通信電子線路課程設(shè)計(jì)說明書高頻小信號諧振放大器

1、通信電子線路課程設(shè)計(jì)說明書高頻小信號諧振放大器系 、 部： 電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 講師 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電子0902 完成時(shí)間： 2011.12.10 摘 要高頻小信號諧振放大器在通信、廣播等設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用，可以利用三極管放大信號、lc并聯(lián)諧振回路諧振選頻，從而放大特定頻率的信號。三極管共發(fā)射極放大具有電壓增益大、輸出電壓與輸出電壓反相、低頻性能差的特點(diǎn)，適用于高頻和多級放大電路的中間級，利用兩級單調(diào)諧電路將原始微弱信號放大100倍，并利用lc并聯(lián)諧振回路將特定信號選出。表征高頻小信號諧振放大器的主要性能指標(biāo)由諧振頻率f,諧振電壓放大倍數(shù)a,放大

2、器的通頻帶及選擇性（矩形系數(shù)）的計(jì)算。關(guān)鍵詞三極管；諧振；品質(zhì)因數(shù)；通頻帶；矩形系數(shù)abstracthigh frequency signal resonance amplifier was widely used in telecommunications . broadcasting equipment and so on. we can use, lc loop resonance frequency selective parallel resonant frequency amplifier , thus the particular signal. transistor ampli

3、fier with voltage gain of emitter, output voltage and input voltage, frequency characteristics of the poor performance, suitable for low and middle level of multi-level amplifier circuit, using two levels of signal tuned circuit will original weak signal, and by using the lc 100 times parallel reson

4、ant circuit will be elected signal. the technical indexes of amplifier and test method, the impact of distribution parameters of the circumstances about circuit performance. small signal resonance frequency amplifier, characterized by the main performance indexes, resonant frequency of resonant volt

5、age magnification of f, a, bw amplifier passband and selective calculation.keywords triode ; lc ; resonant ; quality factor ; pass band ; rectangular coefficient目 錄第1章 簡述31.1 論述3第2章 總體方案4 2.1 設(shè)計(jì)要求4 2.2總體方案簡述4第3章電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)53.1電路的基本原理53.2 主要性能指標(biāo)及測試方法73.3 電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)的計(jì)算103.3.1 電路的確定103.3.2參數(shù)計(jì)算11第4章 電路的

6、仿真與調(diào)試13 4.1 電路仿真134.2 電路的安裝與調(diào)試15第5章 心得體會165.1 心得體會 16致謝16參考文獻(xiàn)17附錄 a元件清單 17附錄b電路圖18附錄 c pcb板封裝圖18第一章 簡述1.1 論述高頻小信號放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對微弱的高頻信號進(jìn)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。高頻小信號放大器的分類：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：單級放大器、多級放大器;按負(fù)載性質(zhì)分為

7、：諧振放大器、非諧振放大器;其中高頻小信號調(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)的信號是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號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)放大器與前后級的阻抗匹配。 第2章 總體方案2.1 設(shè)計(jì)要求已知條件：電源電壓，負(fù)載電阻，高頻三極管9013。主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率，電壓增益，通頻帶。課程設(shè)計(jì)要求：要求有課程設(shè)計(jì)

8、說明書，并制作出實(shí)際電路。 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 數(shù)量 高頻信號發(fā)生器 1臺 數(shù)字存儲示波器 1把 無感起子 1把 數(shù)字萬用表 1臺 12v直流穩(wěn)壓電源 1臺2.2 總體方案簡述 高頻小信號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。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，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強(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= 2f0.7，品質(zhì)因數(shù)q=fo/2f0.7. （3）工作

9、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。 （4）阻抗匹配。 第三章 電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì) 3.1 電路基本原理 圖3-1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管小信號調(diào)諧回路諧振放大器。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負(fù)載為lc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)會影響放大器的輸出信號的頻率或相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻rb1和rb2以及re決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。 圖3-1-1 放大器在諧振時(shí)的等效電路如圖3-

