壓控振蕩電路的設計

1、壓控振蕩電路的設計方案設計能實現VCO功能的電路很多，常用的有分立器件構成的振蕩器和集成壓控振蕩器。如串聯諧振電容三點式電路、壓控晶體振蕩器，積分施密特電路、射級耦合多諧振蕩器、變容二極管調諧LC振蕩器和數字門電路等兒種。它們之間各有優(yōu)缺點，下而做簡耍分析，并選擇最合適的方案。方案一：分立器件組成的壓控振蕩器串聯諧振電容三點式電路（乂稱克拉潑電路）具有輸出波形、穩(wěn)定性較好,頻率調節(jié)較為方便。壓控晶體振蕩器由丁晶體的Q值高、老化效應小和溫度系數較小等特點，而具有較高的短期和長期頻率穩(wěn)定度。壓控晶體振蕩器調諧的范圍在10數量級，調諧范圍很窄。為擴大壓控晶體振蕩器的調諧范圍，常采用串聯壓控晶體振蕩器

2、和任晶體上并接電感等方法，但都以犧牲振蕩器頻率穩(wěn)定度為代價。這兩種方法電路結構比較簡單，成本不高，但是調試不太方便，穩(wěn)定性不是很好。方案二：積分施密特觸發(fā)器型壓控振蕩器該類電路屬丁低頻寬帶通用形壓控多諧振蕩器。其中心頻率通過外接定時電容和電阻實現，電源電壓范圍較寬，優(yōu)點是線形度好，可控范圍寬，缺點是頻率穩(wěn)定度底，易受溫度和電源電壓變化的影響，最高工作頻率只有1MHz左右。方案三：射級耦合多諧振蕩型壓控振蕩器該類集成電路采用二極管作負載，Ud較小，采用對稱結構的三極管工作在共基接法,H接耦合正反饋較強,振蕩頻率較高，壓頻特性較好，且調整方便，輸出最高頻率可達155MHZo方案四：LC負阻型壓控振

3、蕩器下圖給出一個適宜于單片集成的變容二極管調諧的LC壓控振蕩器原理圖。電容由變容二級管C、振蕩回路zq振蕩頻率為：2訃+6式中，C；為外接回路電容，Cd為變容二極管電容。c.為變容二極管所呈現的電容，它的值為式中C。為坨=0時的基本電容為接觸電位，對硅變容二極管5.5O.7V,對硼化稼變容二極管VD1.11.2V.11為變容指數，與PN結阻擋層形狀有關，緩變結n03,突變結X0.5,超突變結nl.Ac為控制電壓，具體數值視各種管子而定?？梢?，fUd之間的關系不是線形的。壓控振蕩器的控制靈敏度在工程上可以由下式近似求得:Ko=（血/s？）這種振蕩器有眾多的集成電路存在，由丁采用ECL工藝，所以最

4、高工作頻率可以達到兒白MHz,且電路簡單，穩(wěn)定性好，調試方便。比較以上四種方案，從電路結構、穩(wěn)定性、頻率上限、調試難易程度、構建系統的費用等方面比較，方案四明顯優(yōu)于另三套方案。實現方案四的集成電路很多，在此，作者采用Motorala公司生產的LC負阻型壓控振蕩器MC1648,該芯片的使用較為廣泛，購買比較方便。其外部電路結構簡單、穩(wěn)定性好，故本系統采用采用這種結構。電路設計MC1648是單片集成的射極耦合振蕩器，輸出MECL電平。電路工作時，外接電感L和電容C的并聯諧振回路即可形成固定頻率的振蕩器。若外接變容二極管,控制變容管的直流偏置即可構成LC壓控振蕩器。MC1648的工作電源為5v或負5

5、.2VO最高工作頻率可達225MHz.兒種常見的變容管連接方式和相應的壓控特性見下圖，其中(a)(b)為單管連接，控制電壓加到變容管，其作用是限流。(c)采用雙管背對背連接，其工作頻率高，壓控特性也好，本系統采用此種結構。電路的5端為AGC。改變AGC的電位，則振蕩幅度改變，經放大輸出的波形也不一樣。通過AGC調節(jié)，電路可以輸出正弦波，也可以輸出方波。(c)HIPERCOMMBR1334Reu4ThisMaterialCopyriqhtedByItsRespectiveManufacturerMC164864564840322416nhsAoNUJnowHll.mdinoJ八r/Jf/0268

