高頻電路課程設(shè)計(jì)

1、通信電路課程設(shè)計(jì)課 題 名 稱 院 系 專 業(yè) 班 級(jí) 軟 件指 導(dǎo) 老 師學(xué) 生 姓 名學(xué) 號(hào)聯(lián) 系 方 式高頻小信號(hào)諧振放大器的設(shè)計(jì)前 言隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，社會(huì)發(fā)展步入了信息時(shí)代，隨著信息時(shí)代對(duì)人才高素質(zhì)和信息化的要求，隨著高等教育發(fā)展的趨勢(shì)，人們的生活水平提高，對(duì)精神文明生活的要求也跟著提高，這對(duì)電子領(lǐng)域提出了跟更高的要求.電子學(xué)是一門(mén)應(yīng)用很廣泛的科學(xué)技術(shù)，發(fā)展及其迅速。要想學(xué)好這門(mén)技術(shù)，首先是基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，然后要技術(shù)訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)我們對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，設(shè)計(jì)電路的能力，實(shí)際操作的能力，以及培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)、分析和綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、檢查和排除故障的能力。同時(shí)也加深我們對(duì)電子產(chǎn)品

2、的理解。在無(wú)線通信中，發(fā)射與接收的信號(hào)應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘?hào)是經(jīng)過(guò)調(diào)制處理過(guò)的高頻信號(hào)，這種信號(hào)具有窄帶特性。而且，通過(guò)長(zhǎng)距離的通信傳輸，信號(hào)受到衰減和干擾，到達(dá)接收設(shè)備的信號(hào)是非常弱的高頻窄帶信號(hào)，在做進(jìn)一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)放大和限制干擾的處理。這就需要通過(guò)高頻小信號(hào)放大器來(lái)完成。這種小信號(hào)放大器是一種諧振放大器。高頻小信號(hào)放大器廣泛用于廣播、電視、通信、測(cè)量?jī)x器等設(shè)備中。高頻小信號(hào)放大器可分為兩類：一類是以諧振回路為負(fù)載的諧振放大器；另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器。它們的主要功能都是從接收的眾多電信號(hào)中，選出有用信號(hào)并加以放大，同時(shí)對(duì)無(wú)用信號(hào)、干擾信

3、號(hào)、噪聲信號(hào)進(jìn)行抑制，以提高接收信號(hào)的質(zhì)量和抗干擾能力。高頻調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號(hào)是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號(hào)放大器理論非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來(lái)消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級(jí)的阻抗設(shè)計(jì)目的1、 掌握小信號(hào)調(diào)諧放大器的基本工作原理；2、 掌握諧振放大器電壓增益、通頻帶及選擇性的定義、測(cè)試及計(jì)算；3、 了解高頻小信號(hào)放大器動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試方法；

4、1一、高頻小功率晶體管與LC并聯(lián)諧振回路1高頻小功率晶體管高頻小信號(hào)放大電路中采用的高頻小功率晶體管與低頻小功率晶體管不同，主要區(qū)別是工作截止頻率不同。低頻晶體管只能工作在3MHz以下的頻率上，而高頻晶體管可以工作在幾十到幾百兆赫茲，甚至更高的頻率上。 目前高頻小功率晶體管工的作頻率可達(dá)幾千兆赫，噪聲系數(shù)為幾個(gè)分貝。高頻小功率晶體管的作用與低頻小功率晶體管一樣，工作在甲類工作狀態(tài)，起電流放大作用。在此我們選用9018高頻功率管，其工作頻率大于600MHz。2LC并聯(lián)諧振回路在接收機(jī)的各級(jí)高頻小信號(hào)放大器中，利用LC并聯(lián)諧振回路的選頻作用，對(duì)諧振點(diǎn)頻率的電流信號(hào)呈現(xiàn)較大的阻抗，而且是純電阻性的，

