高頻小信諧振號放大器

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 課程名稱 高頻電子線路 系 別： 工程技術(shù)系 專業(yè)班級： 電子信息工程0901 學(xué) 號： 0912070145 成 員： 孫 龍 課程題目： 高頻小信號諧振放大器設(shè)計(jì) 完成日期： 2011.12.16 指導(dǎo)老師： 薛 凱 凱 2011年12月16日 課 程 設(shè) 計(jì) 目 的1、學(xué)習(xí)高頻小信號調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法 2、掌握高頻單調(diào)諧放大器的等效電路、性能指標(biāo)要求及分析設(shè)計(jì)3、掌握中心頻率和電壓增益的測試方法4、通過設(shè)計(jì)熟練各種仿真軟件，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力課 程 設(shè) 計(jì) 要 求1、根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)；2、 繪出pcb原理圖，并用multi

2、sim仿真；3、在萬能板或面包板或PCB板上制作出電路；4、分析設(shè)計(jì)中遇到的問題并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 設(shè) 計(jì) 注 意 事 項(xiàng) 1、元件參數(shù)的選擇2、元件的等效替換3、系統(tǒng)頻率的失真4、設(shè)計(jì)電路的布局5、電路板的調(diào)試課 程 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容高頻小信號諧振放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對微弱的高頻信號進(jìn)行不失真的放大，從信號所含頻譜來看，輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是相同的。課 程 設(shè) 計(jì) 簡 要 操 作 步 驟 1、確定電路的形式2、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)3、計(jì)算諧振回路的參數(shù)4、確定輸入耦合回路及高頻濾波電容5、電路的安裝及調(diào)

3、試6、反復(fù)檢驗(yàn)，尋找問題，解決問題7、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)心得體會8、完成實(shí)驗(yàn)課 程 設(shè) 計(jì) 心 得 體 會在這次課程設(shè)計(jì)過程中最深刻的感觸是光有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須懂一些實(shí)踐中的知識，比如，元器件的參數(shù)在設(shè)置時(shí)盡量選擇與標(biāo)稱值相等或相近的（如電阻和電容值的選擇）；元器件的等效替換（實(shí)際電路板上，我們使用中周代替變壓器調(diào)諧）；電路板的調(diào)試。實(shí)踐中，我們應(yīng)將課堂所學(xué)與實(shí)驗(yàn)課結(jié)合起來，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際動手能力。認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?，課程設(shè)計(jì)在我們努力下基本達(dá)到了預(yù)期目的，所制的產(chǎn)品在功能上基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求

4、，而且在工藝上也已經(jīng)盡可能的做到了經(jīng)濟(jì)，美觀。在制作中遇到的一些問題，雖然盡大家的能力解決了一些，但還是存在一些缺陷，望老師及讀者諒解。課 程 設(shè) 計(jì) 評 語 及 成 績評 語成 績指導(dǎo)教師年 月 日目 錄一、概述1二、總體方案12.1設(shè)計(jì)要求12.2 總體方案簡述2三、電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)23.1 電路基本原理23.2主要性能指標(biāo)及測量方法3四、電路的仿真與調(diào)試64.1仿真電路圖64.2電路的調(diào)測64.3電壓增益84.4通頻帶8五、總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附件11高頻小信諧振號放大器一、簡述高頻小信號放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號放大器

5、的功能是實(shí)現(xiàn)對微弱的高頻信號進(jìn)行不失真的放大，從信號所含頻譜來看，輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是相同的。高頻小信號放大器的分類：按元器件分為：晶體管放大器、場效應(yīng)管放大器、集成電路放大器;按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器;按電路形式分為：單級放大器、多級放大器;按負(fù)載性質(zhì)分為：諧振放大器、非諧振放大器;其中高頻小信號調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號放大器理論非常簡單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，

6、以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。二、總體方案2.1 設(shè)計(jì)要求已知條件：電源電壓Vcc=+12V，負(fù)載電阻RL=1K，高頻三極管9013。主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率f0=2MHz，電壓增益Au40dB，通頻帶B0.1MHz。課程設(shè)計(jì)要求：要求有課程設(shè)計(jì)說明書，并制作出實(shí)際電路。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量高頻信號發(fā)生器1臺數(shù)字存儲示波器1臺數(shù)字萬用表1臺12V直流穩(wěn)壓電源1臺2.2 總體方案簡述高頻小信號放大器的功用就是無失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號。按其頻帶寬度可以分為窄帶和寬帶放大器 ，而最常用的是窄帶放大器

7、，它是以各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對高頻小信號放大器的基本要求是：（1）增益要高，即放大倍數(shù)要大。（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強(qiáng)，通常用Q值來表示，其頻率特性曲線如圖-1所示,帶寬B=f2-f1=2f0.7，品質(zhì)因數(shù) Q=f02f0.7 .（3）工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內(nèi)部噪聲要小，特別是不產(chǎn)生自激，加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能。（4）阻抗匹配。三、 電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)3.1 電路基本原理圖3-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管小信號調(diào)諧回路諧振放大器。它不僅要放大高頻信號，而且

