小信號諧振放大器——湖南工程學(xué)院——劉正青

1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 高頻課程設(shè)計(jì) 課題名稱 高頻功率放大器 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級 1001 學(xué) 號 姓 名 *志 指導(dǎo)教師 劉正青 2013年 3 月 8 日目錄一、高頻小信號諧振放大器原理.11、小信號調(diào)諧放大器的主要特點(diǎn). 12、小信號調(diào)諧放大器的主要質(zhì)量指標(biāo). 1二、電路具體設(shè)計(jì)計(jì)算.61、設(shè)計(jì)內(nèi)容. 62、技術(shù)指標(biāo). 63、設(shè)計(jì)電路過程及計(jì)算. 6三、仿真結(jié)果及結(jié)論.10 1、實(shí)驗(yàn)原理電路圖. 10 2、根據(jù)原理圖畫出的仿真圖. 11 3、確定靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)的仿真圖.11 4、最終的仿真波形圖 .12 5、通頻帶的測量.12四、設(shè)計(jì)體會.14五、參考文獻(xiàn).14一

2、、高頻小信號諧振放大器原理1、小信號調(diào)諧放大器的主要特點(diǎn)晶體管集電極負(fù)載通常是一個(gè)由 LC組成的并聯(lián)諧振電路。由于 LC 并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨著頻率變化而變化，理論上可以分析，并聯(lián)諧振在諧振頻率處呈現(xiàn)純阻，并達(dá)到最大值。即放大器在回路諧振頻率上將具有最大的電壓增益。若偏離諧振頻率，輸出增益減小?？傊?，調(diào)諧放大器不僅具有對特定頻率信號的放大作用，同時(shí)也起著濾波和選頻的作用。2、小信號調(diào)諧放大器的主要質(zhì)量指標(biāo)衡量小信號調(diào)諧放大器的主要質(zhì)量主要包括以下幾個(gè)方面：2.1諧振頻率放大器調(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，理論上，對于 LC 組成的并聯(lián)諧振電路，諧振頻率 的表達(dá)式為：式中，L

3、 為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；C 為調(diào)諧回路的總電容。2.2諧振增益（Av）放大器的諧振電壓增益放大倍數(shù)指：放大器處在在諧振頻率f0下，輸出電壓與輸入電壓之比。 Av的測量方法：當(dāng)諧振回路處于諧振狀態(tài)時(shí)，用高頻毫伏表測量輸入信號Vi和輸出信號Vo大小，利用下式計(jì)算： 或者 2.3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)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)Av=Vo/Vi下降到諧振電壓放大倍數(shù)Avo的 0.707 倍時(shí)所對應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶帶寬BW，通常用2f0.1 表示，有時(shí)也稱2f0.1為 3dB 帶寬。通頻帶帶寬：式中，Q為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)晶

4、體管選定后，回路總電容為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)fo與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。頻帶BW 的測量方法：根據(jù)概念，可以通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法主要采用掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。掃頻法：即用掃頻儀直接測試。測試時(shí)，掃頻儀的輸出接放大器的輸入，放大器的輸出接掃頻儀檢波頭的輸入，檢波頭的輸出接掃頻儀的輸入。在掃頻儀上觀察并記錄放大器的頻率特性曲線，從曲線上讀取并記錄放大器的通頻帶。 逐點(diǎn)法：又叫逐點(diǎn)測量法，就是測試電路在不同頻率點(diǎn)下對應(yīng)的信號大小，利用得到的數(shù)據(jù)，做出信號大小隨頻率變化的曲線，根據(jù)繪出的諧振曲線，利用定義得到通頻帶。具體測量方法如下： a、用外置專用信號源做掃頻源，正

5、弦輸入信號的幅度選擇適當(dāng)?shù)拇笮?，并保持不變?b、示波器同時(shí)監(jiān)測輸入、輸出波形，確保電路工作正常（電路無干擾、無自激、輸出波形無失真）； c、改變輸入信號的頻率，使用毫伏表測量不同頻率時(shí)輸出電壓的有效值； d、描繪出放大器的頻率特性曲線，在頻率特性曲線上讀取并記錄放大器的通頻帶。測試時(shí)，可以先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時(shí)的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo，然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓不變），并測出對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)。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 1-1 所示。圖1-1 放大器的通頻帶和諧振曲線2.4增益帶寬積增益帶寬積BWG也是通信電子電路

6、的一個(gè)重要指標(biāo)，通常，增益帶寬積可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。放大器的總通頻帶寬度隨著放大級數(shù)的增加而變窄，Bw越大，增益越小。二者是一對矛盾。 不同電路中，放大器的通頻帶差異可能比較大。如：在設(shè)計(jì)電視機(jī)和收音機(jī)的中頻放大器時(shí)，對帶寬的考慮是不同的，普通的調(diào)幅無線電廣播所占帶寬是9kHz，而電視信號的帶寬需要6.5MHz，顯然，要獲得同樣的增益，中頻放大器的帶寬設(shè)計(jì)是完全不同的。2.5選擇性放大器從含有各種不同頻率的信號總和中選出有用信號，排除干擾信號的能力，稱為放大器的選擇性。選擇性的基本指標(biāo)是矩形系數(shù)。其中，定義矩形系數(shù)是電壓放大倍數(shù)下降到諧振時(shí)放大倍數(shù)的10所對應(yīng)的頻率偏移和電壓放大倍數(shù)下降為0.

