小信號諧振放大器設(shè)計(jì)

東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程課程高頻電子線路題目小信號諧振放大器設(shè)計(jì)院系電子科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級電信07-6班學(xué)生姓名姜露學(xué)生學(xué)號070901140601指導(dǎo)教師2011年3月4日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程高頻電子線路題目小信號諧振放大器設(shè)計(jì)專業(yè)電子信息工程姓名姜露學(xué)號070901140601主要內(nèi)容、根本要求、主要參考資料等1、主要內(nèi)容根據(jù)高頻電子線路課程所學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)一個(gè)小信號諧振放大器。通過在電路設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，掌握小信號諧振放大器的根本設(shè)計(jì)方法，加深對該門課程的理論知識的理解，提高電子實(shí)踐能力。2、根本要求設(shè)計(jì)一個(gè)小信號諧振放大器，主要技術(shù)指標(biāo)為：(1)諧振頻率；(2)諧振電壓放大倍數(shù)；(3)通頻帶；(4)矩形系數(shù)。3、主要參考資料[1]陽昌漢.高頻電子線路.哈爾濱：高等教育出版社，2006.[2]張肅文，陸兆雄.高頻電子線路(第三版).北京：高等教育出版社，1993.[3]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.[4]高桔祥.電子技術(shù)根底實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2002.完成期限2月28指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年2月一、電路原理1．電路原理及用途(采用集成電路的可對芯片進(jìn)行介紹)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，它是以各種選頻電路做負(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根本要求是：〔1〕增益要高，即放大倍數(shù)要大?！?〕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BW=f2-f1=2Δf0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=f0／2Δf0.7。圖1〔3〕工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能的不受溫度、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，參加負(fù)反應(yīng)可以改善放大器的性能。圖2〔4〕前后級之間的阻抗匹配，即把各級聯(lián)接起來之后仍有較大的增益，同時(shí)，各級之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。2．主要技術(shù)指標(biāo)(1)諧振頻率；(2)諧振電壓放大倍數(shù)；(3)通頻帶；(4)矩形系數(shù)。諧振頻率放大器的諧振回路諧振時(shí)所對應(yīng)的頻率稱為諧振頻率。的表達(dá)式為：式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；為諧路的總電容，的表達(dá)式為：式中，為晶體管的輸出電容；為晶體管的輸入電容。諧振頻率的測試步驟是，首先使高頻信號發(fā)生器的輸出頻率為，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的指示為最小〔當(dāng)放大器工作在丙類狀態(tài)時(shí)〕，電壓表指示值到達(dá)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。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：的測量電路如下圖3-2-1，測量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)。計(jì)算公式如下：通頻帶由于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)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：式中，為諧振放大器的有載品質(zhì)因素。分析說明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶BW的關(guān)系為：上式說明，當(dāng)晶體管確定，且回路總電容為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過程1、總體設(shè)計(jì)電路如下圖電路為VT1晶體三極管、偏執(zhí)電路及集電極回路等組成的單級單調(diào)諧放大器，電路中C1為耦合電容，R1、R2為基極偏置電阻，R3、C2為發(fā)射極偏置電阻及旁路電容。諧振回路由電感L1及電容C3、C4等組成。C3為可變電容，改變C3數(shù)值可以改變回路的諧振頻率使放大器諧振在10MHZ上，R4為回路阻尼電阻，改變其大小可改變回路Q值。該級集電極輸出是變壓器耦合輸出，輸入輸出匝數(shù)比為2：1。C5是下級耦合電容。由VT1、R5、R6、R7等組成的射極輸出器,R5、R6等組成基極偏置電路，R7為射極電阻。L3、C7為濾波元件。電路圖2、電路工作狀態(tài)或元件參數(shù)確實(shí)定靜態(tài)工作點(diǎn)確實(shí)定由于設(shè)計(jì)要求中心頻率，電壓增益，且電壓增益不是很大，選用晶體管3DG6C在性能上可以滿足需要。晶體管選定后，根據(jù)高頻小信號諧振放大器應(yīng)工作于線性區(qū)，且在滿足電壓增益要求的前提下，應(yīng)盡量小些以減小靜態(tài)功率損耗。值得注意的是，變化會引起Y參數(shù)的變化。這里采用等于1mA進(jìn)行計(jì)算，看是否能滿足增益的需要，否那么將進(jìn)行調(diào)整。晶體管3DG6C的參數(shù)為，，，，。據(jù)此可求得：(1)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)取=1mA,=1.5V,=10.5V,那么—在11kΩ到22kΩ之間，故取標(biāo)稱值20KΩ可用38kΩ電阻和100kΩ電位器串聯(lián),以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。