高頻小信號課設(shè)

1、 注意：1 按我批注的修改 2 注意檢查序號的編排 3 圖形編號要統(tǒng)一：按如圖 1.1、1.2.等方式編號 4 修定完發(fā)給我，合格后方能打印高頻電子線路設(shè)計(jì)報(bào)告高頻電子線路設(shè)計(jì)報(bào)告（將所有背景圖刪掉）姓 名： 張繼峰 學(xué) 號： 200510501136 專業(yè)班級： 05 電子信息工程 1 班 題 目： 高頻小信號諧振放大器的設(shè)計(jì) 同組學(xué)生：（ ）攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院二八年一月高頻電子線路設(shè)計(jì) 1摘摘 要要以諧振回路為選頻網(wǎng)絡(luò)的高頻小信號放大器稱為小信號諧振放大器,或小信號調(diào)諧放大器。放大器件可采用單管、雙管組合電路和集成放大電路等，諧振回路可以是單諧振回路或雙耦合諧振回路。單調(diào)諧回路的諧

2、振放大器電路簡單，調(diào)整方便，所以應(yīng)用較廣。關(guān)鍵詞：信號源，晶體管，負(fù)載回路，諧振頻率，電壓增益，通頻帶高頻電子線路設(shè)計(jì) 2ABSTRACTAs chooses the frequency network take the resonant tank the high frequency small signal-amplifier to be called the small signal tuned amplifier, or small signal tuned amplifier. Enlarges the component to be possible to use single ,

3、 the double barrel combination circuit and the integrated enlargement electric circuit and so on, the resonant tank may be the single resonant tank or the double coupling resonant tank. List tuning circuit tuned amplifier electric circuit simple, adjustment convenient, therefore the application is b

4、roader. Keywords: Signal Source, Transistors, Load circui,Fesonant Frequency 高頻電子線路設(shè)計(jì) 3摘摘 要要.1ABSTRACT.21 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求.11.1 已知條件 .11.2 主要器件 .11.3 主要技術(shù)指標(biāo) .12 電路的基本原理電路的基本原理.22.1 設(shè)計(jì)框圖 .22.2 單元電路分析及計(jì)算.22.2.1 單元電路設(shè)計(jì)之一-對輸入變壓器耦合諧振回路設(shè)計(jì).22.2.2 單元電路設(shè)計(jì)之二-對三極管放大回路設(shè)計(jì).32.2.3 單元電路設(shè)計(jì)之三-輸出變壓器耦合諧振回路設(shè)計(jì).32.3 單元電路級聯(lián) .42.3.

5、1電路分析.42.3.2 小信號參數(shù).43 電路組裝及測試電路組裝及測試.63.1 實(shí)驗(yàn)具體參數(shù)設(shè)計(jì).63.1.1電路形式.63.1.2 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn).63.1.3 計(jì)算諧振回路參數(shù).73.1.4 確定輸入耦合回路及高頻濾波電容.83.2 電路測試 .83.3 電路調(diào)整 .123.3.1 變壓器的安裝.123.3.2 諧振狀態(tài)的調(diào)整方法.123.3.3寄生振蕩及其消除方法.124 DXP 制作制作 PCB 版版 .145 心得體會心得體會.156 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).16致謝致謝.17高頻電子線路設(shè)計(jì) 11 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求掌握高頻小信號諧振放大器的工程設(shè)計(jì)方法,諧振回路的調(diào)諧方法,放大器的各

6、項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測試方法及高頻情況下的各種分布參數(shù)對電路性能的影響。1.1 已知條件已知條件 ，晶體管為 3DG100C，。查手冊得（當(dāng)，VVCC9507bbrmAIE1，匝，接用 10.7MHzpFCeb25HL10202N25. 01p25. 02p中頻變壓器） ，。 kRL11.2 主要器件主要器件 高頻信號發(fā)生器 HP8640B 1 臺 超高頻毫伏表 DA-36A 2（或）1 臺 雙蹤示波器 COS5020 或數(shù)字存儲示波器 TDS210 1 臺 無感起子 1 把 數(shù)字萬用表 UT2003 1 臺 晶體管穩(wěn)壓電源 1 臺 高頻 Q 表 1 臺1.3 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) 諧振頻率，諧振