7、707時(shí)所對應(yīng)的頻率偏移2f0.1之比，即：同樣還可以定義矩形系數(shù)，即：顯然，矩形系數(shù)越接近1，曲線就越接近矩形，濾除鄰近波道干擾信號的能力愈強(qiáng)。二、電路具體設(shè)計(jì)計(jì)算1、設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一高頻小信號諧振放大器設(shè)計(jì)目的：設(shè)計(jì)一個(gè)工作電壓為9V，中心頻率為20MHz的高頻小信號諧振放大器，可用作接收機(jī)的前置放大器和中頻放大器。2、技術(shù)指標(biāo)：已知條件：負(fù)載電阻=1K，電源電壓Vcc=9v。技術(shù)指標(biāo)：1中心頻率f=20M；2電壓增益Ao=20dB；3通頻帶BW=2HZ；3、設(shè)計(jì)電路過程及計(jì)算高頻小信號放大器一般用于放大微弱的高頻信號,此類放大器應(yīng)具備如下基本特性:只允許所需的信號通過,即應(yīng)具有較高的選擇

8、性。放大器的增益要足夠大。放大器工作狀態(tài)應(yīng)穩(wěn)定且產(chǎn)生的噪聲要小。放大器應(yīng)具有一定的通頻帶寬度。除此之外,雖然還有許多其它必須考慮的特性,但在初級設(shè)計(jì)時(shí),大致以此特性作考慮即可選定電路形式依設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，考慮高頻放大器應(yīng)具有的基本特性,可采用共射晶體管單調(diào)諧回路諧振放大器，設(shè)計(jì)參考電路見圖2-1所示。圖2-1 單調(diào)諧高頻小信號放大器電原理圖圖中放大管選用2N222A，該電路靜態(tài)工作點(diǎn)Q主要由和、與確定。利用和的分壓固定基極偏置電位，如滿足條件：當(dāng)溫度變化，抑制了變化，從而獲得穩(wěn)定的工作點(diǎn)。由此可知，只有當(dāng)時(shí)，才能獲得恒定，故硅管應(yīng)用時(shí)， 。只有當(dāng)負(fù)反饋越強(qiáng)時(shí)，電路穩(wěn)定性越好，故要求，一般硅管

9、取：。3.1 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 取 =1.0mA, =1.0V, =8.0V, 則 取標(biāo)稱值14K 取標(biāo)稱值61K 可用100k滑動電阻器，調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。3.2 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?故模 回路總電容為 再計(jì)算回路電容因?yàn)?所以 取標(biāo)稱值211pF設(shè)空載品質(zhì)因數(shù)，諧振回路唯一電阻 三、仿真結(jié)果及結(jié)論1、實(shí)驗(yàn)原理電路圖:根據(jù)所學(xué)知識和所查資料畫出的實(shí)驗(yàn)原理圖電路如下高頻小信號實(shí)驗(yàn)原理圖電路2、根據(jù)原理圖畫出的仿真圖用mulitism軟件畫出的仿真圖3、確定靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)的仿真圖確定靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)的仿真圖4、最終的仿真波形圖最終仿真波形圖，通道A為輸入，通道

10、B為輸出5、通頻帶的測量 通頻帶的測量通常采用掃頻法和逐點(diǎn)法來進(jìn)行測量，在這里，因?yàn)橐呀?jīng)計(jì)算出了所求電路的同頻帶寬BW=2MHZ，所以能使輸出電壓在最大電壓的0.707倍的頻率應(yīng)該在19MHZ和21MHZ左右。 在電路的仿真上，分別讓函數(shù)發(fā)生器的頻率在19MHZ和21MHZ時(shí)，所得結(jié)果如下圖所示：當(dāng)輸入頻率為19MHz時(shí)，電壓放大倍數(shù)約為7倍，因?yàn)橹C振時(shí)放大倍數(shù)為10倍，所以滿足要求。當(dāng)輸入頻率為20MHz時(shí)，電壓放大倍數(shù)約為7倍，因?yàn)橹C振時(shí)放大倍數(shù)為10倍，所以滿足要求。所以，由上面兩個(gè)圖可知電路滿足課題的條件，Bw大致等于2MHz。四、設(shè)計(jì)體會 在這過去的兩周里，我查了很多資料，修改了好幾次，總是有些問題，不過在我的努力和堅(jiān)持下，最終還是順利了完成了這次課程設(shè)計(jì)，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，我要感謝我的指導(dǎo)老師劉正青老師，你教給了我很多知識，謝謝你。通過這