用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路、應用該電路的設備的製作方法
2023-07-24 02:48:21 2
用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路、應用該電路的設備的製作方法
【專利摘要】本申請公開了一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，包括輸入端、輸出端、低通濾波器、晶體三極體、第一場效應管、第二場效應管、基極電阻以及晶體二極體。其中，所述晶體二極體用作開關元件；所述第二場效應管用於在其漏極與源極之間電壓增大時，所述輸出端的輸出電壓保持恆定；所述第一場效應管用於控制該輸出電壓值的大小；所述第二場效應管用於在其處於飽和狀態時，所述輸出端的輸出電壓隨輸入電壓線性增大。在所述矯正電路的作用下，所述核磁共振測場儀的搜索頻率隨著搜索電壓均勻變化，使所述核磁共振測場儀在搜索待測磁場時更精確、鎖定該待測磁場時更可靠。本申請還提供一種應用該電路的設備。
【專利說明】用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路、應用該電路的設備
【技術領域】
[0001 ] 本申請涉及壓控振蕩器【技術領域】，具體涉及一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路。本申請同時涉及一種壓控振蕩器以及一種核磁共振測場儀。
【背景技術】
[0002]壓控振蕩器(VCO,voltage-controlled oscillator)是指輸出頻率與輸入控制電壓有對應關係的振蕩電路。壓控振蕩器是集成電路中非常重要的基本電路之一，被廣泛地應用於各種電路當中。振蕩頻率是衡量壓控振蕩器性能的主要參數之一，壓控振蕩器的振蕩頻率是由諧振電路中的電感和電容決定的，大多數情況下，壓控振蕩器中採用變容二極體對壓控振蕩器的振蕩頻率進行調節。
[0003]變容二極體是利用PN結電容隨外加反向偏壓變化而變化的原理製成的半導體二極體。目前主要應用於LC調諧電路、電子調諧、調幅、調頻、自動頻率控制、RC濾波電路等，在倍頻器和變頻器中也都有應用。並且變容二極體具有調節容易、細度高、易於構成自動調諧系統等一系列優點。
[0004]核磁共振測場儀是一種利用核磁共振原理測量磁場的儀器，包括壓控振蕩器和頻率搜索鎖定電路兩個部分；頻率搜索鎖定電路包括頻率搜索電路和頻率鎖定電路。頻率搜索電路的核心是鋸齒波發生器，將產生的鋸齒波電壓作為壓控振蕩器中變容二極體的偏置電壓，實現對核磁共振信號的搜索；頻率鎖定電路用於將核磁共振信號鎖定；當所述頻率搜索電路搜索到共振信號時，該頻率搜索電路斷開，所述頻率鎖定電路將共振點鎖定。
[0005]利用現有技術提供的核磁共振測場儀在搜索以及鎖定共振信號時存在明顯缺陷。
[0006]首先，變容二極體電容與偏置電壓之間具有非線性特性，變容二極體的偏置電壓較小時，電容較大，且電容隨偏置電壓的變化率較大；偏置電壓較大時，電容及其變化率均隨之減小。
[0007]其次，正是由於變容二極體電容與偏置電壓的非線性關係，使得壓控振蕩器的振蕩頻率不能隨變容二極體的偏置電壓均勻變化，在壓控振蕩器的振蕩頻率達到共振頻率時，如果壓控振蕩器的振蕩頻率變化太快，就會導致頻率搜索電路無法鎖定共振點，給核磁共振測場儀搜索共振頻率以及鎖定共振點帶來困難。
【發明內容】
[0008]本申請提供一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，以解決現有技術存在的問題。本申請另外提供一種壓控振蕩器以及一種核磁共振測場儀。
[0009]本申請提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，包括:輸入端、輸出端、低通濾波器、晶體三極體、第一場效應管、第二場效應管、基極電阻以及晶體二極體；
[0010]其中，所述輸入端與低通濾波器的輸入側相連接，所述低通濾波器的輸出側與所述晶體三極體的發射極相連接；
[0011]所述晶體三極體的基極與基極電阻相連接，所述晶體三極體的集電極與第二場效應管的漏極相連接，並且所述晶體三極體的集電極與輸出端相連接；
[0012]所述第一場效應管的源極與晶體三極體的發射極相連接，所述第一場效應管的漏極和晶體三極體的集電極相連接，且所述第一場效應管的柵極與漏極短接；
