用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路、应用该电路的设备的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，包括输入端、输出端、低通滤波器、晶体三极管、第一场效应管、第二场效应管、基极电阻以及晶体二极管。其中，所述晶体二极管用作开关元件；所述第二场效应管用于在其漏极与源极之间电压增大时，所述输出端的输出电压保持恒定；所述第一场效应管用于控制该输出电压值的大小；所述第二场效应管用于在其处于饱和状态时，所述输出端的输出电压随输入电压线性增大。在所述矫正电路的作用下，所述核磁共振测场仪的搜索频率随着搜索电压均匀变化，使所述核磁共振测场仪在搜索待测磁场时更精确、锁定该待测磁场时更可靠。本申请还提供一种应用该电路的设备。
【专利说明】用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路、应用该电路的设备
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及压控振荡器【技术领域】，具体涉及一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路。本申请同时涉及一种压控振荡器以及一种核磁共振测场仪。
【背景技术】
[0002]压控振荡器(VCO,voltage-controlled oscillator)是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路。压控振荡器是集成电路中非常重要的基本电路之一，被广泛地应用于各种电路当中。振荡频率是衡量压控振荡器性能的主要参数之一，压控振荡器的振荡频率是由谐振电路中的电感和电容决定的，大多数情况下，压控振荡器中采用变容二极管对压控振荡器的振荡频率进行调节。
[0003]变容二极管是利用PN结电容随外加反向偏压变化而变化的原理制成的半导体二极管。目前主要应用于LC调谐电路、电子调谐、调幅、调频、自动频率控制、RC滤波电路等，在倍频器和变频器中也都有应用。并且变容二极管具有调节容易、细度高、易于构成自动调谐系统等一系列优点。
[0004]核磁共振测场仪是一种利用核磁共振原理测量磁场的仪器，包括压控振荡器和频率搜索锁定电路两个部分；频率搜索锁定电路包括频率搜索电路和频率锁定电路。频率搜索电路的核心是锯齿波发生器，将产生的锯齿波电压作为压控振荡器中变容二极管的偏置电压，实现对核磁共振信号的搜索；频率锁定电路用于将核磁共振信号锁定；当所述频率搜索电路搜索到共振信号时，该频率搜索电路断开，所述频率锁定电路将共振点锁定。
[0005]利用现有技术提供的核磁共振测场仪在搜索以及锁定共振信号时存在明显缺陷。
[0006]首先，变容二极管电容与偏置电压之间具有非线性特性，变容二极管的偏置电压较小时，电容较大，且电容随偏置电压的变化率较大；偏置电压较大时，电容及其变化率均随之减小。
[0007]其次，正是由于变容二极管电容与偏置电压的非线性关系，使得压控振荡器的振荡频率不能随变容二极管的偏置电压均匀变化，在压控振荡器的振荡频率达到共振频率时，如果压控振荡器的振荡频率变化太快，就会导致频率搜索电路无法锁定共振点，给核磁共振测场仪搜索共振频率以及锁定共振点带来困难。
【发明内容】
[0008]本申请提供一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，以解决现有技术存在的问题。本申请另外提供一种压控振荡器以及一种核磁共振测场仪。
[0009]本申请提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，包括:输入端、输出端、低通滤波器、晶体三极管、第一场效应管、第二场效应管、基极电阻以及晶体二极管；
[0010]其中，所述输入端与低通滤波器的输入侧相连接，所述低通滤波器的输出侧与所述晶体三极管的发射极相连接；
[0011]所述晶体三极管的基极与基极电阻相连接，所述晶体三极管的集电极与第二场效应管的漏极相连接，并且所述晶体三极管的集电极与输出端相连接；
[0012]所述第一场效应管的源极与晶体三极管的发射极相连接，所述第一场效应管的漏极和晶体三极管的集电极相连接，且所述第一场效应管的栅极与漏极短接；
[0013]所述第二场效应管的栅极与源极短接，所述第二场效应管的源极与晶体二极管的阳极相连接；
[0014]所述晶体二极管的阴极与所述基极电阻的另一端相连接；
[0015]晶体二极管用作开关元件；
[0016]所述第二场效应管用于在其漏极与源极之间电压增大时，所述输出端的输出电压保持恒定；以及
[0017]第一场效应管用于控制该输出电压值的大小；
[0018]所述第二场效应管用于在其处于饱和状态时，所述输出端的输出电压随输入电压线性增大。
[0019]可选的，所述低通滤波器包括滤波电容和电阻元件；
[0020]所述滤波电容的阳极与所述电阻元件相连接，并且同时与所述低通滤波器的输入侧相连接，所述电阻元件的另外一端连接于所述低通滤波器的输出侧。
[0021]可选的，所述晶体三极管为PNP型晶体三极管。
[0022]可选的，所述PNP型晶体三极管选用型号为3CK4的PNP型晶体三极管。
[0023]可选的，所述第一场效应管为结型场效应管。
[0024]可选的，所述结型场效应管选用型号为3DJ6E的结型场效应管。
