài báo này. Hình. 1 Sơ đồ khối đồng hồ nguyên tử [2] II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Mạch khuyếch đại công suất lớp E Trong bộ khuếch đại công suất lớp E được mô tả bởi Sokal [3], [7], transistor đóng vai trò một công tắc đóng-mở và các sóng điện áp và dòng điện drain/colector không đồng thời chồng lấn nhau (xem hình 2b). Điều này giúp giảm thiểu tiêu thụ công suất và tăng tối đa hiệu suất của mạch khuếch đại. Đặc tính của mạch khuếch đại lớp E có thể được xác định bằng việc tìm các sóng điện áp và dòng điện collector ở trạng thái xác lập. Mạch tải của bộ khuếch đại bao gồm một tụ điện C nối song song với transistor, một điện cảm nối tiếp L, một mạch điều hưởng nối tiếp L 0 C 0 và một điện trở tải R (hình 2a). Thông thường, tụ điện song song C có thể đại diện cho điện dung nội ở cửa ra của transistor cộng với điện dung ngoại do mạch tải đưa vào. Cực collector của transistor được nối vào nguồn cấp qua cuộn chặn RF có điện kháng cao ở tần số cơ bản. Phần tử tích cực được xem là một công tắc (switch) lý tưởng được điều khiển sao cho phần tử này thực hiện đóng mở giữa hai trạng thái ON và OFF. Vì thế, dạng sóng điện áp collector được xác định bởi công tắc này khi nó ở trạng thái đóng (ON) và bởi đáp ứng quá độ của mạch tải khi công tắc ở trạng thái tắt (OFF). Hình 2. Dạng sóng “mong muốn” của dòng và áp collector/drain của bộ khuếch đại lớp E Các phương trình thiết kế cho mạch khuếch đại lớp E sử dụng phần tử tập trung được giới thiệu trong [3]. Trong tài liệu này, ta có thể tìm được các cách thức và qui trình tối ưu, điều chỉnh cho mạch khuếch đại lớp E. 2.2. Mạch dao động hồi tiếp dùng transistor Hình 3 giới thiệu sơ đồ khối một hệ khép kín đã được đơn giản hóa. Bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại A đại diện cho độ khuếch đại tuyến tính của transistor, còn khối khuếch đại L(s) đại diện cho đặc tính giới hạn của transistor khi nó bắt đầu bị nén do tác động bởi các mức tín hiệu lớn ở đầu vào. Phần tử hồi tiếp là một bộ lọc tuyến tính đặc trưng bởi hàm truyền đạt H(s). Trong hệ này, điện áp vào V I (s) hoặc là nhiễu nhiệt hoặc là đáp ứng nhảy bậc tạo ra khi điện áp phân cực được đặt vào transistor. Điện áp này sẽ được loại bỏ ở trạng thái xác lập nhưng nó là cần thiết để kích thích sự khởi đầu của dao động. Lý thuyết điều khiển phát biểu rằng mạng này phải có một cặp điểm cực liên hợp phức nằm trong nửa bên phải mặt phẳng phức để khởi động cho dao động hình sin có đường bao tăng theo hàm mũ [4]. Hình 3. Hệ vòng kín mô tả hồi tiếp của mạch dao động Từ hình 3, điện áp ra V o (s) được cho bởi (1) ))s(V)s(H)s(V)(s(AL)s(Vo OI + = Giải (1) tìm tỷ số điện áp ra trên điện áp vào ta được )s(H)s(AL1 )s(AL )s(V )s(V I O − = (2) Số hạng AL(s) ở tử số là độ khuếch đại hướng đi của hệ thống và số hạng AL(s)H(s) là độ khuếch đại vòng của mạch dao động. Các điểm cực