高频信号发生器的设计与制作(zhuan)
2009-07-23 13:51阅读：
一、设计课题：高频信号发生器
二、主要用途：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。
三、技术指标与要求：
1、设计达到的主要技术指标有：
(1)电源电压：4.5V；
(2)输出正弦波功率：0.2W；
(3)调制方式：普通调幅；
(4)工作频率范围
13档：465kHz～1.5MHz；4MHz～15MHz；25MHz～49MHz；
2每档频率要连续可调。
电路结构采用分立元件实现。
2、要求完成的设计工作主要有：
(1)收集资料、消化资料；
(2)选择原理电路，分析并计算电路参数；
(3)绘制电路原理图一张(用A4图纸)；
(4)绘制元件明细表一张(用A4图纸)；
(5)设计印制电路板底图一张；
(6)撰写设计报告一份，要求字数在5000字以上。
3、时间安排
总时间一周，最后半天(4学时)为答辩时间。答辩过程分两步完成，前2节课时间分小组进行答辩，并初步推举出优秀设计2~4个；后2节课时间为优秀设计集中答辩时间。
4、注意事项
(1)作图必须规范，图幅清洁干净；
(2)设计报告内容详细，叙述清楚，计算准确，有根有据，书写工整；
(3)设计必须独立完成，不得抄袭。
高频信号发生器设计指导
第一章 概述
1、课程设计的工作流程：课程设计的操作流程如图1-1所示。
指标
2、评分办法
学生课程设计的成绩，应根据完成设计工作的质量综合评分，参考评分办法评定。
3、纪律要求
(1)课程设计期间，按平时上课作息时间到指定地点(一般为教室)；
(2)保持良好的课堂秩序，可以互相讨论问题，但不得大声喧哗；
(3)需要去图书馆查阅有关资料时，可向指导老师提出，并做好记录。
4、本课程设计的准备工作
(1)复习电容三点式振荡器的工作原理；
(2)复习高频实验仪器设备的使用方法。
第二章 设计任务与要求
1、课程设计任务：见课程设计任务书中的各项
2、设计报告的内容及版式要求：设计报告要撰写的内容和版式要求见表1-1所示。
表1-1设计报告内容项目和版式要求
序号
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设计报告项目内容及版式要求
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1
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设计封面、目录
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2
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第一章 绪论
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3
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一、目的与意义
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4
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二、设计内容与课程内容的关系
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5
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三、完成任务的时间进程
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6
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第二章 电路结构的选择与工作过程
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7
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一、方框结构与工作原理
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8
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二、选择电路原理图及阐明选择的主要依据
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9
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三、叙述各部分电路的基本工作原理
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四、电路中各元器件的名称及作用
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11
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第三章 电路参数的计算与元件的选择
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12
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第四章 安装调试与设计总结
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13
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一、安装调试与参数验算
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14
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二、小结(心得体会)
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15
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参考文献
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第三章
电路结构的选择与工作过程
一、设计方案
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，如图3－1所示。
图3－1
高频信号发生器方框图
二、设计原理
