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高频信号发生器最终

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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1/2fLC, C1'C1Coe，

C2' C2Cie
。但这种电路的频率稳定性不高。

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C3C1',C3C2',因此的回路总电容为
CC1'C2'C3'/C1'C2'C2'C3C1'C3C3
，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<小，且C1，C2可以增大，这是克拉伯电路的优点。但是由于C3的接入，电感损
耗电导折合到c,e两端的电导增大，对起振是不利的，这就说对起振条件要求变
的更严换取频率的稳定度提高，与电容三点式振荡器相比，在电感L之路上串联
一个电容，它有如下特点，振荡频率的改变不影响反馈系数，振幅比较稳定，但
C3不能太小否则会导致停振，所以克拉伯振荡器的频率变化范围小，适合作为
固定频率的振荡器。其电路的震荡频率为1/23fLC。
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wqq

时，晶体为串联谐振，相当于短路；当w=wp时，晶体为并联谐振。

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)<<1,则w0=wq(1+Cq/1(C0+Cl)) (1),有（1）表明电路的振荡频率与
石英晶体的串联谐振以及负载电容C有关。而振荡频率的稳定性主要取决于晶体
串联谐振频率的稳定性，外围电路元件对晶体振荡回路的耦合极弱，因此晶体振
荡器回路有很高的标准。
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


3ccCEQecCQVVRRkI
为提高电路的稳定性Re的值适当增大，取Re=1k，则Rc=2k，由于
212EQCQeVIRmAkV
/2/1000.02BQCQIImAmA
一般取流过Rb2的电流为5~10BQI，若取10BQI，
b2BQBQ

BQEQb2
b1ccBQb2BQ
b1

R=V/I
V=V+0.7R=5K
R=(V-V)*R/V
R=(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，

0
31

1

2fLC

选取电感L3=10uH则,C8为并联电容。
四．系统测试及数据分析
4.1 测试仪器表
序
号
名称、型号、规格 数量 备注 出厂编号

1 Tektronix示波器 1 Tektronix C039070
2 数字万用表 UT58E 1 UNI-T
305003063
3

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
0

f

相加去平均值，然后再除以此时的

主振频率0f所得出的比值频率的稳定度：

maxmin
00

0

/fffff

各项测量结果如下表：
测试项目 测试结果 备注
频率范围 4.22501-4.94726(MHZ)
瞬时稳定度 51.2910
失真情况 无失真
电压峰-峰值 1.25 V

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

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高低频信号发生器电路图

高低频信号发生器电路图

高低频信号发生器电路图高低频信号发生器电路图本发生器能产生低频1kHz，中频465kHz和高频525～1605kHz 的信号，对修理调试收音机或其它电路很有帮助，适合初学者制作。

1、工作原理电路如图所示。

VT1和C1、R1、C2、R2、C3等组成移相式低频振荡电路，产生1kHz信号，经VT2等组成射极输出器输出。

VT3、T、C7等组成变压器耦合高频振荡电路。

由VT2送来1kHz信号对VT3产生的高频信号进行调幅。

调节C7可从C6上输出525～1605kHz的调幅信号。

当转换开关S1拨到“2”时，C8代替C7并和465kHz的陶瓷滤波器Q组成选频网络，把465kHz的中频信号反馈给VT3的基极，从C6上输出465kHz的中频调幅信号。

2、元件选择三极管VT1～VT3：可选用3DG100、3DG201等高频小功率硅管，ft>100MHz，B值在50～100之间。

C7可选用7/270pF的收音机用双连电容器中的一连或单连电容器。

振荡变压器T可在收音机的中周上进行改制，在磁芯上用0.08mm的高强度漆包线绕L1、100匝，L2、35匝。

C8可用510pF的云母电容。

Q选用三级式的465kHz中频陶瓷滤波器。

S1可选用双刀双掷式转换开关。

其它元件参数值如图标注。

3、安装与调试以相近阻值的可变电阻代替R3、R4，按图装试无误后，接通电源。

调节R3的值，使图上所标点的电压达到要求。

整机电流达到3～5mA。

把低频输出端和地端与收音机的低放输入端和地相连，应能听到1kHz 的叫声，说明低频部分起振。

从高频输出端换一段导线并靠近收音机的磁棒，调节C7应能在某个位置听到1kHz的叫声，若听不到可把T 的L2两端对调一下，具体调校频率可用有频率测量功能的数字万用表或数字频率计进行。

若没有以上仪器，还可以配合一台统调准确的收音机进行粗调。

给C7装上旋钮，并在信号发生器的面板上划上相应频率的刻度线，信号发生器便可投入使用了。

信号发生器

信号发生器

项目2 信号发生器2.1 项目任务通过本项目的学习和实践，使学习者掌握以下理论知识和职业技能。

2.1.1 知识点1.信号发生器的基本概念及应用围。

2.函数信号发生器的基本组成原理，以及信号发生器的主要性能指标。

3.熟悉信号发生器的使用方法及注意事项。

2.1.2 技能点熟练使用函数信号发生器提供各种测试用信号。

2.2 项目知识2.2.1 信号发生器基本概念2.2.1.1 定义信号发生器又称信号源，它是在电子测量中提供符合一定电技术要求的电信号的设备，它能提供不同波形、频率、幅度大小的电信号，主要是正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等，为测试提供不同的信号源。