của hệ thống được cho bởi giá trị của tần số phức s mà ở đó (3) 0)s(H)s(AL1 = − Đối với dao động ở trạng thái xác lập, nghiệm của phương trình này phải nằm trên trục ảo tại tần số , tại đó ω= js (4) 0))j(H)j(ALIm( 1))j(H)j(ALRe( 00 00 =ωω =ωω Phương trình (4) được biết tới với tên gọi “tiêu chuẩn Barkhausen”, nó đưa ra điều kiện cần (nhưng không đủ) cho phát sinh dao động. Hai phương trình này có thể được giải để tìm ra mức tín hiệu dẫn tới việc giới hạn với giả thiết giá trị cần để thỏa mãn (4) ở tần số ω 0 . Điều này xảy ra khi tổng độ khuếch đại vòng bằng một và tổng độ di pha quanh vòng kín bằng không hoặc bội số của 2π radian. Điều kiện phát sinh dao động Tiêu chuẩn Barkhausen (4) không phải là một dấu hiệu tốt về tính bất ổn bởi vì nó không bảo đảm sự có mặt của các điểm cực ở nửa phải mặt phẳng phức ở thời điểm bắt đầu quá trình dao động. Tuy vậy, thuận lợi hơn khi ta sử dụng đồ thị Nyquist vẽ độ khuếch đại vòng mở (open loop) tín hiệu nhỏ cho việc đánh giá khả năng phát sinh dao động. Đồ thị Nyquist chỉ là vẽ AL(j ω )H(j ω ) trên tọa độ cực theo tần số. Nó có thể khẳng định sự tồn tại của các điểm cực trên nửa phải của mặt phẳng phức do số vòng bao theo chiều kim đồng hồ quanh điểm (1,0) khi độ khuếch đại vòng mở được vẽ trong khoảng - ∞ <j ω <+ ∞ trên tọa độ cực tương ứng với số điểm cực đó. Tiêu chuẩn ổn định Nyquist có thể được kiểm chứng bằng việc sử dụng đồ thị Bode biểu diễn độ khuếch đại tín hiệu nhỏ. Khi độ khuếch đại vòng mở lớn hơn một (1) đơn vị tại điểm có pha bằng không (0) thì độ dốc pha âm tương ứng với chiều quay cùng chiều kim đồng hồ quanh điểm (1,0) trên đồ thị Nyquist. Độ dốc pha dương ứng với chiều quay ngược chiều kim đồng hồ (Hình 4). Khi độ khuếch đại nhỏ hơn một, các hướng quay đó sẽ đổi chiều [4]. Hình 4. Điều kiện cần và đủ cho phát sinh dao động được minh họa bởi việc vẽ độ khuếch đại vòng mở và độ dốc pha của nó trên đồ thị Bode (a) và Nyquist (b) Tuy nhiên, khi thiết kế mạch dao động hồi tiếp sử dụng các linh kiện tích cực hai cửa như transistor, các đặc tính truyền đạt ngược cũng cần phải được tính đến và nó đã được trình bày trong [4] như sau: 2,11,22,12,21,1 2,11,2 S2SSSS1 SS G −+− − = (5) Ở đây, G là độ khuếch đại vòng mở đã sửa đổi còn các tham số S hoàn toàn là các tham số tán xạ của mạch dao động vòng mở. 2.3. Tính hiệu suất của mạch dao động/ khuếch đại Dựa vào lượng công suất cần thiết làm sáng đèn (đo được trong mục 4) và lượng công suất DC mà mạch dao động tiêu thụ ta có thể tính toán gần đúng hiệu suất của nó như sau DC ON P P =η (6) Ở đây P là công suất tối thiểu làm sáng đèn và P ON DC là công suất DC tiêu thụ bởi mạch dao động/khuếch đại. III. THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN MẠCH DAO ĐỘNG Thiết kế loại mạch dao động này có thể được chia làm hai bước [5]. Bước thứ nhất, bộ khuếch đại công suất lớp E hiệu suất cao được