高频信号发生器的设计与制作

一、概要在高等学校课程设计是一个重要的教学环节，它与实验、生产实习、业设计构成实践性教学体系。

由此规定了课程设计的三个性质：一是教学，学生在教师指导下针对某一门课程学习工程设计；二是实践性，课程设包括电路设计、印刷板设计、电路的组装和调试等实践内容；三是群众性、主动性，课程设计以学生为主体，要求人人动手，教师只起引导作用，主任务由学生独立完成，学生的主观能动性对课程设计的完成起决定性作。

学生较强的动手能力就是依靠实践性教学体系来培养的。

1.1 何谓课程设计所谓课程设计就是大型实验，是具有独立制作和调试的设计性实验，其基本属性体现在工程设计上。

但课程设计毕竟不同于一般实验。

首先是时间和规模不同，一般实验只有两学时，充其量为四学时；而课程设计一般为一～两周。

实验所要达到的目的较小。

通常只是为了验证某一种理论、掌握某一种参数的测量方法、学习某一种仪器的使用方法等等；而课程没计则是涉及一门课程甚至几门课程的综合运用，所以课程设计是大型的。

其次，完成任务的独立性不同，一般实验学生采用教师事先安排好的实验板和仪器，实验指导书上详细地介绍了做什么和如何做，实验时还有教师现场指导，学生主要任务是搭接电路，用仪器观察现象和读取数据，因此实验是比较容易完成的；而课程设计不同，课程设计只给出所要设计的部件或整机的性能参数，由学生自己去设计电路、设计和制作印刷电路板，然后焊接和调试电路，以达到性能要求。

课程设计和毕业设计性质非常接近，毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计则是工程设计实践的初步训练，它为毕业设计打下一定基础。

课程设计与毕业设计在规模上和要求上，大小高低不同，但它们都属于工程设计，因此工作步骤是类似的。

1.2 课程设计的目的要求1 、课程设计的目的是帮助学生综合运用所学的理论知识，把一些单元电路有机地组合起来，组成小的系统，使学生建立系统的概念；并使学生巩固和加强已学理论知识。

并掌握一般电子电路分析和设计的基本步骤。

2 、掌握常用元器件的检测、识别方法及常用电子仪器的正确使用方法。

3 、掌握印制板的制作流程以及protel 99 SE的使用等基本技能。

4 、培养一定的独立分析问题、解决问题的能力。

对设计中遇到的问题能通过独立思考、查阅有关资料，寻找解决问题的途径；对调试中出现的故障，能通过独立分析，找到故障发生原因及排除办法。

5 、通过课程设计培养学生树立经济观点、全局观点，培养实事求是的科学态度和一丝不苟的严谨作风。

1.3 课程设计的主要步骤1 、方案论证根据设计指标要求查阅资料，确定采用晶体管电路还是集成电路，采用模拟电路还是数字电路，或者采用它们的混合电路。

分析比较这些电路的性能、繁易程度，再从性能、价格、实现难易等几方面进行方案论证。

然后，确定电路方框图，并将总体指标分配给每个小框，即明确每个小框的性能要求。

2 、工程估算确定每一个小框的单元电路，计算单元电路以达到分部指标的要求，计算本级时要特别注意相邻级对本级性能的影响，因此计算时要按一定的顺序进行。

确定本级元器件的数据和型号。

电路计算与元器件的确定这两步通常需要反复进行，按照经验选取某些数值的元器件，计算结果不一定符合分部指标要求；按指标要求计算出元器件值，却又不一定能找到这种规格的元器件，只得选取相近的元器件再行计算。

这种反复计算和计算中容许的近似最能体现工程设计的特点。

3、根据所设计方案制作PCB图4 、分析实验结果，写出课程设计报告。

设计报告应包括从指标要求到调试结果分析等各个方面。

特别对于作为学习环节的课程设计和毕业设计来说，书写设计报告更是十分重的一环，通过书写报告可以系统地掌握工程设计方法，可以更深刻地理解所学到的理论知识。

二、高频信号发生器及原理方框图2.1设计指标1 电源电压：4.5V2 输出正弦波功率：0.5W3 调制方式：普通调幅4 工作频率范围（1）3 档：465kHz～1.5MHz ；4MHz～15MHz ；25MHz～49MHz （2）每档频率要连续可调（3）可输出1kHz的音频信号2.2电路设计方案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。

