高頻電子線路課設(shè)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 高頻電子線路高頻電子線路 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：2倍頻器電路設(shè)計(jì)倍頻器電路設(shè)計(jì)院（系）：院（系）：電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）教師職稱：教師職稱： 起止時(shí)間：起止時(shí)間：2014.6.162014.6.162014.6.272014.6.27高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）II課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息與工程注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算學(xué)

2、號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目2倍頻器電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)基本參數(shù)：1.用 EWB 仿真。設(shè)計(jì)電路，輸出的信號(hào)頻率為輸入信號(hào)頻率的 2 倍2.能夠觀察輸入輸出波形，并比較輸入與輸出信號(hào)頻率的關(guān)系。3.參數(shù)：設(shè)輸入信號(hào)頻率 1000000Hz，幅度自定。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4

3、.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）III目 錄第 1 章 二倍頻電路設(shè)計(jì)方案 .11.1 倍頻器應(yīng)用意義 .11.2 電路設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo) .11.3 電路設(shè)計(jì)方案論證 .21.4 丙類倍頻器功效分析 .21.5 電路設(shè)計(jì)總體框圖 .4第 2 章 二倍頻器電路設(shè)計(jì) .52.1 電路工作原理圖 .52.2 電路總體電路圖 .62.3 仿真電路仿真波形 .62.4 元器件參數(shù)選擇 .7第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .8

4、參考文獻(xiàn) .9附錄 I 總體電路圖.10附錄 II 元器件清單.11高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 二倍頻電路設(shè)計(jì)方案1.1 倍頻器應(yīng)用意義倍頻器是一種輸出頻率等于輸入頻率整數(shù)倍的電路，用以提高輸出頻率。在高頻電子線路的應(yīng)用場合，輸入信號(hào)的頻率一般要求較高，要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高頻率，可以采用頻率倍頻器的方法來實(shí)現(xiàn)頻率的倍增，來滿足我們所需要的較高的頻率，要完成輸入信號(hào)小頻率到輸出信號(hào)高頻率的轉(zhuǎn)換，線性器件不具有倍頻的作用，必須使用非線性器件。利用非線性器件的非線性，使其工作在彎曲部分從而實(shí)現(xiàn)倍頻的作用。采用倍頻器的主要原因有：(1) 降低設(shè)備的主振頻率。由于振蕩器頻率愈高穩(wěn)定性愈差，一般采

5、用頻率較低而穩(wěn)定度較高的晶體振蕩器，以后加若干級(jí)倍頻器達(dá)到所需頻率。一般基音體頻率不高于20MHz，具有高穩(wěn)定性的晶體頻率通常不超過5 MHz。所以工作頻率高，要求穩(wěn)定性又嚴(yán)格的通信設(shè)備和電子儀器就需要倍頻。(2) 對于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機(jī)，利用倍頻器可以加大相移或頻移，即可增加調(diào)制度。(3) 可以提高發(fā)射機(jī)的工作頻率穩(wěn)定性。因?yàn)椴捎昧吮额l器，輸入頻率與輸出頻率不同，從而減弱了寄生耦合。1.2 電路設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求：1. 分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。自習(xí)分析課設(shè)要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制總體方框圖。2. 確定合理的總體方案。以電路的先進(jìn)性，結(jié)構(gòu)的繁簡

6、、成本的高低及制作的難易等方面做綜合的比較，并考慮器件的來源敲定可行性方案。3. 設(shè)計(jì)各個(gè)單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干個(gè)子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4. 組成系統(tǒng)。在一定幅度的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）2技術(shù)參數(shù)：1. 用 EWB 仿真。設(shè)計(jì)電路，輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)頻率的 2 倍。2. 觀察輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形，并比較它們頻率之間的關(guān)系。參數(shù)要求：輸入信號(hào)的頻率是 1000000HZ，幅度自定。1.3 電路設(shè)計(jì)方案論證倍頻器按其工作原理可分為二類：第一類是從丙類放大器脈沖電流諧波中經(jīng)選頻獲

