压控晶体振荡器频率异常突变的原因分析和解决方法

在大压控范围的晶振中，经常会观察到图1所示的振荡频率随压控电压的变化而突变的情况。如图3的实验电路仔细研究了产生这一现象的原因。电路中采用了一只罗兰环作为电流检测器，用它可以测出出现异常频率突变时晶体电流的频谱。实验所用晶体的参数如表1所示：

图1. 频率突变与控制电压的关系                         图2. 频率突变与负载电容的关系

图3. 异常调频试验电路

表1.  试验用晶体参数表

实验时以R为移动参数，以晶体负载电容为CL为自变量,测出基音振荡频率F0与CL的关系如图2所示。实验结果表明，所有的频率异常跳变都是发生在F1L=F3L/3附近，电流检测器测得在频率跳变附近的三次谐波电流分量比没有频率跳变出的大20dB以上。当R=200欧姆时，不产生频率异常跳变，此时的三次谐波电流分量较基波分量低20 dB以上。

有以上实验可得到下列结论，当变容管，晶体管和一对二极管所产生的三次谐波电流的频率3F0远离F3L时，频率3F0上回路增益很小，因而振荡频率几乎完全不受3F0 三次谐波电流的影响。但当3F0接近F3L时，串联的晶体和负载电容就进入谐振状态，3F0 频率的回路增益就增大，而在回路中环流的三次泛音电流与被线性元件把基波电流变换来的三次谐波电流就相互干扰。结果晶体的基波模和三次泛音模耦合。当这种耦合最紧密时，由CL变化引起的F0的变化就成为F3L/3 的变化。

五次泛音也可能与基音耦合，但五次泛音的等效串联电阻大很多，故五次泛音引起的异常频率跳变要轻微得多。

消除频率异常跳变的方法有：

1        加大反馈电阻R，亦即减小放大器的增益边界，使频率为F3L/3的振荡不能形成。这就意味着消除频率异常跳变后，压控频偏变窄。故而大R不一用在压控晶振中。如果在压控晶振中使用带A.G.C的放大器作振荡级，则A.G.C电路可以减少流过晶体的电流。当晶体电流很小时，其三次，五次高次泛音模式不会激励起来，也就避免了高次泛音模队基音模的干扰，从而避免了基音模频率跳变的现象。但是由于A.G.C电路比较复杂，在普通的压控晶振中很少使用这样的A.G.C电路。

2        在回路中增加两个陷波电路，使回路在3F0处的增益降至零，即可消除频率异常跳变。具体电路如图4所示：

图4. 改进的晶体振荡电路