MOS場效應晶體管高頻振蕩電路、頻率、設計分析

幾乎所有的真空管反饋振蕩電路均可用于MOS場效應晶體管振蕩電路，并且與真空管相比，MOS場效應晶體管的熱容量小，發熱也少：與雙極型晶體管相比，其非線性小，輸入電導小到可以忽略的程度，因而可以得到良好的頻率穩定度。振蕩器通常采用單柵型，故本節只敘述單柵型電路。

（1）基本LC振蕩電路^33）

基本的LC振蕩電路有圖2.48所示的四種。這些電路如圖2.49所示，都可以看作是場效應晶體管并聯有反饋電路。因此，總的y參數〔Y〕可表示為場效應晶體管的〔y〕參數與反饋電路的（y'）參數之和。

由于四端網絡處于振蕩狀態，所以

必須成立。

圖2.48（b）的科耳皮茲電路，可參照圖2.50將（y'）寫作

〔y〕可簡單地看作

從▏Y▕=0的實部與虛部等于0的條件可得

兩式經適當省略次要項，可求得頻率和必要的gm值

圖2.48中列有這些振蕩條件，最下一欄列有反饋電路的電壓反饋率。

其它電路的反饋量是通過改變M（L1/L2的匝數比，耦合量）來調節的，與此相反，科耳皮茲型電路的反饋量可用C1/C2比來控制。前者適合用于較低頻率，而后者適合用于甚高頻直至超高頻頻段。MOS場效應晶體管高頻振蕩電路。為了使振蕩工作點和振蕩振幅穩定，有旁路源電阻法與采用直流反饋二極管和漏泄電阻的偏置法。

振蕩輸出或由取出輸出信號用的線圈作感應耦合，或在高頻不接地的漏或柵接入耦合電容器來獲得。

（2）振蕩器的頻率穩定

振蕩器的變動有振幅變動和頻率變動，而后者尤為重要。

振蕩器變動的原因有電源（偏置點），負載、溫度、濕度的變化以及機械振動等。對于后三種原因可采取措施，如改善并補償LC的溫度系數，防潮以及改善機械結構等。電源的變動可導致包括場效應晶體管非線性在內的一些參數的變化，從而改變振蕩頻率。

一般，利用非線性負阻的振蕩器，會根據高次諧波的含量改變基波頻率。為避免此種影響，可考慮或減小振蕩幅度，或提高諧振電路的Q值以防止產生高次諧波。如利用列偉林（Llewellyn）在真空管振蕩器研究中所得的結果，在漏或柵上串接適當數值的電抗，可獲得與場效應晶體管的非線性電導等無關的振蕩頻率（電抗穩定法●）34）。適當的電抗值如圖2.51所示。MOS場效應晶體管高頻振蕩電路。但這種穩定法不能補償電容參數的變化，實際應用上因調諧附加電容大，所以只限用于較低的頻率。

為避免場效應晶體管輸入輸出電容的影響，振蕩器可采取兩種變形電路，如圖2.52所示。圖2.52（a）是哈脫萊電路的變形，線圈有抽頭與場效應晶體管連接。圖2.52（b）是用與小電容C3串接的L來代替科耳皮茲電路中的L，可使C1、C2大一些，稱為克拉普電路，被廣泛應用。

上述電抗穩定法的調節比較困難，而這里的方法與之相反，在較寬的頻率范圍內可較易地構成電路。

（3）MOS場效應晶體管振蕩器的設計

如前所述，頻率穩定性受各種因素的影響，所以大多采取先大體上確定振蕩器的結構，然后再通過實驗設計振蕩電路的辦法。此處介紹利用漢切（Hanchett）的結果^35）的振蕩器設計方法。

這里用1.5MHz哈脫萊型振蕩器進行實驗，首先改變反饋量，測量頻率隨漏電源電壓的變化。得到的結論是：反饋量以15%為宜；就頻率穩定度而言，以源電阻偏置法為佳；就輸出振幅的穩定度而言，以直流反饋法為佳（參見圖2.53、2.54）。直流反饋法在負載變動對頻率穩定度的影響方面也顯示出優良的特性（參見圖2.55）。MOS場效應晶體管高頻振蕩電路。用同樣的方法也可對其它振蕩器的設計進行評價。

隨著頻率的增高，為了要補償損耗，反饋呈一般宜取得大些。

實用的高穩定度可變頻率振蕩器的例子，如圖2.56所示。為使振蕩器穩定。以構成分壓電容的一端，與場效應晶體管的柵相連；為使振蕩器穩定且輸出阻抗低，要配備兩級緩沖放大器。接通電源后30秒到2小時的期間內，頻率漂移值為30Hz。

（4）晶體振蕩器

場效應晶體管也能容易構成晶體振蕩器。圖2.57相當于真空管的皮爾斯柵-陰電路，反饋是通過取得的。此時漏電路必須是電感性的（哈脫萊型）。所以調諧電路必須調諧于比振蕩頻率高的頻率。圖2.58相當于皮爾斯的板-柵型，漏電路必須是容性的（科耳皮茲型），但也可以利用場效應晶體管的Coss，構成圖2.58（b）所示的不調整型電路。

為獲得諧波●振蕩，其電路如圖2.59所示。由C'D-C"D構成的反饋分壓電路，對三次諧波振蕩幾乎是不必要的，但對五次諧波、七次調波卻是必要的，槽路被反饋分壓電路不完全地旁路掉，C"D/C'D約等于3。

圖2.60是采用互補型MOS倒相器的振蕩器，振蕩頻率在200kHz以下。MOS場效應晶體管高頻振蕩電路。其特點是在1.5~15V電源電壓下以μW級的微功耗進行工作^30）。

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