高频信号发生器西勒振荡文档格式.docx
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高频函数信号发生器输出正弦波信号的方法有数字方法和模拟方法,数字方法是通过数字电路产生方波,再通过滤波输出正弦波。
而模拟方法是通过振荡电路输出正弦波信号。
考虑到题目要求本次方案选用的是模拟方法输出正弦波较合适。
而在模拟电路振荡器中有LC振荡器、RC振荡器、石英振荡器三种方案可供选择。
经分析,RC正弦波振荡器频率在1Hz-1MHz范围内,不符合设计要求。
石英正弦波振荡器因其频率不可调同样不可取。
所以本方案选择LC正弦波振荡器,基本符合设计要求。
LC正弦波振荡器有三种振荡器,分别为考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。
下面对这三份方案分别进行论证并比较。
2.2方案比较与论证
2.2.1电容三点式振荡器
电容三点式振荡器电路图如图1所示。
图1电容三点式振荡器电路
理论计算振荡器的频率为:
其波形震荡极不稳定,波形频率约为6.5MHz
调节改变频率时,反馈系数也改变。
由于极间电容对反馈振荡器的回路电抗均有影响,所以对振荡器频率也会有影响。
而极间电容受环境温度、电源电压等因素的影响较大,所以电容三点式振荡器的频率稳定度不高,不适合本题所选振荡器要求。
图3西勒振荡器电路
电路特点是振荡频率的稳定度高,调整范围大。
电路的振荡频率为:
优点:
1.振荡幅度比较稳定;
2.振荡频率可以比较高,如可达千兆赫;
频率覆盖率比较大,可达1.6-1.8。
输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试,信号波形如图4所示,调整C5观测震荡信号的波形和频率变化。
图4西勒振荡器输出信号波形
方案选择:
从以上的讨论,分析不同振荡电路的性能指标及电路复杂程度。
采用西勒振荡电路,因为西勒振荡器的接入系数与克拉泼振荡器的相同,由于改变频率主要通过C5完成的,C5的改变并不影响接入系数p,所以波段内输出辅导较平稳。
而且C5改变,频率变化较明显,故西勒振荡器的频率覆盖系数较大,可达1.6~1.8。
所以采用第三种设计方案完成设计任务。
3系统设计
3.1整体框图
输出信号
图5整体框图
3.2参数计算与元器件选择
直流通路如右图所示,下面通过计算说明各个元器件值的选取。
电源选取12V的是为了提供偏置电压。
=
,实测得
工程上一般取
=(3~5)V,
这里取
=4V,
。
设静态工作点为(
,
)=(6V,2mA)因为
则
,则
=75K,又因为
,所以
=50K,
=25K,
故可得
=1K。
综上述计算可得
=1K,
图图6直流通路
交流通路如右图所示
由电路知识可得
图7交流通路
由于题目要求频率范围在6MHZ——7MHZ,通过计算可以得出结论:
左右。
所以在选择时,前者
采用47pf左右的瓷片电容,后者
用一个30pf可调电容相匹配。
在本电路中
的大小对电路性能有很大影响。
因为频率是靠调节
来改变的,所以
不能选的过大,否则振荡频率主要由
和L决定,因而限制频率调节的范围。
此外
过大也不利于消除晶体管极间电容的影响。
反之,如何
选的过小,则使得振荡幅度比较小了。
在这里通过不断试验我们选取52pF是比较合适的。
在短波通信里
常在20pF~360pF范围内选取。
我们这里选取的是4~25pF。
对于
和
的选择由
式知
,而工程上反馈系数F取0.1~0.5。
通过测试我们发现了
影响了起振时间,通过不断尝试我们发现
=330pF,
=1680pF的时候各项指标是最好的。
L的选取有大致的标准,通常振荡频率为1MHZ时,L在10uH以上,10MHZ时L大于1uH,这里选取10uH。
3.3总体电路设计
图8总体电路图
4系统测试
4.1测试条件
表1测试使用的仪器设备
序号
仪器名称
仪器规格
数量
备注
1
数字示波器
TDS2012C044955
泰克科技(中国)有限公司
2
万用表
DT9205A+
山创/H.NEYTEK
室温环境下进行测试
4.2硬件测试
测量时间:
2012年7月8日
数据记录(室温下)
上午九点测量为:
3
4
5
频率(MHz)
5.780
6.081
6.508
7.046
7.320
峰峰值(V)
1.40
1.42
1.50
1.54
下午三点测量为:
40
5.761
6.002
6.510
7.040
7.270
1.48
1.46
1.58
1.601
1.62
5总结
本设计系统经过多次测量,基本满足了设计要求所需的各项指标。
故在系统设计过程中,力求硬件线路简单明了,整体美观,发挥硬件功能,来满足系统设计要求。
但是因为时间没安排好,该系统还有许多不足之处还没改进,比如频率稳定度问题等,我们将在之后的培训中加以改进。
在本次设计的过程中,我也遇到了许多突发事件和各种困难,如不起振,幅度达不到要求,输出波形上下不对称,但通过仔细分析和自我状态调整后解决了部分问题。
在这个、过程中我们深刻地体会到学好专业课的重要性,提高了自己解决问题的能力的重要性。
6参考文献
[1]华中理工大学电子学教研室编,康华光主编.电子技术基础模拟部分[M].第4版.北京:
高等教育出版社,1998:
197—218
[2]《电子线路设计·
实验·
测试》第三版,谢自美主编,华中科技大学出版社
[3]《高频电子线路实验与课程设计》,杨翠娥主编,哈尔滨工程大学出版社
[4]《高频电路设计与制作》,何中庸译,科学出版社
[5]《通信电子线路》Ⅱ主编:
刘泉出版社:
武汉理工大学出版社
7附录
附录1:
问题修改记录
问题、现象
电路修改内容
结果
输出波形上下不对称(上胖下瘦)
暂无
在C4为68pF频率为6MHz时,幅度达不到1V
不断更换C4电容直至52pF
幅度满足要求
电路开始时不起振
减小C2C3
电路起振
静态工作点工作稳定度不好
将前级电路中固定电阻改为100k可调电阻调节静态工作点
波形较为稳定,无明显失真
元器件布局较为稀疏时,输出波形频率很不稳定
在排版布局时尽可能将元器件紧凑一点减小外界干扰
比较之下,紧凑的布局波形较稳定
6
附录2:
元器件清单
编号
名称
R1
51kΩ
1只
R2
22kΩ
R3
1kΩ
R4
2.2kΩ
R5
10kΩ
R6
1kΩKey=A
7
C1
0.01uF
8
C2
1000pF
9
C3
3300pF
10
C4
33pF
11
C5
30pFKey=A
12
C6
0.7uF
13
L1
10uH
14
Q1
2N2222
附录3:
实物图
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- 关 键 词:
- 高频 信号发生器 振荡