它与电子线路中的电流源、电压源的区别在于它是提供的是电信号，而后者只是提供的是电能。

2.2.1.2 分类信号发生器可按输出波形和输出频率两种方法进行分类。

1. 按输出波形分类，信号发生器可分为以下四种类型：（1）正弦波信号发生器：可产生正弦波或受调制的正弦波。

（2）脉冲信号发生器：可产生脉宽可调的重复脉冲波。

（3）函数信号发生器：可产生幅度与时间成一定函数关系的信号，如正弦波、三角波、方波、锯齿波、钟形波脉冲等。

（4）噪声信号发生器：可产生各种模拟干扰的电信号。

2. 按输出频率可分类，信号发生器可为以下六种类型：（1）超低频信号发生器：频率围为0.0001～1KHz 。

（2）低频信号发生器：频率围为1Hz ～1MHz 。

（3）视频信号发生器：频率围为20Hz ～10MHz 。

（4）高频信号发生器：频率围为200KHz ～30MHz 。

（5）甚高频信号发生器：频率围为30～300Hz 。

（6）超高频信号发生器：频率围为300MHz 以上。

2.2.2 几种常用信号发生器2.2.2.1 正弦波信号发生器1．频率特性（1）频率围。

指仪器 各项指标都能得到保证时的输出频率围，更确切地说，应称为“有效频率围”。

（2）频率准确度。

指信号发生器度盘（或数字显示）数值o f 与实际输出信号频率f 间的偏差。

电子测量与仪器课后习题解答

电子测量与仪器课后习题解答

参考答案第一章习题解答1.1 解：测量是人类认识和改造世界的一种重要手段。

测量是通过实验方法对客观事物取得定量数据的过程。

其实测量和我们每个人都有着密切的联系，人们或多或少都对它有一定的了解。

关于测量的科学定义，可以从狭义和广义两个方面进行阐述。

狭义而言，测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。

在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。

广义而言，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。

例如，故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。

电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。

它是测量学和电子学互相结合的产物；也是在科学研究、生产和控制中，人们为了对被测对象所包含的信息进行定性分析、定量掌握所采取的一系列电子技术措施；是分析事物，做出有关判断和决策的依据。

在电子测量过程中，以电子技术理论为依据，以电子测量仪器为手段，对各种电量、电信号、电路特性和元器件参数进行测量，还可以通过传感器对各种非电量进行测量。

严格地讲，电子测量是指利用电子技术对电子学中有关物理量所进行的测量。

1.2 解：电子测量的范围十分广泛，从狭义上来看，对电子学中电的量值的测量是最基本、最直接的电子测量，其内容有以下几个方面：(1)电能量的测量，如测量电流、电压、功率等。

(2)电子元件和电路参数的测量，如测量电阻、电容、电感、品质因数及电子器件的其他参数等。

(3)电信号的特性和质量的测量，如测量信号的波形、频谱、调制度、失真度、信噪比等。

(4)基本电子电路特性的测量，如测量滤波器的截止频率和衰减特性等。

(5)特性曲线的测量，如测量放大器幅频特性曲线与相频特性曲线等。

1.3 解：精密度(δ)说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。

第三章：信号发生器

第三章：信号发生器


3.2 低频信号发生器
概述： 1）低频信号发生器的输出信号频率范围通常为 20HZ~20KHZ，也称为音频信号发生器。 2）低频信号发生器可用于测试调整低频放大器、 传输网络和广播、音响等电声设备，还可为高频 信号发生器提供外部调制信号。
3．2．1 低频信号发生器的主要性能指标 （1）频率范围。1Hz～20KHz或延伸到 1MHz （2）频率稳定度。（0.1～0.4）%/小时 （3）频率的准确度。 ±(1～2)% （4）输出电压。0～10V连续可调 （5）输出功率。0.5～5w连续可调 （6）输出阻抗。50Ω、75Ω、150Ω、 600Ω和5KΩ （7）非线性失真系数。(0.1～1)% （8）输出形式:平衡输出与不平衡输出。
4．输出级：包括功率放大，输出衰减、阻 抗匹配等几部分电路。功放和输出衰减已 在前面讲过，这里就不讲了，由于高频信 号发生器必须工作在 阻抗匹配的条件下， （输出阻抗一般为50欧或75欧）否则将影 响衰减系数、前一级电路的正常工作、降 低输出功率或在输出电缆中形成驻波等。 所以必须在输出端与负载之间加入阻抗变 换器以实现阻抗的匹配。
应用实例：放大倍数等于输出电压与输入电压之比。
毫伏表
信号源 示波器 被测 放大器
放大器放大倍数测量连线图
3.3 函数信号发生器 函数信号发生器实际上是一种多波形信号源， 可以输出正弦波、方波、三角波、斜波、半 波正弦波及指数波等。由于其输出波形均可 用数学函数描述，故命名为函数发生器。目 前函数发生器输出信号的频率低端可至几毫 HZ，高端可达50MHZ。除了作为正弦信号源 使用外，还可以用来测试各种电路和机电设 备的瞬态特性、数字电路的逻辑功能、模数 转换器、压控振荡器以及锁相环的性能。