6、10L:MiaoKtelToroidalCore#T44-10,4twosofNo.22copperwire.1200*foutVjnJNPUTVOLTAGE(VOLTS)Figure6The1200ohmresistorandthescopetear(nationimpedanceconstMea25:1attenuatorprobe.CoaxshalbeCT-070-50orequivalent.NOTusedinnormaloperation.*Inputresistorandcaparefortestonly.TheyareNOTnecessaryfornormaloperalioc-

7、IAONmflo山圧mdino二g4110/ZC261L:MicroMelalToroidalCoreH44-10.20turnsolMo.22copperwire.Vin，INPUTVOLTAGE(VOLTS)Figure7The1200ohmresistoraridthescopetemwationimpedanceconstitutea25:1attenuatorprobe.CoaxshaHbeCT-070-50orequivalent.NOTusedinnormaloperation.I叩ulresistorandcaparetortestonly.TheyareNOTnecessar

8、yfornormaloperation.SooooooQ753197s41191(ZHW)AONUJnoUJHd50-JL:MicroMetalToroidalCore#T30-12,6turnsofNo.22copperwire./y/c?振蕩頻率由式f=來決定，Cs為變容管電容。由此式可知，2LCS耍想改變整個系統的輸出頻率，可以有兩種方法，可以改變電容的大小，也可以改變電感的大小，改變電容的大小就如圖中所示，通過變容二極管來實現，很適合電路H動完成，常作為壓控振蕩的受控元件；改變電感可以用波段開關來實現,從而達到擴充頻段的目的。由于條件所限，可供選擇的變容二極管只有2CC1,其最高工作頻

9、率為50MH乙并且變容比比較小，雖然作者采用比較好的電路結構來改善頻率輸出，最大頻率能達到68MHz,但前提條件是耍改變電感的大小。因此，為了得到較大的帶寬，可采用波段開關來選擇兩個不同的電感，電感由繼電器來選擇，繼電器由單片機來控制，因此，只要設置一個按鍵來選擇波段，就可達到擴寬頻帶的目的。振蕩器是系統產生頻率的關鍵，決定著輸出波形是否失真，以及輸出幅度的大小。因為是高頻電路，所以對電源的耍求比較高，常需要對電源進行處理才能，比如加電感電容來濾波，既可以防止工頻變壓器對振蕩器的干擾，也可以防止振蕩器通過電源對其他電路的干擾。在進行這些處理后，一般還耍加金屬屏蔽外罩，才有更好的效果。根據選用的

10、變容二極管2CC12B,其最大工作頻率為50MHz,由丁采用較合適的結構設計，本系統實際工作頻率為868MHz,輸出頻率范圍達60MHz,但是耍通過改變電感來實現。高頻功率放大器的設計利用寬帶變壓器作耦合回路的功率放大器稱為寬帶功率放大器，它不需要調諧回路，可在很寬的頻率范圍內獲得線性放大。但效率較低，一般只有20%左右。它通常作為發(fā)射機的中間級，以提供較大的激勵功率。利用選頻網絡作為負載的功率放大器稱為諧振功率放大器。根據放大器電流導通角Q的范圍，可以分為甲類、乙類、內類和丁類等功率放大器。電流導通角8越小，放大器的效率越高。如內類功放的690,但效率可達80%。丙類功率放大器常作為發(fā)射機的

11、末級，以獲得較大的輸出功率和較高的效率。高頻功率放大器常工作于乙類、丙類、丁類，由丁乙類功放效率低故不予采納；丁類功放雖然諧波輸出小、效率高，但由丁在開關轉換瞬間的器件功耗隨開關頻率的上升而加大，因此頻率上限受到限制2】頻率升高后，丁類放大器的效率下降，失去了相對于丙類放大的優(yōu)點，基丁上述理由，本系統采用丙類放大.（如圖所示）加大發(fā)射功率的方法最冇接的方法是適當提升電源電壓，題中已限制在+12V,已達極限.可使用高效的功放管，比普通功放管效率.為獲得較高的效率“及最大輸出功率P。，將功放的工作狀態(tài)選為臨界狀態(tài),取0=70.得集電極的等效負載電阻集電極基波電流振幅集電極電流脈沖的最大值lcm及其直流分量Ico,即=】