高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

1、高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：高頻小信號(hào)諧振放大器院系：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：xxxxxxxxxxx姓 名：xxxxxx學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師： xxxxxxxx報(bào)告成績(jī)： 2016年12月16日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 一設(shè)計(jì)目的 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 二設(shè)計(jì)思路 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 電路的

2、功能 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 設(shè)計(jì)的基本要求 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 三設(shè)計(jì)過(guò)程 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 設(shè)計(jì)電路 1 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 測(cè)量方法 4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 諧振頻率 4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 電壓增益

3、 4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 通頻帶 5 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 矩形系數(shù) 5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 四系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 6 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 計(jì)算諧振回路參數(shù) 6 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document

4、利用Multisim 對(duì)電路的仿真圖 7 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析 8 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 五主要元器件與設(shè)備 10 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 元器件與設(shè)備 10 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 相關(guān)參數(shù) 11 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 六課程設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 11 HYPERLINK l bo

5、okmark78 o Current Document 設(shè)計(jì)體會(huì) 11 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 設(shè)計(jì)建議 12 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 七參考文獻(xiàn) 12設(shè)計(jì)目的(1) 了解LC諧振回路的選頻原理和回路參數(shù)對(duì)回路特性的影響。(2)掌握高頻單調(diào)諧放大器的構(gòu)成和工作原理。(3)掌握高頻單特性放大器的等效電路、性能指標(biāo)要求及分析設(shè)計(jì)。(4)掌握高頻單調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方案和測(cè)試方法。二設(shè)計(jì)思路電路的功能所謂諧振放大器，就是采用諧振回路作負(fù)載的放大器。根據(jù)諧振回路的特性， 諧振放大器對(duì)于

6、靠近諧振頻率的信號(hào)，有較大的增益；對(duì)于遠(yuǎn)離諧振頻率的信號(hào)， 增益迅速下降。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(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。設(shè)計(jì)的基本要求(1)通過(guò)具體計(jì)算，選擇器件給出電路設(shè)計(jì)電路(2)給出最終實(shí)現(xiàn)電路(3)進(jìn)行仿真校驗(yàn)(4)作出設(shè)計(jì)總結(jié)三設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)電路L1 ：vccVGC10

7、0mH-.C3- a !15VIIlOOpF, , 7 VDDR21OKQ ：2SC945 8k 10mVrms 2 T2000MHz Q. .- VDDR4G115KQ : -TOnF VDD圖1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參數(shù)分別為：輸入導(dǎo)納：yegce - j- Cbc - Pb

8、bgmgbc j Cbe(1rb b g b e )j,，1cberbb輸出導(dǎo)納:yiegbe jCbea：(1rbbgbe) . j.Cberbb反向傳輸導(dǎo)納：yre- gbcj Cbc(1 rbbgbe) j Cberbb式中g(shù)m為晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為:gm =ie :mA * -149Yi十Yre * 笆 e，【,罰回梏|一信號(hào)源莫美笈芟受鼎）十 十圖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ie、電流放大系數(shù)有關(guān)gierie-1- c=2ms goe =二250 ms oeroeyfe=40Cie =12pFCoe =4pFyfe =350外

9、，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，Pi為晶體管的集電極接入系數(shù)，即:PlNiN2式中，n2為電感L線圈的總匝數(shù)；P2為輸出變壓器Tro的副邊與原邊的 匝數(shù) 比，即:N3P2 ：N 2式中，%為副邊的總匝數(shù)；gL為諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，gL = %1。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gL將是下一級(jí)晶體管的輸出電導(dǎo)gie2可見(jiàn)并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)：gPl2goe P22gie2 j c 1 j. J go測(cè)量方法圖中輸入信號(hào)Vs由高頻信號(hào)發(fā)生器提供，高頻電壓表 Vi

10、、V2分別用于測(cè)量 放大器是 輸入電壓V與輸出電壓Vo的值。直流毫安表 mA用于測(cè)量放大器的集 電極電流ic的值，示波器監(jiān)測(cè)負(fù)載Rl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。諧振頻率放大器的諧振回路諧振是所對(duì)應(yīng)的頻率fo稱為諧振頻率。對(duì)于圖所示電路，f0的表達(dá)式為： f0 =1=2 二 LC式中，L為諧振回路電感線圈的電感量； C為諧振回路的總電容，C的表22達(dá)式為 C =C-R Coe - P2 Cie式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。LC并聯(lián)回路諧振時(shí)，直流毫安表 mA的 指示值為最小，電壓表V2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

11、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)。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) A/o稱為諧振放大器的電壓增益。Avo的測(cè)量電路如圖4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 V2的讀數(shù)Vo及輸入端電壓表Vi的讀數(shù)Vi ,則電壓放大倍數(shù)A/o由下式計(jì)算：A/o V Vi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)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù) A/o的

