高頻小信號調(diào)諧放大器課程設計

1、摘 要 放大高頻小信號（中心頻率在幾百KHZ到幾百MHZ，頻譜寬度在幾KHZ到幾十MHZ的范圍內(nèi)）的放大器，稱為高頻小信號放大器。這類放大器，按照所用器件可分為晶體管，場效應管和集成電路放大器；按照通過頻譜的寬窄可分為窄帶和寬帶放大器；按照電路形式可分為單級和級聯(lián)放大器；按照所用負載性質(zhì)可分為諧振放大器和非諧振放大器。所謂諧振放大器，就是采用諧振回路作負載的放大器。根據(jù)諧振回路的特性，諧振放大器對于靠近諧振頻率的信號，有較大的增益；對于遠離諧振頻率的信號，增益很小。所以，諧振放大器不僅有放大作用，而且也起著濾波或選頻的作用。高頻小信號調(diào)諧放大器廣泛應用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射

2、機的接收端，從天線上感應的信號是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。本文以理論分析為依據(jù)，以實際制作為基礎，運用LC電路的諧振作為選頻和濾波，利用三極管的放大作用來實現(xiàn)小信號放大的作用。關鍵字：三極管；LC電路；放大器；高頻小信號 Abstract Zoom in high frequency small signal (center frequency in hundreds of KHZ to several hundred MHZ, spectrum width in the range of a few KHZ to dozens of MHZ) amplifier, kn

3、own as the high frequency small signal amplifier. This kind of amplifier, according to the device can be divided into the transistor, field effect tube and integ- rated circuit amplifier; According to the through spectrum width can be divided into narrowband and broadband amplifier; According to the

4、 circuit form can be divided into single-stage and cascade amplifier; According to the nature of the load can be divided into resonance amplifier and the resonant amplifier. The so-called resonance amplifier, is to use as a load resonance loop of the amplifier. According to the pro- perties of the r

5、esonant circuit, the resonance amplifier for close to the resonant fre- quency of the signal, have bigger gain; To stay away from the resonance frequency of the signal, gain is small. So, resonance amplifier has amplification effect not only, and also to play the role of a filter or frequency select

6、ive. High frequency small signal tuned amplifier is widely used in communication systems and other radio systems, especially in the receiving end of a transmitter, induction from the antenna signal is very weak, this needs with the amplifier to enlarge it. In this paper, based on theo- retical analy

7、sis, based on the actual production, using the LC resonance frequency selective and filtering circuit, triode amplifying function is used to realize the role of small signal amplifier.Key words: triode; LC circuit; Amplifier; High frequency small signal目 錄1 緒論11.1 高頻小信號調(diào)諧放大器的由來11.2 高頻小信號調(diào)諧放大器的用途及其功能

8、12 高頻小信號放大器電路設計的原理22.1 高頻小信號調(diào)諧放大器的基本原理22.2 高頻小信號調(diào)諧放大器主要質(zhì)量指標22.2.1 增益22.2.2 通頻帶22.2.3 選擇性22.2.4 品質(zhì)因素22.2.5 噪聲系數(shù)22.3 各元器件參數(shù)設計32.3.1 靜態(tài)工作點的選擇32.3.2 諧振回路的參數(shù)計算43 電路仿真63.1 電路仿真圖63.2 電路的輸入與輸出比較64 調(diào)試與誤差分析84.1 電路板調(diào)試84.1.1 元件的焊接84.1.2 調(diào)試所用到的元器件84.1.3 調(diào)試步驟與波形圖84.2 誤差分析9結(jié)束語10參考文獻11附錄一 電路圖12附錄二 PCB版圖13附錄三 元件清單14

9、附錄四 實物圖15III1 緒論1.1 高頻小信號調(diào)諧放大器的由來20世紀末，電子通訊獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。在無線通信中，發(fā)射與接收的信號應當適合于空間傳輸。所以，被通信設備處理和傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過調(diào)制處理過的高頻信號，這種信號具有窄帶特性。而且，通過長距離的通信傳輸，信號受到衰減和干擾，到達接收設備的信號是非常弱的高頻窄帶信號，在做進一步處理之前，應當經(jīng)過放大和限制干擾的處理。這就需要通過高頻小信號調(diào)諧放大器來完成。1.2 高頻小信

10、號調(diào)諧放大器的用途及其功能 高頻小信號放大在各個領域都有其應用，特別是在通信部分，作為調(diào)幅、調(diào)頻電路的接收部分。如在話筒制作中，利用其選頻與放大的作用，得到我們想要的信號。高頻小信號放大器的作用是無失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號。高頻小信號放大器是通信電子設備中常用的功能電路，它所放大的信號頻率在數(shù)百千赫。高頻小信號放大器的功能是實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大，從信號所含頻譜來看，輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是相同的。 2 高頻小信號放大器電路設計的原理2.1 高頻小信號調(diào)諧放大器的基本原理小信號調(diào)諧放大器的作用是有選擇地對某一頻率范圍的高頻小信號進行放大 。所謂“小信號”，通常指

