Wenzel恒定電抗壓控振蕩器技術介紹
來源：http://www.djbyg.com 作者：金洛鑫電子 2019年11月21
Wenzel恒定電抗壓控振蕩器技術介紹
Wenzel Associates,Inc創(chuàng)立于1978年,是自來美國的知名電子元器件制造商,旗下的產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晶振品牌生產的振蕩器產品大多數(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,輪船等產業(yè)長期合作.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,以下是相關的技術介紹.
這是一種非常寬范圍的壓控振蕩器,該振蕩器在整個復頻范圍內都具有良好的頻率和幅度穩(wěn)定性,而無需復雜的頻帶切換.應用包括寬拉鎖相環(huán)路,該環(huán)路包含一個連續(xù)調諧的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,網絡分析儀振蕩器在整個頻率范圍內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,因此該變容二極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,負載的Q和所得的電路穩(wěn)定性會降低.
一些設計并入了復雜的開關電路,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)調諧.變容二極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的調諧范圍,但是,發(fā)現(xiàn)這些電路具有無可救藥的不穩(wěn)定,有噪聲且表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象.由于鐵心磁化.
可以實現(xiàn)VCO設計中的一種新方法,即恒定電抗VCO(CRVCO),它顯示了僅變容二極管調諧VCO的穩(wěn)定性,同時提供了變容二極管/可飽和堆電抗器VCO的寬連續(xù)調諧范圍(7.5至1).通過在跟蹤調諧變容二極管的反饋系統(tǒng)中積極保持電感的電抗恒定,可以在整個頻率范圍內保持高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磁芯的磁導率會損失,而Q值不會顯著變化.此CRVCO采用改良的Wabash磁簧繼電器(PIN:208-31-1),并用軟鐵棒代替開關,將飽和磁場導向VCO.線圈,在Ferroxcube磁芯上使用7匝30號規(guī)格的導線(零件號: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,是因為它包含一個自動增益控制,可以精確設置儲能器兩端的電壓,從而可以通過測量其電流來確定電感的電抗.通過將線圈的接地端連接到接地基極級的集電極上的合成地面來計量該電流.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.
一旦檢測到,電感器電流將產生一個直流電壓,該直流電壓在施加到TL431分流調節(jié)器的參考引腳之前,先由一個50千歐的電位器縮放.在這種獨特的應用中,TL431將電流調制到其陰極,以將基準引腳保持在2.5伏直流電.
隨著向變容二極管施加的電壓增加,VCO貼片晶振的頻率開始上升,這使得電感器電流開始下降.由于電感器電流的下降表現(xiàn)為檢測器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,從而導致陰極吸收更多的電流.通過電磁鐵的更多電流會增加可飽和鐵心電抗器的飽和度,從而降低其電感,使電流恢復到預設水平,從而滿足反饋環(huán)路.
補償網絡由620歐姆電阻與0.001CIF電容器串聯(lián)組成,可確保TL431的頻率響應慢于電磁鐵的頻率響應,以實現(xiàn)良好的環(huán)路穩(wěn)定性.性能數(shù)據(jù)CRVCO具有1伏至24伏的調諧電壓,可從20MHz調諧到150MHz-令人難以置信的7.5到1的調諧比!輸出平坦度幾乎令人印象深刻,端到端幾乎檢測不到-+0.04dBm.
圖1.20MHz至150MHzCRVCO.
圖2.CRVCO的照片.
接地基極級和MMIC級的綜合性能在可飽和堆芯電抗器的電抗調節(jié)能力方面起著至關重要的作用.該跨阻放大器在400MHz時很有用.這種CRVCO的實現(xiàn)方式不僅限于高調諧應用.小比例設計仍可從其固有的穩(wěn)定性中受益.跟蹤可飽和堆反應器的其他應用包括具有固定諧振頻率的高Q跟蹤濾波器或儲罐,它們會改變組件的電抗.該技術的有識之士的應用應會帶來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介紹
Wenzel Associates,Inc創(chuàng)立于1978年,是自來美國的知名電子元器件制造商,旗下的產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晶振品牌生產的振蕩器產品大多數(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,輪船等產業(yè)長期合作.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,以下是相關的技術介紹.
這是一種非常寬范圍的壓控振蕩器,該振蕩器在整個復頻范圍內都具有良好的頻率和幅度穩(wěn)定性,而無需復雜的頻帶切換.應用包括寬拉鎖相環(huán)路,該環(huán)路包含一個連續(xù)調諧的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,網絡分析儀振蕩器在整個頻率范圍內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,因此該變容二極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,負載的Q和所得的電路穩(wěn)定性會降低.
一些設計并入了復雜的開關電路,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)調諧.變容二極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的調諧范圍,但是,發(fā)現(xiàn)這些電路具有無可救藥的不穩(wěn)定,有噪聲且表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象.由于鐵心磁化.
可以實現(xiàn)VCO設計中的一種新方法,即恒定電抗VCO(CRVCO),它顯示了僅變容二極管調諧VCO的穩(wěn)定性,同時提供了變容二極管/可飽和堆電抗器VCO的寬連續(xù)調諧范圍(7.5至1).通過在跟蹤調諧變容二極管的反饋系統(tǒng)中積極保持電感的電抗恒定,可以在整個頻率范圍內保持高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磁芯的磁導率會損失,而Q值不會顯著變化.此CRVCO采用改良的Wabash磁簧繼電器(PIN:208-31-1),并用軟鐵棒代替開關,將飽和磁場導向VCO.線圈,在Ferroxcube磁芯上使用7匝30號規(guī)格的導線(零件號: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,是因為它包含一個自動增益控制,可以精確設置儲能器兩端的電壓,從而可以通過測量其電流來確定電感的電抗.通過將線圈的接地端連接到接地基極級的集電極上的合成地面來計量該電流.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.
一旦檢測到,電感器電流將產生一個直流電壓,該直流電壓在施加到TL431分流調節(jié)器的參考引腳之前,先由一個50千歐的電位器縮放.在這種獨特的應用中,TL431將電流調制到其陰極,以將基準引腳保持在2.5伏直流電.
隨著向變容二極管施加的電壓增加,VCO貼片晶振的頻率開始上升,這使得電感器電流開始下降.由于電感器電流的下降表現(xiàn)為檢測器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,從而導致陰極吸收更多的電流.通過電磁鐵的更多電流會增加可飽和鐵心電抗器的飽和度,從而降低其電感,使電流恢復到預設水平,從而滿足反饋環(huán)路.
補償網絡由620歐姆電阻與0.001CIF電容器串聯(lián)組成,可確保TL431的頻率響應慢于電磁鐵的頻率響應,以實現(xiàn)良好的環(huán)路穩(wěn)定性.性能數(shù)據(jù)CRVCO具有1伏至24伏的調諧電壓,可從20MHz調諧到150MHz-令人難以置信的7.5到1的調諧比!輸出平坦度幾乎令人印象深刻,端到端幾乎檢測不到-+0.04dBm.
圖1.20MHz至150MHzCRVCO.
圖2.CRVCO的照片.
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