高频振荡电路的设计与制作

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1、高频振荡电路的设计与制作1、振荡电路的分类集极调谐调谐型基极调谐1-射极调谐-哈特莱电路1-考毕弱电路振荡电路-固言振动子一振荡电路(水晶振动子，陶磁振动子)-RC振荡器皮尔斯AE电路-皮尔斯LB电路-射极回授电跻移相型Wi en. Bri dgege型其中的RC振荡电路是由电阻与电容所形成的调谐电路，因此，无法产生高谐波，不适合高频振荡电路。咼频振荡电路一般使用LC振荡电路，也即固态振荡电路。 2、振荡电路的特性在设计振荡电路时，必须注意以下的特性。 频率稳定度振荡电路特性的良否，是由频率稳定度决定的，此为振荡器的重要特性。关于频率的变动可以用以下 数值表示之。频率：经过时间的变动电源ON后

2、，随着时间的经过，所产生的频率变动。特别是，在热机(warm-up)时的变动最大。 频率温度系数：相对于温度变化时的频率变动，用ppm/C表示。频率：电源电压变动：电源电压变化时的频率变动，用%/V表示。输出位准的稳定度相对于时间，温度，电源电压的输出位准稳定度。振荡波形失真此为正弦波输出的失真率表示。如果为纯粹的正弦波时，失真率成为零。在高频率振荡电路中，除了上述特性以外，尚要考虑到在设计时的频率可变范围以及振荡频率范围。谐振电路v-O输出阻抗500團2 LC振落电歸的方块團(将哈特莱振落电掘的LC的匚采用可变电容二极体利用电压 控制振荡频率-又在振荡电路的输出飯阳加由电晶体所构成的舉行放大

3、器.)输出WR 50QZSC19CI6使拆荡电路不受 贡载的彫响睹特莱 般电路Tr1以电压控制j提荡频率3哈特莱型LC振荡电路的设计-制作哈特莱(Har tley)型的振荡电路。其振荡频率为10M20MHz。缓行放犬黑2SC1906Vari a p 电压电容C2K120UH22u0.01 u二4孙振Tr12SC1 906（日立）缓沖器T口2SC1 906 C 日立）1rx7SL12OUT INGNDo +-DC了1U1520V47k33k6S0p0.01U0.01 u47k500.01U输出_L 1SV149（东芝）2200.01 u2kFCZ TO线圈1.5k图37 LC振荡电路的构成L1V

4、BEVCE/由5LrU构成谐振电賂 假设L和1_2的骨成感应前L, 则12TT 丘假设LL, H的两端电压拘“ 即IE点为迅基准的电压Vb包与 叭的相位差齿1和度-（b ）在口，L2上的电:压为相逆相位團37時特菜振荡电路的枸成图4中的L1与L2间的相互电感为M时，其合成的电感量L成为L= L1+ L2+2M。如此，其振荡频率f是由振荡频率决定的。 此处，要满足振荡条件，反馈信号的相位必须与信号的相位为一致。假设合成电感量L所发生的电压为e,中间的接点E的左方线圈为L1,右方线圈为L2。此时，L1与L2所发生的电压虽然为同一方向，但是，如果以E点为基准，考虑到L1与L2的电压时, L1所发生的

5、电压相对于所发生的电压e成为逆相。因此，以接点E为基准，电压Vbe与Vce为逆相，也即是相位相差180。而Vbe为晶体管放大器的 输入信号，与输出信号Vce相位差l80。结果，相位差合计为 360，使反馈信号成为同相，达到产生振荡 的条件。振荡频率的决定由于设计的振荡频率为10M20MHz,振荡用线圈L为使 用图5所示的HAM Band线圈（FCZ研究所）中的一种。型号使用频段(MHz)谐振电容(pF)空载Q值线圈匝数(T)463132FCZ3.53.52209.47072010FCZ771204.6805147FCZ1414701.85754126FCZ2121401.45953105FCZ

6、2828301.190384FCZ5050150.68100263在此为使用FCZ21-10S。此一线圈端子间的电感量L为1.45 p H。并联所连接的静电容量为使用A M电子调谐所使用的可变电容二极管(varicap)1SVl49，其静电容量 值会随着所加入的电压大小而变化。在此，也可以使用相同特性的1SV100。1SV149(TOSHIBA)合成容量&肯可变电容二极管1SV149的特性如图6所示。由电压一电容量特性(VR对C特性)，可以知道加入逆电 压19V其电容量变化为500pF20pF。因此，在LC振荡电路中， 如图7所示，将可变电容二极管与680pF的电容Cs串联，当加在 可变电容二

7、极上的逆向电压VR为2 V时，其电容量为300pF,合 成电容量成为280pF，所以谐振频率fmin成为接着，如图(b)所示，将逆向电压VR=9V加在可变电容二 极管上，其合成电容量成为19.4pF。所以因此，振荡频率的可变范围为9.l6MHz30.0MHz。11SV1491SV100合成容量C为p _ EiSClx MDCl z nrU _ 680 +300 z谐振频率9.16MHz680x 20680 +20(a)掾低频率00盘高频率图7电路振荡频率的范围求法振荡级用的晶体管放大器图8所示的为实际所设计的哈特莱振荡电路。振荡电路的晶体管Trl为使用VHF频带放大用的2SC 1906(日立)

