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摘要
本题目中，振荡器采用输出波形好，频率稳定度高的具有波段切换
功能的改进型电容三点式振荡电路。在每一个波段内，频率的调节是通
过改变压控振荡器的变容二极管的直流反压实现的。采用锁相环频率合
成电路，以进一步提高输出频率的稳定度。为了提高输出功率和效率，
功率放大器设计在丙类临界状态。单片机的任务是进行峰-峰值显示和频
率显示。
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一、方案论证与比较
1、常见 LC 振荡器制作方案
方案一、采用互感耦合振荡器形式。调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较稳定。调发
电路只能解决起始振荡条件和振荡频率的问题，不能决定振幅的大小。调集电路在高频输出方面比其它
两种电路稳定，幅度较大谐波成分较小。互感耦合振荡器在调整反馈（改变耦合系数）时，基本上不影
响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器，而且灵活性较差。
方案二、采用电感三点式振荡。由于两个电感之间有互感存在，所以很容易起振。另外，改变谐振
回路的电容，可方便地调节振荡频率，由于反馈信号取自电感两端压降，而电感对高次谐波呈现高阻抗，
故不能抑制高次谐波的反馈，因此振荡器输出信号中的高次谐波成分较大，信号波形较差。
方案三、采用电容三点式振荡器。电容三点式振电路的基极和发射极之间接有电容 ，反馈信号取
自电容两端，它对谐波的阻抗很小，谐波电压小，因而使集电路电流中的谐波分量和回路的谐波电压都
较小。反馈信号取自电容两端，由于电容对高次谐波呈现较小的容抗，因而反馈信号中高次谐波分量小，
故振荡输出波形好。
考虑到本设计中要求频带较宽，输出波形良好，拟选择方案三。
2、调谐方案
方案一、手动调谐。通过手动调节双联电容来改变输入回路的谐振和本振频率，或调节精密电位器
产生一定的偏压从而改变变容二极管的结电容，使谐振频率发生变化。其优点是调谐简单，可以根据实
际情况进行精细调节；缺点是难以实现一些智能功能，而且由于频率的稳定度取决于 LC 振荡，而 LC
振荡的频率稳定度较低，导致本振频率漂移严重，性能不够稳定。
方案二、电压合成调谐。用 D/A 转换或数字电位器产生一定的电压改变晶体管或变容二极管的结
电容，从而改变振荡频率。由于 D/A 转换器和数字电位器的位数一般较低，所以难以得到精细的控制
电压，再加上变容二极管的非线性，使得控制电压与谐振频率之间一般是非线性的关系，从而使控制电
压的产生和载频的确定都很困难，并且稳定度不好。
方案三、锁相环频率合成方式。该方案的显著优点是频率稳定度高，与晶体管振荡器的稳定度相同，
可达 10
-6
以上，当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，使频率重新稳定。如果采用小数分频
（如用相位累加脉冲吞除技术），可以在好的环路性能下实现微小的频率步进，获得高稳定度的频率信
号。
权衡之后，我们采用了方案三。
3、测量显示电路
方案一、采用纯硬件电路来实现。无论是峰-峰值显示，还是频率显示，其电路都比较复杂，调试
困难，而且电路功能的可修改性和可扩充性都比较差，不易满足题目中的要求。
方案二、软硬件结合来实现。
对于峰-峰值显示，可以直接用 A/D 转换器采样峰值检波电路输出的电压值，再经单片机计算处理
后进行显示。
对于频率显示，通常采用两种方案：
① 利用压控制振荡器输出电压与频率的线性关系，做成数据表，并存入存储器中，再通过软件编
程进行查表并显示。
② 利用硬件电路对输出的正弦信号进行频率采样，再由单片机进行计数并显示。
方案二的特点：电路功能的可修改性和可扩充性都比较好，但软件设计工作量较大；
综合考虑各种因素，拟采用方案二，其中，频率显示拟采用单片机查表的方法。
信号
输入
A/D
采样
单片机
处理系统
LED
显示
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二、系统设计
1、总体设计
（1）系统框图
2、各模块设计及计算
（1）正弦波振荡电路的设计与计算
为了提高输出波形的稳定性并展宽频率范围，我们实际采用的是改进型的电容三点式振荡电路——
西勒振荡电路。我们选用小功率高频管 3DG4E，其 f
T
=200 兆赫，选 h
fe
=50 至 100 左右的管子。
电路工作于临界状态时，集电极电流
�
0c
I
2.4mA
信号
输入
A/D
单片机
处理系统
LED
显示
峰值检波
电路
单片机
滤波
VCO
BU2614
放大器
功率
R
显示
A/D 转换
AGC
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�
0e
V
0.2
c
E
=0.2×12=2.4V
故可计算出射极电阻值
���
2400
4.2
0
0
3
c
e
I
V
R
1KΩ
我们取下偏置电阻
35
4RR �
=9×1000=9KΩ（实际
5
R
为 9.1 KΩ）
那么上偏电阻
��
�
��
�
�
��
� 1.9
7.04.2
)7.04.2(12
)(
5
0
0
4
R
VV
VVE
R
bee
beec
26.1 KΩ
取耦合电容 0.047μF，
谐振时
C
=100pF，电感可按下列经验公式
Cf
L
2
0
25300
�
计算
得
�
�
��
10025
2530025300
22
0
Cf
L
0.4μH
集电极电路中扼流圈的电感值应远大于电感
L
之值，这里选用 1 毫亨的扼流圈。
取反馈系数
F
=1，则
C
6
=
C
7
=（1+
F
）
C
=（1+1）×100 = 200pF
由于本题目要求振荡器的输出频率为 15MHz~35MHz，并且频率变化范围要达到 20MHz，如果用
普通 LC 型压控振荡器（VCO）在满足相位噪声以及输出幅度平稳压控曲线非线性较小的情况下，覆盖
只能做到 10MHz 的量级，难以再展宽，这是因为宽覆盖与低相位、噪声等要求均存在矛盾。为了解决
这一矛盾，我们采用波段开关转换的办法，以实现频率覆盖 20MHz 的要求。
变容二极管是一种频率变化范围较大的二极管，当变容二极管上反向偏压越大，结电容越小，反之
亦然。由于结电容是随反向偏压变化的，因此它相当于可变电容器。它的主要优点是能够获得较大的频
移，线路简单，并且几乎不需要用调制功率。
当谐振从最高 f
max
变化到最低值 f
min
时，谐振回路频率覆盖系数
min
max
f
f
K
f
�
按上图中调谐回路覆
盖系数可写为
min
max
max
min
2
1
2
1
j
j
j
j
f
C
C
LC
LC
K ��
�
�
接题目要求，f
max
=35MHz，f
min
=15MHz，所需要的变容二极管覆盖系数为
2
fc
KK �
=5.4
我们选用的变容二极管覆盖系数为 ，超过要求值。
（2）功率放大器
由于采用甲类、乙类、甲乙类放大器达不到题目的要求，在这里为了获得一定的不失真的输出功率，
并工作在大信号状态下，我们采用丙类放大器。（如图