7、電壓放大器，通 BW=1MHz，矩MHzf5 . 60dBAVO20形系數(shù)。101 . 0rK高頻電子線路設(shè)計(jì) 22 電路電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)框圖設(shè)計(jì)框圖高頻小信號諧振放大器的基本組成如圖 4.1.1 所示。它由輸入變壓器耦合諧振回路、三極管放大回路、輸出變壓器耦合諧振回路等組成。 圖 2.1.1 高頻小信號諧振放大器的組成框圖2.2 單元電路分析及計(jì)算單元電路分析及計(jì)算2.2.1 單元電路設(shè)計(jì)之一單元電路設(shè)計(jì)之一-對輸入變壓器耦合諧振回路設(shè)計(jì)對輸入變壓器耦合諧振回路設(shè)計(jì)（下面圖用（下面圖用 DXP重新畫）重新畫） 圖 2.2.1 輸入變壓器耦合回路 諧振回路由電感線圈和電容器組成，它具有

8、選擇信號及阻抗變換作用。在這個(gè)電路中，晶體管的輸出由線圈抽頭以電感分壓式接入回路。偶合大致為一個(gè)電容和電感，通過調(diào)節(jié)這兩個(gè)值，可以改變一個(gè)偶合的范圍。電感是用線圈制作的，它的作用多是扼流濾波和濾除高頻雜波。耦合作用是在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，常采用電容藕合。為了防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容 。在前級就可以是防止信號中韻低頻分量損失過大 確定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn) 。以求電路工作更精確。高頻電子線路設(shè)計(jì) 32.2.2 單元電路設(shè)計(jì)之二單元電路設(shè)計(jì)之二-對三極管放大回路設(shè)計(jì)對三極管放大回路設(shè)計(jì)（下面圖用（下面圖用 DXP 重新畫

9、）重新畫） 圖 2.2.2 三極管放大回路 三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓 UB 有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流 IB 也會隨之有一小的變化，受基極電流 IB 的控制，集電極電流 IC 會有一個(gè)很大的變化，基極電流 IB 越大，集電極電流 IC 也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與 IB 變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù) （=IC/IB, 表示變化量。），三極管的放大倍數(shù) 一般在幾十到

10、幾百倍。2.2.3 單元電路設(shè)計(jì)之三單元電路設(shè)計(jì)之三-輸出變壓器耦合諧振回路設(shè)計(jì)輸出變壓器耦合諧振回路設(shè)計(jì)（下面圖用（下面圖用 DXP 重重新畫）新畫） 圖 2.2.3 輸出變壓器耦合回路耦合作用是在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，常采用電容藕合。為了防止信號中韻低頻分量損失過大，一高頻電子線路設(shè)計(jì) 4般總采用容量較大的電解電容，在輸出的時(shí)候 ，有提高系統(tǒng)帶負(fù)載的能力。對輸入、輸出阻抗有一定的改善能力。 2.3 單元電路級聯(lián)單元電路級聯(lián)2.3.1 電路分析電路分析（下面圖用（下面圖用 DXP 重新畫）重新畫）圖 1.1.5 所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻

11、小信號單級調(diào)諧回路諧振放大器，它不僅要放大高頻小信號，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集成電極負(fù)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)等會影響放大器輸出信號的頻率或相位，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻，及決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。1BR2BRER圖 2.3.1 高頻小信號諧振放大器2.3.2 小信號參數(shù)小信號參數(shù) 放大器在諧振時(shí)的等效電路如圖 2.3.1 所示，晶體管的 4 個(gè)參數(shù)分別為y輸入導(dǎo)納 （2-3-1）)(1ebebbbebebiecjgrcjgy輸出導(dǎo)納 （2-3-2）)(1ebebbbmbbcboecjgrgrcjy正向傳輸

12、導(dǎo)納 （2-3-3）)(1ebebbbmfecjgrgy高頻電子線路設(shè)計(jì) 5反向傳輸導(dǎo)納 （2-3-4）)(1ebebbbcbfecjgrcjy 式中，GM 為晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流關(guān)系為 （2-3-5）sIgmAEm26 GBC 為發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)及EI有關(guān)，其關(guān)系為 （2-3-6）sIrgmAEbebe261 bbr為基極電阻，一般為幾十歐姆；為集電極電容，一般為幾十皮法；cbc為發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。（下面圖用 DXP 重新畫）ebc圖 2.3.2 諧振放大器的高頻等效電路晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)出除了與靜態(tài)電流，電流放大系數(shù)EI有關(guān)外，還與工作