8、。图9所示的为2SC 1906的特性。f (交流电流放大率h成为1的频率)为1000MHz，足适合Tfe使用。此一振荡电路的工作原理点是由二个47KQ与连接在射极的1.5kQ电阻所决定的。在线圈与射极间 为连接可变电阻，以调整反馈量，选择最稳定的振荡点。图8哈特莱振荡电路的设计(所使用的晶体管fT为1000MHz，为VHF频带(30M300MHz)所使用将可变 电容器使用电容器代替时，便成为基本的哈特莱电路。 )mCsBEE C BVDE C B集极损失Pc=VCE x lc=6.7x3.53=23.7mV2SC1 906 Ic =3.53mA图3-T振荡频率的范围求法47k+12V2SC19

9、06(HITACHI)o.oiu47k1.5KVEG5.3V0.01 u VR2PackageTO-92 C*、八/、47k0 Olu-m MAX5.1mm MAXBottom ViewC1906缓冲器用的晶体管放大器如果将负载直接与振荡电路连接时，由于负载的变动，会影响到振荡频率。因此，经由缓冲放大器后13-10缓冲放犬器的设计缓冲器的输入阻抗较高，因此，可以经由CR串联电路与振荡电路连接。由于射随器的输出阻抗较低, 串联50Q电阻后，其输出阻抗也约为50Q而已。LC振荡器的制作图 11 所示的为所制作的印刷电路基板图面。oiTO.1SV1496S0PFoooVR10KO|2SC1906 O

10、 7SI2$C1906由于为直疣电压， 配线长IDs也没问 题口图坨频率调整用可变电阻的配线= 1 点小约线圈L为装入隔离盒内。由于不使用， 端子，因此不连接。将隔离外壳焊接在接地图样。频率调整用的可变电阻VR1为装设在基板上，由 于所调整的为直流电压，因此，即使装设位置离基板 远一些也没有影响。图 12 频率调整用可变电阻的配线 （利用加在可 变电容二极管上的直流电压，来改变LC振荡电路的C 值，以改变频率。由于为直流电压，因此，装设位置 离基板远一些，配线长一些也没有关系。 ）调整反馈量以使振荡稳定反馈量为利用半固定电阻VR2调整。将VR2往最 左侧调整，电阻值为最大，反馈量为最小，振荡可

11、能 会停止，此为AB =1之点。从此点往右侧调整，电阻值逐渐减小，反馈量逐 渐增加，当AB 1时，便开始发生振荡。可是，将VR2 调整至太小值时，反馈量增加太多，也会使波形发生 失真由图6所示的可变电容二极管的特性，可以看出振荡频率为最低时的可变电容二极管的电容量为最大； 但是，其 Q 值为最小，因此，在低频率时，几乎不会 发生振荡。所以，将振荡频率的最低点设在约10MHz,将VR2值调整在比开始发生振荡时的Ap 2030%之处。利用此电客器之值可 以改变 max/f m i 可变电容二极体电压图14所制作的LC振荡电路的频率与输出电压的关系=24.5MHz（a） fmjn=9.16MH2图3

12、-15分布电客量与电极间电容对实际振荡频率的影响470p2O0p/ /=30.0MHz（使用塑料制的螺丝起子 ,使振荡 频率为 1012MHz。）振荡频率范围的调整接着，如图13所示，调整振荡频 率可以为10M20MHz。首先，将 VR1 调整至最左端，使 加在可变电容二极管上的电压成为最 小。此时的电压约为2V,在此一状态 下调整线圈L,振荡频率为9M10MHz。接着，将 VR1 调整至最右端，使 加在可变电容二极管上的电压成为最 大的12V，确认此时的振荡频率为 20M30MHz。如果需要将振荡频率此 fmax/fmin 增 max/ min 大，可以将串联于可变电容二极管上 的电容器 6

13、80pF 增大。例如，增大为 1000pF。图14所制作的LC振荡电路的频率与输出电压的关系（加在可变电容二极管上的电压为2V16 V时， 振荡频率成为9M24.5 MHz。但是，输出电压的振幅也会随之变化。）所制作的LC振荡器的特性图14所示的为加在可变电容二极管上的电压VR与振荡频率f,以及输出Vo的特性。当VR=2V时，调 整振荡频率约成为9.0MHz，则在VR=12 V时，振荡频率约成为 24.5MHz。此与计算值比较，最低频率与计算值 fmin=9.16MHz（VR=2 V 时）相差不多，而在最高频率时与计算值 fmax=30.0MHz（ VR=9V 时）相差较多。实际的最高振荡频率

14、会此计算值较低的原因是如图 l5 所示，在电路中存在有配线与零件的分布电容 量，以及晶体管的电极间电容量。这些电容量合计约为 数 pF。计算值的fmax=30.0MHz,其谐振电路的容量 为19.4pF。如果并联这些电路图中看不到的数 pF电容量时，会使振荡频率比计算值低。基于此 道理，频率越高，分布电容的问题越显得突出而 不可忽视。再者分析图 14 所示的输出电压值为在无负 载时的缓冲放大器的输出电压。频率愈低时，振 荡输出电压会愈小。其理由是：在振荡频率低时， 也即是VR值很小时，可变电容二极管的Q值会 降低，使振荡电路的损失增大而降低其输出电压 值。图 15 在振荡电路上的分布电容量与电极间 容量的影响（在高频率电路或振荡电路中，元件 的电极间容量与分布容量，以及配线的杂散容 量，都会对于电路的工作原理有影响。 ）线圈种类频率范围线圈匝数A90