专利名称：宽带电子振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一般的电子振荡器，尤其对科尔皮兹(COLPITTS)和克拉普(CLAPP)类型的电子振荡器的改善。
科尔皮兹(COLPITTS)和克拉普(CLAPP)振荡器是众所周知的在通讯领域有较好特性的振荡器，但是在超高频范围(500MHZ以上)的调谐线性、功率输出平滑性、嗓音特性就变得很差。现有技术中一直是接收有限的调谐范围，然后用多路振荡器覆盖宽频带，并用低频振荡器的滤波器和放大调和函数，得到令人满意的功率输出平滑性和噪音特性。
美国专利US1624537中论述科尔皮兹振荡器，拜尔(BELL)公司的美国专利US2225897中叙述的真空管的栅极和屏极的平行共振调谐电路之间，而电容在调谐电路的一侧与栅极之间，但是在反馈环中没有阻抗控制相位移。BLUM公司的美国专利US2756334中所述的平行共振调谐电路在真空管的栅极和屏极之间，而调谐电路的一侧与栅极之间有一电容，像BELL公司一样无法控制调谐电路反馈环中的相位移。
本实用新型的目的在于，避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种，谐振频段宽、振荡波线性好、噪音相移特性好并且功率输出平滑性的宽带电子振荡器。
本实用新型的目的是这样实现的，所述的宽带电子振荡器有一个调谐振荡电路、在反馈环中有一信号放大器，它还包括一个在科尔皮兹振荡器和克拉普振荡器中所设有的阻抗，这个附加的阻抗连接在放大器的反馈输出与谐振回路中的两个反馈信号分流电容器之间，另一阻抗连接在放大器的反馈输出端与地线之间。这个方案改善了振荡波段、振荡波的线性、嗓音相移性能并在超高频段(500MHZ以上)提供一个非常平滑的功率输出。
本实用新型所述的宽带电子振荡器由以下电路单元构成一个调谐振荡电路，包括一个电感器(L1)、一个主电容器(C1)、隔直流电容器(C2)和两个相互串联产生振荡波的反馈信号分流电容器(C3)、(C4)；一个信号放大器，包括一个带有三个电极的有源元件(A)，输入和反馈输出分别在所述三个电极中的两个电极上，所述放大器接在谐振电路的一个反馈环内，它包括其中一个所述反馈信号分流电容器(C3)；一个连接在所述反馈输出端(PO)与地线之间的第一阻抗，它可以是一个电阻器(R4)，一个由连接在所述反馈信号分流电容器(C3)、(C4)和反馈输出端之间的电抗构成的第二阻抗；连接在所述反馈信号分流电容器(C3)、(C4)和所述反馈输出之间的电容器(C5)，使产生于反馈环内反馈信号的相移基本维持在零度，电容器(C5)的阻抗在低频段相对第一阻抗具有高阻值，从而使低频率噪音消耗在第一阻抗内，以减少放大器输入、输出端振荡频率附近的噪音成分，并提高所述振荡电路中振荡源的Q值，由此改善谐振电路的稳定性。
所述调谐振荡电路中的第二阻抗的值，是按照分流电容器反馈信号的大小选择的，以使寄生相移和反馈信号中的寄生振荡效应降到最小；两个连接在所述放大器输入端的分压电阻器(R1)、(R2)；所述主电容器(C1)是一个调谐电容，尤其是一个变容二极管。
所述振荡器包括一个连接在所述变容二极管(C1)和所述输入端之间的隔直流电容器(C2)，电容器(C2)跨接在所述电阻器(R1)上，调整电容器(C2)与电阻器(R1)的阻抗，可对放大器的增益进行调节。
一个电压计时输入端(VT)，通过电阻器(R5)在所述变容二极管(C1)的阴极提供一个正的振荡电压，所述输入端(VT)还有一个RF(射频输出)旁路电容器(C6)。
所述有源元件(A)可以是一个晶体三极管。
一个功率输入端(VS)，通过电阻器(R3)将直流馈电压提供给所述的放大器。
