打破调谐范围记录的串联LC储能VCO

本例提出了一个新颖的振荡器结构。它使用一个串联LC（电感-电容）储能电路，使调谐范围大于采用并联LC方式的电路。这种振荡器结构能够获得宽的频率区间，明显超过最好的宽带调谐变容二极管性能。工程师们都认为现有水平的VCO（压控振荡器）能够覆盖一个倍频程。这种结构可实现4:1的输出频率。只用LC储能电路就能设定这个频率，因此其它元件的寄生电容不会限制输出频率。与标准振荡器不同的是，此电路在频率极限处也能良好地工作。

　　乍看去，振荡器的中心结构像是构成锁存SCR（硅控整流管）结构的两只晶体管（图1）。该结构类似于一支晶闸管，但增加的衰减电阻使电路保持在线性工作模式。电阻使这只SCR的增益小于1,并直流稳定。在谐振频率处，串联调谐的储能电路将增益升高到1以上，使电路振荡。振荡不需要辅助元件，电感与电容之间的结点没有其它连接，这意味着只靠用作电容的变容管就决定了调谐范围。频率的变化是按调谐元件的平方根。频率要改变两倍，调谐电容就要改变四倍。

图1,振荡器的核心是两只晶体管与一个串联LC储能电路。增益控制电阻增加了衰减，因此晶体管工作在线性区间而不是锁存区。

　　与并联LC储能电路不同，谐振电流通过的是有源元件，因此受到限制。这个限制转而也意味着调谐元件上出现的交流电压很小，一般不到100mV.小信号减少了电路的非线性效应，以及信号在变容管上自偏效应的影响。变容管上可以使用小至0.3V的控制电压。如果使用一只1μH电感，则电路用4.7pF~4.7μF范围（比率为106:1）的电容值都能起振。

　　具体设计时，LC储能电路移至PNP晶体管Q2的射极（图2）。较低速的PNP管产生了较大的相位差，更有利于振荡。L2和C2连接到电源轨的一个公共点，更强调了这部分电路布局的重要性。振荡器通过C2和C4检测调谐的电路，回路中所有东西都会给L2增加不可控的寄生值。这些寄生值会影响AGC（自动增益控制）动作，降低了振荡器的性能和精度。

图2,具体设计时，将LC储能电路移至PNP晶体管。变容二极管D7和D3提供电容，L2是电感。

　　Q1与相应的元件实现AGC.并联LC振荡器允许有信号的削波，但对这种串联LC电路，如果信号过大致削波，就会退化成为一个多谐振荡器。AGC伺服动作具有提供一致性输出幅度的额外优点。D5用于建立一个0.6V直流偏压。R11和R12构成一个电压梯度，产生一个接近于肖特基二极管D6正向压降的直流偏压。这个偏压使D6工作为一个更完美的小信号输出整流器。C8对整流后的信号做积分，成为一个与电路输出幅度成正比的直流电压。这个直流信号通过一个由R15与C8构成的滤波器，加在AGC放大器IC1上。运放对送给电路的A-CTRL输入幅度信号做滤波直流信号的伺服控制。这个信号能够将输出幅度设为0V~1V.

　　在本例中，输出幅度为0.9V.频率范围从35MHz~140MHz,比率为1:4,这是普通高性能VCO的两倍，需要电容比增加4位。总电容比为1:16,正好与变容二极管自身相等。由于有AGC,在输出区间的最小（图3）和最大（图4）频率上都有很好的正弦波质量。

图3,在35MHz和0.9V输出时，振荡器产生高质量的正弦波。

图4,在142MHz和0.9V时，输出仍然干净且稳定，这要归功于AGC电路。