自制高频正弦信号发生器

自制高频正弦信号发生器文／孙俊对于无线电爱好者来说，信号源是最常用的调试设备之一。这里笔者结合自己的制作经验为大家介绍一种利用压控振荡器和锁相技术制作的高频正弦信号发生器电路。该电路结构简易，便于手工制作且成本低廉，输出频率可在几十兆赫兹至上百兆赫兹范围内调整，输出电压峰一峰值可达 1．2V，上下波动小于2dB，而且输出信号频率稳定度高，实用性好。图 1为它的实物照片。准备工作本电路用到的主要器件有：圈1 MC1648，作为自动增益控制器件 (AGC)与LC振荡回路组成压控振荡器...

文／孙俊对于无线电爱好者来说，信号源是最常用的调试设备之一。这里笔者结合自己的制作经验为大家介绍一种利用压控振荡器和锁相技术制作的高频正弦信号发生器电路。该电路结构简易，便于手工制作且成本低廉，输出频率可在几十兆赫兹至上百兆赫兹范围内调整，输出电压峰一峰值可达 1．2V，上下波动小于2dB，而且输出信号频率稳定度高，实用性好。图 1为它的实物照片。准备工作本电路用到的主要器件有：圈1 MC1648，作为自动增益控制器件 (AGC)与LC振荡回路组成压控振荡器。 MC145152，并行输入锁相环频率合成器芯片，片内集成鉴相器 (PD)、基准信号分频器R，计数器N、A，用来构成锁相环电路 (PLL)，利用它可以提高输出信号的频率稳定度。 MC 12015，计数器，与MC 145 152配合使用来改变PLL 对晶体振荡器的频率要求。 MV2109，变容二极管，电容值在一定范围内受控于电压，作为LC振荡回路的电容。 LM358，运算放大器，用来和电阻电容一起构成有源低通率波器。电感 (LC振荡回路的电感采用中频放大器—一收音机拆机件自制)、电容、电阻若干。为了实现电路设计简单实用的要求，本电路所用器件选择也本着易于购买且性价比高的特点，比如采用并行输入的MC145152可以使电路操作简便，而MV2109则比同囵一 ⋯一 l5⋯一 El 一一一维普资讯 http://www.cqvip.com 价位的MV2105线性区域更宽且整体偏向高频区，便于制作高频正弦信号发生器。LM358为低噪声运算放大器，若买不到选用其他低噪声运算放大器也可，而选用中频放大器自制电感代替市售电感，也是由于我们需要的电感值比较特殊，难以买到。电路介绍此信号发生器的电路原理图如图2所示。图2的左下方由MC1648、变容二极管MV2109、自制电感构成压控振荡器(vco)。由图可见，电感L1和变容管组成并联谐振回路，并联接于芯片的10、12脚，由于变容管的结电容受其两端电压控制，所以主振频率可以由运算放大器的输出电压调节。由MC1648构成的压控振荡器，虽然实现了输出频率的大范围可调，但频率稳定度不高，与一般的LC振荡器一样，只能在 1旷左右。为了提高其稳定度，该电路采用了锁相环技术。锁相环 (PLL)是一闭环自动调整系统，它主要由鉴相器 (PD)环路低通滤波器 (LPF)和压控振荡器 (VCO) 等构成。 LM358及其周围的电阻、电容组成低通滤波器(LPF)。图3指出了VCO、LPF与内置PD的MC145152是如何组成PLL的。稳定度不高的输出通过环路的自动调整使其被输入基准频率f锁定，即被锁定在与f同样的频率稳定度上。通常f为给定的石英晶振，频率具有至少为 10 数量级的频率稳定度。输出频率，n由公式，n=‘_Ⅳ =f(PⅣ+A)决定，其中f 为锁相环的频率步进间隔 (‘=f／R，f为晶体振荡器给出的频率)，P值的大小是由外置分频器芯片本身决定的，比如本例所选的MC 12015，其值为32。读者可以按照自己的图4 2口口日．口5总第54日期需要，按照公式改变上述参数来获得自己想要的输出频率。由于变容二极管的电容值有一个固定的范围，往往一块电路板不能覆盖我们需要的所有频率，这时我们可以通过在变容二极管两端并联电容改变LC回路中电容值的方法来改变输出频率，制成几块小板，分别覆盖不同的频段，使用时更换 (图4所示实物电路将LPF与VCO制作在一块小印制板上。经笔者测试，该板与MC145152组合成完整电路后输出频率的最佳范围为34MHz～53MHz)。拨码开关用于给计数器赋值，当然也可以使用单片机等逻辑控制芯片对锁相环进行数字控制来制作数控信号源，但对于没有硬件编程基础的朋友来说，这远不如使用拨码开关控制来得简单。电路性能笔者对自制电路的实际效果进行了测试。图5为当令其输出频率为图5 50MHz正弦波时，数字示波器所测得的波形，右侧为具体参数，效果还是令人满意的。电路制作电路制作过程中有两个地方要特别注意，一个是变容二极管要工作在线性区，这需要我们测出自制LC振荡器的压控灵敏度。最好画出一，n曲线，人为选择其线性较好的部分，并注意温度对变容二极管容值的影响。图2中两组变容二极管的使用对改善一‘曲线的线性有很大帮助。二是锁相环电路中低通滤波器的设计，这部分可以参考科学出版社出版的 (《锁相环 (PLL)电路设计与应用))(远坂俊昭著，何希才译，2006．1)，该书作者有很多这方面的实践经验，书中有很多内容值得借鉴。另外，当我们计算出的电感值与市售电感的电感值有很大出入时，需要使用中频变压器自制电感，即将漆包线缠在中周中柱上。这时您可能额外需要一支专用的电感电容表，因为一般的万用表很可能测不了电感值太小的电感。如果想要对文中芯片数据有更多的了解，可以访问WWW．alldatasheet．com或www． datasheet4u．com，这两个是专业的器件手册搜索引擎。在搜索框内输入芯片型号，可以方便地下载其PDF版技术文档。关于软件使用方面的问题，有很多专门的书籍介绍，比如人民邮电出版社出版的 (《跟我学PROTEL DXP电路设计与制版))(甘登岱著)就是一本很不错的入门书籍，网上也有很多相关指南和教学视频。④ 毛I 团维普资讯 http://www.cqvip.com

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