具有自動(dòng)電平控制及干凈正弦波輸出的18MHz 穩(wěn)定振蕩器
[導(dǎo)讀]這個(gè)最新設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了一種以少量無(wú)源器件來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的高頻LC振蕩器的方法。但為獲得最佳結(jié)果，穩(wěn)定振蕩器的實(shí)際硬件設(shè)計(jì)需要更多的器件且更為復(fù)雜。
這個(gè)最新設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了一種以少量無(wú)源器件來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的高頻LC振蕩器的方法。但為獲得最佳結(jié)果，穩(wěn)定振蕩器的實(shí)際硬件設(shè)計(jì)需要更多的器件且更為復(fù)雜。圖1顯示一種具有自動(dòng)電平輸出幅度控制以及能提供具有較低諧波含量正弦波輸出緩沖的18MHz穩(wěn)定振蕩器（參考文獻(xiàn)2）。此外，本設(shè)計(jì)實(shí)例還用英飛凌科技公司(Infineon Technologies)的廉價(jià)BF998型雙柵極 MOSFET 替換了原來(lái)的JFET振蕩器，該雙柵極 MOSFET可從 DigiKey 及其它公司購(gòu)買(mǎi)。
該電路的核心包括一個(gè)哈特雷(Hartly)振蕩器Q1。為減小負(fù)載，用一個(gè)10kΩ的電阻器將Q1的源極輸出耦合至源極跟隨器JFET Q2的高輸入阻抗柵極上。然后，Q2驅(qū)動(dòng)BJT（雙極型晶體管） 射極跟隨器Q3，該跟隨器反過(guò)來(lái)又驅(qū)動(dòng) BJT 放大器Q4。環(huán)形磁芯變壓器T1將Q4的輸出耦合至50Ω負(fù)載，以提供2.61Vp-p或12.3 dBm。Spice電路仿真預(yù)計(jì)有一個(gè)幅度低于基頻35dB的二次諧波。二次諧波幅度超過(guò)所有更高次的諧波幅度，且示波器測(cè)量顯示出50Ω負(fù)載兩端的看上去很干凈的正弦波。
為給放大器提供良好的端接并仍可獲得7.3 dBm（1.47 Vp-p），例如，要驅(qū)動(dòng)一個(gè)二級(jí)管環(huán)形混頻器，您可以在輸出變壓器T1與負(fù)載之間插入一個(gè) 50Ω的 5dB墊片。電阻R2 用于調(diào)整射頻輸出電平，且為了提高穩(wěn)定性，您還可以用低溫度系數(shù)金屬膜固定電阻器組成的固定電阻分壓器來(lái)取代R2。Q4集電極的部分信號(hào)通過(guò)C7及R9驅(qū)動(dòng)JFET源極跟隨器Q5的柵極。二極管 D1對(duì)信號(hào)進(jìn)行整流，該信號(hào)通過(guò)濾波后輸入運(yùn)放IC1的反相輸入端。電阻器R1與低溫度系數(shù)電位器R2將12V電源分路，來(lái)給IC1的正向輸入端提供一個(gè)直流參考電壓，并設(shè)定輸入信號(hào)的電平。濾波后，IC1的直流輸出驅(qū)動(dòng)Q1的柵極2，以設(shè)定器件的增益進(jìn)而控制射頻輸出。
可用連接至線圈L1中心抽頭的微調(diào)電容C18來(lái)精確調(diào)整振蕩器的頻率。如果頻率穩(wěn)定性的降低程度可以接受，則可以用低成本的陶瓷微調(diào)器來(lái)代替C18?；钊臀⒄{(diào)器價(jià)格相當(dāng)昂貴且不如陶瓷微調(diào)器容易得到，但典型陶瓷微調(diào)器所展現(xiàn)出的溫度系數(shù)至少要比活塞型微調(diào)器差一個(gè)數(shù)量級(jí)。為使振蕩器在18MHz以外頻率下工作，可將 L1的電感與C12、C13、C16、C17及C18增大18/fOSC2倍。其中，fOSC2為新的MHz頻率。調(diào)整Q1源極連接的抽頭，以便將其保持在從電感接地端開(kāi)始的線圈總數(shù)的大約 20% 處。
您可以用一個(gè)13pF的電容器來(lái)代替由 C12及C13組成的串聯(lián)電容器組，并可用一個(gè)2.5pF的電容器來(lái)代替C14與C15。如果您想要重新設(shè)計(jì)電路以獲得不同輸出頻率，則可調(diào)整C14與C15或其單個(gè)電容器替換的電容值，以得到足夠的電容量來(lái)確保在所有預(yù)期工作條件下能可靠地啟動(dòng)。但還應(yīng)注意，使用兩個(gè)電容器C16和C17與使用溫度穩(wěn)定（NP0 特性）的陶瓷介質(zhì)電容器C12至C17一樣，有助于減少啟動(dòng)漂移。緩沖放大器Q2至Q4需要進(jìn)行改動(dòng)，以便在大約 25 MHz以上的頻率工作。