13、角頻率有關(guān)，晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。如在，條件下MHzfo5 . 6mAIE2VVCE8測得 3DG100C 的參數(shù)。y msierieg21msoeroeg2501msyfe40 pFCie12pFoeC4syre350 如果工作條件發(fā)生變化，則上述參數(shù)值公僅作為參考，因此高頻電路的設(shè)計(jì)計(jì)算一般采用工程估算方法。 圖 2.3.2 所示等效電路中，P1 為晶體管的集成電極接入系數(shù)，即 （2-3-7）211NNp 式中，為電感線圈 L 的總匝數(shù)；為輸出變壓器的副邊與原邊的比，2N2PoTr高頻電子線路設(shè)計(jì) 6 （2-3-232/ NNp 8）式中，為副邊總匝

14、數(shù)；為諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，3NLgLLRg1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Lg體管的輸入電導(dǎo)。 （2-3-2ieg0222102222111GljcjgppGljcjgpgpglieoe9） 式中，0G為 LC 回路本身的損耗電導(dǎo)。2.4 參數(shù)確定參數(shù)確定2.4.1 電路形式電路形式（下面圖用（下面圖用 DXP 重新畫）重新畫） 圖 1.1.7 高頻小信號諧振放大器2.4.2 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 取，則mAIEQ1VVEQ5 . 1VVCEQ5 . 7 kIVREQEQE5 . 1 取標(biāo)稱值 18kIVIVRCQBQBQBQB3 .18662k

15、 KRVVVRBBQBQCCB6 .5521高頻電子線路設(shè)計(jì) 7可用 30電阻和 100電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。1BRkk2.4.3 計(jì)算諧振回路參數(shù)計(jì)算諧振回路參數(shù) 由式（2-3-6）得 mSSmAIgEeb77. 026 由式（2-3-5）得 mSSmAIgEm3826 下面計(jì)算 4 個(gè) y 參數(shù)，由（2-3-1）（2-3-4）得 mSjmSjwCgrjwCgyebbbbbebebie5 . 196. 0)(1 因?yàn)?，所以ieieieCjgy mSgie96. 0kgrieie11pFmsCie235 . 1 mSjmSCjCjgrgrCjycbebebbbmbbcboe5 . 0

16、06. 0)(1 因?yàn)?，所以oeoeoeCjgy mSgoe06. 0pFmSCoe75 . 0 mSjmSCjgrgyebebbbmfe1 . 437)(1 故模。mSmSyfe371 . 43722 先由下式計(jì)算求回路電容 pFLfC60)2(120 再求回路電容 取標(biāo)稱值pFCpCpCCieoe1 .582221pF51 由（2-3-7） （2-3-8）求出輸出耦合變壓器的原邊抽頭匝數(shù)及副邊匝oTr1N高頻電子線路設(shè)計(jì) 8數(shù)，即3N 匝 匝5211NpN5223NpN2.4.4 確定輸入耦合回路及高頻濾波電容確定輸入耦合回路及高頻濾波電容高頻小信號諧振憤怒放大器的輸入偶合回路通常指變壓器

17、偶合的諧振回路，如圖 4.1.2 所示.由于輸入變壓器 Tri 原邊諧振賄賂的諧振頻率與放大器諧振賄賂的諧振頻率相等，也可以直接采用電容耦合，如圖 4.1.6.高頻偶合電容一般選擇瓷片電容。 3 3 電路仿真電路仿真3.13.1 電路級聯(lián)電路級聯(lián) （將背景網(wǎng)點(diǎn)消掉）（將背景網(wǎng)點(diǎn)消掉） 圖 4.1 電路仿真高頻電子線路設(shè)計(jì) 9 圖的編號？圖的編號？3.23.2 仿真步驟仿真步驟（步驟寫清楚，按（步驟寫清楚，按（1 1）、（）、（2 2）編排）編排）在 Mulitisim 2001 中選擇電路圖所示元件，兩個(gè)交流電壓表和直流電源從電源元件中選取。在 Mulitisim 2001 右面元件中選取示波