一个通过交流耦合的耦合功率输出端(PO)，以及所述一个与所述放大器的功率输出端相连的阻抗匹配部分；一个连接在所述放大器与功率输出端(PO)之间的电容器(C9)，一个耦合到所述电容器(C9)和放大器功率输出接点的电感器(L2)，旁路电容器(C8)，其一端接所述电感器(L2)，另一端接地，从而使RF被旁路到地线；所述主电容器(C1)可以是两个串联的第一变容二极管(C1)、第二变容二极管(C10)，这两个变容二极管的阴极相连，直流回路电阻器(R5)连接第二变容二极管(C10)，第二变容二极管(C10)的阳极接地；所述主电容器(C1)可以是两个串联的第一变容二极管(C1)、第二变容二极管(C11)，这两个变容二极管的阴极相连，所述第二变容二极管(C11)的阳极接地，以加宽谐振频带；所述电感器(L1)、另一个反馈信号分流电容器(C4)、连接构成所述第二阻抗的元件、及放大器功率输出回路中的元件都属于传输线部分，这个传输线部分用于高频微波工作。
说明书附图
图1、本实用新型所提供的振荡器整体特征电路原理图；图2、对图1所示振荡器的部分电路原理图；图3、对图1所示振荡器的另一种改进电路原理图；图4、对图1所示振荡器的改进电路原理图；图5、是本实用新型所述振荡器传输线部分的电路原理图；图6、对图1所示振荡器功率输出替换部分的电路原理图；图7、对图1所示振荡器功率输出替换部分的另一方案原理图。
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步的说明图1所示为按照本实用新型的技术方案所提供的宽带电子振荡器一个实施例的整体特征电路原理图；本实施例所述的振荡器包括一个串联调谐振荡电路，该电路包含一主调谐振电感器L1，一个图中所示为变容二极管的主振荡电容器C1，一个隔直流电容器C2和反馈信号分流电容器C3、C4，如图所示的连接方式，当C1采用变容二极管时，电容器C2就可有可无了。电感器L1的一端与电容器C1连接，另一端接地，分流电容器C4的一端接电容器C3、C4，另一端接地。
电感器L1为振荡电路的感应元件，可以是一个可变电感器，用以改变振荡电路的谐振频率。在这个例证中电容C1是一个固定值，最好不设置C2。感应元件也可以是空腔谐振器或晶体谐振器，除了设有较宽谐振范围，晶体谐振器具有类似的效果。然而与其它晶体振荡器相比其调谐范围较宽。
调谐的直流电压输入端VT通过电阻器R5连接到调谐电容器C1的负极，尤其是输入端VT提供一个正调谐电压在变容二极管C1的负极。电阻器R5是高阻值电阻器，以不负载振荡器的Q值。电阻器R5可以是一个RF(射频)扼流圈、高阻抗元件，比如晶体管，另一个具有高RF阻抗和控制直流电压的网络。
RF旁路电容器C6连接到输入端VT，C6的另一端接到地，作为低通滤波器滤掉所有的RF信号。电容C6在振荡频率最小时具有低阻抗，而在期望的调制频段时具有高阻抗。
用于维持振荡电路中的反馈环，包括反馈信号分流电容器C3、放大器A、连接在电容器C3、C4之间的节点D，与放大器A的反馈输出节点E的阻抗电容器C5。如图所示，放大器A是一个有源元件，确切地说是一个NPN晶体管，它的基极和发射极连接在反馈环中。可以用其它有源元件，例如FET或真空管代替晶体管，现有技术中的科耳皮兹振荡器，在电容器C5的位置采取连接或短接的连接方式，其结果性能较差。
作为反馈输出阻抗的电阻器R4，如图1所示它连接在放大器反馈输出端，晶体管发射极的节点E并接线。电阻器R4可以用扼流圈、输出变压器、滤波器或其它RF频段呈高阻抗的网络，以及控制直流偏压的阻抗代替。
