高频信号发生器最终

摘要：电路主要由西勒振荡电路构成的高频信号发生器，采用+15V电压源供电，电路具有可产生稳定的高频信号及可以调整输出频率等功能，设计的电路具有简洁，实用，可靠等性能，测试结果表明，经过多次试验表明我们输出的波形无明显失真，输出峰峰值达到要求，频率稳定度较高，在实际中具有较高的可靠性，稳定性等等。

关键词：西勒振荡电路 频率可调

一、 总体方案设计

设计并制作一高频正弦信号产生模块。 1．基本要求

（1）制作完成一路正弦波信号输出，频率范围6MHz～7MHz； （2）输出信号频率稳定度优于10-4，用示波器观察时无明显失真； （3）输出电压幅度：电压峰-峰值Vopp≥1V； 2．发挥部分

（1）将正弦波输出信号电压增加到Vopp≥10V，波形无明显失真， （2）再完成一输出信号频率大于30MHz的模块。 （3）其它。

根据要求我们，总体电路由两个模块构成，模块为一个震荡电路和供电模块。

二．方案论证选择

2.1 正弦波产生模块

方案一：采用一般电容三点式振荡电路，如图1所示的事电容三点式振荡电路的等效电路可知，晶体管的输出电压Coe和输入电容Cie ，分别与回路电容C1，

C2相并联。这些电容的变化直接影响到振荡频率。因为Coe ，Cie工作状态和外界条件有关，当外界引起Coe和Cie变化C0和Ci时，将会引起回路总电容发生变化。从而引起振荡频率的变化。设Coe和Cie没变化时，回路总电容

C=C1'C2'/C1'

C2'对应的振荡频率为f1/2

C2' C2Cie。但这种电路的频率稳定性不高。

C1'C1Coe，

图1一般电容三点式等效电路（其中Coe和Cie为晶体管的输出电容和输入电容）

方案二： 采用克拉伯振荡电路，如图2所示，其特点是在振荡回路中加一个电感串联的小电容C3，并且满足C3C1',C3C2',因此的回路总电容为

CC1'C2'C3'/C1'C2'C2'C3C1'C3C3，从提高频率稳定度来看，克拉伯电

路由于引进了C3，且保证C3

固定频率的振荡器。其电路的震荡频率为f1/2

图2 克拉伯振荡电路及其等效模型

方案三： 采用西勒振荡电路，其电路图如下图3所示，其电路的振荡频率为1/(2π

)，其中

，它可

认为是克拉伯电路的改进电路，它的电路特点是在克拉伯电路的基础上，用电容C4，并联于电感L两端，该种做法的作用是保持了晶体管与振荡回路弱耦合，振荡频率的稳定度高，一般在10^-5~10^-11量级范围内，频率调整范围大，且能保持振幅比较稳定，振荡频率高。

图3 西勒振荡电路及其等效电路

方案四： 采用并联晶体振荡电路，该电路与一般电容三点式振荡电路相同（关于一般电容三点式的工作原理方案一已有论证），只是将其中的一个电感元件用晶体置换，通常将晶体接在晶体三极管的c-b和b-e之间，如图4所示，分别称为皮耳斯振荡器和密勒振荡器。

图4 并联型晶体振荡器的两种基本类型

如图5所示这两个图分别为晶体的电路符号和其等效电路，而图6所示的为晶体的阻抗频率特性。根据其阻抗频率特性曲线和等效电路可知，当wwp时，表示在该频率范围内晶体等效为电容，当wq

图5晶体的电路符号和等效电路 图6 晶体阻抗频率特性

如图7（a）所示为典型的并联晶体振荡线路，晶体管的基极对高频接地，晶体接在集电极与基极之间。只有当振荡器工作频率w在晶体串联谐振频率和并联谐振频率之间时，电路呈现感性，C1和C2为回路的另外两个电抗元件，振荡回路的等效电路如图7（b）所示，由图可知，只要将石英晶体等效为电感，就是电容三点式振荡电路。

图7 并联谐振型振荡电路

电路的振荡角频率,若令称为负载电容，则（Co+Cl）Cq/C0+CL+C故(1/ ,因为Cq/(C0+Cl)

综上以上论证，方案一中电路频率的稳定性不高，方案二和方案四中都比较适合比较固定频率的发生，因此我们选择方案三，方案三中产生的波形稳定度高，可调范围较大，所以我们选择方案三 。

三．方案实现

根据方案三，我们得出如下电路图，见图8，这是一个西勒振荡电路构成的高频振荡器。

图8 西勒振荡电路

关于此电路我们可做如下分析：合理的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联系。一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，根据以上原则，一般小功率振荡集电极电流Icq大约在0.8~4mA,选Icq=2mA,Vceq =6V,β=100则有