18、器，在電阻元件中選取電容、電阻和變壓器元件。在 Mulitisim 2001 左面元件中選取乘法器元件。按高頻小信號諧振放大器原理圖來連接電路，當(dāng)全部連接好之后打開開關(guān)觀察三個(gè)示波器的波形變換。 3.33.3 仿真電路結(jié)果仿真電路結(jié)果調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)方法是，不輸入信號（iV =0），Ci 的左端接地，將諧振賄賂的電容 C 開路，這時(shí)用萬用表測量電阻 RE 兩段的電壓，調(diào)整電阻1BR使)1(5 . 1mAIVVEEQ.記下此時(shí)電路的1BR值及靜態(tài)工作點(diǎn)BQV、CEQV、EQV、及EQI.高頻電子線路設(shè)計(jì) 10 調(diào)諧振回路使其諧振的方法是：按圖 1.1.8 所示的測試電路接入高頻電壓表 V1、V2，

19、支流毫安表 mA 幾示波器。再將信號發(fā)生器的輸入頻率置于fi=10.7MHz，輸入電壓 Vi=5mA。為避免諧振回路失諧引起的高反向電壓損壞晶體管，可將電源電壓+CCV降低，如使+CCV=+6V，調(diào)輸出耦合變壓器的磁芯使賄賂諧振，即電壓表 V2 的指示值達(dá)到最大，毫安表 mA 的指示值最小且輸入波形無明顯失真。賄賂處于諧振狀態(tài)后，再將電源電壓恢復(fù)至+9V。在放大器處于諧振狀態(tài)下測量各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如電壓放大倍數(shù)VOA，通頻帶 BW 幾矩形系數(shù)1 . 0rK，其測量方法如前所述。若將這些指標(biāo)的測量值與設(shè)計(jì)要求相差較遠(yuǎn)，則根據(jù)它們的表達(dá)示進(jìn)行分析。如果電壓放大倍數(shù)VOA，較小，則可以通過調(diào)整靜態(tài)工作

20、點(diǎn) Q 或接入系數(shù) P1 使VOA增大或更換較大是晶體管。由于分布參數(shù)的影響。放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后的元件參數(shù)與設(shè)計(jì)算值有一定的偏值。需要反復(fù)調(diào)整輸入耦合變壓器的磁芯位置才能使諧振賄賂處于諧振態(tài)，如圖 1.1.8 所示的測量方法判斷賄賂的諧振狀態(tài)不太準(zhǔn)確，易產(chǎn)生測量誤差，較的方法是采用掃頻測量賄賂的諧振曲線。由于工作頻率較高，高頻小信號放大器易受到各種信號的干擾，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)（屏蔽盒內(nèi)與地線接觸良好）。 4DXP 制作制作 PCB 版版4.1 DXP 畫出原理圖畫出原理圖（要求詳細(xì)地寫出原理圖的過程）（要求詳細(xì)地寫出原理圖的過程）高頻電子

21、線路設(shè)計(jì) 1162kR11.5kR318kR21kR4TTrans CT Ideal51pFC20.01uFC30.033uFC4C1Cap Pol1VCCQ2N3904T2EC54.24.2 PCBPCB 的制作過程的制作過程（要求詳細(xì)地寫出制作過程：（要求詳細(xì)地寫出制作過程： 按（按（1 1） 、 （2 2）. .。 。 。 。 。 。 。寫出來。寫出來 654321121212123212121212121211234在 Protel DXP 中找到相應(yīng)的元件，雙擊元件確定元件的參數(shù)，在工具欄里找到畫圖按鈕，正確連接電路（上圖分別為電路原理圖和生成的 PCB 版） 。電路連接完成后，單擊

22、 DXP 工具欄上的 project 按鈕，在上面的選項(xiàng)中選取生成 PCB 版。在生成 PCB 版的過程中，軟件自身會對電路進(jìn)行判斷正誤，如果電路圖有錯(cuò)，DXP 軟件會提示錯(cuò)誤的出處。 最后生成 PCB 版圖（如上圖） 。高頻電子線路設(shè)計(jì) 12 5 電路調(diào)整電路調(diào)整5.1 變壓器的安裝變壓器的安裝變壓器安裝后，應(yīng)確保其輸入、輸出電壓反相（示波器測量），否則會產(chǎn)生較大干擾。5.2 諧振狀態(tài)的調(diào)整方法諧振狀態(tài)的調(diào)整方法理論上分析，丙類功放的集電極回路處于諧振狀態(tài)時(shí)，回路電壓VL為最大，集電極平均電流Ic0最小。但由于受放大器內(nèi)部電容Cbc的影響，兩者并不同時(shí)出現(xiàn)。因此在實(shí)際應(yīng)用中，一般以VL最大為