[0025]可选的，所述第二场效应管为结型场效应管。
[0026]可选的，所述结型场效应管选用的型号为3DJ6G的结型场效应管。
[0027]本申请另外提供一种压控振荡器，包括:振荡电路和上述的用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路；
[0028]其中，所述振荡电路包括变容二极管；
[0029]所述矫正电路的输出端与所述变容二极管的阴极相连接。
[0030]申请还提供一种核磁共振测场仪，其特征在于，包括:一种频率自动搜索锁定电路和上述的一种压控振荡器。
[0031]可选的，所述频率自动搜索锁定电路包括锯齿波发生器；
[0032]所述锯齿波发生器的输出端与所述压控振荡器中矫正电路的输入端相连接。
[0033]与现有技术相比，本申请具有以下优点:
[0034]本申请一个方面提供了一种用于改善变容二极管电容与偏置电压特性的矫正电路，解决了现有技术核磁共振测场仪搜索以及锁定共振信号时存在的困难；
[0035]另一方面，本申请所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，包括:输入端、输出端、低通滤波器、晶体三极管、第一场效应管、第二场效应管、基极电阻以及晶体二极管；其中，所述输入端与低通滤波器的输入侧相连接，所述低通滤波器的输出侧与所述晶体三极管的发射极相连接；所述晶体三极管的基极与基极电阻相连接，所述晶体三极管的集电极与第二场效应管的漏极相连接，并且所述晶体三极管的集电极与输出端相连接；所述第一场效应管的源极与晶体三极管的发射极相连接，所述第一场效应管的漏极和晶体三极管的集电极相连接，且所述第一场效应管的栅极与漏极短接；所述第二场效应管的栅极与源极短接，所述第二场效应管的源极与晶体二极管的阳极相连接；所述晶体二极管的阴极与所述基极电阻的另一端相连接；晶体二极管用作开关元件；所述第二场效应管用于在其漏极与源极之间电压增大时，所述输出端的输出电压保持恒定；第一场效应管用于控制该输出电压值的大小；所述第二场效应管用于在其处于饱和状态时，所述输出端的输出电压随输入电压线性增大。
[0036]所述矫正电路对加在压控振荡器当中变容二极管上的偏置电压进行调整，首先改变了核磁共振测场仪的频率自动搜索锁定电路的搜索电压与搜索频率(即:频率自动搜索电路当中压控振荡器的振荡频率)之间的关系曲线，并且使所述频率自动搜索锁定电路的搜索电压与搜索频率(即:频率自动搜索电路当中压控振荡器的振荡频率)之间的关系曲线为近似线性曲线。其次，改变了压控振荡器使用手动搜索时的输入电压与搜索频率之间的关系曲线，使压控振荡器手动搜索频率时的输入电压与搜索频率之间呈现近似线性关系曲线，即使核磁共振测场仪的搜索频率随输入电压均匀变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是本申请提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路的框图；
[0038]图2是本申请提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路的I/O示意图；
[0039]图3是本申请提供的一种压控振荡器的电路框图；
[0040]图4是本申请提供的一种压控振荡器输入电压与频率关系曲线图；
[0041]图5是本申请提供的一种核磁共振测场仪的框图；
[0042]图6是本申请提供的一种核磁共振测场仪的波形示意图。
【具体实施方式】
[0043]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
[0044]本申请中提供了一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路；除此之夕卜，本申请另外提供一种压控振荡器以及一种核磁共振测场仪。
[0045]一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路对应的实施例如下:
[0046]参照图1一图2，其示出了本实施例提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路。包括:
[0047]图1是本实施例提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路的框图；
[0048]图2是本实施例提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路的I/O示意图。
[0049]参照图1，其示出了本实施例提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路的框图。
[0050]该矫正电路由低通滤波器110、晶体三极管120、第一场效应管130、第二场效应管140、基极电阻150、晶体二极管160、输入端170以及输出端180构成。
[0051]低通滤波器110用于对输入端170输入的输入电压VI进行滤波。
[0052]所述低通滤波器110包括滤波电容111和电阻元件112。
[0053]所述滤波电容111的阳极连接于所述电阻元件112的一端，阴极接地；
[0054]所述电阻元件112的一端与所述滤波电容111的阳极同时连接于所述低通滤波器10的输入侧，所述电阻元件112的另一端连接于所述低通滤波器110的输出侧。