5、將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，而對(duì)失諧點(diǎn)頻率的電流信號(hào)呈現(xiàn)很小的阻抗，抑制失諧點(diǎn)頻率電流信號(hào)的輸出，起到選擇出所需接收的信號(hào)，抑制無(wú)用的信號(hào)和干擾的目的。二、小信號(hào)諧振放大器的分類按調(diào)諧回路劃分：?jiǎn)握{(diào)諧回路放大器、雙調(diào)諧回路放大器和參差調(diào)諧回路放大器。 按所用器件劃分：晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器和集成電路放大器。按器件連接方式劃分：共基、共射與共集電極放大器或共源、共漏與共柵極放大器。三、高頻小信號(hào)諧振放大器的主要性能指標(biāo)1、放大器的諧振電壓增益是指放大器在諧振頻率上的電壓增益，記為其值可用分貝(dB）表示。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，考慮放大器的穩(wěn)定性問(wèn)題，單級(jí)放大器的增益一般為2030dB；若增益不夠，

6、可采用多級(jí)調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)2、通頻帶為弱耦合時(shí)，諧振曲線為單峰為強(qiáng)耦合時(shí)諧振曲線出現(xiàn)雙峰：臨界耦合時(shí)，雙調(diào)諧放大2其的通頻帶BW = 2f0.7 =2fo/QL3選擇性 選擇性是指放大器從各種不同頻率的信號(hào)中選出有用信號(hào)而抑制無(wú)用或干擾信號(hào)的能力。通常用“抑制比”和“矩形系數(shù)”兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)。（1）抑制比：定義為諧振電壓增益之比值，用表示，記為 與通頻帶外指定偏離諧振頻率處的電壓增益（2）矩形系數(shù)：用于評(píng)定實(shí)際的諧振曲線偏離（或接近）理想諧振曲線的程度，矩形系數(shù)定義為上式表明：矩形系數(shù) Kr0.1愈接近1，則實(shí)際曲線愈接近理想矩形，鄰近波道選擇性愈好，濾除鄰近波道干擾信號(hào)的能力愈強(qiáng)。但單調(diào)諧回

7、路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)。故實(shí)際工程應(yīng)用中，通常采用多級(jí)諧振放大器。4穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指當(dāng)組成放大器的元件參數(shù)變化時(shí)，放大器的主要性能增益、通頻帶、選擇性的穩(wěn)定程度。常見(jiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象：增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變化、諧振曲線變形、放大器自激5噪聲系數(shù)（1）信噪比：用來(lái)表示噪聲對(duì)信號(hào)的影響程度，電路中某處信號(hào)功率與噪聲功率之比稱為信噪比。信噪比大，表示信號(hào)功率大，噪聲功率小，信號(hào)受噪聲影響小，信號(hào)質(zhì)量好。（2）噪聲系數(shù)：用來(lái)衡量放大器噪聲對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響程度，輸入信號(hào)的信噪比與輸出信號(hào)的信噪比的比值稱為噪聲系數(shù)。在多級(jí)放大器中，最前面一、二級(jí)對(duì)整個(gè)放大器的噪聲起決

8、定性作用，因此要求它們的噪聲系數(shù)盡量接近1。一、電路結(jié)構(gòu)的選擇1）電路組成3如圖所示為一個(gè)共發(fā)射極單調(diào)諧放大器，它是一個(gè)超外差接收機(jī)中一個(gè)典型的中頻放大器。圖中，Rb1、Rb2和Re組成穩(wěn)定工作點(diǎn)的分壓式偏置電路，Cb、Ce為中頻旁路電容，ZL為負(fù)載阻抗（或下一級(jí)的輸入阻抗），Tr1、Tr2為中頻變壓器（中周），其中Tr2的初級(jí)電感L和電容C組成的并聯(lián)諧振回路作為放大器的集電極負(fù)載，采用變壓器耦合使前后級(jí)直流電路分開(kāi)，也能較好地實(shí)現(xiàn)前后級(jí)的阻抗匹配高頻小信號(hào)諧振放大器參考電路原理圖幅頻特性曲線由于LC并聯(lián)諧振回路具有選頻特性，因此，單調(diào)諧放大器具有選頻放大功能。圖所示為單調(diào)諧放大器的幅頻特性曲

