高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器課程設(shè)計(jì)

目錄目錄 一 一 意義和目的意義和目的 1 二 二 總體的電路方案總體的電路方案 2 三 三 各個(gè)部分分析及功能各個(gè)部分分析及功能 4 四 四 電路參數(shù)選擇電路參數(shù)選擇 8 五 五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試 12 六 六 結(jié)論與心得結(jié)論與心得 13 七 七 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 15 一 一 選題的意義和目的選題的意義和目的 20 世紀(jì)末 電子通訊獲得了飛速的發(fā)展 在其推動(dòng)下 現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì) 的各個(gè)領(lǐng)域 有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高 同時(shí)也使現(xiàn)代電 子產(chǎn)品性能進(jìn)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(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)過調(diào)制處理過的高頻 信號(hào) 這種信號(hào)具有窄帶特性 而且 通過長距離的通信傳輸 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)過放大和限制 干擾的處理 這就需要通過高頻小信號(hào)放大器來完成 這種小信號(hào)放大器是一種諧振放大 器 高頻調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(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 常簡單 但實(shí)際制作卻非常困難 其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩 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)的阻抗匹配 高頻小信號(hào)放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路 它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)百千赫至 數(shù)百兆赫 高頻小信號(hào)放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大 從 信號(hào)所含頻譜來看 輸入信號(hào)頻譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的 高頻小信號(hào)放大器的分類 按元器件分為 晶體管放大器 場效應(yīng)管放大器 集成電路放大器 按頻帶分為 窄帶放大器 寬帶放大器 按電路形式分為 單級(jí)放大器 多級(jí)放大器 按負(fù)載性質(zhì)分為 諧振放大器 非諧振放大器 高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn) 頻率較高中心頻率一般在幾百 kHz 到幾百 MHz 頻帶寬度在幾 KHz 到幾十 MHz 故必須 用選頻網(wǎng)絡(luò) 小信號(hào)信號(hào)較小故工作在線性范圍內(nèi) 甲類 放大器 即工作在線形放大狀態(tài) 采用諧振回路作負(fù)載 即對靠近諧振頻率附近的信號(hào)有較大的增益 對遠(yuǎn)離諧振 頻率附近的信號(hào)其增益迅速下降 即具有選頻放大作用 其中高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(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) 放大器理論非常簡單 但實(shí)際制作卻非常困難 其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩 同時(shí) 頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn) 本文以理論分析為依據(jù) 以實(shí)際制作為基礎(chǔ) 用 LC 振蕩電路為輔助 來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)的阻抗匹配 二 總體的電路方案二 總體的電路方案 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器簡述 高頻小信號(hào)放大器的功用就是無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 而最常用的是窄帶放大器 它是以各種選頻電路作負(fù)載 兼具阻抗變換和選頻濾波功能 對高頻小信號(hào)放大器的基本要求是 1 增益要高 即放大倍數(shù)要大 2 