高頻小信號(hào)諧振放大器課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 通信電子線路課程設(shè)計(jì) 課題名稱 高頻小信號(hào)諧振放大器設(shè)計(jì) 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 劉正青 2014年 3月 4日 湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課程名稱 通信電子線路課程設(shè)計(jì) 題 目 高頻小信號(hào)諧振放大器設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 劉正青 審 批 任務(wù)書(shū)下達(dá)日期： 2014年 2月 24日 星期一設(shè)計(jì)完成日期： 2014年 3月 7日 星期五 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)高頻小信號(hào)諧振放大器：+Vcc=+9V，晶體管為3DG100C，=50，查手冊(cè)得rb,b=70,Cb,c=3pF。當(dāng)IE=

2、1mA時(shí)，Cb,e=25pF，L4uH，測(cè)得N2=20匝，p1=0.25，p2=0.25，RL=1k。技術(shù)指標(biāo)：諧振頻率fo=10.7MHz，諧振電壓放大倍數(shù)AVO20dB，通頻帶BW=1MHz二、設(shè)計(jì)要求：1、 通過(guò)具體計(jì)算，選擇器件給出設(shè)計(jì)電路；2、 給出最終實(shí)現(xiàn)電路；3、 進(jìn)行仿真效驗(yàn)4、 寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告； 主要設(shè)計(jì)條件提供計(jì)算機(jī)和必要的實(shí)驗(yàn)儀器 說(shuō)明書(shū)格式1 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)封面；2 任務(wù)書(shū)；3 說(shuō)明書(shū)目錄；4 電路具體設(shè)計(jì)計(jì)算；5 仿真結(jié)果及結(jié)論；6 最終電路的確定；7 設(shè)計(jì)體會(huì)；8 參考文獻(xiàn)。 進(jìn) 度 安 排第一周：星期一 ： 安排任務(wù)、講課； 星期二 星期五： 查資料、設(shè)計(jì)； 第二周

3、：星期一星期二：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試； 星期三星期四：寫(xiě)總結(jié)報(bào)告 星期五：答辯。 參 考 文 獻(xiàn)根據(jù)各自查閱情況填寫(xiě)4目錄第一章 設(shè)計(jì)總體思路及其計(jì)算11.1 電路的功能11.2 電路的基本原理11.3 設(shè)計(jì)思路及測(cè)量方法3(1)諧振頻率3(2) 電壓增益4(3)通頻帶4(4)矩形系數(shù)5第二章 仿真結(jié)果及其說(shuō)明52.1 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)52.2計(jì)算諧振回路參數(shù)52.3 利用Multisim 對(duì)電路的仿真圖62.4 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析7第三章 設(shè)計(jì)體會(huì)9第四章 參考文獻(xiàn)9高頻小信號(hào)諧振放大器設(shè)計(jì)第1章 設(shè)計(jì)總體思路及其計(jì)算1.1 電路的功能高頻小信號(hào)放大器的作用是無(wú)失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。按其頻帶寬度

4、可以分為窄帶和寬帶放大器。高頻小信號(hào)放大器是通信電子設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)百千赫。高頻小信號(hào)放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，從信號(hào)所含頻譜來(lái)看，輸入信號(hào)頻譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的。1.2 電路的基本原理圖1晶體管高頻小信號(hào)單極單調(diào)諧回路諧振放大器圖1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號(hào)單極單調(diào)諧回路諧振放大器。它不僅放可以大高頻信號(hào)，而且還有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負(fù)載為L(zhǎng)C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(huì)影響放大器射出信號(hào)的頻率或相位。放大器在諧振時(shí)的等效電路如圖2所示，晶體管的4個(gè)y參

5、數(shù)分別為：輸入導(dǎo)納： 輸出導(dǎo)納：正向傳輸導(dǎo)納：反向傳輸導(dǎo)納：式中為晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為：圖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)除了與靜態(tài)工作電流、電流放大系數(shù)有關(guān)外，還與工作角頻率有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。如在條件下測(cè)的2SC945的y參數(shù)： 如圖所示等效電路中，為晶體管的集電極接入系數(shù)，即：式中，為電感線圈的總匝數(shù)；為輸出變壓器的副邊與原邊的 匝數(shù)比，即：式中，為副邊的總匝數(shù)；為諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，。通常小信號(hào)諧振放大器的下一級(jí)仍為晶體管諧振放大器，則將是下一級(jí)晶體管的輸出電導(dǎo)?？梢?jiàn)并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)：1.3

6、設(shè)計(jì)思路及測(cè)量方法 圖中輸入信號(hào)由高頻信號(hào)發(fā)生器提供，高頻電壓表、分別用于測(cè)量放大器是 輸入電壓與輸出電壓的值。直流毫安表mA用于測(cè)量放大器的集電極電流的值，示波器監(jiān)測(cè)負(fù)載兩端的輸出波形。諧振放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo) 及測(cè)量方法如下。(1)諧振頻率 放大器的諧振回路諧振是所對(duì)應(yīng)的頻率稱為諧振頻率。對(duì)于圖所示電， 的表達(dá)式為：式中，為諧振回路電感線圈的電感量；為諧振回路的總電容, 的表達(dá)式為式中，為晶體管的輸出電容；為晶體管的輸入電容。 并聯(lián)回路諧振時(shí)，直流毫安表的 指示值為最小，電壓表的指示值達(dá)到最大，且輸出波形無(wú)明顯失真。這是回路的諧振頻率就等于信號(hào)發(fā)生器的 輸出頻率。 由于分布參數(shù)的 影響，有