9、線，當(dāng)輸入信號(hào)頻率等于LC諧振頻率時(shí)，即一旦，即失諧，放大器的增益將迅速下降。，其增益最高；4諧振頻率其中是回路總電容，為三極管輸出電容和負(fù)載電容折合到LC回路兩端的等效電容與回路都改變諧振頻率，即進(jìn)行調(diào)諧。在實(shí)際電路中常采用調(diào)節(jié)中周的磁電容C之和。改變L和心來(lái)改變電感量L，以達(dá)到調(diào)諧的目的。2）通頻帶其中，表示為 為L(zhǎng)C回路的有載品質(zhì)因素。其值與回路自身有關(guān)，還與電路特性有關(guān)?？善渲?，為L(zhǎng)C諧振回路的總電阻。由上兩式可知，改變的值，就會(huì)發(fā)生變化，通頻帶也將隨之改變。在實(shí)際電路中，常采用在LC回路兩端并聯(lián)電阻的辦法，來(lái)降低調(diào)諧回路的有載品質(zhì)因素的值，以達(dá)到擴(kuò)展放大器通頻帶的目的3） 選擇性 矩

10、形系數(shù)定義為：20dB帶寬與3dB帶寬之比5對(duì)于理想諧振回路，其矩形系數(shù)為1；但對(duì)于實(shí)際并聯(lián)諧振回路，不論其值為多大，也不論其諧振頻率高低，它的矩形系數(shù)為9.95，即近似為10遠(yuǎn)大于1，則說(shuō)明單個(gè)并聯(lián)諧振回路的諧振曲線與理想諧振特性相差甚遠(yuǎn)，選擇性較差。故單調(diào)諧放大器的選擇性較差。2多級(jí)單調(diào)諧放大器考慮到放大器的通頻帶和放大器的穩(wěn)定性等因素，單級(jí)調(diào)諧放大器的電壓增益不能做得很高，當(dāng)需要較大電壓增益時(shí)，就需要多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（1） 多級(jí)單調(diào)諧放大器的電壓增益設(shè)有n級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)，且各級(jí)的電壓增益相同，即則級(jí)聯(lián)后放大器的總電壓增益為（2） 多級(jí)單調(diào)諧放大器的通頻帶多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)后的幅頻特

11、性曲線如圖3-2-3所示，級(jí)聯(lián)后總的通頻帶要比單級(jí)放大 器的通頻帶窄。級(jí)數(shù)越多，總通頻帶越窄。多級(jí)放大器的總通頻帶為6稱為頻帶縮小因子，表2-2-1列出了幾種不同n值對(duì)應(yīng)的縮小因子的值。（3） 多級(jí)單調(diào)諧放大器的選擇性 由圖3-2-3可以看出，放大器的級(jí)數(shù)越多，曲線的形狀越接近于矩形，也就是說(shuō)矩形系數(shù)越接近1，選擇性越好。 n級(jí)相同的單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)后的矩形系數(shù)為列出了不同n值時(shí)矩形系數(shù)的大小?？傊?，多級(jí)放大器中，級(jí)聯(lián)后放大器的總電壓增益比單級(jí)放大器的電壓增益大、選擇性好，但總通頻帶比單級(jí)放大器通頻帶窄。如果要保證總的通頻帶與單級(jí)時(shí)一樣，則必須通過(guò)減小每級(jí)回路有載品質(zhì)因素的值，以加寬各級(jí)放大器

12、的通頻帶的方法來(lái)彌補(bǔ)。五、實(shí)驗(yàn)電路及實(shí)驗(yàn)原理1.單調(diào)諧放大器小信號(hào)諧振放大器是通信機(jī)接收端的前端電路，主要用于高頻小信號(hào)或微弱信號(hào)的線性放大。7其實(shí)驗(yàn)單元電路如圖所示。該電路由晶體管Q1、選頻回路號(hào)進(jìn)行放大，而且還有選頻作用?；鶚O偏置電阻的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)可變電阻兩部分組成。它不僅對(duì)高頻小信和射極電阻決定晶體管將改變晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而可以改變放大器的增、諧振電壓放大倍數(shù)（增益）益。 表征高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率、放人器的通頻帶及選擇性（通常用矩形系數(shù)來(lái)表示）等。放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下：（1） 諧振頻率放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率諧振頻率稱為放大器的諧振

