高频振荡电路的设计与制作.docx
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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10M~20MHz。
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10M~20MHz，振荡用线圈L为使用图5所示的HAMBand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）
4~6
3~1
3~2
FCZ3.5
3.5
220
9.4
70
7
20
10
FCZ7
7
120
4.6
80
5
14
7
FCZ14
14
70
1.85
75
4
12
6
FCZ21
21
40
1.45
95
3
10
5
FCZ28
28
30
1.1
90
3
8
4
FCZ50
50
15
0.68
100
2
6
3
在此为使用FCZ21-10S。
此一线圈端子①～③间的电感量L为1.45μH。
并联所连接的静电容量为使用AM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1~9V其电容量变化为500pF~20pF。
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，当加在可变电容二极上的逆向电压VR为2V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.l6MHz~30.0MHz。
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2SCl906（日立）。
图9所示的为2SC1906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47KΩ与连接在射极的1.5kΩ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（30M~300MHz）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50Ω电阻后，其输出阻抗也约为50Ω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。
线圈L为装入隔离盒内。
由于不使用⑵，④，⑥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Aβ＝l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Aβ>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Aβ＝1点小约20～30%之处。
（使用塑料制的螺丝起子,使振荡频率为10~12MHz。
）
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10M～20MHz。
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9M～10MHz。
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20M~30MHz。
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2V~16V时，振荡频率成为9M~24.5MHz。
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=12V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=2V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
A
90M~180MHz
发卡25mm
B
53M~100MHz
线径0.7mm2.5圈
C
33M~61MHz
线径0.7mm5.5圈
D
18M~34MHz
线径0.32mm10.5圈
E
10M~19MHz
线径0.32mm20.5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l0M~180MHz。
如果要得到更低的振荡频率，可以自己再试绕线圈。
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