7、時(shí)諧振回路的 輸出電流的最小值與輸出電壓的最大值不一定同時(shí)出現(xiàn)，這時(shí)視電壓表的指示值達(dá)到最大時(shí)的狀態(tài)為諧振回路處于諧振狀態(tài)。(2) 電壓增益諧振回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)稱為諧振放大器的電壓增益。 的測(cè)量電路如圖所示，測(cè)量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)，當(dāng)回路諧振時(shí)分別記下輸出端電壓表的讀數(shù)及輸入端電壓表的讀數(shù)，則電壓放大倍數(shù)由下式計(jì)算：(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)下降到諧振電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的 頻率范圍稱為放大通頻帶，其表達(dá)式為： 。式中， 為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。通頻帶的測(cè)量電路如圖所

8、示?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量放大器的頻率特性曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法有掃頻法和逐點(diǎn)法。圖3頻率特性曲線 (4)矩形系數(shù) 諧振放大器的 選擇性可用諧曲線的矩形系數(shù)來(lái)表示，如圖所示 ，矩形系數(shù)為電壓放大倍數(shù)下降到時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即 可以通過(guò)測(cè)量諧振放大器的頻率特性曲線來(lái)求得矩形系數(shù)。第2章 仿真結(jié)果及其說(shuō)明2.1 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)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)。2.2計(jì)算諧振回路參數(shù)因?yàn)?，所以 因?yàn)?，所以故?？傠娙轂椋?C=1/（2f0）2L=55.2pF回路電容 取標(biāo)稱值51求出耦合變壓器的的一原邊抽頭匝數(shù)及副邊匝數(shù)，即 匝 匝2.3 利用Mul

9、tisim 對(duì)電路的仿真圖將元件參數(shù)值進(jìn)行安裝。先調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后再調(diào)諧振回路使其諧振。圖4是高頻諧振放大器的測(cè)試電路設(shè)計(jì)圖。圖4高頻諧振放大器電路圖調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，不加輸入信號(hào)，將的 左端接地，將諧振回路的電容開(kāi)路，這時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量電阻兩端的電壓，調(diào)整電阻使。記下此時(shí)電路的值及靜態(tài)工作點(diǎn)、及。諧振回路使其諧振的，按圖4所示的電路接入高頻電壓表、，直流毫安表mA及示波器。再將信號(hào)發(fā)生器的輸入頻率置于=10.7MHz，輸出電壓=5mV。為避免諧振回路失諧引起的高反向電壓損壞晶體管，可先將電源電壓+降低，如使+=+6V。調(diào)輸出耦合變壓器的磁芯使回路諧振，即電壓表的指示值達(dá)到最大，毫安表

10、mA的指示值為最小且輸出波形無(wú)明顯失真?；芈诽幱谥C振狀態(tài)后，再將電源電壓恢復(fù)至+9V。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)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定偏離。需要反復(fù)調(diào)整輸出耦合變壓器的磁芯位置才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。2.4 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析以下是利用Multisim軟件仿真高頻諧振放大器電路的效果圖。圖5和圖6 分別是利用示波器對(duì)電源、負(fù)載電阻所測(cè)的效果圖，通過(guò)兩個(gè)圖的比較可以看出電路的確達(dá)到了放大的作用。Auo=20lg(vo/vi)=20*lg(1.955/0.09)=26.77>=20db波特圖測(cè)試如下 Bw=8.5658.059=0.57MHz通過(guò)上圖的比較

11、可以看出放大電路的確起到放大作用。 電流源配置圖第3章 設(shè)計(jì)體會(huì)為期兩周的課程設(shè)計(jì)接近尾聲，雖然結(jié)果還有諸多不足之處，但在這過(guò)程中我收獲到很多。本次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)高頻電子電路的學(xué)習(xí)使用Multisim軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)高頻小信號(hào)諧振放大器，從起初的茫然到不斷查資料，不斷充實(shí)自己，不斷改進(jìn)，最終有了一定成效這確實(shí)是一件令人愉悅的事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題，我有先嘗試自己思考解決，也有與同學(xué)老師交流，對(duì)于自己也是一個(gè)很大的提升。也十分感謝劉老師對(duì)我們的幫助，并不是單純的指出問(wèn)題所在，告訴答案，而是引導(dǎo)我們?nèi)绾巫孕薪鉀Q問(wèn)題，如何進(jìn)行思考將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)。理論結(jié)合實(shí)際，充分利用手邊資源自我完善，我想這對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)有很大的促進(jìn)作用。在下階段的學(xué)習(xí)中我一定會(huì)更加努力。第4章 參考文獻(xiàn)1 高吉祥 高頻電子電路(第3版)M.電子工業(yè)出版社2 劉正青 通信電子線路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 湖南工程學(xué)院電氣信息學(xué)院9電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評(píng)分表項(xiàng) 目評(píng) 價(jià)優(yōu)良中及格差設(shè)計(jì)方案的合理性與創(chuàng)造性(10%)硬件設(shè)計(jì)或軟件編程完成情況(10%)硬件測(cè)試或軟件調(diào)試結(jié)果*(10%)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)質(zhì)量(10%)設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量(10%)