thiết kế sau đó phát triển nó thành mạch dao động bằng cách hồi tiếp một phần công suất ra của bộ khuếch đại về cửa vào của nó sao cho tiêu chuẩn ổn định Nyquist được thỏa mãn. Trước tiên, bộ khuếch đại công suất lớp E cơ bản được thiết kế sao cho hầu hết công suất ra được đưa đến tải với hiệu suất cao nhất có thể [3], [7]. Tuy nhiên, trong trường hợp này ta tích trữ năng lượng trong mạch cộng hưởng của mạch tải nên ta lựa chọn điện trở tải với giá trị nhỏ nhất có thể nhằm tránh tiêu tán công suất trên điện trở tải lớn. Biện pháp này đồng thời giúp tăng hệ số phẩm chất Q của mạch cộng hưởng và kết quả là giúp tăng điện áp trên cuộn dây hoặc tụ điện (lên tới 700 V đỉnh - đỉnh theo kết quả mô phỏng hình 6(b)). Bộ khuếch đại này hoạt động theo một cách thức khác hẳn so với định nghĩa thông thường về một bộ khuếch đại truyền thống mà ở đó cửa ra luôn đòi hỏi phải có mạch phối hợp trở kháng nhằm đưa toàn bộ công suất tới tải (cổng 50 Ohm thường được dùng trong RF và cao tần). Chính sự khác biệt đó gây khó khăn cho việc đo đạc hiệu suất của bộ khuếch đại này. Tuy nhiên, dựa trên phương pháp đã mô tả trong mục 2.3, ta có thể tính toán gần đúng hiệu suất này. Hình 5 là mạch khuếch đại công suất lớp E cơ bản mô phỏng thiết kế này sử dụng phần mềm thiết kế ADS của hãng Agilent. Mô hình phi tuyến của MW6S004N dựa trên mô hình Root và sẵn có trên trang web của Freescale. F μ 10 F μ 10 nH6800 nH6800 pF79.3 nH970 nH80 F μ 0.1 pF33 Hình 5. Bộ khuếch đại công suất lớp E cơ bản Hiệu suất chuyển đổi DC sang RF từ kết quả mô phỏng trên bảng 1 cho thấy đạt khoảng 76% tại tần số 83 MHz với mức công suất vào 15dBm. Bảng 1. Công suất ra và hiệu suất của mạch mô phỏng trên hình 5 Kế tiếp, phát triển bộ khuếch đại lớp E này thành bộ dao động dùng làm bộ kích thích đèn độc lập. Việc này có thể được thực hiện bằng cách thiết kế một mạng hồi tiếp cho bộ khuếch đại này. Vài phép thử được đưa ra để lựa chọn điểm hổi tiếp từ mạng cửa ra và cho thấy điểm trên tải là thích hợp nhất. Điều này có thể được minh chứng bằng việc sử dụng tiêu chuẩn Nyquist, theo đó tiêu chuẩn này phát biểu rằng độ khuếch đại vòng mở G trong (5) phải bao điểm (1,0) trên đồ thị Nyquist theo chiều kim đồng hồ và dao động xảy ra tại tần số nằm trên trục thực mà ở đó độ khuếch đại vòng mở lớn hơn một và pha bằng không (phần ảo bằng không) [3], [4]. Một sự lựa chọn nữa cho việc kiểm tra dao động là sử dụng phần tử OscTest trong trình mô phỏng ADS nhằm đánh giá độ khuếch đại vòng mở [4]. Sử dụng nó ta có thể đảm bảo rằng dao động sẽ xuất hiện nhưng không chính xác là tần số mà ta đã ước lượng bằng việc sử dụng tiêu chuẩn Nyquist. Tần số này có thể thấp hơn một chút khi mạch dao động làm việc ở trạng thái xác lập. Mạng hồi tiếp có thể được thực thi bằng việc sử dụng một điện cảm nhằm di pha của tín hiệu ra đến một giá trị thích hợp thỏa mãn tiêu chuẩn