7、得倍頻；第二類是利用 PN 結(jié)電容的非線性變化，得到輸入信號(hào)的諧波，經(jīng)選頻回路獲得倍頻，成為參量倍頻，所以倍頻器電路設(shè)計(jì)有二種方案。方案一：用丙類倍頻器，丙類放大器的電流是余弦脈沖狀，包含有豐富的諧波如果集電極選頻回路不是諧振在基頻上，而是諧振在 n 次諧波上，那么，回路對基頻和其他諧波的阻抗很小，而對 n 次諧波的阻抗最大，且呈純電阻性。于是回路的輸出電壓和功率就是 n 次諧波。這就起到了倍頻作用。方案二：用參量倍頻器，它是利用 PN 結(jié)電容隨電壓變化的非線性來獲得倍頻，諧振回路有“選頻”和“濾波”的作用，采用由電感和電容組成的諧振回路串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)濾波器，其中諧振回路諧振于基頻，另外兩個(gè)諧振

8、于二次諧波，而且輸出由諧振于二次諧波的諧振回路來決定，這樣就可以起到倍頻的作用。當(dāng)工作頻率為幾十 MHZ 時(shí)，主要采用是三極管的丙類倍頻器，而當(dāng)工作頻率高于 1000MHZ 時(shí)，主要采用變?nèi)荻O管，階躍二極管構(gòu)成的倍頻器。由參數(shù)要求可知輸入信號(hào)頻率為 1MHZ，所以選用三極管的丙類倍頻器。1.4 丙類倍頻器功效分析在丙類工作時(shí)，晶體管集電極電流脈沖中含= + cos 有豐富的諧波分量。如果把集電極諧振回路調(diào)諧在二次諧波或三次諧波頻率上。那么放大器只有二次諧波電壓或三次諧波電壓輸出。這樣的丙類放大器就成為二倍頻器或三倍頻器。倍頻器的輸入、輸出電壓瞬時(shí)值可寫為Ub=UbmCOSt，Uc=Ucnm

9、COSt，而晶體管極的瞬時(shí)電壓可寫成為= cos 高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）3式中 Ucnm 為回路兩端的 n 次諧波電壓振幅。利用高頻功率放大器的分析結(jié)果 n 次倍頻器輸出的功率和效率為=12=12()()=12=12()式中=()()由余弦脈沖分解系數(shù)可知無論導(dǎo)通角 為何值，均小于，也就是()1()在同樣條件下，丙類倍頻器的輸出功率都低于丙類放大器的輸出功率和效率。為了提高輸出功率和效率，丙類倍頻器在導(dǎo)通角的選取上,必須滿足=120/n 因?yàn)?n=2 時(shí)=60，=0.536 為最大值；有 n=3 時(shí)=40 2() =0.276 為最大值。所以二倍頻器的應(yīng)取 60。這樣,對應(yīng)的輸出功率和效

10、3()率達(dá)最大。這時(shí)與=120時(shí)的放大器輸出功率相比較有：=0.5221=(60)(120)21=(40)(120)=0.35由此可見，在采用最佳通角值的情況下，二次倍頻器的輸出功率只能約等于它作為放大器時(shí)的 1/2，三次倍頻器的輸出功率只能約等于它作為放大器時(shí)的1/3。同樣由效率公式可以推出它的效率也隨著倍頻次數(shù) n 的增加而下降。高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）4由以上的討論可見，隨著倍頻次數(shù) n 的增大，它的輸出功率與效率下降。同時(shí)，n 越高，最佳的越小。為了減小，就必須倍頻器的基極反向偏壓-。加大后基極激勵(lì)電壓也加大。對于晶體管電路來說，增加激勵(lì)電壓與偏壓， 就可能是發(fā)射結(jié)的反向偏壓超過擊

11、穿電壓。所以單級(jí)丙類倍頻器一般只作為二倍頻器或三倍頻器使用。1.5 電路設(shè)計(jì)總體框圖圖 1 總體設(shè)計(jì)框圖二倍頻器由輸入信號(hào)，丙類倍頻器和并聯(lián)諧振回路及輸出信號(hào)四大部分組成，并聯(lián)諧振回路選出二次諧波，輸入信號(hào)是頻率為 1MHZ 的正弦波。輸入信號(hào)三極管丙類倍頻器并聯(lián)諧振回路輸出信號(hào)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）5第 2 章 二倍頻器電路設(shè)計(jì)2.1 電路工作原理圖三極管集電極電流 ccwtcciicos1coscosmax 分解為傅里葉級(jí)數(shù)為nwtIwtIwtIIicmncmcmCccos2coscos21其中各項(xiàng)系數(shù)分別為集電極諧振回路是對輸入頻率 fi 的 n 倍頻諧振，而對基波和其它諧波失諧，