11、輸入信號電壓一般在微伏毫伏數(shù)量級附近，由于信號小，從而可以認為放大器工作在晶體管的線性范圍內(nèi)。所謂“調(diào)諧”，主要是指放大器的集電極負載為調(diào)諧回路。這種放大器對諧振頻率及附近頻率的信號具有較強的放大作用，而對其它遠離的頻率信號，放大作用很差。2.2 高頻小信號調(diào)諧放大器主要質(zhì)量指標2.2.1 增益增益就是放大器輸出電壓與輸入電壓之比，用來表示高頻小信號調(diào)諧放大器放大微弱信號的能力 ，用Au表示。在實驗中，增益越大越好。2.2.2 通頻帶 通頻帶通常規(guī)定放大器的電壓增益下降到最大值的0.707倍時，所對應的頻率范圍即為高頻放大器的通頻帶，用B0.7表示。2.2.3 選擇性 選擇性是指回路從含有各種

12、不同頻率信號總和中選出有用信號、抑制干擾信號的能力。一般用B0.1表示，其值越大，回路選擇性越好。2.2.4 品質(zhì)因素 品質(zhì)因素描述的是選頻特性的好與差，用Q表示。Q值越大，回路損耗愈小，其選頻特性就愈好。2.2.5 噪聲系數(shù)高頻放大器由多級組成，降低噪聲系數(shù)的關鍵在于減小前級電路的內(nèi)部噪聲。因此，在設計前級放大器時，要求采用低噪聲器件，合理地設置工作電流等，使放大器在盡可能高的功率增益下噪聲系數(shù)最小。用Nf表示,其值越接近1越說明噪聲越小，電路的性能越好。根據(jù)上面各個具體環(huán)節(jié)的考慮設計出下面總體的電路：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

13、元電路如圖2-1所示。該電路由晶體管VT7、選頻回路CP2二部分組成。它不僅對高頻小信號放大，而且還有一定的選頻作用。本實驗中輸入信號的頻率fs10MHz。R67、R68和射極電阻決定晶體管的靜態(tài)工作點。撥碼開關S7改變回路并聯(lián)電阻，即改變回路Q值，從而改變放大器的增益和通頻帶。撥碼開關S8改變射極電阻，從而改變放大器的增益。L7,C72構(gòu)成濾波電路，濾除直流源的干擾信號。J30信號輸入接口，J31信號輸出接口。圖2-1 高頻小信號放大器2.3 各元器件參數(shù)設計選擇合適的靜態(tài)工作點和10MHZ的中周是高頻小信號諧振放大器制作中關鍵所在。我們采用的是CP2中周，實際上是由LC并聯(lián)構(gòu)成變壓器，其諧

14、振頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)。當在諧振點時有，通過此公式計算可以確定LC的值。2.3.1 靜態(tài)工作點的選擇其直流通路如2.2所示:圖2.2 直流通路 （2.1） （2.2） （2.3） 為了使三極管工資在放大區(qū)，則必須要滿足。再通過公式計算，就可以確定靜態(tài)工作點時，各元器件的參數(shù)。2.3.2 諧振回路的參數(shù)計算 其小信號模型如圖2.3所示：圖2.3 小信號模型 小信號模型也為放大器在諧振時的等效電路，晶體管的4個y參數(shù)分別如下： 輸入導納： （2.4） 輸出導納： （2.5） 正向傳輸導納： （2.6） 反向傳輸導納： （2.7）式中為晶體管的跨導，與發(fā)射極電流的關系為： 為發(fā)射結(jié)電導，與晶體管的電

15、流放大系數(shù)及有關，其關系為： 為基極體電阻，一般為幾十歐姆；為集電極電容，一般為幾皮法； 為發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。 晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作點的電流，電流放大系數(shù)有關外，還與工作角頻率w有關。晶體管手冊中給出了的分布參數(shù)一般是在測試條件一定的情況下測得的。在實驗中，我們還用到了可變電容CT4，可變范圍為5-20pf，其目的就是中和的反饋，從而提高調(diào)諧放大器的穩(wěn)定度。3 電路仿真3.1 電路仿真圖 XFG1為函數(shù)信號發(fā)生器，用以輸入頻率為fo=10MHz,幅度為100mV的高頻小信號。XMM1為萬用表，用來測量靜態(tài)工作點、的電壓。XSC1為雙蹤示波器，用來觀察輸