ổn định Nyquist [6]. Trong thực tế, mạng hồi tiếp được thực hiện sử dụng một biến áp tự ngẫu (autotransformer) có tỷ số vòng 12:1 và nhánh giữa (tap) được nối đất, tạo ra độ di pha 180 0 tín hiệu đầu ra so với tín hiệu đầu vào. Biến áp tự ngẫu này sẽ sinh ra một điện áp bằng 1/12 điện áp trên cuộn sơ cấp lên cuộn dây thứ cấp, tức khoảng 7 V. Hình 6(a) trình bày sơ đồ mạch của bộ dao động này và hình 6(b) và 6(c) tương ứng chỉ ra điện áp đặt trên cuộn dây của mạch cộng hưởng và phổ của nó. F μ 10 F μ 10 nH680 nH6800 pF79.3 nH970 nH80 nH120 F μ 0.1 pF33 Hình 6 (a). Sơ đồ mạch điện của bộ dao động công suất lớp E 5 101520025 -200 0 200 -400 400 time, nsec ts(V_L), V Hình 6 (b). Điện áp đo trên cuộn dây của mạch cộng hưởng Sau cùng, toàn bộ biến áp này được đặt vào bộ phận gá đèn gọi là (lamp housing) và cần một số điều chỉnh cần thiết để hoàn tất bộ dao động đèn này. Do sự thay đổi môi trường dẫn từ (khi đèn chuyển từ trạng thái sáng (ON) sang tối (OFF)) và tác động giới hạn từ trường của vật chắn kim loại (lamp housing) dẫn tới phát sinh hiện tượng cộng hưởng ở 50 100 150 200 250 300 350 4000 450 0 20 40 60 -20 80 freq, MHz dBm(V_L) m1 m1 freq= plot_vs(dBm(V_L), freq)=60.48 0 83.73MHz Hình 6 (c). Phổ tín hiệu của mạch dao động Các mode của hốc cộng hưởng hình trụ. Những tác động này, đặc biệt là sự thay đổi trạng thái của đèn làm thay đổi khá mạnh tần số dao động của mạch. Hiểu được bản chất và sâu sắc vấn đề này đòi hỏi phải thiết kế bộ gá đèn (lamp housing) và mô phỏng EM 3D trong HFSS (Ansoft) hoặc CST Microwave Studio. Tuy nhiên, trong bài báo này, do thời gian có hạn nên tác giả thiết kế dựa trên thực nghiệm. Do bộ dao động làm việc ở tần số thấp nên không cần thiết phải mô phỏng ở chế độ co- simulation ngay cả khi layout của mạch đã được tạo ra trong môi trường ADS cho phép kết hợp giữa mô phỏng mạch điện và trường EM. Lớp đế mạch in có chất liệu FR4, hằng số điện môi 4.3 và bề dày 1.5 mm được dùng cho mạch này (hình 7). Hình 7. Layout của mạch dao động thiết kế Hình 8 và 9 minh họa các bộ dao động mẫu và kết quả đo thực hiện ở nhiệt độ phòng (25 o C) và nhiệt độ thấp (-10 o C) được trình bày trong bảng 2. Hình 8. Hai bo mạch dao động mẫu đã hoàn chỉnh Hình 9. Phép đo thực hiện ở nhiệt độ - 10 o C Bảng 2. Kết quả đo của hai bo mạch dao động Tham số Đơn vị Bảng mạch #1 Bảng mạch #2 Tần số MHz 111 (OFF) 83 (ON) 111 (OFF) 83 (ON) Vgs V 3 2.6 Vds V 12 12 Id(ON) mA P Id (ON) mA PDC DC Đèn số Thời gian trễ (s) Đèn số Thời gian trễ (s) (W) (W) Hoạt động của bộ dao động đèn này thực tế phức tạp hơn bởi vì transitor làm việc như một bộ điều chế OOK hồi tiếp dạng sóng điều chế này về đầu vào và kết quả là làm tăng hiệu suất của bộ dao động lớp E. Chính kiểu hoạt động đóng mở (switching) này đã phát sinh quá trình điều chế. Hình 10 chỉ ra kết quả của quá trình điều chế này. Hình 10. Điện áp Drain