高频小信号调谐放大器.pdf

高频电子线路课程设计报告高频电子线路课程设计报告题题 目：目：_ 高频小信号谐振放大器 _院院 系：系：_ _xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx_专专 业：业：_电子信息科学与技术 班班 级：级：xxxxxxxxxxx 姓姓 名：名：xxxxxx 学学 号：号：_ xxxxxxxxxxxxxxx _指导教师：指导教师：xxxxxxxx 报告成绩：报告成绩：20162016 年年 1212 月月 1616 日日目录目录一 设计目的.1二 设计思路.12.1 电路的功能.12.2 设计的基本要求.1三 设计过程.13.1 设计电路.13.2 测量方法.43.2.1 谐振频率.43.2.2 电压增益.43.2.3 通频带.53.2.4 矩形系数.5四 系统调试与结果.64.1 设置静态工作点.64.2 计算谐振回路参数.64.3 利用 Multisim 对电路的仿真图.74.4 设计结果与分析.8五 主要元器件与设备.105.1 元器件与设备.105.2 相关参数.11六 课程设计体会与建议.116.1 设计体会.116.2 设计建议.12七 参考文献.121一一 设计目的设计目的（1）了解 LC 谐振回路的选频原理和回路参数对回路特性的影响。（2）掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理。（3）掌握高频单特性放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计。（4）掌握高频单调谐放大器的设计方案和测试方法。二二 设计思路设计思路2.1 电路的功能所谓谐振放大器，就是采用谐振回路作负载的放大器。根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。高频小信号放大器的作用是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器。高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。2.2 设计的基本要求(1)通过具体计算，选择器件给出电路设计电路(2)给出最终实现电路(3)进行仿真校验(4)作出设计总结 三三 设计过程设计过程3.1 设计电路2图 1 高频小信号单极单调谐回路谐振放大器图 1 所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单极单调谐回路谐振放大器。它不仅放可以大高频信号，而且还有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为 LC 并联谐振回路，在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器射出信号的频率或相位。放大器在谐振时的等效电路如图 2 所示，晶体管的 4 个 y 参数分别为：输入导纳：bbebebbbebcbmbbcbceoerCjgrCjggrCjgy)1(输出导纳：bbebebbbebebierCjgrCjgy)1(反向传输导纳：bbebebbbcbcbrerCjgrCjgy)1(式中为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：mg3 6*SmigAem图 2 谐振放大器的高频等效电路晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流、电流放大系数有ei关外，还与工作角频率有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在条件下测的 2SC945 的 y 参数：msriegie21msroegoe250140fey pFcie12pFcoe4350fey如图所示等效电路中，为晶体管的集电极接入系数，即：1p211NNp 式中，为电感线圈的总匝数；为输出变压器的副边与原边的 匝2nL2proT数比，即：232NNp 式中，为副边的总匝数；为谐振放大器输出负载的电导，。3nLg11GgL通常小信号谐振放大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则将是下一级晶体Lg4管的输出电导。2ieg可见并联谐振回路的总电导：oieoegljcjgpgpg1222213.2 测量方法图中输入信号由高频信号发生器提供，高频电压表、分别用于测SV1V2V量放大器是 输入电压与输出电压的值。直流毫安表 mA 用于测量放大器的iVOV集电极电流的值，示波器监测负载两端的输出波形。谐振放大器的各项性ciLR能指标 及测量方法如下。3.2.1 谐振频率 放大器的谐振回路谐振是所对应的频率称为谐振频率。对于图所示电0f路，的表达式为：0fLCf210式中，为谐振回路电感线圈的电感量；为谐振回路的总电容,的表LCC达式为ieoeCPCPCC2221式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。oeCieC并联回路谐振时，直流毫安表的 指示值为最小，电压表的指示LCmA2V值达到最大，且输出波形无明显失真。这是回路的谐振频率就等于信号发生器的 输出频率。由于分布参数的 影响，有时谐振回路的 输出电流的最小值与输出电压的最大值不一定同时出现，这时视电压表的指示值达到最大时的状态为谐振回路处于谐振状态。3.2.2 电压增益谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数称为谐振放大器的电压增益。VOA的测量电路如图 4 所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态，VOA5当回路谐振时分别记下输出端电压表的读数及输入端电压表的读数，2VOV1V1V则电压放大倍数由下式计算：VOAioVOVVA3.2.3 通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数下降到谐振电压放大倍数的 0.707VAVOA倍时所对应的 频率范围称为放大通频带，其表达式为：。式中，BWLOQfBW 为谐振回路的有载品质因数。LQ通频带的测量电路如图所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求BW通频带。