ReRc

VccVCEQ

I

3k

CQ

为提高电路的稳定性Re的值适当增大，取Re=1k，则Rc=2k，由于

I

VEQII

CQ

Re2mA1

k2

V

/IBQBQCBQ R b2 =V V

=V

Q

/2mA/1000.0m2A

BQEQb2

一般取流过Rb2的电流为5~10

+0.7R=5K

IBQ

，若取10

IBQ

，

Rb1=(Vcc-VBQ)*Rb2/VBQ

Rb1=(12V-2.7V)*12K/2.7V=41.3K

，

为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由7.5K电阻与50K电位器串联构成. 电容参数选取，选择C2，C3时，在满足反馈系数，F=C2/C3之间，尽量使电路容易起振，选择C3=680pf，C2=3300pf,电容C1应该比C2，C3小，选择C1=98pf，为了实现频率调节范围大，并联了一个30pf的可变电容，为了减小高频信号的影响，提高信号频率，

f0

选取电感L3=10uH则,C8为并联电容。

四．系统测试及数据分析

4.2测试方法及数据分析 （1）频率范围

通过调节可变电容的容值，从示波器观测出我们采用电路的最大频率和最低频率即频率的范围。 （2）频率稳定度

该项测量我们采用在不同的时间段监测每个时段频频率变化的最大频率和最低频率然后将个时间段频率的变化值f0相加去平均值，然后再除以此时的

主振频率

f0

所得出的比值频率的稳定度：

fmaxfmin

f0

f0/f0

各项测量结果如下表：

五．注意事项

（1）在焊接电路时要注意注意拐角的焊接，尽量避免走直角，这样可以减少外界干扰的引入；

（2）在测试时在需要调整的的电容那可以通过焊插槽，这样可以避免不断的去焊接电路，可以方便的更换电容；

（3）在测试时要注意测试点的选取，我们在这次测量过程中选取了两个测试点。

六．结论

综合测试证明，本系统能达到部分题目要求，在波形的稳定度及波形无明显失真和波形输出的峰峰值方面做的是比较好的，但在频率的输出范围方面做的是比较差的，在分析电路和测试过程的所做的改动，分析有以下几个原因：

1）电路中振荡中电容选取的容值大小；

2）由于提高频率，峰峰值会降低，可能与偏置电阻的阻值大小有关； 通过测试过程我们也有以下几个问题：

1）输出端测试点的选取；

2）峰峰值得大小与频率的关系，在测试过程中频率增大，峰峰值会减小； 3）频率稳定度的决定因素；

参考文献

1.康华光.电子技术基础模拟部分.第五版.北京：高等教育出版社，1993 2.阳昌汉.高频电子线路.北京：高等教育出版社，2002

摘要：电路主要由西勒振荡电路构成的高频信号发生器，采用+15V电压源供电，电路具有可产生稳定的高频信号及可以调整输出频率等功能，设计的电路具有简洁，实用，可靠等性能，测试结果表明，经过多次试验表明我们输出的波形无明显失真，输出峰峰值达到要求，频率稳定度较高，在实际中具有较高的可靠性，稳定性等等。

关键词：西勒振荡电路 频率可调

一、 总体方案设计

设计并制作一高频正弦信号产生模块。 1．基本要求

（1）制作完成一路正弦波信号输出，频率范围6MHz～7MHz； （2）输出信号频率稳定度优于10-4，用示波器观察时无明显失真； （3）输出电压幅度：电压峰-峰值Vopp≥1V； 2．发挥部分

（1）将正弦波输出信号电压增加到Vopp≥10V，波形无明显失真， （2）再完成一输出信号频率大于30MHz的模块。 （3）其它。

根据要求我们，总体电路由两个模块构成，模块为一个震荡电路和供电模块。

二．方案论证选择

2.1 正弦波产生模块

方案一：采用一般电容三点式振荡电路，如图1所示的事电容三点式振荡电路的等效电路可知，晶体管的输出电压Coe和输入电容Cie ，分别与回路电容C1，

C2相并联。这些电容的变化直接影响到振荡频率。因为Coe ，Cie工作状态和外界条件有关，当外界引起Coe和Cie变化C0和Ci时，将会引起回路总电容发生变化。从而引起振荡频率的变化。设Coe和Cie没变化时，回路总电容

C=C1'C2'/C1'

C2'对应的振荡频率为f1/2

C2' C2Cie。但这种电路的频率稳定性不高。

C1'C1Coe，

图1一般电容三点式等效电路（其中Coe和Cie为晶体管的输出电容和输入电容）

方案二： 采用克拉伯振荡电路，如图2所示，其特点是在振荡回路中加一个电感串联的小电容C3，并且满足C3C1',C3C2',因此的回路总电容为

CC1'C2'C3'/C1'C2'C2'C3C1'C3C3，从提高频率稳定度来看，克拉伯电

路由于引进了C3，且保证C3

固定频率的振荡器。其电路的震荡频率为f1/2

图2 克拉伯振荡电路及其等效模型

方案三： 采用西勒振荡电路，其电路图如下图3所示，其电路的振荡频率为1/(2π

)，其中

，它可

认为是克拉伯电路的改进电路，它的电路特点是在克拉伯电路的基础上，用电容C4，并联于电感L两端，该种做法的作用是保持了晶体管与振荡回路弱耦合，振荡频率的稳定度高，一般在10^-5~10^-11量级范围内，频率调整范围大，且能保持振幅比较稳定，振荡频率高。