cho thấy kết quả của điều chế OOK giải thích tại sao bộ dao động lớp E đã thiết kế lại có hiệu suất rất cao #12 91 1.09 7 #12 85 1.02 7 #10 118 1.42 7 #10 87 1.04 0 Tại nhiệt độ phòng 25 o C #16 96 1.15 0 #16 87 1.04 0 Đánh giá cường độ sáng Khá sáng Sáng hơn Vgs V 2.8 2.6 Vds V 12 12 Thời gian trễ (s) Đèn số Id (ON) – mA PDC P DC Đèn số Id(ON) mA Thời gian trễ (s) (W) (W) #12 61 0.73 5 #12 63 0.76 5 #10 64 0.77 5 #10 72 0.86 5 Ở nhiệt độ -10 o C #16 61 0.73 0 #16 66 0.79 0 Sóng mang điều chế chính xác là tần số dao động 83 MHz như trên hình 11. Hình 11. Dạng sóng điện áp dao động ở tần số 83 MHz Tuy nhiên, nếu không muốn hiệu ứng điều chế này xảy ra thì ta có thể tăng mức điện áp phân cực lên trên mức ngưỡng nhằm dừng quá trình đóng mở (switching) nhưng như vậy ta sẽ phải trả giá cho tiêu thụ công suất DC lớn hơn và theo đó làm giảm hiệu suất của mạch (chuyển sang lớp hoạt động khác). Một vài kết quả đo đạc được cho trong bảng 3. Bảng 3. Tiêu thụ công suất DC trong trường hợp không có điều chế OOK Tham số Đơn vị Bảng mạch #1 Bảng mạch #2 Tần số MHz 111 (OFF) 83 (ON) 111 (OFF) 83 (ON) Vgs V 2.8 2.8 V V 9 9 ds Thời gian trễ (s) Id (ON) – mA P Thời gian trễ (s) Id (ON) - mA P DC DC Đèn số Đèn số (W) (W) IV. PHƯƠNG PHÁP ĐO CÔNG SUẤT YÊU CẦU TỐI THIỂU LÀM SÁNG ĐÈN RUBI Một mạch đặt tên là TEST đã được phát triển để thực hiện nhiệm vụ này. Mạch gồm một biến áp tự ngẫu có tỷ số vòng 1:12. Cuộn sơ cấp được nối vào cổng 50Ω – cổng này sẽ được nối vào máy tạo tín hiệu của thiết bị đo Network/ Spectrum/Impedance Analyzer. Cuộn thứ cấp nối tiếp với tụ biến đổi có dải từ 0.6 pF đến 4.5 pF. Phía thứ cấp hình thành một mạch cộng hưởng mà tần số cộng hưởng của nó có thể điều chỉnh được. Cuộn dây được tính toán sao cho giá trị của nó kết hợp với tụ biến đổi sẽ cộng hưởng xung quanh tần số thiết kế 83 MHz. Sử dụng cấu hình này giúp tăng Q của mạch cộng hưởng do trở kháng của cuộn thứ cấp được giảm đi với hệ số 12 2 = 144. Thực tế, tần số này được điều chỉnh đến tần số 83 MHz, trùng với tần số dao động của bộ dao động đèn đã thiết kế. Một bộ khuếch đại được yêu cầu nhằm nâng cao công suất từ #12 125 0.73 2 5 #12 142 1.28 0 -10 o C #10 130 0.76 8 5 #10 152 1.37 0 #16 133 0.73 2 0 #16 143 1.28 0 Cường độ sáng Cao cao hơn máy tạo tín hiệu sao cho đèn có thể được kích thích phát sáng (ON). Hơn nữa, ta cần một bộ ghép song hướng (bi-directional coupler) kết hợp với thiết bị Network/Spectrum /Impedance Analyzer 4396B để đo hệ số phản xạ |S 11 |. Sau khi có được |S 11 |, ta đo công suất tới P inc đưa vào mạch TEST này. Một khi đã biết công suất P inc và |S 11 | ta có thể tính công suất phản xạ P ref như sau (7) inc11ref PSP = Lưu ý rằng P inc , P ref và P phải là các giá trị tuyến tính. ON Do đó, công suất P ON cần thiết để kích thích phát sáng đèn (lên trạng thái ON) có thể được rút ra như sau ref nc iON PPP − = oảng 