高頻電子線路課程設計1

1、通信基本電路課程設計 通信基本電路課程設計高頻小信號放大器的設計17摘 要高頻小信號放大器是通信設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現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大，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。高頻小信號調(diào)諧放大器廣泛應用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機的接收端，從天線上感應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，同時頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，以實際制作為基礎，用lc振蕩電路

2、為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實現(xiàn)準確的頻率選擇；另加其它電路，實現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。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載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。關鍵詞：高頻小信號、選頻電路、頻率選擇目 錄摘 要2一、電路原理41電路原理及用途(采用集成電路的可對芯片進行介紹)42主要技術指標7二、設計步驟和調(diào)試過程111、總體設計電路112、電路工作狀態(tài)或元件參數(shù)的確定11(1) 設置靜態(tài)工作點12(2) 計算諧振回路參數(shù)12(3) 確定輸入耦合回路及高頻濾波電容133、仿真及仿

3、真結果分析144、設計電路的性能評測(經(jīng)分析或測試是否達到了設計要求)15三、結論及心得體會16四、參考資料17一、電路原理1電路原理及用途(采用集成電路的可對芯片進行介紹)基本要求：（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，通常用q值來表示，其頻率特性曲線如圖1-1所示,帶寬bw=f2-f1= 2f0.7，品質(zhì)因數(shù)q=fo/2f0.7. （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，加入負反饋可以改善放大器的性能。（4） 前后級之間的阻抗匹配，即把各級聯(lián)接起來之后仍有較

4、大的增益，同時，各級之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。 根據(jù)上面各個具體環(huán)節(jié)的考慮設計出下面總體的電路： 圖3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。其等效電路如下圖圖4。本電路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)工作點由電阻rb1和rb2以及re決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。 圖3 諧振放大器的電路 圖4 諧振放大器電路的等效電路放大器在諧振時的等效電路如圖4所示，晶體管的4個y參數(shù)分別如下：輸入導納： 輸出導納： 正向

5、傳輸導納： 反向傳輸導納： 式中為晶體管的跨導，與發(fā)射極電流的關系為： 為發(fā)射結電導，與晶體管的電流放大系數(shù)及有關，其關系為： 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)射結電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。 晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作點的電流 ，電流放大系數(shù)有關外，還與工作角頻率w有關。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4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)比，即式中，n3為副邊總匝數(shù)。 為諧振放大器輸出負載的電導，。通常小信號諧振放大器的

6、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。由圖3-1-2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導的表達式為式中，為lc回路本身的損耗電導。2主要技術指標 圖5 小信號放大器分析電路如上圖圖5所示，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)測負載兩端輸出波形。 表征高頻小信號諧振放大器的主要性能指標有諧振頻率，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），采用圖5所示電路可以粗略測各項指標。諧振放大器的性能指標及測量方法如下。諧振頻率放大器的諧振回路諧振時所對應的頻率稱

7、為諧振頻率。的表達式為：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，直流毫安表ma的指示為最小（當放大器工作在丙類狀態(tài)時），電壓表指示值達到最大，且輸出波形無明顯失真。這時回路諧振頻率就等于信號發(fā)生器的輸出頻率。電壓增益放大器的諧振回路所對應的電壓放大倍數(shù)avo稱為諧振放大器的電壓增益.avo的表達式為： 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)。計算公

8、式如下：通頻帶由于諧振回路的選頻作用，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習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倍時所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶bw，其表達式為： 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的關系為：上式說明，當晶體管確定，且回路總電容為定值時，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。采用逐點法的測量步驟是：先使調(diào)諧放大器的諧振回路產(chǎn)生諧振，記下此時的與，然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持vs不變），并測出對應的電壓放

9、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6所示：圖6由bw得表達式可知： 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，還應盡量減少調(diào)諧回路的總電容量。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時對應的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 時對應的頻率偏移之比，即表明，矩形系數(shù)kr0.1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。可以通過圖3-2-2所示的諧振放大器的頻率特性曲線來得

10、矩形波系數(shù)kr0.1。二、設計步驟和調(diào)試過程1、總體設計電路2、電路工作狀態(tài)或元件參數(shù)的確定靜態(tài)工作點的確定 由于設計要求中心頻率，電壓增益，且電壓增益不是很大，選用晶體管3dg6c在性能上可以滿足需要。晶體管選定后，根據(jù)高頻小信號諧振放大器應工作于線性區(qū)，且在滿足電壓增益要求的前提下，應盡量小些以減小靜態(tài)功率損耗。值得注意的是，變化會引起y參數(shù)的變化。這里采用等于1ma進行計算，看是否能滿足增益的需要，否則將進行調(diào)整。已知晶體管3dg6c的參數(shù)為，。據(jù)此可求得：(1) 設置靜態(tài)工作點 取 =1ma, =1.5v, =10.5v, 則 在11k到22k之間，故取標稱值20k 可用38k電阻和1

11、00k電位器串聯(lián),以便調(diào)整靜態(tài)工作點。 (2) 計算諧振回路參數(shù) 下面計算4個y參數(shù)， 因為, 所以 ， 因為，所以 ， 故模 回路總電容為 再計算回路電容 ，取標稱值68pf輸出耦合變壓器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。3、仿真及仿真結果分析圖7高頻小信號諧振放大器ewb仿真電路按要求所做 ewb仿真圖如圖7，開始仿真從示波器上兩個通道觀察輸出波形以及與輸

12、入信號的關系，得圖4、設計電路的性能評測(經(jīng)分析或測試是否達到了設計要求)仿真結果分析在無信號輸入，僅有直流激勵的情況下用電流表測量三極管基極電流，調(diào)節(jié)rp1使ic=2ma,此時rp152k。 接入信號發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，按照設計要求調(diào)節(jié)中周。利用儀器測得各指標如下：f0=10.8mhzvo31db在誤差允許范圍里，仿真測量所得數(shù)據(jù)符合要求。三、結論及心得體會此次課程設計從開始到結束歷時不到一周，時間倉促，設計電路簡單且多有借鑒，在最終調(diào)試方面仍有欠缺。但是我在做課程設計的這一周里全身心的投入了，從電路的設計、元件的選擇、電路板的制作到電路板的調(diào)試我都盡心盡力。在盡力的同時卻發(fā)現(xiàn)了許多短板問題，比如對元件市場的熟悉程度，長期對網(wǎng)絡上得來的知識的深信，卻忽視了自己周圍的條件環(huán)境因素，一些元件網(wǎng)上有的看但是在自己身邊的原件市場不一定有的買；總以為什么都能在網(wǎng)上找出個所以然，卻忽視了身邊的高手，有時多交流確實大有裨益??！只有在不斷地錯不斷的改，不斷的交流不斷地廣見識，不斷的進步不斷的完善自身，我們才能在以后的大設計中更加輕松更加應付自如！在本次課程設計中雖然坎坷多時間短，但是我們都學到了許多在課本上難得到的東西，同時也解決了一些平時在課本上不是很了解甚至忽略了的