高頻小信號調(diào)諧放大器課程設計

1、 課程名稱：通信電子線路 設計題目：高頻小信號調(diào)諧放大器 院 系：計算機與科學系 專業(yè)班級： 組 長： 組 員： 指導老師： 學 期： 日 期： 摘要 通過對高頻小信號放大器的實際電路和仿真電路的實現(xiàn)，我們對高頻小信號放大器有了進一步的理解，掌握了高頻小信號各個器件的工作原理，諧振放大器電壓增益、通頻帶的定義、測試及計算；了解高頻小信號放大器動態(tài)范圍的測試方法，以及更熟練的掌握了實驗中所使用的各種工具和輔助軟件。參考實驗指導書上和各種文獻之后，我們在電路板上實現(xiàn)了高頻小信號的15倍放大功能，通過調(diào)試計算得到了各項指標參數(shù)如通頻帶、電壓增益等。另一方面，我們在multisim的仿真軟件設計電路，

2、并不斷調(diào)試，得出放大15倍左右的高頻小信號，并測試計算得到各項參數(shù)。通過實際電路和仿真電路的數(shù)據(jù)比較，我們對電路中的誤差進行了分析，對電路中存在的問題進行了進一步的總結(jié)?；拘畔⒃O計題目高頻小信號調(diào)諧放大器學 期日 期院 系 成員組長組員組員組員組員目錄一、電路的內(nèi)容及基本原理 5 1.1 電路的基本內(nèi)容 5 1.2 電路的基本原理 5 1.3主要的性能指標及測試方法 61.4 電路的主要技術指標設定 7二、電路的實驗箱設計8 2.1 電路原理圖 82.2 實驗箱調(diào)試及結(jié)果8 2.3 參數(shù)計算 11三、電路的Multisim仿真設計 13 3.1電路設計圖 13 3.2 Multisim 仿真

3、調(diào)試及結(jié)果 13 3.3參數(shù)計算 15四、數(shù)據(jù)分析及問題 17 4.1誤差分析 17 4.2問題分析 17五、總結(jié) 19參考文獻 21一、 電路的基本原理及電路的設計1.1 電路的基本內(nèi)容1、 測量單調(diào)諧小信號放大器的靜態(tài)工作點2、 測量單調(diào)諧小信號放大器的增益3、 測量單調(diào)諧小信號放大器的通頻帶1.2 電路的基本原理小信號諧振放大器是通信機接收端的前端電路，主要用于高頻小信號或微弱信號的線性放大。其實驗單元電路如圖1-1所示。該電路由晶體管Q1、選頻回路T1二部分組成。它不僅對高頻小信號進行放大，而且還有一定的選頻作用。本實驗中輸入信號的頻率fS10.7MHz?；鶚O偏置電阻W3、R22、R4

4、和射極電阻R5決定晶體管的靜態(tài)工作點。調(diào)節(jié)可變電阻W3改變基極偏置電阻將改變晶體管的靜態(tài)工作點，從而可以改變放大器的增益。表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標有諧振頻率f0，諧振電壓放大倍數(shù)Av0，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kr0.1來表示）等。圖1-1 單調(diào)諧小信號放大電路1.3 主要的性能指標及測試方法1、諧振頻率放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應的頻率f0稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1所示電路（也是以下各項指標所對應電路），f0的表達式為 式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；為調(diào)諧回路的總電容，的表達式為 式中， Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容；P1為

5、初級線圈抽頭系數(shù)；P2為次級線圈抽頭系數(shù)。2、電壓放大倍數(shù)放大器的諧振回路諧振時，所對應的電壓放大倍數(shù)AV0稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。AV0的表達式為 式中，為諧振回路諧振時的總電導。AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖1-1中輸出信號V0及輸入信號Vi的大小，則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計算： AV0 = V0 / Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB 0.7 BW 0.1 2f0.1圖1-2 諧振曲線3、通頻帶由于諧振回路的選頻作用，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的

6、0.707倍時所對應的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW。通頻帶BW的測量方法：通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率f0及電壓放大倍數(shù)AV0然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓VS不變），并測出對應的電壓放大倍數(shù)AV0。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-2所示?？傻茫?1.4 電路的主要技術指標設定 主要技術指標設定中心頻率f=10.7MHz，電壓增益Av=23dB，通頻帶B=1.5MHZ。二、電路的實驗箱設計2.1 電路原理圖實驗元器件如下：1、 高頻信號發(fā)生器 1臺2、 頻率計模塊 1塊3、

7、 萬用表 1塊4、數(shù)字示波器 1臺5、12V直流穩(wěn)壓電源 1臺實驗電路原理圖如圖2-1所示：圖2-1 單調(diào)諧小信號放大電路2.2 實驗箱調(diào)試及結(jié)果高頻小信號諧調(diào)放大器電路的調(diào)試：1、根據(jù)電路原理圖熟悉實驗板電路，并在電路板上找出與原理圖相對應的的各測試點及可調(diào)器件。2、 打開小信號調(diào)諧放大器的電源開關。3、 調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點：在不加輸入信號時用萬用表（直流電壓測量檔）VBQ與VEQ，調(diào)整可調(diào)電阻W3，使VEQ1.6V，記下此時的VBQ，并計算出此時的IEQVEQ /R5（R5=470）4、關閉電源，按下表所示搭建好測試電路。（連線框圖如圖2-2所示）圖2-2 單調(diào)諧小信號放大連線圖5、

8、按下信號發(fā)生器，使輸入電壓為200mv,頻率為10.7MHZ,然后調(diào)節(jié)中周電容，使回路達到諧振。6、 測通頻帶：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率f0及電壓放大倍數(shù)AV0然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓VS不變），并測出對應的電壓放大倍數(shù)AV0。7、 輸入波形：圖2-3 輸入波形8、 輸出結(jié)果：圖2-4 諧振時輸出波形圖2-5 f0.7的輸出波形2.3 參數(shù)計算 由圖2-3、2-4、2-5可知：Vi=200mV，f=10.7MHzVo=3.02v，fo=10.7MHz，f0.7=10.5MHz諧振頻率：fo=10.7MHz電壓增益：AVO=20lgVo/Vi=23.

