高頻信號(hào)發(fā)生器西勒振蕩

1、合肥學(xué)院暑假電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)摘要本報(bào)告主要介紹了高頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作。高頻信號(hào)發(fā)生器主要用來(lái)向各種電子設(shè)備和電路提供高頻能量或高頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以便測(cè)試各種電子設(shè)備和電路的電氣特性，應(yīng)用廣泛。高頻信號(hào)發(fā)生器主要是產(chǎn)生高頻正弦震蕩波，故電路主要是由高頻振蕩電路構(gòu)成。振蕩器的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源。正弦波振蕩器是以放大器為基礎(chǔ)再加正反饋網(wǎng)絡(luò)組成的，也可以看作是由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)三部分所組成的。根據(jù)本次題目要求，本次方案主要設(shè)計(jì)制作完成一路正弦波信號(hào)輸出的高頻振蕩器，介紹了設(shè)計(jì)步驟，比較了各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了不同振蕩器的性能特征?；就瓿蓪?shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞：高頻信號(hào)發(fā)生器

2、、高頻振蕩器 、 放大網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)AbstractThis report mainly describes the design and fabrication of high frequency signal generator.High frequency signal generator is mainly used to all kinds of electronic equipment and circuit with high frequency energy or standard signal, in order to test various electronic equi

3、pment and circuit of electric properties, is widely used.The high frequency signal generator is mainly produces high frequency sinusoidal vibration waves, so the circuit is mainly composed of a high frequency oscillating circuit.The oscillator is function of standard signal source.Sine wave oscillat

4、or is coupled with positive feedback amplifier based network composition, can also be viewed as the amplifying circuit, a frequency selecting network and feedback network which consists of three parts.According to the topic request, this scheme is designed to complete a sine-wave signal output from

5、the high frequency oscillator, introduces the design steps, compares the advantages and disadvantages of various design schemes, summarizes the characteristics of different oscillator.Basically completed to achieve the design goal.Keywords：High frequency signal generator, A high-frequency oscillator

6、, amplifier, A frequency selecting network network1 引言設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)高頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器完成以下幾項(xiàng)要求（1）制作完成一路正弦波信號(hào)輸出，頻率范圍6MHz7MHz；（2）輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-4，用示波器觀察時(shí)無(wú)明顯失真；（3）輸出電壓幅度：電壓峰-峰值Vopp1V；2 總體方案設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)思路高頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出正弦波信號(hào)的方法有數(shù)字方法和模擬方法，數(shù)字方法是通過(guò)數(shù)字電路產(chǎn)生方波，再通過(guò)濾波輸出正弦波。而模擬方法是通過(guò)振蕩電路輸出正弦波信號(hào)?？紤]到題目要求本次方案選用的是模擬方法輸出正弦波較合適。而在模擬電路振蕩器中有LC振蕩

7、器、RC振蕩器、石英振蕩器三種方案可供選擇。經(jīng)分析，RC正弦波振蕩器頻率在1Hz-1MHz范圍內(nèi)，不符合設(shè)計(jì)要求。石英正弦波振蕩器因其頻率不可調(diào)同樣不可取。所以本方案選擇LC正弦波振蕩器，基本符合設(shè)計(jì)要求。LC正弦波振蕩器有三種振蕩器，分別為考畢茲振蕩器、克拉潑振蕩器、西勒振蕩器。下面對(duì)這三份方案分別進(jìn)行論證并比較。2.2方案比較與論證2.2.1電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器電路圖如圖1所示。圖1電容三點(diǎn)式振蕩器電路理論計(jì)算振蕩器的頻率為：其波形震蕩極不穩(wěn)定，波形頻率約為6.5MHz調(diào)節(jié)改變頻率時(shí)，反饋系數(shù)也改變。由于極間電容對(duì)反饋振蕩器的回路電抗均有影響，所以對(duì)振蕩器頻率也會(huì)有影響。而極間

8、電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響較大，所以電容三點(diǎn)式振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高，不適合本題所選振蕩器要求。2.2.2 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器電路圖如圖2所示圖2 克拉潑振蕩電路 因?yàn)镃6為可調(diào)電容遠(yuǎn)小于C1或C2，所以電容串聯(lián)后的等效電容約為C6。電路的振蕩頻率為：缺點(diǎn)是克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達(dá)1.2-1.4； 為此，克拉潑振蕩器適合與作固定頻率的振蕩器 ，不適合作為本題振蕩器。2.2.3西勒振蕩器西勒振蕩器電路圖如圖3所示：圖3 西勒振蕩器電路電路特點(diǎn)是振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。電路的振蕩頻率為： 優(yōu)點(diǎn)：1.振蕩幅度比較穩(wěn)定； 2.振蕩頻率可以比較高，如可達(dá)千兆赫；頻率覆蓋率

9、比較大，可達(dá)1.6-1.8。 輸出信號(hào)的幅值、頻率等用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法測(cè)試，信號(hào)波形如圖4所示，調(diào)整C5觀測(cè)震蕩信號(hào)的波形和頻率變化。圖 4西勒振蕩器輸出信號(hào)波形方案選擇：從以上的討論，分析不同振蕩電路的性能指標(biāo)及電路復(fù)雜程度。采用西勒振蕩電路，因?yàn)槲骼照袷幤鞯慕尤胂禂?shù)與克拉潑振蕩器的相同，由于改變頻率主要通過(guò)C5完成的，C5的改變并不影響接入系數(shù)p，所以波段內(nèi)輸出輔導(dǎo)較平穩(wěn)。而且C5改變，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.61.8。所以采用第三種設(shè)計(jì)方案完成設(shè)計(jì)任務(wù)。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1整體框圖 輸出信號(hào) 放大電路反饋+選頻網(wǎng)絡(luò)圖5 整體框圖3.2 參數(shù)計(jì)算與元器件選擇直流通路