[0013]所述第二場效應管的柵極與源極短接，所述第二場效應管的源極與晶體二極體的陽極相連接；
[0014]所述晶體二極體的陰極與所述基極電阻的另一端相連接；
[0015]晶體二極體用作開關元件；
[0016]所述第二場效應管用於在其漏極與源極之間電壓增大時，所述輸出端的輸出電壓保持恆定；以及
[0017]第一場效應管用於控制該輸出電壓值的大小；
[0018]所述第二場效應管用於在其處於飽和狀態時，所述輸出端的輸出電壓隨輸入電壓線性增大。
[0019]可選的，所述低通濾波器包括濾波電容和電阻元件；
[0020]所述濾波電容的陽極與所述電阻元件相連接，並且同時與所述低通濾波器的輸入側相連接，所述電阻元件的另外一端連接於所述低通濾波器的輸出側。
[0021]可選的，所述晶體三極體為PNP型晶體三極體。
[0022]可選的，所述PNP型晶體三極體選用型號為3CK4的PNP型晶體三極體。
[0023]可選的，所述第一場效應管為結型場效應管。
[0024]可選的，所述結型場效應管選用型號為3DJ6E的結型場效應管。
[0025]可選的，所述第二場效應管為結型場效應管。
[0026]可選的，所述結型場效應管選用的型號為3DJ6G的結型場效應管。
[0027]本申請另外提供一種壓控振蕩器，包括:振蕩電路和上述的用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路；
[0028]其中，所述振蕩電路包括變容二極體；
[0029]所述矯正電路的輸出端與所述變容二極體的陰極相連接。
[0030]申請還提供一種核磁共振測場儀，其特徵在於，包括:一種頻率自動搜索鎖定電路和上述的一種壓控振蕩器。
[0031]可選的，所述頻率自動搜索鎖定電路包括鋸齒波發生器；
[0032]所述鋸齒波發生器的輸出端與所述壓控振蕩器中矯正電路的輸入端相連接。
[0033]與現有技術相比，本申請具有以下優點:
[0034]本申請一個方面提供了一種用於改善變容二極體電容與偏置電壓特性的矯正電路，解決了現有技術核磁共振測場儀搜索以及鎖定共振信號時存在的困難；
[0035]另一方面，本申請所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，包括:輸入端、輸出端、低通濾波器、晶體三極體、第一場效應管、第二場效應管、基極電阻以及晶體二極體；其中，所述輸入端與低通濾波器的輸入側相連接，所述低通濾波器的輸出側與所述晶體三極體的發射極相連接；所述晶體三極體的基極與基極電阻相連接，所述晶體三極體的集電極與第二場效應管的漏極相連接，並且所述晶體三極體的集電極與輸出端相連接；所述第一場效應管的源極與晶體三極體的發射極相連接，所述第一場效應管的漏極和晶體三極體的集電極相連接，且所述第一場效應管的柵極與漏極短接；所述第二場效應管的柵極與源極短接，所述第二場效應管的源極與晶體二極體的陽極相連接；所述晶體二極體的陰極與所述基極電阻的另一端相連接；晶體二極體用作開關元件；所述第二場效應管用於在其漏極與源極之間電壓增大時，所述輸出端的輸出電壓保持恆定；第一場效應管用於控制該輸出電壓值的大小；所述第二場效應管用於在其處於飽和狀態時，所述輸出端的輸出電壓隨輸入電壓線性增大。
[0036]所述矯正電路對加在壓控振蕩器當中變容二極體上的偏置電壓進行調整，首先改變了核磁共振測場儀的頻率自動搜索鎖定電路的搜索電壓與搜索頻率(即:頻率自動搜索電路當中壓控振蕩器的振蕩頻率)之間的關係曲線，並且使所述頻率自動搜索鎖定電路的搜索電壓與搜索頻率(即:頻率自動搜索電路當中壓控振蕩器的振蕩頻率)之間的關係曲線為近似線性曲線。其次，改變了壓控振蕩器使用手動搜索時的輸入電壓與搜索頻率之間的關係曲線，使壓控振蕩器手動搜索頻率時的輸入電壓與搜索頻率之間呈現近似線性關係曲線，即使核磁共振測場儀的搜索頻率隨輸入電壓均勻變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1是本申請提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路的框圖；
[0038]圖2是本申請提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路的I/O示意圖；
[0039]圖3是本申請提供的一種壓控振蕩器的電路框圖；
[0040]圖4是本申請提供的一種壓控振蕩器輸入電壓與頻率關係曲線圖；
[0041]圖5是本申請提供的一種核磁共振測場儀的框圖；
