2高頻電子電路課程設(shè)計告

1、2013 2014學(xué)年 第一學(xué)期高頻電子線路 課程設(shè)計報告題 目_專 業(yè)：班 級：姓 名：_指導(dǎo)教師：電氣工程學(xué)院2013年12月12日i任務(wù)書課題名稱高頻小信號諧振放大器的設(shè)計指導(dǎo)教師（職稱）馮鎖執(zhí)行時間20132014學(xué)年第 一學(xué)期 第15 周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)鮑家明1109121001電路圖設(shè)計井波1109121016元件選擇李小飛1109121018制作設(shè)計報告王勁松1109121034元件性能指標分析王亮亮1109121035電路仿真張詩杰1109121048參數(shù)計算朱德強1109121052電路調(diào)試設(shè)計目的1. 了解LC串聯(lián)諧振回路和并聯(lián)諧振回路的選頻原理和回 路參數(shù)對回路特性的

2、影響；2. 掌握高頻單調(diào)諧放大器的構(gòu)成和工作原理；3. 掌握高頻單調(diào)諧放大器的等效電路、性能指標要求及分 析設(shè)計；4. 掌握高頻單調(diào)放大器的設(shè)計方案和測試方法。設(shè)計要求1、設(shè)計咼頻小信號諧振放大電路；2、根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標設(shè)計好電路， 選好兀件及參數(shù)；3、在萬用板或面包板上制作一個單級（或雙級）小信號調(diào) 諧放大電路；4、擬疋測試方案和測試步驟；5寫出設(shè)計報告。摘要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。高頻小信號放大器的功能是實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大，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

3、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 頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，以實際制作為基礎(chǔ)，用 LC 振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實現(xiàn)準確的頻率選擇；另加其它電路，

4、 實現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。關(guān)鍵詞： 高頻小信號放大器；調(diào)諧放大器III目錄目 錄 1第一章 總體方案 11.1 設(shè)計條件 11.2 總體方案簡述 1第二章 電路的基本原理及電路的設(shè)計 22.1 電路基本原理 22.2 主要性能指標及測量方法 122.2.1 諧振頻率 152.2.2 電壓增益 192.2.3 通頻帶 202.2.4 矩形系數(shù) 252.3 電路的設(shè)計與參數(shù)計算 252.3.1 電路的確定 252.3.2 參數(shù)計算 26第三章 電路的仿真與調(diào)試 283.1 電路的仿真 283.2 電路的安裝與測試 29第四章 總結(jié) 30參考文獻 31附錄 元件清單 321第一章 總體方案1.

5、1 設(shè)計條件已知條件：電源電壓 Vcc12V ，負載電阻 RL 1K ，高頻三極管 3DG6。主要技術(shù)指標：中心頻率f0 10MHz，電壓增益 Au35dB（56倍），通頻帶2 f0 4MHz 。1.2 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，它是以各種選 頻電路作負載， 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，通常用Q值來表示，其頻率特性曲線如圖-1所示,帶寬BW=f2-f仁

6、2Af0.7,品質(zhì)因數(shù) Q=fo/2 A f0.7.（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， 加入負反饋可以改善 放大器的性能。（4）阻抗匹配。1第二章電路的基本原理及電路的設(shè)計2.1電路基本原理圖2-1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，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負載 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)工作點由電阻RB1和RB2以及RE決定，其計算方法與低頻

7、單管放大器相同圖2-1放大器在諧振時的等效電路如圖2-1所示，晶體管的4個y參數(shù)分別如下:亠R b e jcyC輸入導(dǎo)納：】 廠N h( g2輸出導(dǎo)納：正向傳輸導(dǎo)納：反向傳輸導(dǎo)納：44式中，電流的關(guān)系為：為晶體管的跨導(dǎo)， 與發(fā)射極為發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系有關(guān)，其關(guān)系為為基極體電阻，一般為幾十歐姆；為集電極電容，一般為幾皮法；為發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法圖 2-2晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作點的電流電流放大系數(shù)有關(guān)外，還與工作角頻率 w 有關(guān)。晶 體管手冊中給出了的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。圖 2-2 所示的等效電路中， p1 為晶體管的集電極

8、接入系數(shù)，即式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)；p2為輸出變壓器TrO的副邊與原邊匝數(shù) 比，即式中，N3為副邊總匝數(shù)。為諧振放大器輸出負載的電導(dǎo)，。通常小信號諧振放大器的下一級仍為晶體管諧振放大器， 則 將是下一級晶體管的輸入電導(dǎo) 。由 圖 2-2 可 見 ， 并 聯(lián) 諧 振 回 路 的 總 電 導(dǎo)的表達式為式中，為 LC 回路本身的損耗電導(dǎo)2.2 主要性能指標及測量方法表征高頻小信號諧振放大器的主要性能指標有諧振頻率，諧振電壓放大系數(shù)Avo,放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)KrO.1）,采用2-3所示電路可以粗略測各項 指標。圖 2-3輸入信號 由高頻小信號發(fā)生器提供，高頻電壓表分別用