頻率選擇性要好 即選擇所需信號(hào)和抑制無用信號(hào)的能力要強(qiáng) 通常用 Q 值來表示 其頻率特性曲線如圖 1 所示 帶寬 BW f2 f1 2 f0 7 品質(zhì)因數(shù) Q fo 2 f0 7 3 工作穩(wěn)定可靠 即要求放大器的性能盡可能地不受溫度 電源電壓等外界因素變化的 影響 內(nèi)部噪聲要小 特別是不產(chǎn)生自激 加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能 圖 2 反饋導(dǎo)納對放大器諧振曲線的影響 4 前后級(jí)之間的阻抗匹配 即把各級(jí)聯(lián)接起來之后仍有較大的增益 同時(shí) 各級(jí)之間不 能產(chǎn)生明顯的相互干擾 根據(jù)上面各個(gè)具體環(huán)節(jié)的考慮設(shè)計(jì)出下面總體的電路 圖 3 接受天線端及高頻小信號(hào)放大器 三 各個(gè)部分分析及功能三 各個(gè)部分分析及功能 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器與低頻放大器的電路基本相同 如圖 1 所示 其中變壓器 T2 的初級(jí)線圈為接收機(jī)前端選頻網(wǎng)絡(luò)的一部分 經(jīng)次級(jí)線圈耦合后作為放大器的輸入信 號(hào) 輸出端也采用變壓器耦合方式來實(shí)現(xiàn)選頻和輸出阻抗匹配 如圖 1 所示 Cb 與 Ce 為高頻旁路電容 使交流為通路 本放大器的高頻等效電路 不含天線下斷的選頻網(wǎng)絡(luò) 如圖 3 所示 所以 當(dāng) C 1 L 時(shí) Vm 有最大值 即回路諧振時(shí)輸出電壓最大 實(shí)際制作中對基本電路的改進(jìn) 由于高頻電路放大電路常常會(huì)自激振蕩 也容易受各種因素的干擾 并且各級(jí)間很難 實(shí)現(xiàn)阻抗匹配 所以要對基本電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn) 放大器內(nèi)部電路的改進(jìn)及理論依據(jù) 如圖 5 所示 增加 Re1 形成交流負(fù)反饋 用以改變放大倍數(shù)和改善輸出波形 由于 電源內(nèi)阻容易影響高頻電路的工作 所以電源下端要接 LC 型網(wǎng)絡(luò)作為電源去偶電 路 以減少干擾 提高放大器的性能 另外還要特別注意的是 高頻電路很容易產(chǎn)生 自激振蕩 所以需要想辦法消除 最常用的辦法是在 LC 諧振回路中串聯(lián)一小電阻或 并聯(lián)一大電阻 從而減小回路的 Q 值 消除自激振蕩 實(shí)際制作過程及諧振頻率的快速確定 高頻放大器制作中最關(guān)鍵也是最難的就是選取恰當(dāng)?shù)碾姼泻碗娙葜?使電路諧振 諧振時(shí)有 C 1 L 通過計(jì)算可以確定 LC 的值 但實(shí)際電路與理論計(jì)算往往相差很 大 甚至能相差十幾倍到幾十倍 這就需要一定的操作技巧 以 33MHz 放大器為例 經(jīng)計(jì)算得電感為 4 7uH 時(shí)選用 5 25pF 的可調(diào)電容完全可以達(dá)到諧振頻率 但接好電 路后很少能夠調(diào)到 30MHz 多次實(shí)驗(yàn)表明 實(shí)際振蕩頻率一般小于計(jì)算的頻率 這就 要用其它辦法來確定放大器的諧振頻率 一個(gè)比較好的辦法就是借助 LC 振蕩電路來 實(shí)現(xiàn)諧振 如圖 7 所示 此電路為共基組態(tài)的 考畢茲 振蕩器 原理不再贅述 下面說明如何 利用本電路 可調(diào)電容 Cx 選用和放大器電路中同一規(guī)格的 電感 Lx 是放大器中變壓器接入 諧振回路的電感值 由于本電路僅由 Lx 和 Cx 決定 但在實(shí)際電路中電容對電路的振蕩頻 率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn) 沒有電感明顯 因而先選定電容 5 20pF 可調(diào) 則頻率為 33MHz 時(shí) 電 感需要 4uH 左右 用一外徑較大的磁芯 其中磁芯的 Q 值一定要高 否則高頻損耗太大 放大器就不能放大 然后用漆包線手工繞制電感 若要大批量生產(chǎn) 可把繞好的做樣品 繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻 Q 表測量其電感值大小 不斷改變其圈數(shù) 使 Lx 基本達(dá)到要求 4uH 左右 然后把繞制好的電感作為 Lx 接入圖 6 所示的電路中 再用示波器測量此電 路的震蕩頻率 調(diào)節(jié) Cx 看振蕩頻率是否為 33MHz 若不是 則相應(yīng)的減少或增加變壓器 即接入的電感 的圈數(shù) 直到其頻率為所要求的為止 最后再按照要求的比例 常用 3 1 來繞變壓器的次級(jí)線圈 四 電路參數(shù)選擇四 電路參數(shù)選擇 五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試 電容對電路的振蕩頻率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有電感明顯 因而先選定電容 5 20pF 可調(diào) 