1、武漢理工大學高頻電子線路設計 學 號： 課 程 設 計題 目高頻信號發生器設計學 院專 業通信工程班 級通信姓 名指導教師2010年12月20日課程設計任務書學生姓名： 專業班級： 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 高頻信號發生器設計初始條件：晶體管9018,電阻,電容,可變電位器,npn型晶體三極管,晶體振蕩器，單刀雙擲開關.電壓為12v的電源。電路仿真軟件multisim等要求完成的主要任務:利用所學的高頻電子線路的知識設計高頻信號發生器。說明設計的思路，電路的選擇。給出仿真結果或者實際電路。振蕩頻率，頻率穩定度，輸出幅度。采用恰當的電路，盡可能地減小負載對振蕩電路的影響。時

2、間安排：1、理論講解，老師布置課程設計題目，學生根據選題開始查找資料；2、課程設計時間為1周。（1）確定技術方案、電路，并進行分析計算，時間1天；（2）選擇元器件、安裝與調試，或仿真設計與分析，時間2天；（3）總結結果，寫出課程設計報告，時間2天。指導教師簽名： 2011年12 月 4 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要3第一章 方案的選擇31.1 采用變壓器耦合正弦波振蕩器作函數信號發生器31.2電感式三點式振蕩器作為高頻信號發生器31.3 對三點式電容振蕩器進行改變的克波拉振蕩器作為高頻信號發生器31.4西勒振蕩器作為高頻信號發生器3第二章 各部分電路工作原理32.1主要設

3、計技術性能指標32.1.1電路形式的選擇：32.1.2 晶體管的選擇32.1.3 靜態工作電流的確定32.1.確定主振回路元器件32.1.5隔離級射隨器3第三章 高頻信號發生器總電路圖3第四章 仿真結果34.1 輸出波形34.2 fourier analysis34.3直流流工作點分析3第五章 電路的安裝與調試35.1按設計電路焊接實驗電路35.2電路的測量與調試35.3 調試中遇到的問題及解決的方法3第六章 電路的實驗結果3實驗總結3儀器儀表清單3參考文獻3摘要高頻信號發生器，用來為實驗提供高頻信號。按實現方法有模擬式和數字式函數發生器。模擬式函數發生器大多用一個專用的芯片來產生信號數字式函

4、數信號發生器采用用數字合成法dds來實現。由于所學知識有限，這里主要設計的振蕩器產生高頻信號。振蕩器的功能是產生標準的信號源，廣泛應用于各類電子設備中。為此,振蕩器是電子技術領域中最基本的電子線路,也是從事電子技術工作人員必須要熟練掌握的基本電路。振蕩器的種類很多，根據工作原理可以分為反饋型振蕩器和負阻型振蕩器。根據選頻網絡采用的器件可分為lc振蕩器、晶體振蕩器、變壓器耦合振蕩器等。 其中lc振蕩器用來講直流電源供給的能量轉變成正弦交流信號，它廣泛用于通信，電視，控制和測量系統中。振蕩器主要技術指標有：頻率及其穩定度，幅度及其穩定度，波形失真度等。其中頻率穩定度尤為重要。在高頻重，電容三點式振

5、蕩電路用的較多，其電路簡單，頻率穩定度高。第一章 方案的選擇1.1 采用變壓器耦合正弦波振蕩器作函數信號發生器 圖 1-1 變壓器耦合正弦波振蕩器 實際上當振蕩頻率較高時，管子的極間電容回影響振蕩頻率。振蕩頻率與晶體管的參數有關。因為晶體管的參數隨著環境的文圖電源電壓而變，將使振蕩器的頻率穩定度下降。由于互感耦合振蕩器的頻率穩定度不高（約），而且變壓器的分布電容限制了振蕩頻率的提高。所以只宜在工作頻率不太高的中、短波波段應用。1.2電感式三點式振蕩器作為高頻信號發生器圖1-2 電感式三點式振蕩電路反饋電壓取自,而電感線圈對高次諧波呈現高阻抗，隨意反饋電壓中高次諧波分量較多，輸出波形較差。晶體管

