1、高频振荡电路的设计与制作高频振荡电路的设计与制作1、振荡电路的分类其中的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。高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，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/表示。频率：电源电压变动：电源电压变化时的频率变动，用%/V
2、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。哈特莱型LC振荡电路的设计-制作哈特莱(Hartley)型的振荡电路。其振荡频率为10M20MHz。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，L
3、1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)463132FCZ3.53.52209.47072010FCZ771204.680
4、5147FCZ1414701.85754126FCZ2121401.45953105FCZ2828301.190384FCZ5050150.68100263在此为使用FCZ21-10S。此一线圈端子间的电感量L为1.45 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lSV100。可变电容二极管lSV149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68
5、0pF的电容Cs串联，当加在可变电容二极上的逆向电压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 。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 l906(日立)。图9所示的为2SC 1906的特性。fT(交流电流放大率hfe成为1的频率)为1000MHz，足适合使用。此一振荡电路的工作原理点是由二个47
6、K与连接在射极的1.5k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。)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，经由缓冲放大器后再与负载连接。缓冲放大器为使用高输入阻抗的射随器。图l0所示的为缓冲放大器的电路设计。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50电阻后，其输出阻抗也约为50而已。LC 振荡
7、器的制作图11所示的为所制作的印刷电路基板图面。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，振荡可能会停止，此为Al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A
8、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A1点小约2030%之处。(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
9、。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增大，可以将串联于可变电容二极管上的电容器680pF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24.5MH
10、z。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
11、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。)各种线圈的数据线圈种类频率范围线圈匝数A90M180MHz发卡25mmB53M100MHz线径0.7mm 2.5圈C33M61MHz线径0.7mm 5.5圈D18M34MHz线径0.32mm 10.5圈E10M19MHz线径0.32mm 20.5圈线圈为采用外径为10mm的Styrol材质线圈筒，于其上面卷绕线圈。对于振荡频率的调整多少要使用cutandtry的方法。振荡频率愈高，圈数愈少，线圈的间隔愈广。在此使用5个线圈，可以涵盖l0M180MHz。如果要得到更低的振荡频率，可以自己再试绕线圈。