13、頻率。 的測(cè)量與調(diào)諧方法是:用掃頻儀為測(cè)量?jī)x器，測(cè)出電路的幅頻特性曲線，幅頻特；若測(cè)出的諧振頻率與規(guī)定的諧振頻率不上。 性曲線的峰值對(duì)應(yīng)的頻率即為放大器的諧振頻率符，可調(diào)節(jié)變壓器（2） 電壓放大增益的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)放大器的諧振回路諧振時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)稱為調(diào)諧放大器的電壓放大增益。及輸?shù)臏y(cè)量方法是:在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí)，用高頻電壓表測(cè)量圖中輸出信號(hào)入信號(hào)的大小,則電壓增益（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)，放大器的電壓增益下降，習(xí)慣上稱電壓增益下降到諧振電壓增益的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶。通頻帶的測(cè)

14、量方法是通過(guò)測(cè)量放大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以是掃頻法也可以是逐點(diǎn)法。（4）選擇性矩形系數(shù)8調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)來(lái)表示，矩形系數(shù)為電壓增益下降到0.1時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比。即2. 雙調(diào)諧小信號(hào)放大器雙調(diào)諧小信號(hào)放大器的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示：雙調(diào)諧小信號(hào)放大器具有頻帶較寬、選擇性較好的優(yōu)點(diǎn)。雙調(diào)諧小信號(hào)放大器是將單調(diào)諧回路改用雙調(diào)諧回路，其原理與單調(diào)諧電路基本相同。LC諧振放大器選頻放大系統(tǒng)電路測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果1. 測(cè)試方案硬件測(cè)試：（1）檢查實(shí)物電路的鏈接與原理圖是否一致（2）檢查線路焊接是否有虛焊或短路（3）將信號(hào)輸入

15、，用示波器檢測(cè)是否有信號(hào)輸出，檢測(cè)輸出信號(hào)是否與預(yù)測(cè)結(jié)果接近（4）對(duì)電路進(jìn)行微調(diào)，記下測(cè)試結(jié)果，分析數(shù)據(jù)2測(cè)試結(jié)果9（1）理論測(cè)試結(jié)果LC諧振放大器一級(jí)放大波形圖（3） 實(shí)際測(cè)試結(jié)果 示波器測(cè)試值10三、仿真分析1、利用軟件繪制下圖所示的高頻小信號(hào)諧振放大器實(shí)驗(yàn)電路。3、動(dòng)態(tài)測(cè)試當(dāng)接上信號(hào)源Ui時(shí)，開(kāi)啟仿真器實(shí)驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)，雙擊示波器，調(diào)整適當(dāng)?shù)臅r(shí)基及A、B通道的靈敏度，即可看到如下圖所示的輸入、輸出波形。觀察并比較輸入輸出波形可知，放大器的放大倍數(shù)約為-71.43。11雙擊波特圖儀，適當(dāng)選擇垂直坐標(biāo)與水平坐標(biāo)的起點(diǎn)和終點(diǎn)值，即可看到如下圖所示的高頻小信號(hào)諧振放大器的特性曲線。從圖中可以估算出該高頻小信號(hào)諧振放大器的帶寬。 (3)改變電阻R、R3的值，觀察電壓增益和頻帶的變化情況。測(cè)試分析與結(jié)論根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果很接近，故滿足了題設(shè)要求，由此可以得出以下結(jié)論：1、衰減器衰減增益為-41.2dB滿足要求-402dB，該項(xiàng)達(dá)到要求2、諧振頻率：f0 =15.12MHz滿足要求15MHz100kHz，通頻帶寬216KHZ+60dB和+80dB，該項(xiàng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求3、在接入200的負(fù)載電阻下，輸出電壓1V 時(shí)，波形無(wú)明顯失真。該項(xiàng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求 在此次設(shè)計(jì)中，遇到了很多問(wèn)題，比如第一射極跟隨器應(yīng)用錯(cuò)誤，令初級(jí)與次級(jí)間級(jí)聯(lián)不上，經(jīng)過(guò)老師的指