6、的輸出輸入電容分別于兩個回路的電抗元件并聯，影響回路的等效電抗元件參數，從而影響振蕩頻率，頻率穩定度不高（約）.1.3 對三點式電容振蕩器進行改變的克波拉振蕩器作為高頻信號發生器 圖 1-3 克波拉振蕩器由于克波拉振蕩器頻率不容易改變，改變，將隨之改變，放大器的增益也將變化，容易引起環路增益不足而停振。且振蕩器的輸出幅度也將隨之變化。頻率的覆蓋系數一般只有1.21.3。1.4西勒振蕩器作為高頻信號發生器 圖1-4 西勒振蕩器西勒振蕩器的接入系數與克波拉振蕩器相同，由于改變頻率主要是通過完成的，的改變并不影響接入系數p,所以波段內輸出幅度較平穩，而且改變，頻率變化明顯，故頻率的覆蓋系數較大。可達

7、1.61.8。故本高頻信號發生器設計采用西勒振蕩器。第二章 各部分電路工作原理2.1主要設計技術性能指標振蕩頻率 頻率穩定度 輸出幅度 電源供電為12v，回路電感l=47.2.1.1電路形式的選擇：振蕩電路形式主要根據工作頻率及對頻率穩定度要求進行選擇。由第一章的方案選擇中的具體電路的分析，可知選用克波拉電路最符合設計要求。另外，振蕩頻率較低時，常采用公發射級電路，振蕩頻率較高時則采用共基極電路，故本實驗采用共基極電路形。為了提高振蕩穩定度，改善輸出波形，晶體管的發射極可串入100以下的負反饋電阻。2.1.2 晶體管的選擇晶體管的選擇應滿足以下要求：管子的特征頻率管子的最大管耗應大于所需輸出功

8、率側520倍管子夸導要大些好，有利于起振故本實驗選用晶體管9018.其主要參數為其主要參數為,取=100，ft1100mhz2.1.3 靜態工作電流的確定振蕩器的工作狀態的選擇對振蕩器的工作穩定度和波形的好壞影響很大，甲類狀態輸出波形失真小，但輸出幅度小，穩定性較差；乙類或丙類狀態效率高，輸出幅度大，穩定性好，但輸出波形失真要大些。振蕩器的工作狀態和靜態工作點選擇及正反饋強弱有關。如靜態工作點選擇得較低，正反饋又比較強，由于電路的自偏壓效應，很容易進入乙類或者丙類工作狀態。提高靜態工作點，降低正反饋量，電路可工作在甲類。若靜態工作點過高，正反饋量又足夠大，晶體管可能在振蕩周期的部分時間內進入飽

9、和區而進入過壓工作狀態，產生凹陷失真并使頻率穩定度下降。所以一般小功率自動穩幅lc振蕩器要求其靜態工作點要遠離飽和區，而靠近截止區，一般集電極靜態電流可取15 ma.偏置電路通常選用分壓式電流反饋偏置電路，在實際偏置電路參數選定時，在可能的條件下， 發射極電阻取大些好些。圖 2-1 靜態工作電路合理地選擇振蕩器的靜態工作點，對振蕩器的起振，工作的穩定性，波形質量的好壞有著密切的關系。故本實驗電路中： 選icq=2ma vceq=6v =100 則有為提高電路的穩定性re值適當增大，取re=1k則rc2k 因：ueq=icqre 則： ueq =2ma1k=2v 因： ibq=icq/ 則： i

10、bq =2ma/100=0.02ma 一般取流過rb2的電流為5-10ibq , 若取10ibq 因： 則： 取標稱電阻12k。因： ： c5為旁路電容。取0,012.1.確定主振回路元器件回路中的各種電抗元件都可歸結為總電容c和總電感l兩部分。確定這些元件參量的方法，是根據經驗先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計算出另一種電抗元件量。從原理來講，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標準性的觀點出發，以保證回路電容cp遠大于總的不穩定電容cd原則，先選定cp為宜。若從頻率穩定性角度出發，回路電容應取大一些，這有利于減小并聯在回路上的晶體管的極間電容等變化的影響。但c不能過大，c過大，l就小，q值

11、就會降低，使振蕩幅度減小，為了解決頻穩與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系數f=c1/c2，不能過大或過小，適宜1/81/2。圖 2-2 主振回路因振蕩器的工作頻率為因振蕩器的工作頻率為： 當lc振蕩時，f0=6mhz l10h 本電路中，則回路的諧振頻率fo主要由c3、c4決定，即有 。取c3 =120pf，c4=51pf（用33pf與5-20pf的可調電容并聯），因要遵循c1，c2c3,c4，c1/c2=1/81/2的條件，故取c1=200pf，則c2=510pf。對于晶體振蕩，只需和晶體并聯一可調電容進行微調即可。69pf2.1.5隔離級射隨器采用西勒振蕩電路，為了盡可能地減小負載對振

