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8.3.3 设计压控振荡器 

压控振荡器由如下4部分构成。 
晶体管AT41411
振荡器的偏置电路 
振荡器的调谐网络。振荡器的调谐网络采用变容二极管ap_dio_MV1404_19930601, 该二极管的电容值随外加电压值的变化而变化,使得振荡器的谐振频率可调,因此压控振荡器也称为可调谐振荡器。 
振荡器的终端网络。 

下面利用晶体管AT41411和变容二极管元件MV1404搭建振荡器电路。 

1.调谐网络的设计 

(1)新建原理图VCO_3。 

(2)在原理图中插入变容二极管ap_dio_MV1404_19930601。 

(3)在集总参数Lumped-Components元件面板上,选择电容C和电感L插入原理图中, 插入的数值如下。 
电容C的数值设置为C1=10pF
电感L的数值设置为L2=1000nH
  (4)在频域源Sources-Freq Domain元件面板上,选择直流电压源V_DC插入原理图中,将直流电压源设置为变量Vdc=Vbias V
  (5)选择S参数仿真元件面板Simulation-S_Param,在元件面板上选择负载终端Term插入原理图中。在原理图工具栏中单击接地按钮,让负载终端Term接地。 
  (6)单击工具栏中的连线按钮,将原理图中的负载终Term和调谐网络连接起来,连接方式如图8.33所示。 

 

图8.33带有终端负载的调谐网络

(7)在原理图的工具栏,选择变量VAR按钮插入原理图的画图区。在画图区中双击VAR,弹出Variables and Equations设置对话框,在对话框中将变量设置为Vbias=5。变量控件如图8.34所示。


图8.34变量控件 
  (8)在S参数仿真元件面板上,选择参数扫描控制器ParamSweep插入原理图中。对参数扫描控制器设置如下 
扫描的变量设置为Vbias
扫描的仿真设置为SP1
扫描的起始值设为1
扫描的终止值设为10
扫描的步长设为0.1 
    设置完成的参数扫描控制器如图8.35所示。 

 

图8.35参数扫描控制器

(9)在S参数仿真元件面板上,选择输入阻抗测量控件Zin插入原理图中。输入阻抗测量控件Zin如图8.36所示。 

 

图8.36输入阻抗测量控件

(10)在S参数仿真元件面板上,选择S参数仿真控件SP插入原理图中。将仿真控件的参数设置如下

频率设置为单点频率,频率值为1.8GHz

设置完成的S参数仿真控件如图8.37所示。 

 

图8.37  S参数仿真控件 

(11)单击原理图工具栏中的仿真按钮,执行仿真。仿真结束后,在数据显示视窗插入一个方程,步骤如下。 
在显示方式面板中选择方程显示方式,插入数据显示视窗中。 
方程设置为 C_Varactor=-1/(2*pi*freq[0,0]*imag(Zin1[0]))

用来显示电容的方程如图8.38所示。 

 
图8.38用来显示电容的方程

 

(12)在数据显示视窗,选择矩形图方式显示电容C_Varactor,曲线如图8.39所示。

 

图8.39电容曲线

 

(13)在数据显示视窗,用数据列表方式显示电容C_Varactor,如图8.40所示。

 

图8.40电容数据 

(14)设置调谐网络时,变量Vbias选为Vbias=3.8V

2.压控振荡器的设计 
  
(1)将原理图VCO_1另存为原理图VCO_4
  (2)删除原理图VCO_4中的如下元件。 
删除优化控件Optim
删除2个目标控件Goal
删掉电流指示表I_Probe 
删掉直流仿真控制器DC
  (3)删除原理图VCO_4中的如下节点。 
在原理图中删除节点Vcb
在原理图中删除节点Veb
  (4)修改原理图。 
在原理图中将电阻R2修改为R2=678.983Ω
在原理图中插入电阻R4,设置R4=50Ω,R4插入电阻R2和晶体管集电极之间。 
  (5)在集总参数Lumped-Components元件面板上,选择电感L,2次插入原理图中,插入的方式如下。 

电感L3插入电阻R2和直流电压源SRC2之间,电感L3=1000nH 
电感L4插入电阻R1和直流电压源SRC1之间,电感L4=1000nH 
  (6)在集总参数Lumped-Components元件面板上,选择电感L插入原理图中,插入的方式如下。 
电感L插入晶体管基极与地之间 
电感L的数值设置为L1=1.9nH

(7)调谐网络采用图8.33所示的原理图,但需要将图8.33原理图中的终端负载删除。调谐网络与晶体管发射极相连。

(8)在集总参数Lumped-Components元件面板上,选择电阻R和电容C插入原理图中, 插入的方式如下。

电容C与晶体管集电极相连,电容C的数值设置为C2=1000pF

电阻R与电容C并联,电阻R的数值设置为R3=50Ω

电阻R3接地。

(9)现在原理图如图8.41所示。


图8.41压控振荡器原理图