12、0.707倍時(shí) 所對(duì)應(yīng)的 頻率范圍稱為放大通頻帶BW ,其表達(dá)式為：BW=f0。式中，QlQl為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。通頻帶BW的測(cè)量電路如圖所示?？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。BW= fi - f2I N/., -I圖3頻率特性曲線矩形系數(shù)2f2葉0.7諧振放大器的 選擇性可用諧曲線的矩形系數(shù) “o來(lái)表示，如圖所示，矩 形系數(shù)Kro.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1A/O時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下 降到0.707A/O時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即Kr0.1Kr0.1 0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)四系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)Rb

13、i可用30KQ電阻和100KC電位器用聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。計(jì)算諧振回路參數(shù)gb，elE)mA S260.77msgm =(lE ：mA S26 = 38msyie = ge-Cbe； = 0.96ms j1.5ms1 rbb(ge j Cbe)因?yàn)?yie =gie +jsCie ,所以gie = 0.96ms% = Z =1KCie = 1.5ms= 23pFyoe = j Cb，crb，bgm.T 3b(gb,ej Cbe” j Cb，e = 0.06ms j0.5ms因?yàn)閥oe = goe + jhCoe ,所以yoe = 0.06msCoe=0.5ms, =7pFyfe=gm1rb

14、，b(gb，e jCb = 37ms-j4.1ms故模 yfe =(372 +412)0.5 =37ms總電容為：C = %271f )2 L =55.2pF CE=1Z (2/0) A2L=55.2pF回路電容 C CP12Coe P22Cie =53.3pF 取標(biāo)稱值 51 pF求出耦合變壓器的的一原邊抽頭匝數(shù)Ni及副邊匝數(shù)N3,即Ni = Pi N2 =5匝N2 =P2 N3 =5匝利用Multisim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XBP1C2 100mFu1C53、1 50pF 、Key=AQ

15、Q1Q北1mFV1100mVrms1 )10.7MHz60%C3141100pFR218kQTS2SC945C4. : 50pF 1 IC=5VMISC_25_TO_1R41.5k QC1士 100mF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 Ci的左端接地，將諧振回路的電容 C 開(kāi)路，這時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量電阻 Re兩端的電壓，調(diào)整電阻Rbi使Vbq =1.5V。記下 此時(shí)電路的Rbi值及靜態(tài)工作點(diǎn) Vbq、Vcbq、Veq 及 I BQ。諧振回路使其諧振的，按圖 4所示的電路接入高頻電壓表Vi、V2,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 fi=10.7MHz,輸

16、出電壓 Vi =5mV0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+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。調(diào)輸出耦合變壓器的磁芯使回路諧振， 即電壓表V2 的指示值達(dá)到最大，毫安表mA的指示值為最小且輸出波形無(wú)明顯失真。 回路處 于諧振狀態(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)。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

17、看出 電路的確達(dá)到了放大的作用。圖5示波器對(duì)電源測(cè)試效果圖Auo=20lg(vo/vi)=20*lg(1.955/0.09)=26.77=20db波特圖測(cè)試如下(a)中心頻率f0(d)fL(e) fH圖6諧振曲線通頻帶 Bw=7.967 7.438=0.529MHz矩形系數(shù) Kr0,i=2 A f0,i2 A f0.7=10.618MHz通過(guò)上圖的比較可以看出放大電路的確起到放大作用圖7電流源配置圖五主要元器件與設(shè)備元器件與設(shè)備信號(hào)源，電阻，電容，電感，晶體管，變壓器，示波器，波特圖示儀10數(shù)量描述參考標(biāo)識(shí)|11AC_POWERr lOOmVrms 10.7MHz 00VIGeneric21P

18、OWEFL_SOURCESf VCCVCCGeneric31POWER_SOURCESr GROUND0Generic41INDUCTOR, lOQmHLI51RESISTOR, 1 隨R261RESISTOR, 60kilRI71RESROR, 1.5kOR4S1RESISTOR, ikOR392CAPACITOR r lOOmFCbC2101CAPACITOR. IQOpFC3111CAPACITOR, 5QpFC4121CAPACITOR, InfC6131VARIABLE.CAPACrTOR, 50pFC5封裝圖8元器件設(shè)備相關(guān)參數(shù)相關(guān)參數(shù)+Vcc=+9V ,晶體管為 3DG100C , 0=50 查手冊(cè)得 rb,b=70 Q ,Cb,c=3pF。當(dāng) IE=1mA 時(shí)，Cb,e=25pF ,L= 4uH,測(cè)得 N2=20 匝，p1=0.25 ,p2=0.25 ,RL=1kQ。六課程設(shè)計(jì)體會(huì)與建議設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)這一課程設(shè)計(jì)，我掌握了獨(dú)立搜集資料、思考分析問(wèn)題的能力和獨(dú)立 學(xué)習(xí)的能力，。同時(shí)，對(duì)書(shū)理論知識(shí)有了更深刻的了解。完成這一課設(shè)后，我對(duì)高頻小信號(hào)放大器也有了更深刻地理解。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)