(2)計(jì)算諧振回路參數(shù)下面計(jì)算4個(gè)y參數(shù)，因?yàn)?所以，，因?yàn)?，所以，故模回路總電容為再?jì)算回路電容，取標(biāo)稱值68pF輸出耦合變壓器Tr0的原邊抽頭匝數(shù)N1及副邊匝數(shù)N3,即匝，匝(3)確定輸入耦合回路及高頻濾波電容高頻小信號諧振放大器的輸入耦合回路通常是指變壓器耦合的諧振回路。由于輸入變壓器Tri原邊諧振回路與放大器諧振回路的諧振頻率相等，也可以直接采用電容耦合，高頻耦合電容一般選擇瓷片電容。3、仿真及仿真結(jié)果分析按要求所做仿真圖如圖，開始仿真從示波器上兩個(gè)通道觀察輸出波形以及與輸入信號的關(guān)系，得下列圖在無信號輸入，僅有直流鼓勵(lì)的情況下用電流表測量三極管基極電流，調(diào)節(jié)RP1使Ic=2mA,此時(shí)RP1＝52k。接入信號發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，按照設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)中周。利用儀器測得各指標(biāo)如下：f0Ａvo＝31dB在誤差允許范圍里，仿真測量所得數(shù)據(jù)符合要求。4、設(shè)計(jì)電路的性能評測(經(jīng)分析或測試是否到達(dá)了設(shè)計(jì)要求)1〕諧振頻率放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對應(yīng)的頻率稱為放大器的諧振頻率。諧振頻率的測量與調(diào)諧方法是：用掃頻儀為測量儀器，測出電路的幅頻特性曲線，幅頻特性曲線的峰值對應(yīng)的頻率即為放大器的諧振頻率；假設(shè)測出的諧振頻率與規(guī)定的諧振頻率不符，可調(diào)節(jié)變壓器的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)上。2〕電壓放大增益放大器的諧振回路諧振時(shí)，所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)稱為調(diào)諧放大器的電壓放大增益。的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí)，用高頻電壓表測量輸出信號及輸入信號的大小，那么電壓增益為3〕通頻帶由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓增益下降，習(xí)慣上稱電壓增益下降到諧振電壓增益BW。通頻帶的測量方法是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。4〕選擇性——矩形系數(shù)調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)來表示，矩形系數(shù)時(shí)對應(yīng)的頻率偏移之比。即K=三、結(jié)論及心得體會課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，是發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題、鍛煉實(shí)際能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次的高頻課程設(shè)計(jì)，加深了我對電子電路理論知識的理解，具備了高頻的根本設(shè)計(jì)能力和根本調(diào)試能力?；貞浧鸫舜胃哳l課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。確實(shí)，從理論到實(shí)踐，從不會到會，在整整一周的日子里，可以說的是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多的東西，同時(shí)不僅可以穩(wěn)固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正學(xué)到屬于自己的知識，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到的問題，可以說的是多如牛毛，因?yàn)楦撞焕喂?，再加上缺乏?shí)際設(shè)計(jì)及動手的經(jīng)驗(yàn)，所以難免會遇上各種問題。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中我也發(fā)現(xiàn)了自己的很多的缺乏之處，比方說發(fā)現(xiàn)自己對以前所學(xué)的知識理解不夠深刻。不過，這次試驗(yàn)的最大收獲就是鍛煉了我獨(dú)立思考的能力，由于參數(shù)的計(jì)算有點(diǎn)復(fù)雜，需要自己獨(dú)立思考各個(gè)參數(shù)的意義和各個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系，這就要求我在設(shè)計(jì)過程中必須認(rèn)真思考，決不能馬虎，否那么，算出來的可能就是錯(cuò)誤的答案。而參數(shù)不對，最終將直接影響到仿真的結(jié)果。課設(shè)的這段日子真的是給我留下了很深的印象。我總結(jié)出，在每次課設(shè)中，遇到問題最好的方法就是請教別人，因?yàn)槊總€(gè)人掌握的情況都不一樣，一個(gè)人不可能做到處處都懂，必須發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情才能夠簡單化。這一點(diǎn)我深有體會，在很多時(shí)候，我遇到的困難或許別人之前就遇到過，向他們請教遠(yuǎn)比自己摸索來的簡單，來得快。雖然我現(xiàn)在已經(jīng)初步學(xué)會了如何設(shè)計(jì)符合要求的小信號諧振放大器，但是離真正能夠利用已學(xué)的知識自由設(shè)計(jì)使用電爐的還有一段的距離。課設(shè)的這段時(shí)間我確實(shí)受益匪淺，不僅是因?yàn)樗l(fā)生在特別的時(shí)間，更重要的是我的專業(yè)知識又有了很大的進(jìn)步，因?yàn)檫M(jìn)步總是讓人快樂的。參考資料[1]陽昌漢.高頻電子線路.哈爾濱：高等教育出版社，2006.要求參考文獻(xiàn)不少于5篇東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績評價(jià)表課程名稱高頻電子線路題目名稱小信號諧振放大器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名XXXX學(xué)號XXXX指導(dǎo)教師姓名職稱序號評價(jià)工程指標(biāo)總分值評分1工作量、工作態(tài)度和出勤率按期圓滿的完成了規(guī)定的任務(wù)，難易程