高频信号发生器电路设计

高频信号发生器电路设计

摘要

高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电气特性。例如，测试各类高频接收机的工作特性，便是高频信号发生器一个重要的用途。在电路结构上，高频信号发生器和高频发射机很相似。

高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波，故电路主要是由高频振荡电路构成。振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。为此,振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。

1 主要性能指标

振荡频率 650o f M H z K H z =±

频率稳定度 4101/-?≤?o f f

输出幅度 0.3o p p U V -≥

2原理图设计

2.1 电路结构

总的电路结构如图4-1所示。

电路由三部分组成

1 三极管放大器；（起能量控制作用）

2 正反馈网络；（由三点式回路组成）

3 选频网络；（由三点式回路的谐振特性完成选频功能）。

图4-1 高频信号发生器原理图

2.2 静态工作点的设置

合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。－般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流I CQ 大约在0.8-4mA 之间选取，故本实验电路中：

选I CQ =2mA V CEQ =6V β=100

则有

为提高电路的稳定性R e 值适当增大，取Re=1K Ω则Rc ＝2K Ω

因：U EQ =I CQ ·R E 则： U EQ =2mA ×1K=2V

因： I BQ =I CQ /β 则： I BQ =2mA/100=0.02mA

一般取流过Rb2的电流为5-10I BQ , 若取10I BQ

因：BQ

BQ b I V R =2 7.0+=EQ BQ V V 则： 取标称电阻12K ?。

因： Ω

=-=-=+K I U U R R CQ CEQ CC c e 32612Ω==K V R b 5.132

.07.2221b BQ BQ

CC b R V V V R -=

Ω=Ω-=K K V V V R b 3.41127.27.2121

为调整振荡管静态集电极电流的方便，R b1由27K ?电阻与27K 电位器串联构成。

2.3 选管

由于高频振荡器的振荡频率较高，在选管时应注意选超高频小功率三极管。特征频率f T 也要比音频振荡管的要求高。通常选f T > (3-10) f 0 (f 0为振荡器的中心频率)。f T 高则管子的高频性能好，晶体管内部相移小，有利于稳频。在高频工作时，振荡器的增益仍较大，易于起振。本次课设选用2N2222型号的晶体管，满足了振荡器的频率和功率要求。

2.4振荡回路元件的确定

回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C 和总电感L 两部分。确定这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp 远大于总的不稳定电容Cd 原则，先选定Cp 为宜。若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C 不能过大，C 过大，L 就小，Q 值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入。反馈系数F=C1/C2，不能过大或过小，适宜1/8—1/2。

因振荡器的工作频率为：

当LC 振荡时，f 0=6MHz L ＝10μH

本电路中，则回路的谐振频率fo 主要由C 3、C4决定，即

)(2121

43C C L LC f +==ππ

有

取C3 =120pf ，C4=51pf （用33Pf 与5-20Pf 的可调电容并联），因要遵循C 1，C 2>>C3,C4，C 1/C 2=1/8—1/2的条件，故取C 1=200pf ，则C 2=510pf 。

对于晶体振荡，只需和晶体并联一可调电容进行微调即可。

pf

L f C C 176412243≈=+πLC

f π210=

为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极；如为基级接地，则应从发射极输出。

3 性能测试

电路仿真波形如图4-2所示

图4-2 总体电路波形

从波形可以看出，电路起振，波形比较稳定，频率也满足了设计的要求。通过调节可变电容的值实现振荡频率的调节。

3.1调试中的问题

振荡电路接通电源后，有时不起振，或者在外界信号强烈触发下才起振（硬激励），在波段振荡器中有时只在某一频段振荡，而在另一频段不振荡等。所有这些现象无非是没有满足相位平衡条件或振幅平衡条件。如果在全波段内不振荡，首先要看相位平衡条件是否满足。对三端振荡电路要看是否满足对应的相位平衡判断标准。此外，还要在振幅平衡条件所包含的各种因素中找原因。1、静态工作点选的太小。

2、电源电压过底，使振荡管放大倍数太小。

3、负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。

4、回路特性阻抗ρ或介入系数pce太小，使回路谐振阻抗RO太低。

5、反馈系数kf太小，不易满足振幅平衡条件。但kf并非越大越好，应适当选取。

有时在某一频段内高频端起振，而低频端不起振，这多半是在用调整回路电容来改变振荡频率的电路中，低端由于C增大而L/C下降，致使写真阻抗降低所起。反之，有时低端振高端不振，原因可能有：

1、选用晶体管fT不够高。

2、管的电流放大倍数β太小。

低端已处于起振的临界边缘状态，在高频工作时晶体管输入电容CBE的作用使反馈减弱，或者是由于CB’E的反馈作用显著等。

4．总结

电子线路的课程设计比较难，所花的时间和精力较多，而且对于电子线路电路来说，经验起很大的帮助作用，因此设计制作的过程中，多问老师是大有裨益的，尤其是问经验丰富的实验老师，一般我们碰到的问题都能解决。另外，应该多花一些时间，这样才能保证质量的前提下很好完成任务。

通过这次设计让我更好的掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。更加深刻地理解课本知识。在此次做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限和自身的不足，并且学会了对所找内容的取舍及分析。总之，从中我们学习到了如何解决遇到的困难，更进一步地熟悉了晶体管的应用和芯片的结构及掌握了其工作原理和具体的使用方法，增强了对实验的思考能力.培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。同时，也暴露了我很多的不足，在以后的学习中，将进一步发扬有点，克服缺点。