[0042]圖6是本申請提供的一種核磁共振測場儀的波形示意圖。
【具體實施方式】
[0043]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本申請。但是本申請能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本申請內涵的情況下做類似推廣，因此本申請不受下面公開的具體實施的限制。
[0044]本申請中提供了一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路；除此之夕卜，本申請另外提供一種壓控振蕩器以及一種核磁共振測場儀。
[0045]一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路對應的實施例如下:
[0046]參照圖1一圖2，其示出了本實施例提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路。包括:
[0047]圖1是本實施例提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路的框圖；
[0048]圖2是本實施例提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路的I/O示意圖。
[0049]參照圖1，其示出了本實施例提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路的框圖。
[0050]該矯正電路由低通濾波器110、晶體三極體120、第一場效應管130、第二場效應管140、基極電阻150、晶體二極體160、輸入端170以及輸出端180構成。
[0051]低通濾波器110用於對輸入端170輸入的輸入電壓VI進行濾波。
[0052]所述低通濾波器110包括濾波電容111和電阻元件112。
[0053]所述濾波電容111的陽極連接於所述電阻元件112的一端，陰極接地；
[0054]所述電阻元件112的一端與所述濾波電容111的陽極同時連接於所述低通濾波器10的輸入側，所述電阻元件112的另一端連接於所述低通濾波器110的輸出側。
[0055]晶體三極體120用於提供隨輸入端170的輸入電壓VI成正比的電流。
[0056]所述晶體三極體120的發射極連接於上述低通濾波器110的輸出側，基極通過基極電阻150接地，集電極連接於第二場效應管140的漏極。
[0057]本實施例中，所述晶體三極體120為PNP型晶體三極體，並且選用型號為3CK4的PNP型晶體三極體。
[0058]第一場效應管130用於向第二場效應管140提供一個很小的恆定電流。
[0059]所述第一場效應管130的源極、漏極並聯與所述晶體三極體120的發射極、集電極，並且該第一場效應管130的柵極短接與漏極。
[0060]本實施例中，所述第一場效應管為結型場效應管，並且選用型號為3DJ6E的結型場效應管。
[0061]第二場效應管140用於提供輸出端180的輸出電壓V0。
[0062]輸出端180的輸出電壓VO從所述第二場效應管140的漏極接出，並且所述第二場效應管140的漏極連接於所述晶體三極體120的集電極，源極連接於晶體二極體160的陽極，柵極端接於源極。
[0063]本實施例中，所述第二場效應管為結型場效應管，並且選用型號為3DJ6G的結型場效應管。
[0064]晶體二極體160用作開關元件。
[0065]所述晶體二極體160的陽極連接於所述第二場效應管140的源極，陰極接地。
[0066]本實施例中，所述晶體二極體160選用型號為2CK2的晶體二極體。
[0067]參照圖2，其示出了本實施例提供的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路的i/o不意圖。
[0068]曲線LI為沒有上述矯正電路時輸入端170的輸入電壓VI與輸出端180的輸出電壓VO關係曲線，此時，輸出電壓VO即輸入電壓VI,即:輸入電壓VI與輸出電壓VO關係曲線LI為直線；
[0069]曲線L2為本實施例所述一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路輸入端170的輸入電壓VI與輸出端180的輸出電壓VO關係曲線；