一般高频信号发生器由主振级、调制级、输出级、缓冲级等几大部分组成，如下图所示。

2.3电路设计原理框图本课题是一小型简易高频信号发生器。

它只包含主振级和调制级两部分。

可供检修调试收音机、电视机及遥控设备之用。

主振级与调制级是高频信号发生器的主要电路。

这两部分可采用两级电路，也可合为一级电路。

主振级是一个LC 自激正弦波振荡器。

它输出一定频率范围的正弦波，又可送给调制级作为载波。

调制级提供测试接收机灵敏度、选择性等指标用的已调信号。

它可以是调幅波、调频波，也可以是脉冲信号。

本课题采用简化调幅电路，将主振级与调制级合二为一。

调制级本身就是一个正弦波振荡器。

当振荡管的某一个电极同时输入了音频信号时，则高频振荡将被音频信号所调制，此时振荡器输出的波形就不再是等幅波而是调幅波。

这里调制方式仅限调幅制一种。

高频信号发生器还要求有音频信号输出。

因此，仪器中还要包含一个音频振荡器，即上图所示中的内调制振荡器。

此振荡器既可输出音频信号，又可提供内调制信号。

不难看出，我们设计的高频信号发生器实际上只有两部分：一是音频振荡电路，一是高频振荡电路。

它们既能产生不同频率的正弦波，又能共同产生调幅波。

下图即是其组成框图。

三、部分电路设计3.1音频振荡器音频振荡电路有多种形式。

它可以是文氏电桥振荡器，也可以是L C振荡器。

这里只谈LC 正弦波振荡器设计。

LC 正弦波振荡器有变压器反馈式、电感三点式及电容三点式几种。

其中电容三点式振荡器的振荡频率较高，不适于作音频振荡器；而电感三点式振荡器的反馈电压取自电感支路，对高次谐波阻抗大，振荡频率不易很高，但作音频振荡器是适宜的。

因此，这里选用共基极电感三点式振荡器。

电路如下图所示。

右图所示是其交流等效电路。

左图中的C1是隔直电容，同时形成反馈支路。

共基极电感三点式振荡器交流等效电路（1 ）选管音频振荡器属小功率振荡器。

选用一般的小功率高频管即可。

从稳频和易于起振考虑，应尽量选取特征频率高的管子。

另外，应选电流放大系数β高的管子。

这样即使晶体管与回路处于松耦合状态时也易于满足起振条件。

通常可选用3DG 系列管。

（ 2 ）直流工作状态与偏置电阻的选择振荡管的静态工作电流对振荡器工作的稳定性及波形有很大影响，应合理选择工作点。

当振荡器的振荡幅度稳定后，一般应工作于非线性区域，晶体管必然出现饱和与截止状态。

晶体管饱和时输出阻抗低，它并联在 LC 谐振回路上将使 Q 值大为降低，从而降低频率稳定度，波形会出现失真。

所以应当把工作点选在偏向截止一边的放大区，即工作电流不能过大。

通常对小功率振荡器的工作电流应选 IcQ ＝1～5mA 。

若 IcQ 偏大，可使振荡幅度增加一些，但对其他指标不利。

现选 I cQ ＝3mA 。

UCEQ 应选大些，以使振荡器偏向截止方向工作。

现取 UCEQ ＝3.6V （UCC ＝4.5V ），由此可算得发射极电阻。

Ω=-==30036.35.4U U CQ CEQC E mA V V I R C －选择基极分压偏置电阻R B1、R B2：U BQ ＝U EQ ＋U BEQ ＝U CC －U CEQ ＋U BEQ ＝4.5V －3.6V ＋0.7V ＝1.6V mA 06.050mA 3I I Q BQ ===βC 取I 1＝5I BQ ＝5×0.06mA=0.3mA）取－ΩΩ=-==k 10(6.93.06.15.4U U 1BQ C B1k mA V V I R C ）取ΩΩ===k 1.5(3.53.06.1U 1BQB2k mA V I R为便于调整静态工作电流，R B1采用电位器与电阻串接，待电路调整好后，再换相应值的电阻。

（3 ） 回路元件的确定振荡回路的元件值可根据振荡频率的要求来确定。

根据要求 F0=1/2π√LC=1000HZ;现取C ＝0.33uF ，计算回路电感：m H 8.761033.01021C f 21L 62320=⨯⨯⨯==-）（）（ππ反馈系数K f ＝L 1/L 2，它决定电感抽头位置。

一般在0.1～0.5范围内选择。

K f太小，则振荡器不易起振幅度太小；K f太大，则振荡幅度大，易工作到饱和区，造成波形失真和频率稳定度低，所以应选取适中值，本例选取K f＝0.23.2高频振荡器高频振荡器一般采用电容三点式或变压器反馈式。

在此采用共基极变器反馈式。

其原理如图所示。

共基极变压器反馈式振荡器变压器反馈振荡器的优点是容易起振，输出电压大，结构简单，调节频率方便，调节频率时输出电压变化不大。

当振荡管的基极输入音频信号时，高频振荡将被音频信号所调制，振荡器即成为调幅器。

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，利于稳频。

在高频工作时，振荡器的增益仍较大，易于起振。

本例中选用3DG 56超高频管，其针fT >500MHz ，远大于本题要求的最高工作频率49MHz 。

高频振荡器的直流工作状态与偏置电阻的计算同本例音频振荡器的计算方法相同。

但注意集电极电流I CQ为2～4mA。

基极偏置电阻最好也采用电位器，以便调整静态电流。

鉴于高频振荡器具有3挡频率(3个波段) ，可用一个四刀三位拨动式波段开关进行转换。

各挡频率由双连电容器作连续频率微调。

图3-9 所示是高频信号发生器的整机电路。

它是由高频和音频振荡电路组成。

其中晶体管Q1音频振荡变压器J组成了共基极电感三点式振荡电路，产生音频信号，振荡频率为lkHz。

音频信号由变压器的次级输出。

一路经R 5、C 7衰减电位器R X2加至音频信号输出插孔J2，以便输出音频信号；另一路经C15藕合至Q2 的基极，以便作为高频已调波的调制信号。

晶体管Q2 与 3 个波段的高频变压器T2、T3、T4等组成共基极变压器反馈式振荡电路，产生高频信号，由于T 3基极同时还输入了音频信号，所以高频载波被音频信号所调制。

高频信号输出分3 个波段，由S2 转换。

各挡频率由双联电容器C 11 C 12连续调节。

通过开关的转换，在A ，B 挡时，C11C12并联接入电路；而在C 挡时，断开了C 7 。

高频信号通过C6、衰减电位器RX1从J1插孔输出。

元件清单名称数量（个）电容15电阻13三极管 2单刀单项开关1单刀三项开关 3变压器 4输出插孔 23.3总电路图设计总图PCB 图四、心得体会通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。