23、諧振指示。 5.3 寄生振蕩及其消除方法寄生振蕩及其消除方法寄生振蕩是高頻功率放大器調(diào)整過程中經(jīng)常遇到的一種現(xiàn)象，根據(jù)振蕩產(chǎn)生的原因，常見寄生振蕩有以下兩種：（a）1/2 基波的影響 （b）3 倍頻的影響圖圖 3.3.63.3.6 參量自激型寄生振蕩影響的輸出波形參量自激型寄生振蕩影響的輸出波形 5.3.15.3.1 參量自激型寄生振蕩參量自激型寄生振蕩 當(dāng)放大器的輸出電壓足夠大時(shí)，放大器的動態(tài)工作點(diǎn)可 能進(jìn)入?yún)⒘繝顟B(tài)，這時(shí)晶體管的許多參數(shù)將隨著工作狀態(tài)而變化，將產(chǎn)生許多新的頻率分量，其中某些頻率分量會形成自激振蕩。對輸出波形影響較大的是 1/2 基波頻率，圖3.3.6 畫出了 1/2 基波和

24、 3 倍頻參量自激時(shí)，輸出端的合成波形。 高頻電子線路設(shè)計(jì) 13 消除參量寄振蕩的常用辦法是在基極或發(fā)射極接入防振電阻（幾歐至幾十歐），或引入適當(dāng)?shù)母哳l電壓負(fù)反饋，或 降低回路的有載 QL值，或減小激勵信號電平。 (a) 低頻寄生振蕩的影響 (b) 高頻寄生振蕩的影響圖 3.3.7 反饋型寄生振蕩影響輸出波形5.3.25.3.2 反饋型寄生振蕩反饋型寄生振蕩 反饋型寄生振蕩又分為低頻寄生振蕩與高頻或超高頻寄生振蕩。低頻寄生振蕩的頻率低于放大器的工作頻率，高頻寄生振蕩的頗率高于放大器的工作頻率。圖 3.3.7 分別為疊加有低頻自激與高頻自激信號的輸出波形低頻寄生振蕩一般是由輸入回路中的電容引起的

25、。消除低頻寄生振蕩的辦法是設(shè)法破壞它的正發(fā)饋支路，例如減少基極回路線圈的電感量或串入電阻RF，降低線圈的有效 Q 值。 高頻寄生振蕩一般是由電路的分布參數(shù)（分布電容、引線電感等）的影響所造成。消除高頻寄生振蕩的有效方法是盡量減少引線的長度、合理布局或基極回路接入仿振電阻。5 心得體會心得體會在學(xué)期期末，院系安排我們進(jìn)行高頻課程設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，我們利用Mulitisim 2001 仿真軟件對高頻小信號諧振放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)。充分利用了此軟件畫圖方便的特點(diǎn)，并進(jìn)一步了解了該軟件的功能和設(shè)計(jì)高頻電子線路的方法。在仿真完成后，我們便利用 DXP 軟件進(jìn)行 PCB 版的制作，生成電路版。最后進(jìn)行實(shí)物連接

26、。在畫圖的過程中，我們遇到了某些困難，但是只要認(rèn)真的去克服它一切事情都能解決。在制作 PCB 版的過程中，剛開始對軟件的不熟悉是我們制作的最大障礙，但是，經(jīng)過一段時(shí)間的鍛煉，我們對該軟件已經(jīng)逐步熟悉，并順利的高頻電子線路設(shè)計(jì) 14完成 PCB 版的制作。 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，深化了我對高頻電子線路這門課程的理解。使我掌握了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動化（Electronic Design Automation,及 EDA ）技術(shù)的新方法、新工具和新手段。既有利于加強(qiáng)我對課程理論與實(shí)際的聯(lián)系，培養(yǎng)了我們對多門課程的知識綜合運(yùn)用能力；又系統(tǒng)地、科學(xué)地提高了我們的實(shí)際動手能力、工程設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；還使我們知道了更多當(dāng)前電子技術(shù)迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用的需要和前景。高頻電子線路設(shè)計(jì) 155 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 1王志剛, 龔杰星. 現(xiàn)代電子線路. 北京: 清華大學(xué)出版社, 北京交通大學(xué)出版社, 20032董在望, 陳雅琴, 雷有華, 肖華庭. 通信電路原理. 第二