經(jīng)過(guò)良好調(diào)整的外部直流電源（圖中未繪出）可為電路提供 12V、-12V及8V 電壓。為維持高度穩(wěn)定并保持 Q1的 12V 最大漏－源電壓指標(biāo)，振蕩器只能使用8V電源。在22℃恒定環(huán)境溫度下并使用規(guī)定元件，在經(jīng)過(guò)最初10分鐘預(yù)熱后，振蕩器頻率在1小時(shí)內(nèi)的平均漂移速率為每分鐘-2~-3 Hz。
該電路的核心包括一個(gè)哈特雷(Hartly)振蕩器Q1。為減小負(fù)載，用一個(gè)10kΩ的電阻器將Q1的源極輸出耦合至源極跟隨器JFET Q2的高輸入阻抗柵極上。然后，Q2驅(qū)動(dòng)BJT（雙極型晶體管） 射極跟隨器Q3，該跟隨器反過(guò)來(lái)又驅(qū)動(dòng) BJT 放大器Q4。環(huán)形磁芯變壓器T1將Q4的輸出耦合至50Ω負(fù)載，以提供2.61Vp-p或12.3 dBm。Spice電路仿真預(yù)計(jì)有一個(gè)幅度低于基頻35dB的二次諧波。二次諧波幅度超過(guò)所有更高次的諧波幅度，且示波器測(cè)量顯示出50Ω負(fù)載兩端的看上去很干凈的正弦波。
為給放大器提供良好的端接并仍可獲得7.3 dBm（1.47 Vp-p），例如，要驅(qū)動(dòng)一個(gè)二級(jí)管環(huán)形混頻器，您可以在輸出變壓器T1與負(fù)載之間插入一個(gè) 50Ω的 5dB墊片。電阻R2 用于調(diào)整射頻輸出電平，且為了提高穩(wěn)定性，您還可以用低溫度系數(shù)金屬膜固定電阻器組成的固定電阻分壓器來(lái)取代R2。Q4集電極的部分信號(hào)通過(guò)C7及R9驅(qū)動(dòng)JFET源極跟隨器Q5的柵極。二極管 D1對(duì)信號(hào)進(jìn)行整流，該信號(hào)通過(guò)濾波后輸入運(yùn)放IC1的反相輸入端。電阻器R1與低溫度系數(shù)電位器R2將12V電源分路，來(lái)給IC1的正向輸入端提供一個(gè)直流參考電壓，并設(shè)定輸入信號(hào)的電平。濾波后，IC1的直流輸出驅(qū)動(dòng)Q1的柵極2，以設(shè)定器件的增益進(jìn)而控制射頻輸出。
可用連接至線圈L1中心抽頭的微調(diào)電容C18來(lái)精確調(diào)整振蕩器的頻率。如果頻率穩(wěn)定性的降低程度可以接受，則可以用低成本的陶瓷微調(diào)器來(lái)代替C18?；钊臀⒄{(diào)器價(jià)格相當(dāng)昂貴且不如陶瓷微調(diào)器容易得到，但典型陶瓷微調(diào)器所展現(xiàn)出的溫度系數(shù)至少要比活塞型微調(diào)器差一個(gè)數(shù)量級(jí)。為使振蕩器在18MHz以外頻率下工作，可將 L1的電感與C12、C13、C16、C17及C18增大18/fOSC2倍。其中，fOSC2為新的MHz頻率。調(diào)整Q1源極連接的抽頭，以便將其保持在從電感接地端開(kāi)始的線圈總數(shù)的大約 20% 處。
您可以用一個(gè)13pF的電容器來(lái)代替由 C12及C13組成的串聯(lián)電容器組，并可用一個(gè)2.5pF的電容器來(lái)代替C14與C15。如果您想要重新設(shè)計(jì)電路以獲得不同輸出頻率，則可調(diào)整C14與C15或其單個(gè)電容器替換的電容值，以得到足夠的電容量來(lái)確保在所有預(yù)期工作條件下能可靠地啟動(dòng)。但還應(yīng)注意，使用兩個(gè)電容器C16和C17與使用溫度穩(wěn)定（NP0 特性）的陶瓷介質(zhì)電容器C12至C17一樣，有助于減少啟動(dòng)漂移。緩沖放大器Q2至Q4需要進(jìn)行改動(dòng)，以便在大約 25 MHz以上的頻率工作。
經(jīng)過(guò)良好調(diào)整的外部直流電源（圖中未繪出）可為電路提供 12V、-12V及8V 電壓。為維持高度穩(wěn)定并保持 Q1的 12V 最大漏－源電壓指標(biāo)，振蕩器只能使用8V電源。在22℃恒定環(huán)境溫度下并使用規(guī)定元件，在經(jīng)過(guò)最初10分鐘預(yù)熱后，振蕩器頻率在1小時(shí)內(nèi)的平均漂移速率為每分鐘-2~-3 Hz。
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