具有自動電平控制及干凈正弦波輸出的18MHz 穩(wěn)定振蕩器

這個最新設(shè)計實例介紹了一種以少量無源器件來設(shè)計簡單的高頻LC振蕩器的方法。但為獲得最佳結(jié)果，穩(wěn)定振蕩器的實際硬件設(shè)計需要更多的器件且更為復(fù)雜。圖1顯示一種具有自動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)計實例還用英飛凌科技公司(Infineon Technologies)的廉價BF998型雙柵極 MOSFET 替換了原來的JFET振蕩器，該雙柵極 MOSFET可從 DigiKey 及其它公司購買。
　　該電路的核心包括一個哈特雷(Hartly)振蕩器Q₁。為減小負(fù)載，用一個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BJT（雙極型晶體管） 射極跟隨器Q3，該跟隨器反過來又驅(qū)動 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)計有一個幅度低于基頻35dB的二次諧波。二次諧波幅度超過所有更高次的諧波幅度，且示波器測量顯示出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)動一個二級管環(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 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取代R₂。Q₄集電極的部分信號通過C₇及R₉驅(qū)動JFET源極跟隨器Q₅的柵極。二極管 D₁對信號進(jìn)行整流，該信號通過濾波后輸入運放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，來給IC₁的正向輸入端提供一個直流參考電壓，并設(shè)定輸入信號的電平。濾波后，IC₁的直流輸出驅(qū)動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)器來代替C₁₈?；钊臀⒄{(diào)器價格相當(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)器差一個數(shù)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(diào)整Q₁源極連接的抽頭，以便將其保持在從電感接地端開始的線圈總數(shù)的大約 20% 處。
　　您可以用一個13pF的電容器來代替由 C₁₂及C₁₃組成的串聯(lián)電容器組，并可用一個2.5pF的電容器來代替C₁₄與C₁₅。如果您想要重新設(shè)計電路以獲得不同輸出頻率，則可調(diào)整C₁₄與C₁₅或其單個電容器替換的電容值，以得到足夠的電容量來確保在所有預(yù)期工作條件下能可靠地啟動。但還應(yīng)注意，使用兩個電容器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，有助于減少啟動漂移。緩沖放大器Q₂至Q₄需要進(jìn)行改動，以便在大約 25 MHz以上的頻率工作。
　　經(jīng)過良好調(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)過最初10分鐘預(yù)熱后，振蕩器頻率在1小時內(nèi)的平均漂移速率為每分鐘-2~-3 Hz。