12、因而 ic中的 n 次諧振通過諧振回路獲得最大電壓，而基波和其它諧波被濾除。電路圖如圖所示。圖2 原理圖 cnccmncccmcccoIIIIIImax1max10max高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）62.2 電路總體電路圖輸入信號(hào)先通過電容 C1 祛除直流成分，加在晶體管上，電壓源 V2 為集電極提供偏置電壓，L3，C3 祛除電壓源中的交流成分，R3 和 C3 以及 L2 組成諧振回路，諧振回路諧振頻率為 2fi，集電極電流 Ic 進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解其中包含二次諧波成分，諧振回路對二次諧波的阻抗達(dá)到最大，且成電阻性，對基頻和其他諧波的阻抗很小，于是回路的輸出電壓和功率就是二次諧波，這樣就起到倍

13、頻作用。圖 3 總體電路圖2.3 仿真電路仿真波形高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）7圖 4 仿真波形由輸入、輸出仿真結(jié)果輸出，輸出信號(hào)頻率是輸入信號(hào)頻率的 2 倍。激勵(lì)信號(hào)源是幅值 1V，頻率為 1MHZ 的正弦信號(hào)。在示波器的仿真結(jié)果中每個(gè)單元格代表 1us,在一周期內(nèi)每個(gè)波形占一個(gè)單元格，所以仿真的輸入信號(hào)頻率為 1MHZ,與輸入的相同。同樣，在示波器所仿真的輸出信號(hào)波形中，時(shí)間單元格每個(gè)代表0.5us,從輸出仿真波形中可以清楚的看到在一周期內(nèi)一個(gè)波形占據(jù)一個(gè)時(shí)間單元格，所以仿真的輸出信號(hào)頻率是 2MHZ。綜上討論，示波器仿真輸入信號(hào)的幅值和頻率和我們所輸入的激勵(lì)信號(hào)源的幅值和頻率相同，仿真的

14、輸出信號(hào)頻率是輸入信號(hào)頻率的 2 倍，所以輸出信號(hào)無論是頻率還是幅值方面都得到了放大。滿足我們所要求的頻率倍增的要求。2.4 元器件參數(shù)選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求（輸入信號(hào)頻率 1MHz，幅度為 1V）主要元件有頻率為 1MHz、幅度為1V 的正弦信號(hào)源，三極管 BC107BP，電感，電容。由于要選出二倍頻，RC 回路的振蕩頻率為 2 故 2L=1/2C =2f所以選取選頻網(wǎng)絡(luò) C3=56pF L2=0.1mH R3=10K前值祛除直流電容 C1=0.1uF直流電壓5V 為集電極提供偏壓，C2和 L2 濾除直流電壓的交流成分，使其更加穩(wěn)定C4=1uF L3=10mHR2=1K C2=0.1uFR1=1K

15、高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）8第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課設(shè)充分了解了關(guān)于高頻電子線路原理與設(shè)計(jì)理念，了解了二倍變頻器的原理，加深對所學(xué)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)、以及知識(shí)遷移的能力。而且通過二倍變頻器的的電路設(shè)計(jì)，進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。電路采用丙類倍頻器，用丙類倍頻器，丙類放大器的電流是余弦脈沖狀，包含有豐富的諧波如果集電極選頻回路不是諧振在基頻上，而是諧振在 n 次諧波上，那么，回路對基頻和其他諧波的阻抗很小，而對 n 次諧波的阻抗最大，且呈純電阻性。于是回路的輸出電壓和功率就是 n 次諧波。這就起到了倍頻作用。利用晶體管的的非線性，然后讓通過諧振回路，是電路諧振與二次諧波，從而選出二次諧波，達(dá)到倍頻的作用，通過這次學(xué)習(xí)，讓本人對各種電路都有了大概的了解，讓自己對電子線路的知識(shí)有了更深的理解。高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）9參考文獻(xiàn)1 張肅文. 高頻電子線路. 高等教育出版社， 2008 年2 彭介華. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì). 高等教育出版社， 1997 年3 謝云、易波.現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)踐課程指導(dǎo). 機(jī)械工業(yè)出版社，2003 年4 曲學(xué)基. 常用電子電器電路精選. 電子工業(yè)出版社， 1991 年5 蔡忠法. 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).