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一個新穎的振蕩器結構分析
來源: 日期:2013-12-14 9:28:02 人氣:標簽:
本例提出了一個新穎的振蕩器結構。它使用一個串聯lc(電感-電容)儲能電路,使調諧范圍大于采用并聯lc方式的電路。這種振蕩器結構能夠獲得寬的頻率區間,明顯超過 好的寬帶調諧變容二極管性能。工程師們都認為現有水平的vco(壓控振蕩器)能夠覆蓋一個倍頻程。這種結構可實現4:1的輸出頻率。只用lc儲能電路就能設定這個頻率,因此其它元件的寄生電容不會限制輸出頻率。與標準振蕩器不同的是,此電路在頻率極限處也能良好地工作。
乍看去,振蕩器的中心結構像是構成鎖存scr(硅控整流管)結構的兩只晶體管(圖1)。該結構類似于一支晶閘管,但增加的衰減電阻使電路保持在線性工作模式。電阻使這只"scr"的增益小于1,并直流穩定。在諧振頻率處,串聯調諧的儲能電路將增益升高到1以上,使電路振蕩。振蕩不需要輔助元件,電感與電容之間的結點沒有其它連接,這意味著只靠用作電容的變容管就決定了調諧范圍。頻率的變化是按調諧元件的平方根。頻率要改變兩倍,調諧電容就要改變四倍。
圖1,振蕩器的核心是兩只晶體管與一個串聯lc儲能電路。增益控制電阻增加了衰減,因此晶體管工作在線性區間而不是鎖存區。
與并聯lc儲能電路不同,諧振電流通過的是有源元件,因此受到限制。這個限制轉而也意味著調諧元件上出現的交流電壓很小,一般不到100mv.小信號減少了電路的非線性效應,以及信號在變容管上自偏效應的影響。變容管上可以使用小至0.3v的控制電壓。如果使用一只1μh電感,則電路用4.7pf~4.7μf范圍(比率為106:1)的電容值都能起振。
具體設計時,lc儲能電路移至pnp晶體管q2的射極(圖2)。較低速的pnp管產生了較大的相位差,更有利于振蕩。l2和c2連接到電源軌的一個公共點,更強調了這部分電路布局的重要性。振蕩器通過c2和c4檢測調諧的電路,回路中所有東西都會給l2增加不可控的寄生值。這些寄生值會影響agc(自動增益控制)動作,降低了振蕩器的性能和精度。
圖2,具體設計時,將lc儲能電路移至pnp晶體管。變容二極管d7和d3提供電容,l2是電感。
q1與相應的元件實現agc.并聯lc振蕩器允許有信號的削波,但對這種串聯lc電路,如果信號過大致削波,就會退化成為一個多諧振蕩器。agc伺服動作具有提供一致性輸出幅度的額外優點。d5用于建立一個0.6v直流偏壓。r11和r12構成一個電壓梯度,產生一個接近于肖特基二極管d6正向壓降的直流偏壓。這個偏壓使d6工作為一個更完美的小信號輸出整流器。c8對整流后的信號做積分,成為一個與電路輸出幅度成正比的直流電壓。這個直流信號通過一個由r15與c8構成的濾波器,加在agc放大器ic1上。運放對送給電路的a-ctrl輸入幅度信號做濾波直流信號的伺服控制。這個信號能夠將輸出幅度設為0v~1v.
在本例中,輸出幅度為0.9v.頻率范圍從35mhz~140mhz,比率為1:4,這是普通高性能vco的兩倍,需要電容比增加4位。總電容比為1:16,正好與變容二極管自身相等。由于有agc,在輸出區間的 小(圖3)和 大(圖4)頻率上都有很好的正弦波質量。
圖3,在35mhz和0.9v輸出時,振蕩器產生高質量的正弦波。
圖4,在142mhz和0.9v時,輸出仍然干凈且穩定,這要歸功于agc電路。
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