自动电平控制正弦波18MHz 稳定振荡器的设计

这个最新设计实例介绍了一种以少量无源器件来设计简单的高频LC振荡器的方法。但为获得最佳结果，稳定振荡器的实际硬件设计需要更多的器件且更为复杂。图1显示一种具有自动电平输出幅度控制以及能提供具有较低谐波含量正弦波输出缓冲的18MHz稳定振荡器（参考文献2）。此外，本设计实例还用英飞凌科技公司(Infineon Technologies)的廉价BF998型双栅极 MOSFET 替换了原来的JFET振荡器，该双栅极 MOSFET可从 DigiKey 及其它公司购买。

　　该电路的核心包括一个哈特雷(Hartly)振荡器Q₁。为减小负载，用一个10kΩ的电阻器将Q₁的源极输出耦合至源极跟随器JFET Q₂的高输入阻抗栅极上。然后，Q₂驱动BJT（双极型晶体管） 射极跟随器Q3，该跟随器反过来又驱动 BJT 放大器Q₄。环形磁芯变压器T₁将Q₄的输出耦合至50Ω负载，以提供2.61Vp-p或12.3 dBm。Spice电路仿真预计有一个幅度低于基频35dB的二次谐波。二次谐波幅度超过所有更高次的谐波幅度，且示波器测量显示出50Ω负载两端的看上去很干净的正弦波。

　　为给放大器提供良好的端接并仍可获得7.3 dBm（1.47 Vp-p），例如，要驱动一个二级管环形混频器，您可以在输出变压器T₁与负载之间插入一个 50Ω的 5dB垫片。电阻R₂ 用于调整射频输出电平，且为了提高稳定性，您还可以用低温度系数金属膜固定电阻器组成的固定电阻分压器来取代R₂。Q₄集电极的部分信号通过C₇及R₉驱动JFET源极跟随器Q₅的栅极。二极管 D₁对信号进行整流，该信号通过滤波后输入运放IC₁的反相输入端。电阻器R₁与低温度系数电位器R₂将12V电源分路，来给IC₁的正向输入端提供一个直流参考电压，并设定输入信号的电平。滤波后，IC₁的直流输出驱动Q₁的栅极₂，以设定器件的增益进而控制射频输出。

　　可用连接至线圈L₁中心抽头的微调电容C₁₈来精确调整振荡器的频率。如果频率稳定性的降低程度可以接受，则可以用低成本的陶瓷微调器来代替C₁₈。活塞型微调器价格相当昂贵且不如陶瓷微调器容易得到，但典型陶瓷微调器所展现出的温度系数至少要比活塞型微调器差一个数量级。为使振荡器在18MHz以外频率下工作，可将 L₁的电感与C₁₂、C₁₃、C₁₆、C₁₇及C₁₈增大18/f_OSC2倍。其中，f_OSC2为新的MHz频率。调整Q₁源极连接的抽头，以便将其保持在从电感接地端开始的线圈总数的大约 20% 处。

　　您可以用一个13pF的电容器来代替由 C₁₂及C₁₃组成的串联电容器组，并可用一个2.5pF的电容器来代替C₁₄与C₁₅。如果您想要重新设计电路以获得不同输出频率，则可调整C₁₄与C₁₅或其单个电容器替换的电容值，以得到足够的电容量来确保在所有预期工作条件下能可靠地启动。但还应注意，使用两个电容器C16和C17与使用温度稳定（NP0 特性）的陶瓷介质电容器C₁₂至C₁₇一样，有助于减少启动漂移。缓冲放大器Q₂至Q₄需要进行改动，以便在大约 25 MHz以上的频率工作。

　　经过良好调整的外部直流电源（图中未绘出）可为电路提供 12V、-12V及8V 电压。为维持高度稳定并保持 Q₁的 12V 最大漏－源电压指标，振荡器只能使用8V电源。在22℃恒定环境温度下并使用规定元件，在经过最初10分钟预热后，振荡器频率在1小时内的平均漂移速率为每分钟-2~-3 Hz。