[0070]當輸入端170輸入電壓VI較小(0〈VI〈V1)時，晶體二極體160未導通，並且所述晶體二極體160呈現高阻值狀態，此時，該輸出電壓VO近似等於輸入電壓VI，就形成了區域I內曲線L2的形狀；
[0071]當輸入端170輸入電壓VI值處於Vl和V2中間(V1〈VI〈V2)時，隨著該輸入電壓VI的增大，晶體二極體160被導通，第二場效應管140的漏極、源極兩端的電壓UDS也隨之增大，隨著第二場效應管140的漏極、源極兩端的電壓UDS的增大，所述第二場效應管140內部的導電溝道逐漸變寬，漏極、源極兩端的電流IDS的值增大，此時，輸出電壓VO增加緩慢，就形成了區域2內曲線L2的形狀；
[0072]另外，第一場效應管130此時的作用是向第二場效應管140提供一個很小的恆定電流，對區域2中曲線L2的高度起調節作用；
[0073]當輸入端170輸入電壓VI較大(V2〈VI)時，隨著該輸入電壓VI的繼續增大，第二場效應管140處於飽和狀態，即隨著所述第二場效應管140的漏極、源極兩端的電壓UDS的增大，流經所述第二場效應管140的漏極、源極兩端的電流IDS的值保持不變，此時，所述輸出電壓VO隨輸入電壓VI線性變化，就形成了區域3內曲線L2的形狀。
[0074]—種壓控振蕩器對應的實施例如下:
[0075]參照圖3—圖4，其示出了本實施例提供的一種壓控振蕩器。包括:
[0076]圖3是本實施例提供的一種壓控振蕩器的電路框圖；
[0077]圖4是本實施例提供的一種壓控振蕩器輸入電壓與頻率關係曲線圖。
[0078]參照圖3，其示出了本實施例提供的一種壓控振蕩器的電路框圖。
[0079]該壓控振蕩器包括矯正電路100以及振蕩電路200。
[0080]矯正電路100，此處所述矯正電路100是指上述一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路對應的實施例中所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路。
[0081]振蕩電路200，所述振蕩電路200包括變容二極體210、輸入端220、探頭電感線圈230、檢波放大電路240、主振蕩電路250以及頻率測量電路260。
[0082]矯正電路100的詳細介紹可參考上述實施例。
[0083]本實施例中，所述矯正電路的輸入端170輸入電壓VI為所述壓控振蕩器的輸入電壓 VIO ；
[0084]所述矯正電路100輸出端180連接於所述振蕩電路200的輸入端220，所述振蕩電路200的輸入端220與所述變容二極體210的陰極相連接，則所述矯正電路100輸出端180的輸出電壓VO即為所述振蕩電路200的輸入電壓；更進一步，所述矯正電路100輸出端180的輸出電壓VO即為所述振蕩電路200當中變容二極體210的偏置電壓VR。
[0085]參照圖4，其示出了本實施例提供的一種壓控振蕩器輸入電壓與頻率關係曲線圖。
[0086]圖4是壓控振蕩器(Oscillator)輸入端170的輸入電壓VIO與振蕩頻率(Oscillation Frequency) FO 之間的關係曲線圖。
[0087]其中，圖中虛線所代表的是壓控振蕩器輸入端170的輸入電壓VIO與振蕩頻率(Oscillation Frequency) FO實際數據描繪的曲線；
[0088]實線代表的是壓控振蕩器輸入端170的輸入電壓VIO與振蕩頻率FO之間的關係曲線經過線性擬合形成的曲線，即:壓控振蕩器輸入端170的輸入電壓VIO與振蕩頻率FO之間為近似線性關係曲線。
[0089]一種核磁共振測場儀對應的實施例如下:
[0090]參照圖5—圖6，其示出了本實施例提供的一種核磁共振測場儀。
[0091]其中，圖5是本實施例提供的一種核磁共振測場儀的框圖；
[0092]圖6是本實施例提供的一種核磁共振測場儀的波形示意圖。[0093]參照圖5，其示出了本實施提供的一種核磁共振測場儀的框圖。
[0094]本申請提供的一種核磁共振測場儀包括頻率自動搜索鎖定電路以及上述的一種壓控振蕩器。
[0095]所述核磁共振測場儀測量磁場可以使用自動模式和手動模式。自動模式是將頻率自動搜索鎖定電路產生的調節電壓作為壓控振蕩器變容二極體的偏置電壓，實現頻率自動搜索和鎖定；手動模式是直接手動調節可調電位器，將可調電位器上的調節電壓作為壓控振蕩器變容二極體的偏置電壓。
[0096]所述頻率自動搜索鎖定電路包括頻率自動搜索電路和頻率自動鎖定電路。