30.5 dBm. |S 11 | = 0.34 ở tần số 83.5 MHz. Từ (7) và (8), P ON tính được xấp xỉ 0.73 W. V. K g kích thích cho bộ cộng hưởng rubi với hiệu suất cao, kích thước nhỏ, công suất tiêu thụ thấp. 4N Rev. 2 2/2007. for Wireless Solutions, Volume II, active circuits and rebennikov, RF and Microwave Transistor Oscillator Design, John Wiley & Sons Ltd, 2007. eory and Techniques, IEEE Transactions onVolume 47, Issue 12, Dec 1999 Page(s): 2534 – 2538 ♦ (8) Từ phép đo, P inc xấp khỉ kh ẾT LUẬN Sản phẩm mẫu bộ dao động đèn rubi hiệu suất cao (trên 73%) sử dụng từ trường để kích thích đã được thiết kế và chế tạo thành công tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển R&D – công ty ARtech – Hàn Quốc. Kết quả đo cho thấy công suất DC tiêu thụ cực thấp (0,6 W) là đèn đã phát sáng. Sở dĩ như vậy là do hoạt động OOK (On-Off keying) của transistor hoạt động ở lớp E tạo ra các gói sóng không liên tục (non-CW) ở tần suất thấp. Tuy nhiên, tùy theo cường độ sáng yêu cầu bởi bộ cộng hưởng nguyên tử Rubi (Rubidium resonance cell) được chiếu để kích thích nguyên tử lên trạng thái bền vững mà công suất DC yêu cầu đối với bộ dao động có thể tăng lên tương ứng. Hơn nữa, ta có thể điều chỉnh mức điện áp phân cực để tránh hiện tượng điều chế OOK xuất hiện, nhưng khi đó bộ dao động sẽ chuyển chế độ (lớp) hoạt động và hậu quả là tiêu thụ công suất tăng lên, làm giảm hiệu suất chuyển đổi DC-RF. Phát triển tiếp theo loại dao động đèn này có thể đòi hỏi thực hiện nhiều phép đo kiểm hơn nữa khi tích hợp nó vào phần còn lại của bộ dao động nguyên tử rubi để chắc chắn rằng nó hoạt động tốt, đảm đương được vai trò của nó là mạch phát ánh sán Tài liệu tham khảo [1]. Freescale Semiconductor, Technical Data. Document number MW6S00 [2]. Symmetricom, Rubidium Keeps Signal Stable. Article Reprint, 2004. [3] Nathan O. Sokal, Class E RF power Amplifiers. QEX, Jan/Feb 2001, pp. 9-20. [4]. Les Besser. Practical RF circuit Design systems. Artech House, Inc. 2003. pp. 338-361 [5]. Agilent, Oscillator DesignGuide manuals. Online materials, 2008 [6]. Andrei G pp 165-170. [7]. Zirath, H.; Rutledge, D.B., An LDMOS VHF class E Power Amplifier using a high Q novel variable Inductor, Microwave Th . báo giới thiệu thiết kế bộ dao động công suất 83 MHz lớp E hiệu suất cao dùng kích thích đèn rubi trong các đồng hồ Nguyên tử Rubi – đồng hồ có độ chính xác và ổn định rất cao sử dụng làm các. THIẾT KẾ BỘ DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT RF LỚP E DÙNG KÍCH THÍCH ĐÈN RUBI TRONG CÁC ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ RUBI Th.S NGHIÊM XUÂN ANH Bộ môn Kỹ thuật Viễn thông Khoa Điện – Điện tử Trường Đại. prototype of this oscillator has been designed, fabricated and measured successfully and shown to have a very high efficiency of more than 73%, satisfying the requirements for a small-sized, high-efficiency