图3 西勒振荡电路及其等效电路

方案四： 采用并联晶体振荡电路，该电路与一般电容三点式振荡电路相同（关于一般电容三点式的工作原理方案一已有论证），只是将其中的一个电感元件用晶体置换，通常将晶体接在晶体三极管的c-b和b-e之间，如图4所示，分别称为皮耳斯振荡器和密勒振荡器。

图4 并联型晶体振荡器的两种基本类型

如图5所示这两个图分别为晶体的电路符号和其等效电路，而图6所示的为晶体的阻抗频率特性。根据其阻抗频率特性曲线和等效电路可知，当wwp时，表示在该频率范围内晶体等效为电容，当wq

图5晶体的电路符号和等效电路 图6 晶体阻抗频率特性

如图7（a）所示为典型的并联晶体振荡线路，晶体管的基极对高频接地，晶体接在集电极与基极之间。只有当振荡器工作频率w在晶体串联谐振频率和并联谐振频率之间时，电路呈现感性，C1和C2为回路的另外两个电抗元件，振荡回路的等效电路如图7（b）所示，由图可知，只要将石英晶体等效为电感，就是电容三点式振荡电路。

图7 并联谐振型振荡电路

电路的振荡角频率,若令称为负载电容，则（Co+Cl）Cq/C0+CL+C故(1/ ,因为Cq/(C0+Cl)

综上以上论证，方案一中电路频率的稳定性不高，方案二和方案四中都比较适合比较固定频率的发生，因此我们选择方案三，方案三中产生的波形稳定度高，可调范围较大，所以我们选择方案三 。

三．方案实现

根据方案三，我们得出如下电路图，见图8，这是一个西勒振荡电路构成的高频振荡器。

图8 西勒振荡电路

关于此电路我们可做如下分析：合理的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联系。一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，根据以上原则，一般小功率振荡集电极电流Icq大约在0.8~4mA,选Icq=2mA,Vceq =6V,β=100则有

ReRc

VccVCEQ

I

3k

CQ

为提高电路的稳定性Re的值适当增大，取Re=1k，则Rc=2k，由于

I

VEQII

CQ

Re2mA1

k2

V

/IBQBQCBQ R b2 =V V

=V

Q

/2mA/1000.0m2A

BQEQb2

一般取流过Rb2的电流为5~10

+0.7R=5K

IBQ

，若取10

IBQ

，

Rb1=(Vcc-VBQ)*Rb2/VBQ

Rb1=(12V-2.7V)*12K/2.7V=41.3K

，

为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由7.5K电阻与50K电位器串联构成. 电容参数选取，选择C2，C3时，在满足反馈系数，F=C2/C3之间，尽量使电路容易起振，选择C3=680pf，C2=3300pf,电容C1应该比C2，C3小，选择C1=98pf，为了实现频率调节范围大，并联了一个30pf的可变电容，为了减小高频信号的影响，提高信号频率，

f0

选取电感L3=10uH则,C8为并联电容。

四．系统测试及数据分析

4.2测试方法及数据分析 （1）频率范围

通过调节可变电容的容值，从示波器观测出我们采用电路的最大频率和最低频率即频率的范围。 （2）频率稳定度

该项测量我们采用在不同的时间段监测每个时段频频率变化的最大频率和最低频率然后将个时间段频率的变化值f0相加去平均值，然后再除以此时的

主振频率

f0

所得出的比值频率的稳定度：

fmaxfmin

f0

f0/f0

各项测量结果如下表：

五．注意事项

（1）在焊接电路时要注意注意拐角的焊接，尽量避免走直角，这样可以减少外界干扰的引入；

（2）在测试时在需要调整的的电容那可以通过焊插槽，这样可以避免不断的去焊接电路，可以方便的更换电容；

（3）在测试时要注意测试点的选取，我们在这次测量过程中选取了两个测试点。

六．结论

综合测试证明，本系统能达到部分题目要求，在波形的稳定度及波形无明显失真和波形输出的峰峰值方面做的是比较好的，但在频率的输出范围方面做的是比较差的，在分析电路和测试过程的所做的改动，分析有以下几个原因：

1）电路中振荡中电容选取的容值大小；

2）由于提高频率，峰峰值会降低，可能与偏置电阻的阻值大小有关； 通过测试过程我们也有以下几个问题：

1）输出端测试点的选取；

2）峰峰值得大小与频率的关系，在测试过程中频率增大，峰峰值会减小； 3）频率稳定度的决定因素；

参考文献

1.康华光.电子技术基础模拟部分.第五版.北京：高等教育出版社，1993 2.阳昌汉.高频电子线路.北京：高等教育出版社，2002