自動(dòng)電平控制正弦波18MHz 穩定振蕩器的設計

這個(gè)最新設計實(shí)例介紹了一種以少量無(wú)源器件來(lái)設計簡(jiǎn)單的高頻LC振蕩器的方法。但為獲得最佳結果，穩定振蕩器的實(shí)際硬件設計需要更多的器件且更為復雜。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穩定振蕩器（參考文獻2）。此外，本設計實(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負載，以提供2.61Vp-p或12.3 dBm。Spice電路仿真預計有一個(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，且示波器測量顯示出50Ω負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，要驅動(dòng)一個(gè)二級管環(huán)形混頻器，您可以在輸出變壓器T₁與負載之間插入一個(gè) 50Ω的 5dB墊片。電阻R₂ 用于調整射頻輸出電平，且為了提高穩定性，您還可以用低溫度系數金屬膜固定電阻器組成的固定電阻分壓器來(lái)取代R₂。Q₄集電極的部分信號通過(guò)C₇及R₉驅動(dòng)JFET源極跟隨器Q₅的柵極。二極管 D₁對信號進(jìn)行整流，該信號通過(guò)濾波后輸入運放IC₁的反相輸入端。電阻器R₁與低溫度系數電位器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，并設定輸入信號的電平。濾波后，IC₁的直流輸出驅動(dòng)Q₁的柵極₂，以設定器件的增益進(jìn)而控制射頻輸出。

　　可用連接至線(xiàn)圈L₁中心抽頭的微調電容C₁₈來(lái)精確調整振蕩器的頻率。如果頻率穩定性的降低程度可以接受，則可以用低成本的陶瓷微調器來(lái)代替C₁₈?；钊臀⒄{器價(jià)格相當昂貴且不如陶瓷微調器容易得到，但典型陶瓷微調器所展現出的溫度系數至少要比活塞型微調器差一個(gè)數量級。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/f_OSC2倍。其中，f_OSC2為新的MHz頻率。調整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(xiàn)圈總數的大約 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。如果您想要重新設計電路以獲得不同輸出頻率，則可調整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)確保在所有預期工作條件下能可靠地啟動(dòng)。但還應注意，使用兩個(gè)電容器C16和C17與使用溫度穩定（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。為維持高度穩定并保持 Q₁的 12V 最大漏－源電壓指標，振蕩器只能使用8V電源。在22℃恒定環(huán)境溫度下并使用規定元件，在經(jīng)過(guò)最初10分鐘預熱后，振蕩器頻率在1小時(shí)內的平均漂移速率為每分鐘-2~-3 Hz。