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。 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，可以方便地其PDF版技术文 档。关于软件使用方面的问，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 也有很多相关和教学视频。④ 毛I 团 维普资讯 http://www.cqvip.com