10、1-2所示，晶體管的4個(gè)y參數(shù)分別如下：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：為發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)及有關(guān)，其關(guān)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。 圖3-1-2晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作點(diǎn)的電流 ，電流放大系數(shù)有關(guān)外，還與工作角頻率w有關(guān)。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。圖3-1-2所示的等效電路中，p1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即 式中，n2為電感l(wèi)線圈的總匝數(shù)；p2為輸出變壓器tr0的副邊與原邊匝數(shù)

11、比，即式中，n3為副邊總匝數(shù)。 為諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，。通常小信號諧振放大器的下一級仍為晶體管諧振放大器，則將是下一級晶體管的輸入電導(dǎo)。由圖3-1-2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)的表達(dá)式為式中，為lc回路本身的損耗電導(dǎo)。3.2主要性能指標(biāo)及測量方法 表征高頻小信號諧振放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率，諧振電壓放大系數(shù)avo，放大器的通頻帶bw及選擇性（通常用矩形系數(shù)kr0.1），采用3-2-1所示電路可以粗略測各項(xiàng)指標(biāo)。 圖3-2-1輸入信號由高頻小信號發(fā)生器提供，高頻電壓表，分別用于測量輸入信號與輸出信號的值。直流毫安表ma用于測量放大器的集電極電流的值，示波器監(jiān)測負(fù)載兩端輸出波形。諧振放

12、大器的性能指標(biāo)及測量方法如下。1.諧振頻率放大器的諧振回路諧振時(shí)所對應(yīng)的頻率稱為諧振頻率。的表達(dá)式為：式中，l為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；為諧路的總電容，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。 諧振頻率的測試步驟是，首先使高頻信號發(fā)生器的輸出頻率為，輸出電壓為幾毫伏；然后調(diào)諧集電極回路即改變電容c或電感l(wèi)使回路諧振。lc并聯(lián)諧振時(shí)，直流毫安表ma的指示為最小（當(dāng)放大器工作在丙類狀態(tài)時(shí)），電壓表指示值達(dá)到最大，且輸出波形無明顯失真。這時(shí)回路諧振頻率就等于信號發(fā)生器的輸出頻率。2.電壓增益 放大器的諧振回路所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)avo稱為諧振放大器的電壓增益.avo的表

13、達(dá)式為： 的測量電路如圖3-2-1所示，測量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)。計(jì)算公式如下：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)av下降到諧振電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶bw，其表達(dá)式為：式中，為諧振放大器的有載品質(zhì)因素。分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶bw的關(guān)系為：上式說明，當(dāng)晶體管確定，且回路總電容為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶bw的乘積為一常數(shù)。通頻帶的測量電路如圖3-2-1所示?？赏ㄟ^測量放大器的頻率特性曲線來求通頻帶。采用逐點(diǎn)法的測量步驟是：先使調(diào)諧放大器的諧振回

14、路產(chǎn)生諧振，記下此時(shí)的與，然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持vs不變），并測出對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)av，由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的頻率特性曲線如圖3-3-2所示： 圖3-2-2由bw得表達(dá)式可知： 通頻帶越寬的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時(shí)又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少調(diào)諧回路的總電容量。4.矩形系數(shù) 諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)kr0.1來表示，如圖3-2-2所示，矩形系數(shù)kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1avo時(shí)對應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 時(shí)對應(yīng)的頻率偏移之比，即上式表明，矩形系數(shù)k

15、r0.1越接近1，臨近波道的選擇性越好，濾除干擾信號的能力越強(qiáng)?？梢酝ㄟ^測量圖3-2-2所示的諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數(shù)kr0.1。 3.3 電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.3.1 電路的確定電路形式如圖3-3-1所示。 圖 3-3-1 3.3.2參數(shù)計(jì)算已知參數(shù)要求與晶體管9013參數(shù)。(1) 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 取 =1.5ma, =1.5v, =7.5v, 則 , 取標(biāo)稱值18k 可用30k電阻和100k電位器串聯(lián),以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。 (2) 計(jì)算諧振回路參數(shù) 下面計(jì)算4個(gè)y參數(shù)， 因?yàn)? 所以 ， 因?yàn)椋?， 故模 回路總電容為 再計(jì)算回路電容 ，取標(biāo)稱值25pf輸出耦合變壓器