則頻率為 33MHz 時(shí) 電感需要 4uH 左右 用一外徑較大的磁芯 其中磁芯的 Q 值一定要 高 否則高頻損耗太大 放大器就不能放大 然后用漆包線手工繞制電感 若要大批量生 產(chǎn) 可把繞好的做樣品 繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻 Q 表測量其電感值大小 不斷改變其 圈數(shù) 使 Lx 基本達(dá)到要求 4uH 左右 然后把繞制好的電感作為 Lx 接入圖 7 所示的電路 中 再用示波器測量此電路的震蕩頻率 調(diào)節(jié) Cx 看振蕩頻率是否為 33MHz 若不是 則相 應(yīng)的減少或增加變壓器 即接入的電感 的圈數(shù) 直到其頻率為所要求的為止 最后再按 照要求的比例 常用 3 1 來繞變壓器的次級(jí)線圈 多次的實(shí)驗(yàn)表明 用本方法來確定變 壓器初級(jí)線圈的圈數(shù) 既準(zhǔn)確 又方便可行 效果很好 一旦把變壓器的圈數(shù)確定下來 整個(gè)高頻放大器就很好制作了 同時(shí) 也可以把做好的變壓器作為樣品從而實(shí)現(xiàn)大批量的 生產(chǎn)制作 當(dāng)然 也有其它可行的方法來確定諧振回路的頻率 如 可以在放大器輸入端加一幅 度恒定的信號(hào) 然后改變其頻率 用示波器觀察輸出信號(hào)在哪一頻率下最大 從而找到諧 振頻率 這一方法思路簡單 可行性也較強(qiáng) 但是 如果放大器的工作頻率過高 那么許 多種類的高頻信號(hào)源就很難輸出恒定的正弦波 頻率升高時(shí) 信號(hào)源的輸出電壓幅度明顯 的下降 甚至波形嚴(yán)重失真 在這種情況下 借助于 LC 振蕩器可以很容易的找到諧振頻率 從而確定變壓器初級(jí)線圈的電感量及圈數(shù) 六 結(jié)論與心得六 結(jié)論與心得 本文通過對實(shí)際電路的分析 結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn) 并利用其它電路作為輔助 提出了一種 制作高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的有效方法 解決了在制作高頻放大器時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的自激振蕩 頻率難以確定以及電路中各級(jí)間阻抗不匹配問題 本次課程設(shè)計(jì)不但鍛煉了我么最基本的高頻電子線路的設(shè)計(jì)能力 更重要的是讓我們 更深刻的認(rèn)識(shí)了高頻電子線路這門課程在實(shí)際中的應(yīng)用 還是有書到用時(shí)方恨少的感覺呀 在此次設(shè)計(jì)時(shí)我們也遇到了不少的困難和問題 但在同伴們的共同努力下 辛苦的去 專研去學(xué)習(xí) 最終都克服了這些困難 使問題得到了解決 其中遇到的問題很多都是在書 上不能找到的 所以我們必須自己查找相關(guān)資料 利用圖書館和網(wǎng)絡(luò) 這是一個(gè)比較辛苦 和漫長的過程 你必須從無數(shù)的信息中分離出對你有用的 然后加以整理 最后才學(xué)習(xí)到 變?yōu)樽约旱牟⒂玫皆O(shè)計(jì)中的問題去 也正是在這個(gè)查找與整理的過程中 使我們初步學(xué)會(huì) 了如何去找到于自己有用的資源 因?yàn)樵谛畔⒏叨劝l(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì) 一個(gè)人要想獲得成功 除了自己的努力外 還必須學(xué)會(huì)利用更多其他人的知識(shí) 這樣我們才能快速的掌握知識(shí)和 能力 當(dāng)然這個(gè)過程是一個(gè)積累的過程 當(dāng)你做的多了以后你就會(huì)積累相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn) 會(huì) 注意在設(shè)計(jì)的過程中要注意那些問題 那些方法可以使設(shè)計(jì)一次完成而不用再不斷的返工 不像我們剛開始的時(shí)候什么都不知道 真的就是憑著自己上課的一點(diǎn)知識(shí)來做的 當(dāng)然設(shè) 計(jì)會(huì)有很多不合理的地方 需要在后期的工作中去修改和完善 課程設(shè)計(jì)很快就過去啦 但這次對于我來說意義是不同的 真的讓我學(xué)到了不少的東 西 當(dāng)然這次對于我來說也是非常痛苦的 因?yàn)槿绻粋€(gè)事情沒有完成的話 我會(huì)無法靜 下心來去做另一件事 但這次的課程設(shè)計(jì)卻不是那么輕而易舉可以完成的 所以我必須花 全部的精力完成它 不過這也算是我的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)了 什么事情都是盡全力去完成 我想在 以后的工作中它一定會(huì)對我有很大的幫助的 七 參考文獻(xiàn) 七 參考文獻(xiàn) 1 謝嘉奎 電子線路 非線形部分 第四版 北京 高等教育出版社 1996 2 高吉祥 易凡 丁文霞 陸珉 劉安芝 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課