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。
图3－1
高频信号发生器信号输出方框图
下面分别讨论这两部分的设计原理及设计步骤。
第四章 电路参数的计算与元件选择
一、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LC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。
图4－1
共基极电感三点式振荡器
图4－2 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I
cQ＝1～5mA。若I
cQ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。
U
CEQ应选大些，以使振荡器偏向截止方向工作。现取U
CEQ＝3.6V（U
CC＝4.5V），由此可算得发射极电阻。
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
取I
1＝5I
BQ＝5×0.06mA=0.3mA
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、振荡回路元件的确定
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
。因为振荡频率较低，故回路元件值较大。现取C＝0.33uF，计算回路电感：
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＝0.2。
二、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。在此采用共基极变压器反馈式。其原理如图所示。
图4－3
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fT也要比音频振荡管的要求高。通常选fT>
(3-10) f0
(f0为振荡器的中心频率)。fT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。本例中选用3DG56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ICQ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4-4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T
1和音频振荡变压器T
r4等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
6。、C
4、衰减电位器R
w2加至音频信号输出插孔XS2，以便输出音频信号；另一路经C
5藕合至T
2的基极，以便作为高频已调波的调制信号。
图4－4
高频信号发生器整机电路
晶体管T
2与3个波段的高频变压器T
r1、T
r2、T
r3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
2的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
7、C
8作连续调节。通过开关S
2－1-的转换，在A，B挡时，C
7、C
8并联接入电路；而在C挡时，断开了C
7。高频信号通过C
12、衰减电位器R
wl，从XSl插孔输出。
第五章 无线电调幅发射机的安装调试与设计总结
一、LC元件的选择与安装
变压器T
r4用导磁率为200、外径为18mm的磁罐，用线径为0.16mm的漆包线绕制。T
r1是用10mm×10mm的中振线圈改绕的。T
r2、T
r3均用10mm×10mm的短振星期改绕。T
r1～T
r3均用0.16mm的漆包线绕制。各变压器的绕制圈数在图3－9中以N表示。S2用KB型四刀三位拨动式波段开关。R
w1、R
w2用WS－2型有机实芯电位器，XS1、XS2用3.5mm的收音机插孔。
本电路中用的双联是由2×270pF密封双联改制的，改制时把双联电容器一联（C8）拆去一部分定片，只保留三片动片和两片定片，再固定好。最后再用电容电桥监测后修正一下电容值（调整花片）。
本机共用3块印制板，见图5－4。其中图(a)所示为主控电路板，图(b)所示为大电解
电容板，图(c)所示为电源板。主电路板应选用环氧树脂板而不要使用普通纸胶板或布胶板。若不做仪器外壳，则只需两块印制板，电源板可省去而用直流稳压电源供电。
图5－4
整机印制板电路
为了充分利用仪器的空间，把电容板用磁罐的中心螺丝固定在磁罐的上方。电源板用两个M3×25(mm)的螺丝架在主电路板元件的上方，卡电池的磷铜片直接焊在电源板的铜箔上。
电路制好后，最好能做外壳以构成一台使用方便的仪器。该仪器的外壳尺寸为
l00×50×40(mm
3)，面板安排如图5－2所示。由于双联电容器的轴很短，不能直接伸出面板，要用M3螺丝与轴对接，再用M3螺母将其拧紧。这样使双联的轴被加长。频率刻度可直接画在面板纸上。频率指针板用白色透明有机玻璃制作，上面画一条红线作为标志线。安装时，指针板与面板间要留1mm的缝隙，以防旋动时将板面划伤。
图5－2
仪器外壳面板
二、调试与使用
各电路板焊接、连接无误后，即可通电调试。首先调整电路的工作点：调R
3使T
1
的Ic为3～5mA；调R
8使T
1的Ic为2～4mA。R
4的阻值与音频正弦波的失真及振幅有关，应适当调节。判断T
2起振方法很多，最简单的方法是将T
2的集电极线圈短接。若用万用表测得的T
2发射极电压有波动则说明电路起振，这时距信号源2m远的收音机应能收到信号。
标定仪器的面板频率刻度时，可借助一台标准高频信号发生器，一台三波段收音机。用标准信号发生器的目的是能精确地校准收音机的接收频率。以检验待测信号发生器的频率。具体测定前，在面板的指针板下放一张已画好3挡半圆弧线的白纸。在收音机的监听下转动频率旋钮，使仪器的发射频率与标准信号发生器一一对应。用细铅笔尽量密集地在纸上标出对应的频率点。每挡的低端频率可分别调T
r1、T
r2、T
r3的磁帽校准。由于设计的信号发生器的频率范围较宽，第3档(C挡)不在收音机的接收范围内。因此有时需要接收它发射的高次谐波。例如，465kHz的信号在AM中波段以外，但可在930kHz频率上收到(二次谐波)。30MHz的信号可在调频波段的90MHz频率上收到。注意接收的谐波次数越高，接收距离应越近。为了使用上的方便，可在刻度盘上醒目地用圆点标出常用频率，如465kHz，6.5MHz，l0.7MHz，28MHz，34.25MHz
，37MHz等。
仪器的使用方法与一般简易高频信号发生器相同，高频信号即可通过插孔XSl直接输出，亦可由仪器辐射射出。
