考毕兹振荡电路与DipMeter(下陷表)的设计-制做

考毕兹振荡电路与DipMeter（下陷表）的设计-制3-3考毕兹振荡电路与DipMeter（下陷表）的设计-制作LC振荡电路除了哈特莱振荡电路以外，考毕兹(Colpitz)振荡电路也很普遍。在此针对考毕兹振荡电路的工作原理原理，以及其主要应用之一的DipMeter的制作提出说明。DipMeter主要用来做为频率测试之用，尤其在高频率的测试中非常有用。考毕兹振荡电路的原理图l6所示的为考毕兹振荡电路的原理图。哈特莱振荡电路是由2个串联的线圈，得到相位差，而考毕兹振荡是利用2个串联的电容，以得到相位差。(此为使用1个线圈，2个电容构成的基本电路。常用于VHF频带振荡器上。)电容器C1与C2为串联。在此以其连接点为基准，检讨其相位，可以知道两者的电压相位差为180°。由于此一连接点为FET的源极，VGS与VDS的相位差也相差180°。因此，由FET所构成的放大器输入信号与输出信号的相差为180°，总共相位差为360°，也即是，反馈信号与输入信号成为同相，产生了振荡的条件。在此，求出考毕兹振荡电路的振荡频率。振荡电路是由L，C1，C2的并联电路所构成的。由于C1与C2为串联，其合成电容量C成为C=C1·C2/(C1+C2）所以，振荡频率f成为DipMeter是什么？……用来测试电路振荡频率以下说明利用考毕兹振荡电路制作出DipMeter的情形。DipMeter为单纯的振荡电路，其主要用途是做为谐振电路的谐振频率测试或振荡频率测试。价格虽然便宜，但是，校正良好时，其精确度也不会太差。图17所示的为利用DipMeter测试振荡频率的方法。将所欲测试频率的振荡电路的线圈靠近DipMeter的线圈，使DipMeter的振荡频率改变。此时，如果使振荡电路的振荡频率fo与DipMeter的振荡频率fosc为一致时，谐振电路(振荡电路)上会有谐振电流产生。此谐振电流是从DipMeter的线圈利用电磁结合所取得的能量。因此，DipMeter的谐振电路与对方的谐振电路产生荡振电流，会使其谐振电压下降。此一谐振电压下降的频率所在，便是对方谐振电路的谐振频率。DipMeter的构成图l8所示的为实际的DipMeter电路图。使用FET2SK55做为振荡电路，在闸极与接地间加入二极管做为振幅限制，使振荡频率变化时，也能保持一定的振荡位准。二极管为使用Shottky二极管1SS99。振荡输出为利用加在FET的正电压而调整，此为调整VR1而控制振荡电压。对于检知Dip点(下沉点)用的振荡电压的变化，是由吸极取出信号而不是由闸极取出的。吸极信号经过lSS99做倍电压检波，再利用2SK55做直流放大，以提高DipMeter的灵敏度。利用可变电容二极管改变振荡频率对于考毕兹振荡电路的振荡频率的改变，可以同时改变C1与C2。此可以使用可变电容二极管。例如，使用1SV149，其容量变化比Cmax/Cmin=19.5，但是，由于此为使用于AM调谐器，其使用于100MHz以上时，Q值很低，不可使用。此一DipMeter为使用FM调谐器用的lSV50。1SV50的特性如图20所示，加在此二极上的逆电压VR为15V～0.84V时，其容量变化为8p~50pF。1SV50极限最大值参数表峰值逆电压VRM30V逆向电压VR30V最大功率耗散PD250mW储藏温度Tstg-55~+125℃(将逆向电压15V~0.84V加在FM调谐器用的可变电容二极管，其容量变化为8~50pF。实际为使用2个并联，也可以使用代用品1SV166。)DipMeter的制作图21所示的为所制作的印刷电路基板的构成。图(a)为零件配置图，图(b)为印刷电路图样。使用2个电压为9V的干电池006P，共计18V做为电源。虽然电源电压为9V时，也可以使考毕兹振荡电路发生振荡。但是，为了增大可变电容二极管的容量变化，必须使用较高的电压。图21DipMeter的印刷电路基板(在背面空白处几乎为接地图样。