[0055]晶体三极管120用于提供随输入端170的输入电压VI成正比的电流。
[0056]所述晶体三极管120的发射极连接于上述低通滤波器110的输出侧，基极通过基极电阻150接地，集电极连接于第二场效应管140的漏极。
[0057]本实施例中，所述晶体三极管120为PNP型晶体三极管，并且选用型号为3CK4的PNP型晶体三极管。
[0058]第一场效应管130用于向第二场效应管140提供一个很小的恒定电流。
[0059]所述第一场效应管130的源极、漏极并联与所述晶体三极管120的发射极、集电极，并且该第一场效应管130的栅极短接与漏极。
[0060]本实施例中，所述第一场效应管为结型场效应管，并且选用型号为3DJ6E的结型场效应管。
[0061]第二场效应管140用于提供输出端180的输出电压V0。
[0062]输出端180的输出电压VO从所述第二场效应管140的漏极接出，并且所述第二场效应管140的漏极连接于所述晶体三极管120的集电极，源极连接于晶体二极管160的阳极，栅极端接于源极。
[0063]本实施例中，所述第二场效应管为结型场效应管，并且选用型号为3DJ6G的结型场效应管。
[0064]晶体二极管160用作开关元件。
[0065]所述晶体二极管160的阳极连接于所述第二场效应管140的源极，阴极接地。
[0066]本实施例中，所述晶体二极管160选用型号为2CK2的晶体二极管。
[0067]参照图2，其示出了本实施例提供的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路的i/o不意图。
[0068]曲线LI为没有上述矫正电路时输入端170的输入电压VI与输出端180的输出电压VO关系曲线，此时，输出电压VO即输入电压VI,即:输入电压VI与输出电压VO关系曲线LI为直线；
[0069]曲线L2为本实施例所述一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路输入端170的输入电压VI与输出端180的输出电压VO关系曲线；
[0070]当输入端170输入电压VI较小(0〈VI〈V1)时，晶体二极管160未导通，并且所述晶体二极管160呈现高阻值状态，此时，该输出电压VO近似等于输入电压VI，就形成了区域I内曲线L2的形状；
[0071]当输入端170输入电压VI值处于Vl和V2中间(V1〈VI〈V2)时，随着该输入电压VI的增大，晶体二极管160被导通，第二场效应管140的漏极、源极两端的电压UDS也随之增大，随着第二场效应管140的漏极、源极两端的电压UDS的增大，所述第二场效应管140内部的导电沟道逐渐变宽，漏极、源极两端的电流IDS的值增大，此时，输出电压VO增加缓慢，就形成了区域2内曲线L2的形状；
[0072]另外，第一场效应管130此时的作用是向第二场效应管140提供一个很小的恒定电流，对区域2中曲线L2的高度起调节作用；
[0073]当输入端170输入电压VI较大(V2〈VI)时，随着该输入电压VI的继续增大，第二场效应管140处于饱和状态，即随着所述第二场效应管140的漏极、源极两端的电压UDS的增大，流经所述第二场效应管140的漏极、源极两端的电流IDS的值保持不变，此时，所述输出电压VO随输入电压VI线性变化，就形成了区域3内曲线L2的形状。
[0074]—种压控振荡器对应的实施例如下:
[0075]参照图3—图4，其示出了本实施例提供的一种压控振荡器。包括:
[0076]图3是本实施例提供的一种压控振荡器的电路框图；
[0077]图4是本实施例提供的一种压控振荡器输入电压与频率关系曲线图。
[0078]参照图3，其示出了本实施例提供的一种压控振荡器的电路框图。
[0079]该压控振荡器包括矫正电路100以及振荡电路200。
[0080]矫正电路100，此处所述矫正电路100是指上述一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路对应的实施例中所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路。
[0081]振荡电路200，所述振荡电路200包括变容二极管210、输入端220、探头电感线圈230、检波放大电路240、主振荡电路250以及频率测量电路260。
[0082]矫正电路100的详细介绍可参考上述实施例。
[0083]本实施例中，所述矫正电路的输入端170输入电压VI为所述压控振荡器的输入电压 VIO ；
[0084]所述矫正电路100输出端180连接于所述振荡电路200的输入端220，所述振荡电路200的输入端220与所述变容二极管210的阴极相连接，则所述矫正电路100输出端180的输出电压VO即为所述振荡电路200的输入电压；更进一步，所述矫正电路100输出端180的输出电压VO即为所述振荡电路200当中变容二极管210的偏置电压VR。
[0085]参照图4，其示出了本实施例提供的一种压控振荡器输入电压与频率关系曲线图。
[0086]图4是压控振荡器(Oscillator)输入端170的输入电压VIO与振荡频率(Oscillation Frequency) FO 之间的关系曲线图。
[0087]其中，图中虚线所代表的是压控振荡器输入端170的输入电压VIO与振荡频率(Oscillation Frequency) FO实际数据描绘的曲线；
