高頻小信號放大器Multisim仿真及分析報告

1、 高頻電子線路討論課報告高頻小信號放大器 小組編號: 組 長: 小組成員: 教 務(wù) 處2015年 9月目錄第一章 高頻小信號放大器簡介31.1高頻小信號放大器31.2高頻小信號放大器質(zhì)量指標(biāo)3第二章 Multisim簡介4第三章 Multisim仿真電路5第四章 Multisim仿真分析64.1放大器輸出64.2選頻特性分析84.3增益特性分析10第一章 高頻小信號放大器簡介1.1高頻小信號放大器高頻小信號放大器指的是將頻率高、幅度小的包含我們需要信息的信號進行幅度放大，以便以后的信號處理。高頻小信號放大器應(yīng)用廣泛，在無線通信接受時進行前端放大，在信號處理過程中進行信號的放大等等。圖1-1 高

2、頻小信號放大器應(yīng)用1.2高頻小信號放大器質(zhì)量指標(biāo)高頻小信號放大器除了具有對小信號幅度放大的作用，還具有功率放大的功能和選頻特性，從而達(dá)到抑制噪聲和對包含信息信號選擇的效果。所以，高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)就有幅度增益Av、功率增益Ap、通頻帶2f0.7和選擇性Kr0.1。幅度增益Av=vo/vi功率增益Ap=Po/Pi矩形系數(shù)Kr0.1。=2f0.7/2f0.1圖1-2 理想濾波器其中幅度增益反映了幅度放大特性，功率增益反映了功率放大特性，通頻帶表示了我們的放大器選擇通過的頻帶帶寬。選擇性則表示了和理想濾波器的逼近程度，即選擇通過性能的好壞。矩形系數(shù)Kr=1時為理想濾波器，所以我們希望Kr1。

3、第二章 Multisim簡介Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計，和測試這樣一個完整的綜

4、合設(shè)計流程。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點就是：計算機仿真與虛擬儀器對教員的教學(xué)也是一個很好的提高和促進。我們通過這次用Multisim對高頻小信號放大器的仿真，更加深刻理解了課上所學(xué)的內(nèi)容，也提起了我們對課程的興趣，讓我們認(rèn)識到了實際和理論的差距，收獲了很多。第三章 Multisim仿真電路圖3-1 單調(diào)諧回路放大器電路圖3-2 仿真電路第四章 Multisim仿真分析開始的時候，

5、我們的選頻回路選擇的30pF和34uH構(gòu)成的諧振回路，此時理論上中心頻率為5MHz左右，參數(shù)如圖3-1所示，這時通過波特圖計算矩形系數(shù)達(dá)到35以上，此時選擇性太差，于是我們通過查詢，選擇了最終的100pF和3uH的諧振回路，這時矩形系數(shù)為13，中心頻率在9.2MHz左右，滿足我們仿真要求。4.1放大器輸出圖4-1 放大器輸出波形如圖4-1所示，當(dāng)我們輸入頻率為9.2MHz、峰峰值為28mv的高頻小信號（圖中紅色波形）時，輸出為一個同頻同相的正弦信號（圖中綠色波形），通過計算其幅度增益約為81.5，即38.2dB。通過交流信號分析工具，我們得到了其幅度增益和相位隨輸入信號頻率而變化的曲線，如圖4

6、-2所示。圖4-2 交流小信號分析從圖中可以看出我們高頻小信號放大器的幅度放大曲線是先增高至峰值再降低的，這也印證了我們高頻小信號放大器的選頻特性。圖4-3 瞬態(tài)分析另外我們利用瞬態(tài)分析工具獲得了電路起始時候的波形輸出特性，它是由小信號開始逐漸幅度增大并且迅速穩(wěn)定的一個過程。4.2選頻特性分析利用波特計我們可以輕松得到高頻小信號放大器的波特圖，如圖4-3所示。圖4-4 波特圖從波特圖中我們可以測得，我們所設(shè)計的高頻小信號放大器其實際的中心頻率（即增益最大時的頻率）為8.919MHz，但是由于其精度不高，我們又用結(jié)點測試的方法找到了增益更大的中心頻率為9.07MHz，這與我們的計算有著一定的差距

7、，說明我們的理論計算并不能完全反應(yīng)實際情況，但卻給了我們一個重要的參考。從結(jié)點測量中中我們也讀出了f0.1和f0.7所對應(yīng)的頻率值，得到了同頻帶為0.2MHz左右，矩形系數(shù)為13.7，這也說明了和我們理想計算時的9.95有一定差距。接著，我們利用頻譜分析工具結(jié)合示波器看到了選頻特性的具體體現(xiàn)。圖4-5 含有4MHz和8.9MHz的輸入信號放大結(jié)果從圖4-5中可以看出，當(dāng)我們在輸入端混入了離通頻帶較遠(yuǎn)的小信號時，我們的高頻小信號放大器同樣能夠很好地將我們需要的信號進行放大而抑制其他混入的信號，輸出波形仍未標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。但當(dāng)混入信號的頻率接近通帶頻率時，單調(diào)諧放大器的選擇性不足就凸顯了出來，產(chǎn)生了

8、較大的失真，從頻域中看，我們也看到了雖然放大幅度不大但足以影響我們信號的頻譜成分，如圖4-6所示。（a）混入8MHz信號的輸入輸出波形（b）頻譜圖圖4-6 混入接近通頻帶信號時的圖形解決單調(diào)諧回路放大器的選擇性不強的方法就是選擇雙調(diào)諧回路諧振放大器，這時矩形系數(shù)會由減小至，大大提高了諧振回路的選擇性。4.3增益特性分析通過波特圖我們就可以得到高頻小信號放大器的增益特性和輸入頻率之間的關(guān)系。但我們并不能直觀察覺到增益的差別，這讓我們對其通頻帶產(chǎn)生了懷疑，于是我們利用結(jié)點測量的方法得到了的幅度增益表和功率增益表，我們看到頻率的變化對幅度增益和功率增益的影響非常大。（a）幅度增益表 （b）功率增益表

9、表4-1 通帶增益表由這兩個表我們畫出了兩種情況下的增益曲線，如下圖所示。 （a）幅度增益圖 （b）功率增益圖圖4-7 增益圖從圖中可以看出，相對于通頻帶來說，其他頻率成分的增益變化是比較快的，在中心頻率周圍其增益還是有一定變化的，當(dāng)偏離中心頻率時，增益會有一定下降，當(dāng)在通頻帶范圍外時，其下降也并非我們想象的那么快，這讓我們懷疑了放大器的性能。但通過討論，我們認(rèn)為，在實際應(yīng)用中，實際的信號都是具有某一帶寬的信號，尤其在加入了各種噪聲和干擾后，其頻帶對于我們的通頻帶而言幾乎無限長，畢竟我們的高頻小信號放大器作用是放大而并非濾波，在前置濾波器之后我們對信號的放大是我們所關(guān)心的那一部分具有較大增益即可，對于寬頻帶噪聲產(chǎn)生一定抑制作用而并非放大，這樣相對于我們放大后的信號來說，它們即可忽略，這樣就達(dá)到了我們的目的。對于通頻帶外下降不夠迅速則是因為單調(diào)諧回路的矩形系數(shù)太大造成的。所以，這時候通頻帶內(nèi)的增益變化并非主要矛盾，而減小矩形系數(shù)則是我們高頻小信號放大器的關(guān)鍵。圖4-8 寄生調(diào)幅的產(chǎn)生