Wenzel恒定電抗壓控振蕩器技術(shù)介紹
來(lái)源：http://www.hhamai.cn 作者：金洛鑫電子 2019年11月21
Wenzel恒定電抗壓控振蕩器技術(shù)介紹
Wenzel Associates,Inc創(chuàng)立于1978年,是自來(lái)美國(guó)的知名電子元器件制造商,旗下的產(chǎn)品有石英晶體振蕩器,射頻模塊,頻率源,集成微波組件,HI-REL/MIL和空間等.其中以頻率組件為主,Wenzel晶振品牌生產(chǎn)的振蕩器產(chǎn)品大多數(shù)都是非常規(guī)的,但比一般的晶體振蕩器性能更高,與航空航天,空間站,飛機(jī),輪船等產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期合作.Wenzel公司研發(fā)的恒定電抗壓控振蕩器非常特殊,而且極其高端,以下是相關(guān)的技術(shù)介紹.
這是一種非常寬范圍的壓控振蕩器,該振蕩器在整個(gè)復(fù)頻范圍內(nèi)都具有良好的頻率和幅度穩(wěn)定性,而無(wú)需復(fù)雜的頻帶切換.應(yīng)用包括寬拉鎖相環(huán)路,該環(huán)路包含一個(gè)連續(xù)調(diào)諧的VCO,寬帶掃頻發(fā)生器在頻率范圍的高端具有良好的穩(wěn)定性,網(wǎng)絡(luò)分析儀振蕩器在整個(gè)頻率范圍內(nèi)具有非常平坦的輸出電平.
輻射寬范圍TVCO僅改變振蕩罐中的電容.由于工作頻率與電容的平方根成反比,因此該變?nèi)荻O管和電感的電抗隨頻率增加.因此,這些VCO已被限制為大約3:1的衰減比,并且在頻率范圍的末端,負(fù)載的Q和所得的電路穩(wěn)定性會(huì)降低.
一些設(shè)計(jì)并入了復(fù)雜的開(kāi)關(guān)電路,以隨著壓控晶體振蕩器頻率的增加選擇更合適的電感器.這樣的電路不能從一端到另一端連續(xù)調(diào)諧.變?nèi)荻O管與可飽和鐵芯電感器的組合也已被用于獲得優(yōu)于3到1的調(diào)諧范圍,但是,發(fā)現(xiàn)這些電路具有無(wú)可救藥的不穩(wěn)定,有噪聲且表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象.由于鐵心磁化.
可以實(shí)現(xiàn)VCO設(shè)計(jì)中的一種新方法,即恒定電抗VCO(CRVCO),它顯示了僅變?nèi)荻O管調(diào)諧VCO的穩(wěn)定性,同時(shí)提供了變?nèi)荻O管/可飽和堆電抗器VCO的寬連續(xù)調(diào)諧范圍(7.5至1).通過(guò)在跟蹤調(diào)諧變?nèi)荻O管的反饋系統(tǒng)中積極保持電感的電抗恒定,可以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)保持高Q值和異常恒定的輸出功率.
飽和鐵心電抗器由放置在普通電磁場(chǎng)中的鐵氧體環(huán)形電感器組成.隨著磁通量的增加,4C4磁芯的磁導(dǎo)率會(huì)損失,而Q值不會(huì)顯著變化.此CRVCO采用改良的Wabash磁簧繼電器(PIN:208-31-1),并用軟鐵棒代替開(kāi)關(guān),將飽和磁場(chǎng)導(dǎo)向VCO.線圈,在Ferroxcube磁芯上使用7匝30號(hào)規(guī)格的導(dǎo)線(零件號(hào):135T050-4C4).這種組合需要小于100mA的電流才能使電感完全飽和.
之所以選擇MC1648作為VCO,是因?yàn)樗粋€(gè)自動(dòng)增益控制,可以精確設(shè)置儲(chǔ)能器兩端的電壓,從而可以通過(guò)測(cè)量其電流來(lái)確定電感的電抗.通過(guò)將線圈的接地端連接到接地基極級(jí)的集電極上的合成地面來(lái)計(jì)量該電流.與發(fā)射極電流成正比的電壓出現(xiàn)在集電極上,被放大并被檢測(cè)到.低阻抗集電極電阻器和MMIC放大器提供非常平坦的寬帶響應(yīng).
