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。
MC1...
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
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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
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