10、如右圖所示，下面通過(guò)計(jì)算說(shuō)明各個(gè)元器件值的選取。電源選取12V的是為了提供偏置電壓。=，實(shí)測(cè)得,工程上一般取=（35）V,這里取=4V，。設(shè)靜態(tài)工作點(diǎn)為（，）=（6V，2mA）因?yàn)?則。,，則=75K，又因?yàn)?，所以=50K，=25K， 故可得=1K。綜上述計(jì)算可得=50K，=25K，=1K ，。圖 圖6直流通路交流通路如右圖所示由電路知識(shí)可得 圖7交流通路 由于題目要求頻率范圍在6MHZ7MHZ，通過(guò)計(jì)算可以得出結(jié)論：左右。所以在選擇時(shí)，前者采用47pf左右的瓷片電容，后者用一個(gè)30pf可調(diào)電容相匹配。 在本電路中的大小對(duì)電路性能有很大影響。因?yàn)轭l率是靠調(diào)節(jié)來(lái)改變的，所以不能選的過(guò)大，否則振

11、蕩頻率主要由和L決定，因而限制頻率調(diào)節(jié)的范圍。此外過(guò)大也不利于消除晶體管極間電容的影響。反之，如何選的過(guò)小，則使得振蕩幅度比較小了。在這里通過(guò)不斷試驗(yàn)我們選取52pF是比較合適的。在短波通信里常在20pF360pF范圍內(nèi)選取。我們這里選取的是425pF。對(duì)于和的選擇由式知，而工程上反饋系數(shù)F取0.10.5。通過(guò)測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)了和影響了起振時(shí)間，通過(guò)不斷嘗試我們發(fā)現(xiàn)=330pF，=1680pF的時(shí)候各項(xiàng)指標(biāo)是最好的。L的選取有大致的標(biāo)準(zhǔn)，通常振蕩頻率為1MHZ時(shí)，L在10uH以上，10MHZ時(shí)L大于1uH，這里選取10uH。3.3 總體電路設(shè)計(jì)圖8 總體電路圖4 系統(tǒng)測(cè)試4.1測(cè)試條件表1 測(cè)試使

12、用的儀器設(shè)備序號(hào)儀器名稱儀器規(guī)格數(shù)量備注1數(shù)字示波器TDS2012 C0449551泰克科技（中國(guó)）有限公司2萬(wàn)用表DT9205A+1山創(chuàng)/H.NEYTEK室溫環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試4.2硬件測(cè)試測(cè)量時(shí)間：2012年7月8日數(shù)據(jù)記錄（室溫下） 上午九點(diǎn)測(cè)量為：12345頻率(MHz)5.7806.0816.5087.0467.320峰峰值（V）1.401.421.501.541.54下午三點(diǎn)測(cè)量為：123405頻率(MHz)5.7616.0026.5107.0407.270峰峰值（V）1.481.461.581.6011.625 總結(jié)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，基本滿足了設(shè)計(jì)要求所需的各項(xiàng)指標(biāo)。故在系統(tǒng)設(shè)

13、計(jì)過(guò)程中，力求硬件線路簡(jiǎn)單明了，整體美觀，發(fā)揮硬件功能，來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。但是因?yàn)闀r(shí)間沒(méi)安排好，該系統(tǒng)還有許多不足之處還沒(méi)改進(jìn)，比如頻率穩(wěn)定度問(wèn)題等，我們將在之后的培訓(xùn)中加以改進(jìn)。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也遇到了許多突發(fā)事件和各種困難，如不起振，幅度達(dá)不到要求，輸出波形上下不對(duì)稱，但通過(guò)仔細(xì)分析和自我狀態(tài)調(diào)整后解決了部分問(wèn)題。在這個(gè)、過(guò)程中我們深刻地體會(huì)到學(xué)好專業(yè)課的重要性，提高了自己解決問(wèn)題的能力的重要性。 6 參考文獻(xiàn)1 華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室編，康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M第4版北京：高等教育出版社，1998：1972182電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試 第三版，謝自美 主編，華中科技大學(xué)出版社3高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)，楊翠娥主編，哈爾濱工程大學(xué)出版社4高頻電路設(shè)計(jì)與制作，何中庸譯，科學(xué)出版社5通信電子線路 主編：劉泉 出版社：武漢理工大學(xué)出版社7 附錄附錄1:問(wèn)題修改記錄問(wèn)題修改記錄序號(hào)問(wèn)題、現(xiàn)象電路修改內(nèi)容結(jié)果1輸出波形上下不對(duì)稱（上胖下瘦）暫無(wú)暫無(wú)2在C4為68pF頻率為6MHz時(shí)，幅度達(dá)不到1V不斷更換C4電容直至52pF幅度滿足要求3電路開始時(shí)不起振減小C2C3電路起振4靜態(tài)工作點(diǎn)工作穩(wěn)定度不好將前級(jí)電路中固定電阻改為100k可調(diào)電阻調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)波形較為穩(wěn)定，無(wú)明顯失真5元器件布局較為稀疏時(shí)，輸