直流电压源由VS端引入，通过电阻器R3和电感器L2与晶体管A的集电极连接，为集电极提供直流馈压。电阻器R1一端与电感器L2连接，另一端接到晶体管A的基极，电阻器R1和电感器L2连接在晶体管A的基极与集电极之间。电阻器R2的一端与晶体管的基极连接，另一端接地，这种结构选择了电阻器R1和R2的值为晶体管A提供合适的直流片偏压，所作的选择使产生的偏压值要足够大，以保证不降低谐振电路的Q值。电阻器R1和R2可以其它网络代替，比如扼流圈，也可以根据为晶体管提供合适偏压条件的具体要求而省略。
如图所示，功率输出可以从晶体管A的集电极获得。一个交流输出耦合与阻抗匹配连接晶体管的集电极和功率输出接头(PC)，后者包括一个连接在晶体管A的集电极和节点(PO)之间的电容器C9、一个与晶体管A的集电极耦合的电感器L2，以及一个RF旁路电容器C8，C8的一端连接到电感器L2、电阻器R1和R3，另一端接地，以提供一个RF地电平。
输出耦合与阻抗匹配可以用许多方法完成，包括将电感器L2改为扼流圈、电阻器、滤波器或其它使有源元件所要求的输出负载相匹配的网络。如图所示，负载L连接到(PO)端。当然，也可以从电路的其它部分获得取输出功率。
在本实施例中，跨接在节点D和E之间的电容器C5的电压，使反馈电路中接近谐振频率的噪音成分的幅度降低。借助于由接地的电容器C5和C4组成的分压器，可以选择使C4具有比科尔皮兹电路中所允许的值更大的值，这就进一步降低了噪音成分。
对在本实施例的电路进行测试的结果表明，与科尔皮兹振荡器相比，它在相近相位的噪音降低了6至10分贝。
另外，无论是电路中产生的或是来自外部源中的低频噪音成分，由于电容器C5与电阻器R4的组合产生的低通滤波作用，部分散逸到电阻器R4被过滤到地线。出现在节点E上的低频噪音源，受到反馈通道上通过较高阻抗的电容器C5和通过低得多的阻抗的电阻器R4接地的双重作用。因此，与低频噪音直接出现在谐振电路D节点的科尔皮兹振荡器比，在本电路中更多的低频嗓音在反馈通道被有效滤掉。
图2所示是对图1所示的振荡器电路的进一步改进，和图1相比有一个变容二极管C10与变容二极管C1串联，这两个变容二极管的负极连接在一起，直流回路电阻器R6与变容二极管C10的正极连接。该电路倾向于减小变容二极管(C1)中谐波的生成。
参见图3，变容二极管C11与变容二极管C1并联，C11与C1的负极连接在一起，而变容二极管C11的正极接地。在谐振频段的低端谐振电路并联方式工作，C1和C11共同作为主振电容器，C2的作用只是将能量耦到晶体管上，在谐振频率的高端，C11比电路中其它电容器的容量小很多，电路过渡到以C1作为主调谐电容的串联方式，使整体的调谐振荡波段得到加宽。
图4所示是一种修改过的振荡器电路，电容器C7一端接电阻器R4，附加的电容器C7对晶体管A进行调整，调整反馈阻抗使其获得独立。进一步讲，电容器C7改变振荡电路的Q值，其Q值是科尔皮兹振荡器的两倍。
对图5的进一步改进，是加入一个电感器C7在节点E和电阻器R4之间，以降低低频噪音的干扰，这个电感器可以选择一个谐振带以上的高阻抗和一个低频段的低电抗，电容器C7在低频段具有高电抗。该电路可以将振荡电路和晶体管A中的低频噪音短路，并防止放大器产生的噪音进入输出端，比如AM或FM的调制噪音。
图5所示是一个传输线部件TL1代替了电感器L1、传输线部件TL2代替电容器C4，而传输线部件TL3代替R4，同样TL4代替L2。这个线路适用于高微波频段。
图6所示为输出电路的替换件，功率输出端通过耦和电容器C14连接到电阻器R4。
图7所示为另一种功率输出的方案，它包括一个放大器电路，如图所示，发射极输出电路有一晶体管T与它的基极通过电容器C15耦合到电感器L1。分压电阻器R11连接在晶体管T的基极和VS端之间，偏压电阻器R12连接在晶体管T的基极和地线之间，电阻器R13连接在晶体管T发射极和地线之间。RF旁路电容器C16连接在电阻器R11和VS端的接点处，耦合电容器C17连接在晶体管T的发射极和输出端PO之间，负载L接输出端PO。