16、入、輸出的波形，通道B接輸出，通道A接輸入，仿真如圖3-1所示：圖 3-1 電路仿真圖3.2 電路的輸入與輸出比較 設置各元件的參數(shù)以后，打開Multisim仿真開關，從示波器上兩個通道觀察輸出波形以及與輸入信號的關系。如圖3-2所示，通道A為輸入信號，通道B為輸出信號，輸入信號為10MHZ,，100mV，輸出信號為10MHZ,7.6V。放大倍數(shù)： AV=7.6V/100mV=76。圖3-2 信號輸入與輸出對照圖由Multisim仿真可看出，仿真的結(jié)果增益Au的倍數(shù)大于設計指標，這是由于在仿真軟件中，線路無損耗，各元器件的參數(shù)準確且無誤差，由LC并聯(lián)回路構(gòu)成的中周基本上達到了諧振狀態(tài)所致。4

17、調(diào)試與誤差分析 4.1 電路板調(diào)試4.1.1 元件的焊接 經(jīng)過仿真后，根據(jù)原理圖將元件一一通過檢測之后焊接在面包板上，然后真確連上導線。 焊接之前一定要確定每個元件都要能正常工作，元件更不能接反，如中周的引腳，電位器三個腳中有效地兩個腳都必須事先了解后才接入電路，焊接好連號導線后，還必須要用萬用表確定線路是否連接好。4.1.2 調(diào)試所用到的元器件實驗儀器設備：       高頻信號發(fā)生器           

18、;1臺         數(shù)字存儲示波器           1臺        無感起子           1把        數(shù)字萬用表  

19、60;        1臺        12V直流穩(wěn)壓電源           1臺4.1.3 調(diào)試步驟與波形圖（1）調(diào)試步驟第一步：斷開短路快J27，將開關S8的2,3,4分別置于“ON”，開關S7全部置于斷開狀態(tài)，此時就可以測量對應的靜態(tài)工作點。第二步：將頻率為10MHZ、幅度為92mv的高頻小信號接入到J30中，連接短路快J27。

20、調(diào)節(jié)CT4或者中周CP2，使回路振蕩。當觀察到輸出信號J31最大時，此時即為最佳諧振狀態(tài)， （2）波形圖輸入波形圖如4-1所示：圖4-1 輸出波形圖 輸出波形如4-2所示：圖4-2 輸出波形圖 從波形圖可以看出，輸入波形的頻率和幅度分別為10MHZ、92mv，輸出波形的頻率為9.27MHZ,幅度為1.27v，則Au=。4.2 誤差分析 實驗值為  f0=9.45MHz    vo13  仿真值得 f0=10.2MHz   vo50   設計指標  f0=10MHz 

21、    vo56 數(shù)據(jù)分析：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，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）實物的實際值與理論值有一定的差距。如電阻電容的理論值與標稱值存在一些差異，并且電阻電容的標稱值也有一定的誤差。如：通過計算R67要買62k的電阻，而買回來測只有60k多點。         

22、（2）晶體管數(shù)據(jù)為查表所得，而由于分布參數(shù)的影響，晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般都是在測試條件一定的情況下測得的。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可以減小誤差。 （4）理論值設定的諧振點為10MHZ，即此時的增益達到最大。但是在實物圖制作中，諧振點不是10

23、MHZ而是在其周圍。所以這也是最大的因素影響電路的增益。   （5）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。結(jié)束語此次課程設計從開始到結(jié)束，時間也比較緊張，設計電路簡單且為通信電子線路實驗指導書上的內(nèi)容，在最終調(diào)試方面仍有欠缺。但是我在做課程設計的這一段時間里全身心的投入了，從電路的布局、元件的選擇、電路板的制作到電路板的調(diào)試我都盡心盡力。在盡力的同時卻發(fā)現(xiàn)了許多電路板上問題，比如對元件市場的熟悉程度，長期對網(wǎng)絡上得來的知識的深信，卻忽視了自己周圍的條件環(huán)境因素，一些元件網(wǎng)上有的看但是在自己身邊的原件市場不一定有的買或者買的是否正確，就比如我們買

24、的10MHZ的中周就有問題，害我們在不知情的情況下，老是以為是電路圖和電感的問題，到最后幸好有老師的幫助，我們才完成了板子的制作與調(diào)試。所以，以后買元器件，最好還是問問周圍的人，這樣少走彎路。在本次課程設計中雖然坎坷多時間短，但是我們都學到了許多在課本上難得到的東西，同時也解決了一些平時在課本上不是很了解甚至忽略了的問題。讓我受益頗多，在此我由衷感謝張松華老師及其他幫我的人！雖然我們的電路增益遠不及課題要求的，但我們在后續(xù)工作中一定會努力學習。參考文獻1 康華光.電子技術基礎模擬部分M.北京：高等教育出版社,2006 Kang hua. "electronic technology

25、foundation" analog part M. Beijing: higher education press, 2006(in Chinese)2 謝自美. 電子線路設計·實驗·測試（第三版）M.武漢： 華中科技大學出版社， 2006 Xie Zimei. Electronic circuit design, experiment, test (third edition) M. Wuhan: huazhong university of science and technology press, 2006(in Chinese)3 胡宴如. 高頻電子線路M. 北京：高等教育出版社，2012 H