一旦檢測(cè)到,電感器電流將產(chǎn)生一個(gè)直流電壓,該直流電壓在施加到TL431分流調(diào)節(jié)器的參考引腳之前,先由一個(gè)50千歐的電位器縮放.在這種獨(dú)特的應(yīng)用中,TL431將電流調(diào)制到其陰極,以將基準(zhǔn)引腳保持在2.5伏直流電.
隨著向變?nèi)荻O管施加的電壓增加,VCO貼片晶振的頻率開(kāi)始上升,這使得電感器電流開(kāi)始下降.由于電感器電流的下降表現(xiàn)為檢測(cè)器RF電壓的成比例下降,因此TL431的參考引腳上的電壓將試圖增大,從而導(dǎo)致陰極吸收更多的電流.通過(guò)電磁鐵的更多電流會(huì)增加可飽和鐵心電抗器的飽和度,從而降低其電感,使電流恢復(fù)到預(yù)設(shè)水平,從而滿足反饋環(huán)路.
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由620歐姆電阻與0.001CIF電容器串聯(lián)組成,可確保TL431的頻率響應(yīng)慢于電磁鐵的頻率響應(yīng),以實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)路穩(wěn)定性.性能數(shù)據(jù)CRVCO具有1伏至24伏的調(diào)諧電壓,可從20MHz調(diào)諧到150MHz-令人難以置信的7.5到1的調(diào)諧比!輸出平坦度幾乎令人印象深刻,端到端幾乎檢測(cè)不到-+0.04dBm.
圖1.20MHz至150MHzCRVCO.
圖2.CRVCO的照片.
接地基極級(jí)和MMIC級(jí)的綜合性能在可飽和堆芯電抗器的電抗調(diào)節(jié)能力方面起著至關(guān)重要的作用.該跨阻放大器在400MHz時(shí)很有用.這種CRVCO的實(shí)現(xiàn)方式不僅限于高調(diào)諧應(yīng)用.小比例設(shè)計(jì)仍可從其固有的穩(wěn)定性中受益.跟蹤可飽和堆反應(yīng)器的其他應(yīng)用包括具有固定諧振頻率的高Q跟蹤濾波器或儲(chǔ)罐,它們會(huì)改變組件的電抗.該技術(shù)的有識(shí)之士的應(yīng)用應(yīng)會(huì)帶來(lái)一些很有前途的電路解決方案.
Wenzel恒定電抗壓控振蕩器技術(shù)介紹
Wenzel Associates,Inc創(chuàng)立于1978年,是自來(lái)美國(guó)的知名電子元器件制造商,旗下的產(chǎn)品有石英晶體振蕩器,射頻模塊,頻率源,集成微波組件,HI-REL/MIL和空間等.其中以頻率組件為主,Wenzel晶振品牌生產(chǎn)的振蕩器產(chǎn)品大多數(shù)都是非常規(guī)的,但比一般的晶體振蕩器性能更高,與航空航天,空間站,飛機(jī),輪船等產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期合作.Wenzel公司研發(fā)的恒定電抗壓控振蕩器非常特殊,而且極其高端,以下是相關(guān)的技術(shù)介紹.
這是一種非常寬范圍的壓控振蕩器,該振蕩器在整個(gè)復(fù)頻范圍內(nèi)都具有良好的頻率和幅度穩(wěn)定性,而無(wú)需復(fù)雜的頻帶切換.應(yīng)用包括寬拉鎖相環(huán)路,該環(huán)路包含一個(gè)連續(xù)調(diào)諧的VCO,寬帶掃頻發(fā)生器在頻率范圍的高端具有良好的穩(wěn)定性,網(wǎng)絡(luò)分析儀振蕩器在整個(gè)頻率范圍內(nèi)具有非常平坦的輸出電平.
輻射寬范圍TVCO僅改變振蕩罐中的電容.由于工作頻率與電容的平方根成反比,因此該變?nèi)荻O管和電感的電抗隨頻率增加.因此,這些VCO已被限制為大約3:1的衰減比,并且在頻率范圍的末端,負(fù)載的Q和所得的電路穩(wěn)定性會(huì)降低.
