不需要耦合电感器的Hartley振荡器

作者：JimMcLucas, Longmont, CO

欢迎访问e展厅 展厅 13 PCB/其它元器件展厅 PCB线路板, IGBT模块, PIM功率模块, 可控硅模块, 红外线接收头, ... 检查一个传统的Hartley振荡器电路就会注意到它的标志：一个带抽头的电感器，它用于确定振荡频率，并提供维持振荡的反馈。尽管可以方便地计算出某个额定频率所需的总感量，但要找到耦合系数k仍有很高技术难度，并且可能需要进行实验优化，也归为“分割试验”法。本设计实例给出了另一种替代等效电路，能在建立原型电路以前做出电路模型。 图1是Hartley振荡器的等效调谐电路，以及一个18MHz振荡器的元件值。对于等效电路，互感的公式为：LA=-LM；LB=L2-LA=L2+LM和LC=L1-LA=L1+LM。等效电路的其它公式如下： 不幸的是，实际等效电路需要一个负电感LA。但是，对于接近谐振频率f0的频率，可以用一只电容器代替负电感器（图1c），即用CA替换LA。注意等效电路忽略了寄生绕组的电阻与电容。 图2为采用等效电路的一个振荡器和输出缓冲器。此电路性能一般与初始Spice仿真的预期相同。在测试期间，需要修改多个元件的值，并重复进行多次的Spice分析才能完成最终设计。 振荡器的振荡回路包括LB、LC、C4和C5，以及分压器C6、C7和C8产生的电容（大约6pF），该电容包括Q1和Q2的输入电容和一些杂散电容。振荡回路总电容为66pF,接近计算值67pF。连接到调谐电路上的电容器采用具有NP0温度系数的陶瓷电介质型电容器。 电感器LB和LC采用空心线圈，它们在安装时轴线互成直角，以尽量减小寄生耦合。但是，振动会影响它们的电感量，在最终设计中，两个电感器都应包含电介质芯或环形芯上的绕组，因为环形线圈电感的温度系数适合于预期的应用。 参考文献1中的信息为两种电感器提供了基本设计，调整匝的间距就可使振荡器调谐到精确的18MHz。对于更严格的设计，可以在安装前测量电感器，但寄生效应可能需要对电感器做某些调整。 电容分压器C6、C7和C8为Q1和Q2施加适宜的信号电平。由于振荡回路“看”到的分压器有效电容总共只有6pF，因此，当设计要求一种可调振荡器时，可以用一只可变电容器代替C4和C5组成其余的60 pF。在本例中，如果振荡器需要大于±2MHz 的调谐范围，则由Q3及其相应元件构成的输出级可能需要作修改，以提供更高的带宽。 电容器C3将Q1的Gate2自举到其源极，提供额外增益，并使Q1 Gate1的输入电容减少到已很低的 2.1pF以下（参考文献2）。直流电阻小于2Ω的 8.3mH电感器L2连接到Q1的源极，在18 MHz 时表现出相对的高阻抗，并通过R3为Q1的源极提供一个对地直流路径。在18 MHz 时，L2的阻抗大约为940Ω的感抗与大约3.5 kΩ电阻并联组成，从而得到了一个极低Q值的扼流圈。假设其电感和感抗接近L2的原值，则可以为L2挑选一个实际尺寸较小的电感器。电感器L1的特性不太重要，但它应有4 ~ 6的低Q值，以及不大于5Ω的直流电阻值。在满足这些要求下，就能为L1选择一个标准值的扼流圈。 源跟随器Q2用于驱动输出级，它采用一种pi型匹配网络，在Q3集电极将50Ω输出负载转换为285Ω。Q2的Gate2自举该级输出电压的一半，就可增加源跟随器的增益和动态范围，并减小其输入电容。 可以用电位器R15调整电路的输出大小，在50Ω的负载上可以从约0.9VP_P调至1.5VP_P。在恒定的23℃左右室温下，频率保持稳定，即使输出上没有负载，控制输出的电路也能保持稳定。对于固定频率应用，输出电路的负载Q为4，提供了适当的带宽，减少了频率小幅变化时对输出电路重新调整的需求。 为使输出电平达到最大安全程度，在输出端连接一个50Ω负载，然后调整输出至1.5VP_P。从50Ω到无负载的所有情况下，Q1上的漏源电压都会保持在一个安全水平，即使输出电压随着负载电阻提高而增加。为避免超过Q1最大12V漏源额定电压值，不要在50Ω负载上将输出电压设为大于1.5V。注意齐纳二极管D1降低了Q1的漏极电压，以提供额外的安全裕度。 在以前的一个设计实例中，通过加在Q1 Gate2上的一个控制电压，用一只运算放大器和一个二极管整流电路设定了振荡器的增益（参考文献3）。在本设计中，一个简单的无源电路就完成了相同的功能。Q3集电极的一部分信号驱动一个由D2、D3、C20 和C21构成的倍压器。倍压器产生的一部分负电压驱动R18和C19的节点，即控制电压节点，它也从可变电阻器R15 ~ R17接收一个正电压，产生的电压设定输出信号电平。在启动时，Q1的 Gate 2上只有正电压，而Q1的最大增益很容易使振荡器起振。当输出达到稳定状态时，控制电压下降，使振荡维持在由输出电平控制所确定的信号水平。 参考文献 1. Reed, Dana G, Editor, "Calculating Practical Inductors," ARRL Handbook for Radio Communications, 82nd Edition, American Radio Relay League, 2005, pg 4.32. 2. "Practical FET Cascode Circuits, Designing with Field-Effect Transistors," Siliconix Inc, 1981, pg 79. 3. McLucas, Jim, "Stable, 18-MHz oscillator features automatic level control, clean-sine-wave output," EDN, June 23, 2005, pg 82.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/26/2007)