9、于測量輸入信號與輸出信號的值。直流毫安表 mA 用于測量放大器的集電極電流的值，示波器監(jiān)測負載兩端輸出波形。諧振放大器的性能指標及測量方法如下。2.2.1 諧振頻率 放大器的諧振回路諧振時所對應(yīng)的頻率稱為諧振頻率的表達式為：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，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） ，電壓表指示值達

10、到最大，且輸出波形無明顯失 真。這時回路諧振頻率就等于信號發(fā)生器的輸出頻率。2.2.2 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的表達式為：Avo 的測量電路如圖 2-3 所示，測量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)Avo 計算公式如下：223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，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) 八m的0.707倍 時所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶 BW，其表達式為：式中,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)與通頻帶BW的關(guān)系為：A vo

11、BW =企確定，且回路總電上式說明，當(dāng)晶體管為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶 BW 的乘積為一常數(shù)通頻帶的測量電路如圖 2-3 所示。可通過測量放大器的頻率特性曲線來求通 頻帶。采用逐點法的測量步驟是： 先使調(diào)諧放大器的諧振回路產(chǎn)生諧振， 記下此時的，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 2-4 所示：圖 2-4由 BW 得表達式可知：同時又能提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， 高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少調(diào)諧回路的

12、總電容量224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)KrO.1來表示，如圖2-4所示，矩形系數(shù)KrO.1為電壓放大倍數(shù)下降到O.IAvo時對應(yīng)的頻率范圍與電壓放 大倍數(shù)下降到0.707時對應(yīng)的頻率偏移之比，即上式表明，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?？梢酝ㄟ^測量圖2-4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。2.3電路的設(shè)計與參數(shù)計算2.3.1電路的確定電路形式如圖2-5所示圖2-5232參數(shù)計算 已知參數(shù)要求與晶體管3DJ6參數(shù)。(1) 設(shè)置靜態(tài)工作點取 lEQ=1mA, Veq=1.5V, VCEq=7.5V,則Re

13、VeQ1 EQ1.5KRb2 生 VBQ ?18.3K6 I BQ6 I CQ取標稱值18KQRB1 譽 RB2 55.6KRB1可用30k Q電阻和100k Q電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點(2)計算諧振回路參數(shù)gbemS 畀 0J7mSgmmS 鹽 38mSF面計算4個y參數(shù),y iegb e j Cbe1 rb b (gbe j Cbe)0.96mS j1.5mS因為yie gie j Cie，所以gie 0.96mS , rie 丄 1k , Ge2.2pFgiej Cbcrb bg my oe；1rb b (gbe j Cbe )Cbc 006mS j0.5mS因為yoe goe j

14、 Coe ,所以goe 0.06mS , Coe0.5mS7 pFy fe匹37mS j 4.1mS1 rbb ( g b e j Cb e )故模lyfel . 3724.12mS 37mS回路總電容為52.2pF12(2 f0) L再計算回路電容P12Coe p；Cie 53.3pF ,取標稱值 51pF輸出耦合變壓器TrO的原邊抽頭匝數(shù)N1及副邊匝數(shù)N3,即N1 p1N2 5匝，N3 p2 N2 5 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

15、耦合，高頻耦合電容一般選擇瓷片電容。第三章 電路的仿真與調(diào)試3.1 電路的仿真(1)利用 MULTISIM 繪制出如圖 3-1 所示的仿真實驗電路圖 3-1 仿真電路(2) 按圖設(shè)置各元件的參數(shù)，打開仿真開關(guān)，從示波器上兩個通道觀察輸出 波形以及與輸入信號的關(guān)系。如 3-2 圖所示。圖 3-2 輸出波形在無信號輸入， 僅有直流激勵的情況下用電流表測量三極管發(fā)射極極電流， 測得 I EQ 約為 1mA 。接入信號發(fā)生器， 觀察示波器輸入輸出波形， 按照設(shè)計要求調(diào)節(jié)中周。 利用儀 器測得各指標如下：f0=10MHzA vo= 34dB仿真數(shù)據(jù)分析：在誤差允許范圍里，仿真測量所得數(shù)據(jù)與理論值相等。3