使用5种线圈更换，振荡频率可以达10M~180MHz。)如果线圈采固定方式时，振荡频率的可变范围只可以达2~5倍。为了增加振荡频率的变化范围，采用线圈为可更换式。因此，在线圈的端子使用RCA插座。图22所示的为各种线圈的数据。线圈种类频率范围线圈匝数A90M~180MHz发卡25mmB53M~100MHz线径0.7mm2.5圈C33M~61MHz线径0.7mm5.5圈D18M~34MHz线径0.32mm10.5圈E10M~19MHz线径0.32mm20.5圈图22更换式线圈的作法线圈为采用外径为10mm的Styrol材质线圈筒，于其上面卷绕线圈。对于振荡频率的调整多少要使用cutandtry的方法。振荡频率愈高，圈数愈少，线圈的间隔愈广。在此使用5个线圈，可以含盖l0M~180MHz。如果要得到更低的振荡频率，可以自己再试绕线圈。为了使用上的方便……外壳与旋钮外壳可以使用无孔穴，附有底板的基座(厚0.8mm，120×80×50)，将印刷电路基板，电流表，SENS用可变电阻器VR1，频率调整用可变电阻VR2，电源开关等装设在里面。印刷电路基板为采用厚15mm的垫片浮装在外壳底板，频率调整用VR2装设在基板的下方，转轴从外壳表面浮出。2个电池为利用印刷电路基板上的空间，以螺丝固定之。调整频率用的转盘(Dial)为利用直径85mm的圆板做成。此为使用厚约2mm的硬质塑料板加工而成。其与VR2的转轴连接的情形如图23所示。图23频率转盘的制作方法(转盘为利用硬质塑胶片，其刻度为利用计频器或完成的DipMeter做为校正。)调整与频率之校正半固定电阻VR3为调整电流表的感度(灵敏度)，在VR1成为约1/2的状态下，调整VR3，使电流表指示为100％。对于频率的校正为刻划频率读值之作业，此为利用计数器(计频器，Counter)或完成品的DipMeter为之。如图24所示，在线圈端子与接地间连接计数器，使DipMeter产生振荡。读取此时的频率，将刻度画在转盘上。利用完成品的DipMeter做为校正，是将要校正的DipMeter的SENS调整至振荡停止。另外，将完成品的DipMeter做正确振荡。将两者的DipMeter的线圈成为结合状态放置，当两者的频率成为一致，振荡的能量会从完成品的DipMeter被吸收至校正中的DipMeter，因此其指针会摆振。利用此，可以做为频率之校正。如此所使用的仪器也称之为吸收型频率计。另外，也可以使用可以直接读取频率的接受机，接收DipMe-ter的信号，而做简单的频率校正。图24频率校正的方法(计数器可以使用第8章所制作的制品。也可以使用无线电接收器的计频器。在与测试器连接时，要介入数pF的电容器。)利用可变电容二极管改变振荡频率对于考毕兹振荡电路的振荡频率的改变，可以同时改变C1与C2。此可以使用可变电容二极管。例如，使用1SV149，其容量变化比Cmax/Cmin=19.5，但是，由于此为使用于AM调谐器，其使用于100MHz以上时，Q值很低，不可使用。此一DipMeter为使用FM调谐器用的lSV50。1SV50的特性如图20所示，加在此二极上的逆电压VR为15V～0.84V时，其容量变化为8p~50pF。1SV50极限最大值参数表峰值逆电压VRM30V逆向电压VR30V最大功率耗散PD250mW储藏温度Tstg-55~+125℃(将逆向电压15V~0.84V加在FM调谐器用的可变电容二极管，其容量变化为8~50pF。实际为使用2个并联，也可以使用代用品1SV166。)DipMeter的制作图21所示的为所制作的印刷电路基板的构成。图(a)为零件配置图，图(b)为印刷电路图样。使用2个电压为9V的干电池006P，共计18V做为电源。虽然电源电压为9V时，也可以使考毕兹振荡电路发生振荡。但是，为了增大可变电容二极管的容量变化，必须使用较高的电压。图21DipMeter的印刷电路基板(在背面空白处几乎为接地图样。使用5种线圈更换，振荡频率可以达10M~180MHz。)