权利要求1.一种宽带电子振荡器，其特征在于它包括一个调谐振荡电路，包括一个电感器(L1)、一个主电容器(C1)、隔直流电容器(C2)和两个相互串联产生振荡波的反馈信号分流电容器(C3)、(C4)；一个信号放大器，包括一个带有三个电极的有源元件(A)，输入和反馈输出分别在所述三个电极中的两个电极上，所述放大器接在谐振电路的一个反馈环内，它包括其中一个所述反馈信号分流电容器(C3)；一个连接在所述反馈输出端(PO)与地线之间的第一阻抗，它可以是一个电阻器(R4)；一个由连接在所述反馈信号分流电容器(C3)、(C4)和反馈输出端之间的电抗构成的第二阻抗；一个连接在所述反馈信号分流电容器(C3)、(C4)和所述反馈输出之间的电容器(C5)；两个连接在所述放大器输入端的分压电阻器(R1)、(R2)。
2.根据权利要求1所述的宽带电子振荡器，其特征在于所述主电容器(C1)是一个调谐电容，尤其是一个变容二极管。
3.根据权利要求2所述的振荡器，其特征在于所述振荡器包括一个连接在所述变容二极管(C1)和所述输入端之间的隔直流电容器(C2)。
4.根据权利要求2所述的振荡器，其特征在于所述振荡器包括一个电压计时输入端(VT)，通过电阻器(R5)在所述变容二极管(C1)的阴极提供一个正的振荡电压，所述输入端(VT)还有一个RF(射频输出)旁路电容器(C6)。
5.根据权利要求1所述的宽带电子振荡器，其特征在于所述有源元件(A)可以是一个晶体三极管。
6.根据权利要求1所述的宽带电子振荡器，其特征在于所述振荡器包括一个功率输入端(VS)，通过电阻器(R3)将直流馈电压提供给所述的放大器。
7.根据权利要求1所述的宽带电子振荡器，其特征在于所述振荡器还包括一个通过交流耦合的耦合功率输出端(PO)，以及所述一个与所述放大器功率输出端相连的阻抗匹配部分。
8.根据权利要求7所述的振荡器，其特征在于所述的耦合匹配部分，包括一个连接在所述放大器与功率输出端(PO)之间的电容器(C9)，一个耦合到所述电容器(C9)和放大器功率输出接点的电感器(2)，一个旁路电容器(C8)，其一端接所述电感器(L2)，另一端接地。
9.根据权利要求1所述的宽带电子振荡器，其特征在于所述主电容器(C1)可以是两个串联的第一变容二极管(C1)、第二变容二极管(C10)，这两个变容二极管的阴极相连，直流回路电阻器(R5)连接第二变容二极管(C10)，第二变容二极管(C10)的阳极接地。
10.根据权利要求1所述的宽带电子振荡器，其特征在于所述主电容器(C1)还可以是两个串联的第一变容二极管(C1)、第二变容二极管(C11)，这两个变容二极管的阴极相连，所述第二变容二极管(C11)的阳极接地。
11.根据权利要求1所述的宽带电子振荡器，其特征在于所述电感器(L1)、另一个反馈信号分流电容器(C4)、连接构成所述第二阻抗的元件、及放大器功率输出回路中的元件都属于传输线部分。
专利摘要本实用新型所述的宽带电子振荡器,为一种调谐振荡器,它主要由电感器(L1)、主电容(C1)和两个相互串联产生振荡波的反馈信号分流电容器(C3)、(C4)组成。信号放大器(A)接在包括电容器(C3)的反馈环内,附加阻抗(C5)连接在信号放大器的反馈输出端和分流电容器(C3)、(C4)之间,附加阻抗(C5)用于改善调谐频段、谐振线性、相位噪音性能,并且提供了一种非常平滑的超高频功率输出。
文档编号H03B5/30GK2299422SQ98200129
公开日1998年12月2日 申请日期1998年1月6日 优先权日1998年1月6日
发明者约瑟夫·基瑟 申请人:大卫·席门