[0088]实线代表的是压控振荡器输入端170的输入电压VIO与振荡频率FO之间的关系曲线经过线性拟合形成的曲线，即:压控振荡器输入端170的输入电压VIO与振荡频率FO之间为近似线性关系曲线。
[0089]一种核磁共振测场仪对应的实施例如下:
[0090]参照图5—图6，其示出了本实施例提供的一种核磁共振测场仪。
[0091]其中，图5是本实施例提供的一种核磁共振测场仪的框图；
[0092]图6是本实施例提供的一种核磁共振测场仪的波形示意图。[0093]参照图5，其示出了本实施提供的一种核磁共振测场仪的框图。
[0094]本申请提供的一种核磁共振测场仪包括频率自动搜索锁定电路以及上述的一种压控振荡器。
[0095]所述核磁共振测场仪测量磁场可以使用自动模式和手动模式。自动模式是将频率自动搜索锁定电路产生的调节电压作为压控振荡器变容二极管的偏置电压，实现频率自动搜索和锁定；手动模式是直接手动调节可调电位器，将可调电位器上的调节电压作为压控振荡器变容二极管的偏置电压。
[0096]所述频率自动搜索锁定电路包括频率自动搜索电路和频率自动锁定电路。
[0097]所述频率自动搜索电路的核心是锯齿波发生器。所述锯齿波发生器用于产生锯齿波电压，并将该锯齿波电压作为输出电压输出；所述锯齿波电压的输出端连接于所述压控振荡器的输入端(即:压控振荡器中一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路的输入端170);
[0098]所述频率自动锁定电路用于锁定共振点。
[0099]当所述频率自动搜索电路的频率到达被测磁场时，出现核磁共振信号,此时,频率自动搜索电路断开，不再搜索，频率自动锁定电路开始工作，将共振点(即:出现核磁共振信号的点)锁定。
[0100]本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，包括: 输入端、输出端、低通滤波器、晶体三极管、第一场效应管、第二场效应管、基极电阻以及晶体二极管； 其中，所述输入端与低通滤波器的输入侧相连接，所述低通滤波器的输出侧与所述晶体三极管的发射极相连接； 所述晶体三极管的基极与基极电阻相连接，所述晶体三极管的集电极与第二场效应管的漏极相连接，并且所述晶体三极管的集电极与输出端相连接； 所述第一场效应管的源极与晶体三极管的发射极相连接，所述第一场效应管的漏极和晶体三极管的集电极相连接，且所述第一场效应管的栅极与漏极短接； 所述第二场效应管的栅极与源极短接，所述第二场效应管的源极与晶体二极管的阳极相连接； 所述晶体二极管的阴极与所述基极电阻的另一端相连接； 晶体二极管用作开关元件； 所述第二场效应管用于在其漏极与源极之间电压增大时，所述输出端的输出电压保持恒定；以及 第一场效应管用于控制该输出电压值的大小； 所述第二场效应管用于在其处于饱和状态时，所述输出端的输出电压随输入电压线性增大。
2.根据权利要求1所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，所述低通滤波器包括滤波电容和电阻元件； 所述滤波电容的阳极与所述电阻元件相连接，并且同时与所述低通滤波器的输入侧相连接，所述电阻元件的另外一端连接于所述低通滤波器的输出侧。
3.根据权利要求1所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，所述晶体三极管为PNP型晶体三极管。
4.根据权利要求3所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，所述PNP型晶体三极管选用型号为3CK4的PNP型晶体三极管。
5.根据权利要求1所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，所述第一场效应管为结型场效应管。
6.根据权利要求5所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，所述结型场效应管选用型号为3DJ6E的结型场效应管。
7.根据权利要求1所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，所述第二场效应管为结型场效应管。
8.根据权利要求7所述的一种用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路，其特征在于，所述结型场效应管选用的型号为3DJ6G的结型场效应管。
9.一种压控振荡器，其特征在于，包括:振荡电路和权利要求1至5任一所述的用于改善变容二极管电容与偏压特性的矫正电路； 其中，所述振荡电路包括变容二极管； 所述矫正电路的输出端与所述变容二极管的阴极相连接。
10.一种核磁共振测场仪，其特征在于，包括:一种频率自动搜索锁定电路和权利要求9所述一种压控振荡器。
11.根据权利要求10所述的一种核磁共振测场仪，其特征在于，所述频率自动搜索锁定电路包括锯齿波发生器； 所述锯齿波发 生器的输出端与所述压控振荡器中矫正电路的输入端相连接。
【文档编号】H03B5/08GK103888078SQ201410107982
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】韩冰, 张钟华, 贺青, 王少华, 王永瑞, 李正坤, 鲁云峰 申请人:中国计量科学研究院