【摘要】《电子工程设计》是电子信息专业的一门技术专业课，课程主要使学生掌握综合电子应用电路的设计。高频电路设计部分是课程的难点，本文针对课程中高频电路的设计方法以及电路的调试方法进行了深入的教学研究。并就如何进行教学设计、改善教学方法和手段等方面进行了探讨，并在教学过程中采用了一系列的教学改革措施，取得了良好的教学效果。
【关键词】电子工程设计;高频电路;教学研究
1.引言
《电子工程设计》是电子信息工程专业的一门专业课和必修课。本课程是学生学习电子技术十分重要的教学环节之一，是对学生学习电子技术知识的综合实践训练。通过电子技术实践教学环节，使学生巩固所学的电子技术理论知识，培养学生解决实际问题的能力，加强基本技能的训练，切实提高学生的实践动手能力和创新能力。教学任务是通过本课程的学习使学生掌握常用电子元器件基本知识，常见电子电路的设计，综合电子应用电路的设计，电子线路板元件布置与布线基本知识，元件焊接技术，硬件电路的调试技术，电信号的检测技术。
课程内容中高频电路设计部分是重点也是难点，高频电路设计包括各种调谐电路的设计、高频振荡器的设计以及实际电路的制作和调试。学生在进行各种参数选择和电路调试的过程中很容易出现问题，本文针对高频电路设计和调试方法进行了深入的教学研究，结合课程讲授过程中的实际问题对此部分教学内容做了详细分析，并取得了良好的教学效果。
2.调谐放大电路的设计和调试方法研究
调谐放大器是一种选频放大器，即从所输入的信号中选出有用信号并进行电压放大。调谐放大器在各种电子设备、发射和接收机中被广泛应用。在调谐放大器中由L、C元件组成并联谐振回路，对信号进行选频[1]。放大器件可以是双极型晶体管，也可以是场效应管。
2.1 原理电路
图1 原理电路一
图2 原理电路二
RB1、RB2、RE提供管子的静态工作点，使管子处在放大状态。电路之一中的L、C组成并联谐振回路，决定谐振频率。电路只对谐振频率及其通频带内的信号进行电压放大，而对通频带以外的输入信号不放大，从而实现选频放大。电路之二的直流偏置与电路之一相同。电路中的C、L1、L2决定谐振回路的谐振频率。放大的电压信号经L1、L2之间的互感耦合，由L2两端输出。上述电路在发射和接收设备中被广泛应用。如超外差收音机的中放电路、电视机的中放电路等普遍使用上述电路。
2.2 电路的设计方法
（1）按所需谐振频率选择LC参数
谐振频率由L、C参数共同决定，在设计中一般先固定电容的参数，选择电感元件的参数。在设计高频谐振回路时，由于管子的结电容和元件分布电容影响谐振频率，选择电容参数时适当将容量选的小些。电感最好选用具有磁帽的电感，以方便电路调试时微调电感量。如果选用有骨架电感，可通过增减匝数来微调电感量;如果选用空心电感也可通过改变匝与匝之间距离来微调电感。
（2）三极管放大电路的设计
电路属于小信号放大电路，设计时参照中频段单管放大电路的设计过程。其实就是通过设计使管子具有合适的静态工作点，并具有合适的动态范围。如UCEQ≈1/2VCC。注意：对直流来说LC回路相当于短路。
2.3 电路的调试方法
（1）静态调试
调试电路的静态工作点，使电路中管子的静态电流和有关电压达到设计值。UCEQ最好接近1/2VCC。
（2）动态调试
在信号输入端输入接近LC回路谐振频率的频率可变的信号，用毫伏表测试LC回路的电压。将输入信号由低到高改变频率，观察毫伏表读数，当毫伏表读数最大时，所输入的信号频率就是该电路所放大的信号频率。
上述毫伏表可以用示波器代替。当示波器显示波形幅度最大时，所输入的信号频率即为该LC回路的谐振频率，也就是该电路所放大的频率。在没有毫伏表的情况下，也可以用万用表直流电压档测量管子的UCE，在LC谐振时UCE最小。如果电路的谐振频率偏离设计频率，可以通过微调电感量进行谐振频率的微调。如果谐振频率偏离设计值太多，可先改变电容的容量，然后再微调电感量。如果有条件最好用扫频仪调试放大电路的频率特性。
3.高频正弦振荡电路的设计和调试方法研究
所谓高频正弦振荡器是指产生几百kHz以上正弦信号的电路（几赫兹～几千赫兹正弦信号由RC正弦振荡器产生）。
高频振荡器按选频网络分为LC正弦振荡器和石英晶体正弦振荡器[2]。LC正弦振荡器的频率稳定度为10-2～10-5，石英晶体正弦振荡器的频率稳定度为10-7～10-9。