12、蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級。隔離級射隨器晶體管bg2也為9018，lc振蕩器工作頻率為6mhz，晶體為6 mhz。為了盡可能地減小負載對振蕩電路的影響，振蕩信號應盡可能從電路的低阻抗端輸出。例如發射極接地的振蕩電路，輸出宜取自基極；如為基級接地，則應從發射極輸出。綜合上述計算結果。得實際電路 第三章 高頻信號發生器總電路圖那么，綜合第二章計算結果以及選擇的電路形式，采用西勒振蕩電路，為了盡可能地減小負載對振蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級。隔離級射隨器晶體管bg2也為9018，lc振蕩器工作頻率為6mhz，晶體為6 mhz。為了盡可能地減小負載對振蕩電路的影響，振蕩信號應盡可能從

13、電路的低阻抗端輸出。例如發射極接地的振蕩電路，輸出宜取自基極；如為基級接地，則應從發射極輸出。綜合上述計算結果。可以得到實際總電路圖. 圖 3-1 高頻信號發生器總電路圖西勒振蕩電路有以下優點：1.振蕩幅度比較穩定； 2.振蕩頻率可以比較高，如可達千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可達1.6-1.8；所以在一些短波、超短波通信機，電視接收機中用的比較多。 第四章 仿真結果4.1 輸出波形如圖所示，為靜態電路與主振回路等器件構成的高頻信號發生器的輸出波形。滿足設計要求。圖 4-1 高頻信號發生器仿真波形4.2 fourier analysis根據仿真軟件的對電路圖進行傅里葉分析，可以看出主振頻率是6mh

14、z。滿足設計要求。圖 4-2 fourier analysis 43直流流工作點分析根據靜態工作點參數的設計要求，ueq =2ma1k=2v， =2.7v仿真的直流工作點基本接近于2v與2.7v. 滿足設計要求。 圖4-3 直流工作點的仿真結果第五章 電路的安裝與調試 51按設計電路焊接實驗電路1. 把兩塊9018晶體管插入面包板，注意三極管的各管腳的接線，注意布局；2. 分別把各電阻放入適當位置，尤其注意電位器的接法；3. 按圖接線，注意直流源的正負及接地端。4接入各電容及電感。注意c1，c2，c3的選擇,5. 接入電源后，用示波器進行雙蹤觀察；6. 調節rp1，調至靜態工作點；7. 調節c

15、3，微調波形的頻率；8. 觀察示波器，各指標達到要求后進行下一部按裝。9針對各階段出現的問題，逐各排查校驗，使其滿足實驗要求.5. 2電路的測量與調試 1靜態工作點調整，使等于設計值1.5ma（將l短路，使振蕩器停振后調整）2接入l，用萬用表直流電壓檔測量左右工作在甲乙類，振蕩幅度小。3用示波器觀察輸出波形，微調基極偏置電阻使輸出電壓波形不失真且幅度比較大。若不振蕩先檢查電路安裝是否正確，其次檢查l，c回路元件參數是否正確，若仍不能振蕩或波形失真，按5.3所述方法進行調整。4微調可變電容，使振蕩頻率=6mhz用示波器觀察波形，并測量幅度，用頻率計測量頻率。為了減小儀器對振蕩頻率的影響，頻率測量

16、儀器應接于。5晶體振蕩器的特性研究將振蕩電路中的l改成4mhz石英晶體，觀察輸出波形，測量振蕩頻率及幅度。 5. 3 調試中遇到的問題及解決的方法1lc 振蕩器靜態工作點調整靜態工作點要在電路停振狀態下進行測量，因為振蕩電路處于振蕩狀態時，放大器的工作在非線性狀態有序電路的自偏壓效應，其直流量與停振時直流工作狀態是不相同的振蕩電路接通直流電源，斷開正反饋環路，停振時用萬用表直流電壓檔測量靜態工作點，其值應與設計值相近。要求靜態工作點要遠離飽和區，靠近截止區。2lc振蕩器的動態調試 正弦振蕩器主要性能指標有:頻率及其穩定度，幅度及其穩定度，波形失真等。測試時主要采用示波器，數字式頻率計等。測量應