16、tr0的原邊抽頭匝數(shù)n1及副邊匝數(shù)n3,即 匝，匝(3) 確定輸入耦合回路及高頻濾波電容 高頻小信號諧振放大器的輸入耦合回路通常是 指變壓器耦合的諧振回路。由于輸入變壓器tri原邊諧振回路與放大器諧振回路的諧振頻率相等，也可以直接采用電容耦合，高頻耦合電容一般選擇瓷片電容。 第4章 電路的仿真與調(diào)試4.1電路的仿真(1)利用multisim繪制出如圖4-1-1所示的仿真實(shí)驗(yàn)電路 圖4-1 -1 仿真電路(2) 按圖設(shè)置各元件的參數(shù)，打開仿真開關(guān)，從示波器上兩個(gè)通道觀察輸出波形以及與輸入信號的關(guān)系。如4-1-2圖所示。4-2-2 輸出波形(3) 接入波特儀測出波特圖4-3-1波特圖在無信號輸入，

17、僅有直流激勵(lì)的情況下用電流表測量三極管發(fā)射極極電流，測得約為1ma。接入信號發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，利用儀器測得各指標(biāo)如下：f0=19.902mhzvo43db35db仿真數(shù)據(jù)分析：在誤差允許范圍里，仿真測量所得數(shù)據(jù)與理論值相等。4.2電路的安裝與測試 將上述設(shè)計(jì)的元器件參數(shù)值按照圖2-1所示電路進(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。 調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)的方法是，不加輸入信號（vi=0），將c1的左端接地，將諧振回路的電容c開路，這時(shí)用萬用表測量電阻re兩端的電壓，調(diào)整電阻rb1使veq=1.5v(ie=1ma)。記下此時(shí)電路的rb1值及靜態(tài)工作點(diǎn)vbq、vceq、

18、veq、及ieq。 調(diào)諧振回路使其諧振的方法是，按照圖5-1所示的測試電路接入高頻電壓表v1、v2，直流毫安表ma及示波器。再將信號發(fā)生器的輸出頻率置于fi=10mhz，輸出電壓vi=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+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為最小且輸出波形無明顯失真?；芈诽幱谥C振狀態(tài)后，再將電源電壓恢復(fù)至+12v。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： f0=20.1mhzvo44db 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(shí)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

19、論值有一定的差距，導(dǎo)致誤差的原因有如下幾點(diǎn)：（1）實(shí)物的實(shí)際值與理論值有一定的差距。如電阻電容的理論值與標(biāo)稱值不一致， 并且電阻電容的標(biāo)稱值也有一定的誤差。（2）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(guān)。放大器的 各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后的元器件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏離。（3）性能指標(biāo)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(shí)，放大倍數(shù)的測量值也會產(chǎn)生誤差。（4）實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的老化等也會導(dǎo)致電路調(diào)試過程中出現(xiàn)一定的誤差。第五章 心得與體會5.1 心得與體會本次課程設(shè)計(jì)的完成，收獲頗多，首先，鞏固和加深了對電子線路基本知識的理解，提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力。其次，通過與實(shí)際電路方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算，元件選取，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，讓我們學(xué)會初步掌握了簡單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。最重要的是增強(qiáng)了動手能力和根據(jù)自己所學(xué)需要查閱資料的能力，以及自己分析和解決問題的能力。從電路的設(shè)計(jì)到文檔的處理以及電路板的制作，我們小組成員們緊密合作讓我感受到了團(tuán)結(jié)的力量?？偠灾n程設(shè)計(jì)在我們努力下基本達(dá)到了預(yù)期目的，所制的產(chǎn)品在功能上基本達(dá)到了設(shè)