16、.2 電路的安裝與測試 將上述設(shè)計的元器件參數(shù)值按照圖 2-1 所示電路進行安裝。先調(diào)整放大器的 靜態(tài)工作點，然后再調(diào)諧振回路使其諧振。調(diào)整靜態(tài)工作點的方法是，不加輸入信號（Vi=0）,將C1的左端接地，將諧 振回路的電容 C 開路，這時用萬用表測量電阻 Re 兩端的電壓， 調(diào)整電阻 Rb1 使 Veq=1.5V（le=1mA）。記下此時電路的Rb1值及靜態(tài)工作點 Vbq、Vceq、Veq、及 Ieq。調(diào)諧振回路使其諧振的方法是，按照圖 3-1 所示的測試電路接入高頻電壓表V1、 V2 ，直流毫安表 mA 及示波器。再將信號發(fā)生器的輸出頻率置于 fi=10MHZ ， 輸出電壓Vi=5mV。為避

17、免諧振回路失諧引起的咼反向電壓損壞晶體管，可先將 電源電壓+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。調(diào)輸出耦合變壓器的磁芯使回路諧振，即 電壓表V2的指示值達到最大，毫安表 mA為最小且輸出波形無明顯失真?；芈?處于諧振狀態(tài)后，再將電源電壓恢復(fù)至 +12V。實驗數(shù)據(jù)：f0=9.7MHzA vo= 28dB數(shù)據(jù)分析： 在誤差允許范圍內(nèi)，中心頻率的理論值與實際值一致，在放大器處于 諧振狀態(tài)下，電壓放大倍數(shù) Avo 放大倍數(shù)與理論值有一定的差距，導(dǎo)致誤差的 原因有如下幾點：1）實物的實際值與理論值有一定的差距。如電阻電容的理論值與標稱值不一致，并且電阻電容的標稱值也有一定的誤差2）由于分布參數(shù)的影響，晶體

18、管手冊中給出的分布參數(shù)一般都是在測試條件一定 的情況下測得的。 且分布參數(shù)還與靜態(tài)工作電流及電流放大系數(shù)有關(guān)。 放大器的 各項技術(shù)指標滿足設(shè)計要求后的元器件參數(shù)值與設(shè)計計算值有一定的偏離。3）性能指標參數(shù)的測量方法存在一定的誤差。 如在調(diào)諧過程中，我們通過直接觀 察波形的輸出值的大小來確定電路是否調(diào)諧。這樣調(diào)諧頻率的測量值存在誤差 的同時，放大倍數(shù)的測量值也會產(chǎn)生誤差。4）實驗儀器設(shè)備的老化等也會導(dǎo)致電路調(diào)試過程中出現(xiàn)一定的誤差。5）由于工作頻率較高，高頻小信號放大器容易受到外界各種信號的干擾，特別是 射頻干擾。通常采取的措施是把放大器裝入金屬屏蔽盒內(nèi)（屏蔽盒與地線應(yīng)接 觸良好）。但電路調(diào)試環(huán)

19、境條件有限。第四章 總結(jié)通過這一課程設(shè)計， 我掌握了獨立搜集資料、 思考分析問題的能力和獨立學(xué) 習(xí)的能力，使自己無論在今后的學(xué)習(xí)中還是工作中遇到困難的時候都能自己將其 解決。同時，對書理論知識有了更深刻的了解。完成這一課設(shè)后， 我對高頻小信號放大器也有了更深刻地理解。 高頻小信號 放大器廣泛用于廣播 ,電視,通信 ,測量儀器等設(shè)備中 .高頻小信號放大器可分為兩 類 :一類是以諧振回路為負載的諧振放大器 ;另一類是以濾波器為負載的集中選頻 放大器 .它們的主要功能都是從接收的眾多電信號中 ,選出有用信號并加以放大 , 同時對無用信號 ,干擾信號 ,噪聲信號進行抑制 ,以提高接收信號的質(zhì)量和抗干擾

20、 能力.高頻小信號調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路,主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。 在本次課設(shè)中，我了解了高頻小信號放大器的特點： 放大小信號 ,晶體管工作在線性范圍內(nèi) （ 甲類放大器 ） 信號的中心頻率一般在幾百kHz到幾百MHz,頻帶寬度在幾khz到幾十MHz, 為頻帶放大器 ,故必須用選頻網(wǎng)絡(luò)。參考文獻1 曾興文、劉乃安、陳健高頻電子線路J 北京：高等教育出版社，20072 張肅文等高頻電子線路（第四版）J 北京：高等教育出版社，20043 聶典等.Multisim 10計算機仿真J 北京：電子工業(yè)出版社，2010附錄 元件清單電阻30KQ一個電阻18KQ一個電阻1.5k Q一個電阻1k Q一個電位器100KQ一個電容1000pF一個電容0.01uF一個電容0.033uF一個瓷片電容51pF一個中周一個三級管3DJ6一個元件名稱元件大小元件數(shù)量答辯記錄及評分表課題名稱高頻小信號諧振放大器的設(shè)計答辯教師（職稱）:馮鎖答辯時間2013-2014學(xué)年第