17、注意測量儀器輸入阻抗對振蕩器的影響，測量儀器接入被測電路后，會使振蕩頻率發生偏移，幅度發生變化，甚至停振。為了減小測量儀器的影響，儀器應盡量接到低阻抗的測量點（例如接到晶體管的基極）或采用隔離措施（如在緩沖級后測量）等;示波器測量時，需采用帶有衰減探頭的屏蔽線且衰減置于幅度調整與測量振蕩電路合上直流電源后就有可能產生振蕩，用示波器可觀察到輸出電壓波形，若此時將正反饋電路斷開，輸出波形小時，則說明示波器所顯示的不是干擾或寄生振蕩波形。若示波器中沒有波形，則說明電路沒有起振，這時應檢查電路直流工作狀態是否合適，正反饋電路有沒有接通，反饋極性是否正確，然后可做如下調整：改變正反饋電路參數，提高正反饋

18、量；提高放大電路的增益（如增加集電極負載電阻，提高靜態工作點地阿牛，斷開外界負載電路等）；若輸出電壓幅度不夠，則采用上述方法可以使振蕩輸出幅度增大。在進行幅度調整時應注意電路工作狀態和輸出電壓波形的變化，使幅度達到要求波形失真度也達到要求。(2) 振蕩波形的調整與測量若振蕩波形產生失真，則應進行電路調整，減少和消除失真。lc振蕩電路中常見的失真有凹陷失真和二次諧波失真。 凹陷失真 它是由于電路工作在過壓的狀態產生的，為了減小這種失真，必須設法使振蕩電路退出過呀狀態。具體措施：降低靜態工作點電流，使晶體管工作點靠近截止區 ；減小正反饋量；降低諧振回路的有載品質因素 二次諧波失真 它是由于晶體管工

19、作在非線性狀態（如丙類工作狀態）且振蕩回路有載品質因素太低致使二次諧波得不到應有的衰減。減小這類失真的主要方法有：提高lc諧振回路的品質因素，如增大;輸出端加接緩沖級；提高靜態工作點電流及正反饋量，使放大器工作狀態接于甲類狀態.若振蕩波形上疊加有高頻信號或雜散干擾信號，說明振蕩電路產生了高頻寄生振蕩，這時可通過適當改變電路布線，縮短過長的接線，在反饋電路內增加小的衰減電阻，或增大負反饋電阻等方法來加以抑制，必要時直流電源線對地接入去耦合濾波電容，以消除通過直流電源產生的干擾或寄生振蕩。（3）振蕩頻率的調整與測量頻率測量用數字頻率計進行。頻率調整的主要方法是調節振蕩電路中的l或c的大小。微調磁芯

20、或電容，可實現頻率的微調。調整測試過程中應注意器件寄生參數，測試儀器輸入阻抗的影響；其次過大的調節l或c的參數，會引起正反饋量的變化，使輸出電壓波形和幅度發生變化。（4）性能指標測量與誤差分析振蕩電路經過上述調整后，在波形失真，頻率和幅度均達到要求后，即對電路的性能進行測量。對幅度和頻率穩定度一般測量其短期穩定度。第六章 電路的實驗結果性能測試調整rw1，使。 表 6-1 電路實驗結果fovop-pvceic測量值ic計算值6mhz/8mhz105v0.682.04ma2ma 以上實驗結果是在這些的實驗條件下得到的：電源供電為12v，振蕩管bg1為9018（其主要參數,取=100，ft1100

21、mhz）。隔離級射隨器晶體管bg2也為9018，lc振蕩器工作頻率為6mhz，晶體為6 mhz。那么，根據實驗中的測試數據滿足最初的設計要求：振蕩頻率頻率穩定度 ，輸出幅度。實驗總結為期一個星期的課程設計已經結束，在這一星期的學習、設計、焊接過程中我感觸頗深。這次課程設計,讓我學會了如何如選擇和設計電路.動手能力和使用電路軟件的能力得到了一定的提高.使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。在實驗過程中，我們遇到了不少的問題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。我也發現自己并不能夠熟練的使用自己所學到的高頻知識.再有后的學習中,我要加強自己對電路的設計和使用的能力.但是由于這次課程設計的實驗電路很簡單,并且有章可循,在各種資料的指引下,我們完成起來并不是很難.課程設計只是我們以后從事技術工作的一個縮影,通過這種訓練,可以提高我們動手設計電路