如果线圈采固定方式时，振荡频率的可变范围只可以达2~5倍。为了增加振荡频率的变化范围，采用线圈为可更换式。因此，在线圈的端子使用RCA插座。图22所示的为各种线圈的数据。线圈种类频率范围线圈匝数A90M~180MHz发卡25mmB53M~100MHz线径0.7mm2.5圈C33M~61MHz线径0.7mm5.5圈D18M~34MHz线径0.32mm10.5圈E10M~19MHz线径0.32mm20.5圈图22更换式线圈的作法线圈为采用外径为10mm的Styrol材质线圈筒，于其上面卷绕线圈。对于振荡频率的调整多少要使用cutandtry的方法。振荡频率愈高，圈数愈少，线圈的间隔愈广。在此使用5个线圈，可以含盖l0M~180MHz。如果要得到更低的振荡频率，可以自己再试绕线圈。为了使用上的方便……外壳与旋钮外壳可以使用无孔穴，附有底板的基座(厚0.8mm，120×80×50)，将印刷电路基板，电流表，SENS用可变电阻器VR1，频率调整用可变电阻VR2，电源开关等装设在里面。印刷电路基板为采用厚15mm的垫片浮装在外壳底板，频率调整用VR2装设在基板的下方，转轴从外壳表面浮出。2个电池为利用印刷电路基板上的空间，以螺丝固定之。调整频率用的转盘(Dial)为利用直径85mm的圆板做成。此为使用厚约2mm的硬质塑料板加工而成。其与VR2的转轴连接的情形如图23所示。图23频率转盘的制作方法(转盘为利用硬质塑胶片，其刻度为利用计频器或完成的DipMeter做为校正。)调整与频率之校正半固定电阻VR3为调整电流表的感度(灵敏度)，在VR1成为约1/2的状态下，调整VR3，使电流表指示为100％。对于频率的校正为刻划频率读值之作业，此为利用计数器(计频器，Counter)或完成品的DipMeter为之。如图24所示，在线圈端子与接地间连接计数器，使DipMeter产生振荡。读取此时的频率，将刻度画在转盘上。利用完成品的DipMeter做为校正，是将要校正的DipMeter的SENS调整至振荡停止。另外，将完成品的DipMeter做正确振荡。将两者的DipMeter的线圈成为结合状态放置，当两者的频率成为一致，振荡的能量会从完成品的DipMeter被吸收至校正中的DipMeter，因此其指针会摆振。利用此，可以做为频率之校正。如此所使用的仪器也称之为吸收型频率计。另外，也可以使用可以直接读取频率的接受机，接收DipMe-ter的信号，而做简单的频率校正。图24频率校正的方法(计数器可以使用第8章所制作的制品。也可以使用无线电接收器的计频器。在与测试器连接时，要介入数pF的电容器。)备注栏……频率稳定度很高的库拉普振荡电路库拉普振荡电路如图A-(a)所示，为考毕兹电路的变形。图(a)的振荡频率f为由图示的L，C1，C2，Cv值决定的。在实际的电路中，晶体管的电极间容量也是决定振荡频率的要素。而此一电极间容量也会随着电源电压与周围温度而变化，而使振荡频率也发生变动。可是，在图(b)的库拉普电路中，电容器Cs是与线圈以及晶体管串联。如果CsC1，C2时，振荡频率f会成为以下的式子：此处，如果C1，C2值比晶体管的电极间容量大时，便不容易受电极间容量的影响。因此，库拉普振荡电路为频率稳定度很好的振荡器。(库拉普振荡电路为考毕兹振荡电路的变形，主要是为了改善考毕兹振荡电路的温度特性。因此，可以使用于低频率至VHF频带的范围。)备注栏……关于谐振电路使用压电元件做为谐振电路，而以与谐振频率偏离的情况下工作原理时，其等效上相当于线圈与电容器工作原理。在此场合，当作线圈工作原理时称为L性，当作电容工作原理时，称为C性。如图B所示的谐振频率为fo，工作原理频率为f时，以所加入的电压V为基准，流过线圈的电流为fz，流过电容器的电流为Ic，其向量图也如图中的箭头所示。在图(a)的场合fof时，Ic比IL大，因此，当作电容器工作原理。此时称之为C性或容量性。在图(b)的场合fof时，Ic比IL大，因此，当作线圈工作原理。此时称之为L性或电感性。