LC正弦振荡器的振荡频率可通过改变电感量实现微调。如果需要使振荡频率该变量较大，一般先改变谐振回路电容的容量，然后微调电感量。当石英晶体的标称频率选定后，石英晶体振荡器的振荡频率基本固定，虽然理论上可通过改变配谐电容的容量来微调振荡频率，但由于配谐电容的容量很小，在实际中通过改变配谐电容容量对电路振荡频率的改变很很小。只要应用场合对振荡器振荡频率稳定度的要求不是很高，实际中高频振荡器大多是LC正弦振荡器。
3.1 LC正弦振蕩器的电路设计
从理论上讲，LC正弦振荡电路有变压器反馈式、电感三点式、电容三点式、改进的电容三点式（克拉拨电路）。实际中的LC正弦振荡电路上述四种形式都有，但最多的是电容三点式和改进的电容三点式[3]。这是由于电容三点式电路管子的结电容和元件分布电容对谐振频率的影响小。电容三点式电路原理电路如图3所示。
图3
由管子和RP、R1、R2、R3、R4、C1、C2组成的电路是小信号放大电路。显然它是阻容耦合共基极放大电路。电阻决定电路中管子的直流偏置，由于整体电路为振荡电路，管子在处于放大状态的前提下，应尽量使直流偏置小些，即静态工作点靠近截止区，如管子的静态集电极电流一般在（1～2）mA。电容C1、C2为隔直通交电容，它们的容量视振荡频率决定[4]。
振荡频率计算公式近似为：
在选择C3和C4容量时，要注意C4对谐振频率的容抗决定正反馈的大小，其容抗越大则正反馈量就越大，电路容易起振[5]。但正反馈量过大会使管子退出放大状态，反而电路不能振荡。在设计中先选择C的容量，然后计算L的电感量。振荡频率在几MHz以下时，C的容量选几百pF;振荡频率几十MHz时，选C为几十pF。在C的容量选定后，根据振荡频率f0确定L的值。
3.2 电路的调试方法
先调试放大电路的静态工作点：先将LC谐振回路用短路线短路，则整体电路仅为放大电路。放大电路的调试仅调节静态工作点即可。即通过调节RP的阻值，改变管子的静态工作点，使其达到设计值（一般小功率振荡电路，静态ICQ=1～2mA）。
静态调试完成后调试动态：即将原跨接在LC谐振回路的短路线去掉，通电后用示波器观察振荡波形。在LC回路元件参数选择合理时，只要电路的静态合适，接通电源后一般都能振荡。
振荡频率的微调：振荡频率的微调一般通过改变电感量实现。如果使用无骨架电感，通过增减线圈匝数或改变匝间距离改变电感量;如果使用有磁芯电感，则通过调节磁芯与线圈的距离改变电感量;如果使用无磁芯有骨架电感，只能通过增减线圈匝数改变电感。
电路不起振可能是下列原因之一：
（1）电路的静态工作点过低，或管子的β值太小
解决的方法分别是通过减小RP阻值来提高静态工作点。这个工作可在用示波器观察着振荡波形的情况下微调RP阻值。
如果是管子β值太小引起的不起振，则应更换β值大一些的管子。一般β值在几十以上就可，β值过高会使电路工作不稳定。
（2）电路中LC回路的Q值太低
解决的办法是增大L/C的数值，即在LC乘积为常数的情况下增大L/C的比值。或减小线圈的损耗电阻（改用线径粗的绝缘漆包线绕制电感），或减小负载对谐振回路的影响。前两个原因往往是LC回路设计时元件参数选择的不十分合理。
（3）正反馈量过小或过大
解决的办法是在保证总电容量基本不变的情况下，改变C3、C4的比值。C4对振荡频率的容抗越大，正反馈就越大。
4.小结
通过理论教学和实践教学过程中得到的经验，对高频调谐电路和高频振荡电路设计的设计方案，参数选择方法和电路调试方法进行了总结，根据理论计算数据调试电路是教学的难点，也是把理论应用于实践的关键，采用了上述教学方法能够有效地解决学生在调试过程中出现的各种问题，提高学生的设计水平和能力。
参考文献
[1]付家才.电子工程实践技术[M].化学工业出版社，2003.
[2]戴伏生.基础电子电路设计与实践[M].国防工业出版社，2002.
[3]吳慎山.电子线路设计与实践[M].电子工业出版社，2005.
[4]姚福安.电子电路设计与实践[M].山东科学技术出版社，2005.
[5]谢自美.电子线路综合设计[M].华中科技大学出版社，2006.
作者简介：王志秦（1979—），女，硕士，唐山学院信息工程系讲师，研究方向：电子技术，电子线路设计。
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