测量方法有扫频法和逐点法。21ffBW图 3 频率特性曲线 3.2.4 矩形系数谐振放大器的 选择性可用谐曲线的矩形系数来表示，如图所示，矩1.0rK形系数为电压放大倍数下降到时对应的频率范围与电压放大倍数下1.0rKVOA1.0降到时对应的频率偏移之比，即VOA707.07.01.01.022ffKr6可以通过测量谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形系数。1.0rK四四 系统调试与结果系统调试与结果4.1 设置静态工作点可用 30电阻和 100电位器串联，以便调整静态工作点。1bRKK4.2 计算谐振回路参数 msjmsCjgrCgymsSmAIgmsSmAIgebebbbebebieEmEeb5.196.0)(1382677.026因为，所以ieieieCjgymsjmsCjCjgrgrCjypFmsCKgrmsgebebebbbmbbcboeieieieie5.006.0)(1235.11196.0 因为，所以oeoeoeCjgymsjmsCjgrgypFmsCmsyebebbbmfeoeoe1.437)(175.006.0故模msyfe37)4137(5.022总电容为：C=1/（2f0）2L=55.2pFpFLfCo2.55)2(12回路电容 取标称值 51pFCPCPCCieoe3.532221pF7求出耦合变压器的的一原边抽头匝数及副边匝数，即1N3N匝5211NPN匝5322NPN4.3 利用 Multisim 对电路的仿真图将元件参数值进行安装。先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。图 4 是高频谐振放大器的测试电路设计图。V1100mVrms 10.7MHz 0 VCC9VQ12SC945L1100mHR218kR160kR41.5kR31kC1100mFC2100mFC3100pFC450pFIC=5VC61mFC550pFKey=A60%XBP1INOUTXSC2ABExt Trig+_+_0345VCC916802U1TS_MISC_25_TO_1图 4 高频谐振放大器电路图调整静态工作点，不加输入信号，将的 左端接地，将谐振回路的电容1C开路，这时用万用表测量电阻两端的电压，调整电阻使。CER1BRVVBQ5.1记下此时电路的值及静态工作点、及。1BRBQVCBQVEQVBQI谐振回路使其谐振的，按图 4 所示的电路接入高频电压表、，直流毫1V2V安表 mA 及示波器。再将信号发生器的输入频率置于=10.7MHz，输出电压if=5mV。为避免谐振回路失谐引起的高反向电压损坏晶体管，可先将电源电压iV8+降低，如使+=+6V。调输出耦合变压器的磁芯使回路谐振，即电压表CCVCCV的指示值达到最大，毫安表 mA 的指示值为最小且输出波形无明显失真。回2V路处于谐振状态后，再将电源电压恢复至+9V。由于分布参数的影响，放大器的各项技术指标满足设计要求后的元件参数值与设计计算值有一定偏离。需要反复调整输出耦合变压器的磁芯位置才能使谐振回路处于谐振状态。4.4 设计结果与分析以下是利用 Multisim 软件仿真高频谐振放大器电路的效果图。图 5 和图 6 分别是利用示波器对电源、负载电阻所测的效果图，通过两个图的比较可以看出电路的确达到了放大的作用。图 5 示波器对电源测试效果图Auo=20lg(vo/vi)=20*lg(1.955/0.09)=26.77=20db 波特图测试如下9(a)中心频率 f0（b）f1(c)f2(d)fL10（e）fH图 6 谐振曲线通频带 Bw=7.9677.438=0.529MHz矩形系数 Kr0.1=2f0.12f0.7=10.618MHz通过上图的比较可以看出放大电路的确起到放大作用。图 7 电流源配置图五五 主要元器件与设备主要元器件与设备5.1 元器件与设备信号源，电阻，电容，电感，晶体管，变压器，示波器，波特图示仪11图 8 元器件设备相关参数5.2 相关参数+Vcc=+9V，晶体管为 3DG100C，=50，查手册得 rb,b=70,Cb,c=3pF。当 IE=1mA 时，Cb,e=25pF，L4uH，测得 N2=20 匝，p1=0.25，p2=0.25，RL=1k。六六 课程设计体会与建议课程设计体会与建议6.1 设计体会 通过这一课程设计，我掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力，。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。完成这一课设后，我对高频小信号放大器也有了更深刻地理解。高频小信号放大器广泛用于广播,电视,通信,测量仪器等设备中.高频小信号放大器可分为两类:一类是以谐振回路为负载的谐振放大器;另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器.它们的主要功能都是从接收的众多电信号中,选出有用信号并加以放大,同时对无用信号,干扰信号,噪声信号进行抑制,以提高接收信号的质量和抗干扰能力.高频小信号调谐放大器是高频电子线路中的基本单元电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。在本次课设中，我了解了高频小信号放大器的特点：12 放大小信号,晶体管工作在线性范围内(甲类放大器)信号的中心频率一般在几百 kHz 到几百 MHz,频带宽度在几 khz 到几十 MHz,为频带放大器,故必须用选频网络。在测试过程中，我不断利用课堂所学理论知识调整电路，并最终实现设计目的过程使自己从另一个层面更形象地理解了理论，对于理论与实践的关系也有了新的认识。曾经的学习只停留在书本上，但课程设计使我更充分的接触到了实际。6.2 设计建议（1）增益要高，即放大倍数要高。（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强。（3）电路工作要稳定可靠。七七 参考文献参考文献1谢自美.电子线路设计实验测试 第三版.华中科技大学出版社 2杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计.哈尔滨工程大学出版社 3何中庸高频电路设计与制作.科学出版社 4谢沅清.模拟电子线路.成都电子科大 5张肃文.高频电子线路第三版.高教出版社 6曾兴雯 陈健 刘乃安.高频电子线路辅导.西安电子科大出版社武汉理工大学高频电子线路课程设计报告