8、還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)會影響放大器的輸出信號的頻率或相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RB1和RB2以及RE決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。 圖3-13.2主要性能指標(biāo)及測量方法3.2.1諧振頻率放大器的諧振回路諧振時(shí)所對應(yīng)的頻率f0稱為諧振頻率。f0的表達(dá)式為：f0=12LC式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；C為諧路的總電容，C的表達(dá)式為：C=C+p12Coe+p22Cie 式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。諧振頻率f0的測試步驟是，首先使高頻信號發(fā)生器的輸出

9、頻率為f0，輸出電壓為幾毫伏；然后調(diào)諧集電極回路即改變電容C或電感L使回路諧振。LC并聯(lián)諧振時(shí)，直流毫安表mA的指示為最?。ó?dāng)放大器工作在丙類狀態(tài)時(shí)），電壓表V2指示值達(dá)到最大，且輸出波形無明顯失真。這時(shí)回路諧振頻率就等于信號發(fā)生器的輸出頻率。3.2.2電壓增益放大器的諧振回路所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為諧振放大器的電壓增益.Avo的表達(dá)式為：Avo=-VoVi=-p1p2yfeg=-p1p2yfep12goe+p22gie2+GoAvo的測量電路如圖3-2-1所示，測量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)。Avo計(jì)算公式如下：Avo=VoVi或Avo=20lgVoVidB3.2.3通頻帶由于

10、諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù)Avo的0.707倍時(shí)所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶BW，其表達(dá)式為：B=2f0.7=f0QL式中，QL為諧振放大器的有載品質(zhì)因素。分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的關(guān)系為：AvoB=|yfe|2C上式說明，當(dāng)晶體管yfe確定，且回路總電容C為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。通頻帶的測量電路如圖3-2-1所示?？赏ㄟ^測量放大器的頻率特性曲線來求通頻帶。采用逐點(diǎn)法的測量步驟是：先使調(diào)諧放大器的諧振回路產(chǎn)生諧振，記下此時(shí)的f0與Av

11、o，然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持Vs不變），并測出對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Av，由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的頻率特性曲線如圖3-3-2所示： 圖3-2-2由BW得表達(dá)式可知：B=f2-f1=2f0.7通頻帶越寬的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時(shí)又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用yfo較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少調(diào)諧回路的總電容量。3.2.4矩形系數(shù)諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1來表示，如圖3-2-2所示，矩形系數(shù)Kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時(shí)對應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707Avo時(shí)對應(yīng)的頻率偏移之比，即Kr

12、0.1=2f0.12f0.7=2f0.1B上式表明，矩形系數(shù)Kr0.1越接近1，臨近波道的選擇性越好，濾除干擾信號的能力越強(qiáng)。可以通過測量圖3-2-2所示的諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數(shù)Kr0.1。四、電路的仿真與調(diào)試4.1仿真電路圖圖6仿真電路圖4.2電路的調(diào)測仿真條件：輸入高頻信號頻率fo=2MHz,幅度（峰-峰值）10mV。示波器的調(diào)節(jié)如圖7所示：圖7 函數(shù)信號發(fā)生器輸出圖8頻率計(jì)數(shù)器結(jié)果結(jié)果顯示：A通道為輸出波形，B通道為輸入波形。圖9示波器輸出結(jié)果4.3電壓增益由圖可知，輸入U(xiǎn)i=10mV，輸出為U0=1V，由示波器可知二者的輸出波形反向。放大倍數(shù)為： Avo=20lg（U

13、o/Ui）=4040, 諧振頻率fo=2MHz。4.4通頻帶調(diào)整輸入信號頻率使輸出幅度為0.7Uomax。4.4.1fl的測量：此時(shí)，由頻率計(jì)數(shù)器可知fl=1.695MHz；4.4.2fh的測量：此時(shí)由頻率計(jì)數(shù)器可知fh=2.305MHz；根據(jù)測量的數(shù)據(jù)可得BW0.7=fh-fl=0.61MHZ>100KhZ 滿足要求。五、總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)過程中最深刻的感觸是光有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須懂一些實(shí)踐中的知識，比如，元器件的參數(shù)在設(shè)置時(shí)盡量選擇與標(biāo)稱值相等或相近的（如電阻和電容值的選擇）；元器件的等效替換（實(shí)際電路板上，我們使用中周代替變壓器調(diào)諧）；電路板的調(diào)試。實(shí)踐中，我們應(yīng)將課堂所學(xué)與實(shí)驗(yàn)課結(jié)合起來，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際動手能力。認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?，課程設(shè)計(jì)在我們努力下基本達(dá)到了預(yù)期目的，所制的產(chǎn)品在功能上基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且在工藝上也已經(jīng)盡可能的做到了經(jīng)濟(jì)，美