9、6dB通頻帶：B=2f0.7=2（fo-f0.7）=2*（10.7-10.5）=0.4MHZ繪制諧振曲線：頻率以0.2MHz為間隔，分別取點如下表2-1，并記錄該點頻率上的輸出電壓，繪制諧振曲線。 諧振曲線繪制點f/MHz9.910.110.310.510.710.911.111.311.5Vpp/V0.640.81.142.13.022.11.380.90.68表2-1圖2-6 實驗箱諧振曲線三、電路的Multisim仿真設計 3.1電路設計圖利用MULTISIM繪制出如圖3-1所示的仿真實驗電路：圖3-1 Multisim仿真設計電路圖3.2 Multisim仿真調(diào)試及結(jié)果1、按圖3-1設

10、置各元件的參數(shù)，打開仿真開關，從萬用表上調(diào)整靜態(tài)工作點。如圖3-2所示。圖3-2 靜態(tài)工作點測試結(jié)果2、示波器上兩個通道觀察的輸出波形。如3-3圖所示。圖3-3 輸出波形3、在仿真軟件中的測得的各項指標的結(jié)果如圖3-4所示。圖3-4 測試數(shù)據(jù)及結(jié)果3.3參數(shù)計算在無信號輸入，僅有直流電壓激勵的情況下用，測出VBQ與VEQVBQ=2.133V VEQ=1.416V接入信號發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，按照設計要求調(diào)節(jié)中周。利用儀器測得各指標加以計算得：諧振頻率：fo=10MHz 電壓增益vo24.0dB 通頻帶B=1.2MHz 繪制諧振曲線：頻率以0.2MHz為間隔，分別取點如下表2-2，并記

11、錄該點頻率上的輸出電壓，繪制諧振曲線。 諧振曲線繪制點f/MHz9.69.81010.210.4Vpp/V2.6962.93.1462.9352.730表2-2 圖3.-5 仿真實驗諧振曲線四、數(shù)據(jù)分析及問題4-1 誤差分析： 實驗值： f0=10.7MHz vo23.6dB B=0.4MHZ仿真值： f0=10.0MHz vo24.0dB B=1.2MHZ設計指標：f0=10.7MHz vo23.0dB B=1.5MHZ實驗誤差：f0：0% vo：2.6% B：53.3%仿真誤差：f0：6.5% vo：1.7% B：20%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

12、，電壓放大倍數(shù)Avo放大倍數(shù)與理論值有一定的差距。 分析設計總結(jié)導致誤差的原因如下：（1）實物本身都存在內(nèi)阻，在電路中會消耗能量，導致結(jié)果與理論不同，實驗儀器設備的老化等也會導致電路調(diào)試過程中出現(xiàn)一定的誤差。（2）晶體管數(shù)據(jù)為查表所得，而由于分布參數(shù)的影響。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。放大器的各項技術指標滿足設計要求后的元器件參數(shù)值與設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。這屬于系統(tǒng)誤差，也許可以通過使用別的電路

13、可以減小誤差。 4-2 問題分析：（1）實驗箱電路 首次輸出波形沒有達到理想狀態(tài)，經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)是因為靜態(tài)工作點沒有測試好。諧振曲線描點時，調(diào)節(jié)中周內(nèi)電阻發(fā)現(xiàn)諧振曲線沒有改變，經(jīng)調(diào)試和查閱資料后發(fā)現(xiàn)電路達到諧振后不應再調(diào)節(jié)中周內(nèi)電阻，應當改變輸入頻率描點繪圖。一開始采用電路箱的信源作為輸入信號，由于手動調(diào)試頻率和振幅，存在誤差，常導致波形失真，后用信號發(fā)生器作為信源，得到了穩(wěn)定的輸入波形。（2）Multisim仿真中頻變壓器的設計。在仿真軟件上沒有合適的中頻變壓器，在查閱資料后我們預設計兩個電感串聯(lián)與一個電阻并聯(lián)，組成一個中頻變壓器。變壓器參數(shù)如下f0=10.7MHz，L總=4uH，Q0=100，通過計算得到C=60pF，Rp=26k，f0=10.0MHz時，經(jīng)調(diào)試達到諧振。靜態(tài)工作點的測量。一開始測得VEQ，VBQ的值與理論值差距過大，經(jīng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)要將信號源斷開，電容開路，調(diào)節(jié)滑動變阻器，測量VEQ，VBQ。晶體管的選取。仿真軟件上并無3DG12晶體管，經(jīng)查閱資料后知2N5551晶體管與該晶體管參數(shù)相近，故以此替換。輸出電壓跳變。經(jīng)過查閱資料后發(fā)現(xiàn)該問題的原因是可變電容不斷對輸出電壓進行充放電導致輸出電壓跳變。仿真電路上的萬用表內(nèi)阻大，導致輸入電壓損耗，影響實驗結(jié)果。五、總結(jié)參考文獻1 高