[0097]所述頻率自動搜索電路的核心是鋸齒波發生器。所述鋸齒波發生器用於產生鋸齒波電壓，並將該鋸齒波電壓作為輸出電壓輸出；所述鋸齒波電壓的輸出端連接於所述壓控振蕩器的輸入端(即:壓控振蕩器中一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路的輸入端170);
[0098]所述頻率自動鎖定電路用於鎖定共振點。
[0099]當所述頻率自動搜索電路的頻率到達被測磁場時，出現核磁共振信號,此時,頻率自動搜索電路斷開，不再搜索，頻率自動鎖定電路開始工作，將共振點(即:出現核磁共振信號的點)鎖定。
[0100]本申請雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本申請，任何本領域技術人員在不脫離本申請的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本申請的保護範圍應當以本申請權利要求所界定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，包括: 輸入端、輸出端、低通濾波器、晶體三極體、第一場效應管、第二場效應管、基極電阻以及晶體二極體； 其中，所述輸入端與低通濾波器的輸入側相連接，所述低通濾波器的輸出側與所述晶體三極體的發射極相連接； 所述晶體三極體的基極與基極電阻相連接，所述晶體三極體的集電極與第二場效應管的漏極相連接，並且所述晶體三極體的集電極與輸出端相連接； 所述第一場效應管的源極與晶體三極體的發射極相連接，所述第一場效應管的漏極和晶體三極體的集電極相連接，且所述第一場效應管的柵極與漏極短接； 所述第二場效應管的柵極與源極短接，所述第二場效應管的源極與晶體二極體的陽極相連接； 所述晶體二極體的陰極與所述基極電阻的另一端相連接； 晶體二極體用作開關元件； 所述第二場效應管用於在其漏極與源極之間電壓增大時，所述輸出端的輸出電壓保持恆定；以及 第一場效應管用於控制該輸出電壓值的大小； 所述第二場效應管用於在其處於飽和狀態時，所述輸出端的輸出電壓隨輸入電壓線性增大。
2.根據權利要求1所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，所述低通濾波器包括濾波電容和電阻元件； 所述濾波電容的陽極與所述電阻元件相連接，並且同時與所述低通濾波器的輸入側相連接，所述電阻元件的另外一端連接於所述低通濾波器的輸出側。
3.根據權利要求1所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，所述晶體三極體為PNP型晶體三極體。
4.根據權利要求3所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，所述PNP型晶體三極體選用型號為3CK4的PNP型晶體三極體。
5.根據權利要求1所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，所述第一場效應管為結型場效應管。
6.根據權利要求5所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，所述結型場效應管選用型號為3DJ6E的結型場效應管。
7.根據權利要求1所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，所述第二場效應管為結型場效應管。
8.根據權利要求7所述的一種用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路，其特徵在於，所述結型場效應管選用的型號為3DJ6G的結型場效應管。
9.一種壓控振蕩器，其特徵在於，包括:振蕩電路和權利要求1至5任一所述的用於改善變容二極體電容與偏壓特性的矯正電路； 其中，所述振蕩電路包括變容二極體； 所述矯正電路的輸出端與所述變容二極體的陰極相連接。
10.一種核磁共振測場儀，其特徵在於，包括:一種頻率自動搜索鎖定電路和權利要求9所述一種壓控振蕩器。
11.根據權利要求10所述的一種核磁共振測場儀，其特徵在於，所述頻率自動搜索鎖定電路包括鋸齒波發生器； 所述鋸齒波發 生器的輸出端與所述壓控振蕩器中矯正電路的輸入端相連接。
【文檔編號】H03B5/08GK103888078SQ201410107982
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】韓冰, 張鍾華, 賀青, 王少華, 王永瑞, 李正坤, 魯雲峰 申請人:中國計量科學研究院