一些設(shè)計(jì)并入了復(fù)雜的開(kāi)關(guān)電路,以隨著壓控晶體振蕩器頻率的增加選擇更合適的電感器.這樣的電路不能從一端到另一端連續(xù)調(diào)諧.變?nèi)荻O管與可飽和鐵芯電感器的組合也已被用于獲得優(yōu)于3到1的調(diào)諧范圍,但是,發(fā)現(xiàn)這些電路具有無(wú)可救藥的不穩(wěn)定,有噪聲且表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象.由于鐵心磁化.
可以實(shí)現(xiàn)VCO設(shè)計(jì)中的一種新方法,即恒定電抗VCO(CRVCO),它顯示了僅變?nèi)荻O管調(diào)諧VCO的穩(wěn)定性,同時(shí)提供了變?nèi)荻O管/可飽和堆電抗器VCO的寬連續(xù)調(diào)諧范圍(7.5至1).通過(guò)在跟蹤調(diào)諧變?nèi)荻O管的反饋系統(tǒng)中積極保持電感的電抗恒定,可以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)保持高Q值和異常恒定的輸出功率.
飽和鐵心電抗器由放置在普通電磁場(chǎng)中的鐵氧體環(huán)形電感器組成.隨著磁通量的增加,4C4磁芯的磁導(dǎo)率會(huì)損失,而Q值不會(huì)顯著變化.此CRVCO采用改良的Wabash磁簧繼電器(PIN:208-31-1),并用軟鐵棒代替開(kāi)關(guān),將飽和磁場(chǎng)導(dǎo)向VCO.線圈,在Ferroxcube磁芯上使用7匝30號(hào)規(guī)格的導(dǎo)線(零件號(hào):135T050-4C4).這種組合需要小于100mA的電流才能使電感完全飽和.
之所以選擇MC1648作為VCO,是因?yàn)樗粋€(gè)自動(dòng)增益控制,可以精確設(shè)置儲(chǔ)能器兩端的電壓,從而可以通過(guò)測(cè)量其電流來(lái)確定電感的電抗.通過(guò)將線圈的接地端連接到接地基極級(jí)的集電極上的合成地面來(lái)計(jì)量該電流.與發(fā)射極電流成正比的電壓出現(xiàn)在集電極上,被放大并被檢測(cè)到.低阻抗集電極電阻器和MMIC放大器提供非常平坦的寬帶響應(yīng).
一旦檢測(cè)到,電感器電流將產(chǎn)生一個(gè)直流電壓,該直流電壓在施加到TL431分流調(diào)節(jié)器的參考引腳之前,先由一個(gè)50千歐的電位器縮放.在這種獨(dú)特的應(yīng)用中,TL431將電流調(diào)制到其陰極,以將基準(zhǔn)引腳保持在2.5伏直流電.
隨著向變?nèi)荻O管施加的電壓增加,VCO貼片晶振的頻率開(kāi)始上升,這使得電感器電流開(kāi)始下降.由于電感器電流的下降表現(xiàn)為檢測(cè)器RF電壓的成比例下降,因此TL431的參考引腳上的電壓將試圖增大,從而導(dǎo)致陰極吸收更多的電流.通過(guò)電磁鐵的更多電流會(huì)增加可飽和鐵心電抗器的飽和度,從而降低其電感,使電流恢復(fù)到預(yù)設(shè)水平,從而滿足反饋環(huán)路.
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由620歐姆電阻與0.001CIF電容器串聯(lián)組成,可確保TL431的頻率響應(yīng)慢于電磁鐵的頻率響應(yīng),以實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)路穩(wěn)定性.性能數(shù)據(jù)CRVCO具有1伏至24伏的調(diào)諧電壓,可從20MHz調(diào)諧到150MHz-令人難以置信的7.5到1的調(diào)諧比!輸出平坦度幾乎令人印象深刻,端到端幾乎檢測(cè)不到-+0.04dBm.
圖1.20MHz至150MHzCRVCO.
圖2.CRVCO的照片.
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