畢業(yè)設(shè)計（論文）無線數(shù)傳模塊中小信放大器的設(shè)計與仿真

1、（輸入章及標(biāo)題）畢業(yè)設(shè)計（論文） 無線數(shù)傳模塊中小信號放大器的設(shè)計與仿真學(xué) 院 年級專業(yè) 03 級電子信息工程 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 專業(yè)負責(zé)人 答辯日期 2007 年6 月24 日 iii畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級教學(xué)單位： 電子工程系 學(xué)號學(xué)生姓名專 業(yè)班 級03級電子信息工程3班課題題 目無線數(shù)傳模塊中小信號放大器的設(shè)計與仿真來 源自選主要內(nèi)容按照無線數(shù)傳模塊的總體性能指標(biāo)及其對高放、中放的技術(shù)要求，設(shè)計包含高放、中放的小信號放大電路。要求高放電路的工作頻率為230mhz，帶寬為5mhz，增益為20db；中放電路的工作頻率為455khz，帶寬為10khz，增益為80db。設(shè)

2、計完整電路、在eda工具multisim環(huán)境下對所設(shè)計的電路進行仿真分析?；疽?、認真閱讀指定的參考文獻；了解無線數(shù)傳模塊的總體結(jié)構(gòu)和基本工作原理以及高放、中放的技術(shù)要求；熟悉eda工具； 2、完整完成設(shè)計，得出合理的結(jié)果； 3、完成畢業(yè)設(shè)計說明書一份,格式符合燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范。4、翻譯與課題內(nèi)容相關(guān)的外文資料一份參考資料通信原理；高頻電子線路電子線路eda其它給定的論文周 次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容閱讀文獻資料電路設(shè)計、編程實驗電路仿真、仿真結(jié)果分析。性能分析撰寫論文，準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師： 系級教單位審批： 摘要摘 要本文主要應(yīng)用高頻小信號放大器的相關(guān)知

3、識，分別設(shè)計了一種中頻放大器和高頻放大器的仿真電路，并完成了相應(yīng)的仿真，討論了中頻放大電路的放大倍數(shù)選擇和諧振回路的作用。首先是介紹本次設(shè)計課題的背景，其中包括課題的研究和相應(yīng)技術(shù)的當(dāng)前現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并簡單闡述了無線數(shù)傳模塊的特點，優(yōu)勢，以及數(shù)傳模塊的原理。之后對高頻小信號放大器做了一個簡單的介紹。然后簡單敘述了高頻小信號放大器的工作原理，其中主要敘述了高頻小信號放大器的基本知識，等效電路，調(diào)諧電路，及增益，通頻帶等各項參數(shù)的作用。這里主要是參考了高頻電子線路一書。在本次設(shè)計中，電路的仿真環(huán)境采用的是multisim仿真，因此在第三章簡單敘述了一下multisim軟件的仿真環(huán)境，各種元件庫，

4、仿真工具等。然后，分別詳細闡述了中頻放大器和高頻放大器的設(shè)計電路圖，及其相應(yīng)的設(shè)計過程和詳細敘述了中頻放大電路的仿真過程和仿真結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上敘述了高頻小信號放大電路的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞無線數(shù)傳放大器multisim仿真 vabstractthe article mainly applying the knowledge of high frequency small signal-amplifier, has separately designed one kind of intermediate frequency amplifier and the radio-frequency amp

5、lifiersimulation electric circuit, completed the corresponding simulation,and discussed the supersonic amplification electric circuitenlargement factor choice and the resonant tank function.first,this paper introduced the background of this design topic, including thetopic research and the correspon

6、ding technical current presentsituation and the development tendency, and simply elaborated the character and advantage of the module without the line number, as well as the the principle of number passes on the module. this paper made a simple introduction about the high frequency smallsignal-ampli

7、fier, and then simply narrated the working principle of high frequency smallsignal-amplifier,mainly narrating the elementary knowledge of high frequencysmall signal-amplifier, and the function of some parameter for exemle, equivalent circuit,tuning circuit, and gain, tongpindai and so on.this paper

8、mainly refers to "high frequency electronic circuit" .in this design, the electric circuit simulation environment uses the multisim simulation, therefore we simply narrated the multisimsoftware simulation environment, each kind ofpart storehouse, simulation tool and so on in the third chap

9、ter.then, the distinction in detail elaborated the intermediate frequencyamplifier and the radio-frequency amplifier design circuit diagram,and its the corresponding design process and in detail narrated thesupersonic amplification electric circuit simulation process and thesimulation result, and na

10、rrated the high frequency small signal inthis foundation to enlarge the electric circuit the simulation result.keywords wireless data transfer amplifier multisim simulation目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 課題背景11.1.1 無線數(shù)傳模塊的特點11.1.2 數(shù)傳原理21.1.3 高頻小信號放大器的作用31.2 高頻小信號放大器簡介31.3 本文結(jié)構(gòu)3第2章 高頻小信號放大器工作原理52.1 概述52.

11、1.1 高頻小信號放大器的功能52.1.2 高頻小信號放大器的分類52.1.3 高頻小信號放大器的主要性能指標(biāo)52.2 分析小信號放大器的有關(guān)知識62.2.1 串并聯(lián)諧振回路的特性62.2.2 串并聯(lián)阻抗的等效互換72.2.3 并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)82.3 晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)92.3.1 共發(fā)射極混合型等效電路92.3.2 y參數(shù)等效電路132.4 單級單調(diào)諧放大電路142.4.1 放大器電壓增益152.4.2 放大器諧振功率增益172.4.3 放大器通頻帶192.4.4 放大器的選擇性212.4.5 放大器穩(wěn)定電壓增益222.5 雙調(diào)諧回路放大電路222.5.1 電壓

12、增益242.5.2 功率增益262.5.3 通頻帶和選擇性272.5.4 多級雙調(diào)諧回路放大器的級聯(lián)292.6 本章小結(jié)31第3章 multisim概述333.1 ewb與multisim333.2 multisim元件庫353.2.1 電源庫353.2.2 基本元件庫363.2.3 晶體管庫373.3 虛擬儀器383.3.1 示波器的圖標(biāo)和面板383.3.2 連接393.3.3 面板操作403.4 本章小結(jié)42第4章 仿真電路設(shè)計434.1 中頻放大器電路434.2 高頻放大器電路454.3 本章小結(jié)46第5章 仿真結(jié)果及分析475.1 中頻放大器仿真結(jié)果及分析475.1.1 仿真結(jié)果475

13、.1.2 放大倍數(shù)及選頻網(wǎng)絡(luò)分析485.2 高頻放大器仿真結(jié)果505.3 本章小結(jié)51結(jié) 論53參考文獻55附錄157附錄261附錄365附錄473致謝79第1章 緒論第1章 緒論1.1 課題背景1.1.1 無線數(shù)傳模塊的特點隨著社會的發(fā)展，人民生活水平日益提高，業(yè)余生活日益豐富，人們的生活節(jié)奏也越來越快，對信息需求量也越來越高，傳統(tǒng)的有線通信已經(jīng)漸漸成為制約社會發(fā)展的瓶頸1。而無線通信的發(fā)展彌補了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，在現(xiàn)代社會生活中發(fā)揮出極大的作用。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)日益向高速化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，各種各樣的制造業(yè)和通信業(yè)設(shè)備除了可以與計算機聯(lián)機外，還可以互相聯(lián)機，而實現(xiàn)設(shè)備間相互聯(lián)機的最具

14、發(fā)展?jié)摿Φ姆绞骄褪菬o線通信2。與有線通信方式相比，無線通信具有一系列優(yōu)點，特別適用于手持現(xiàn)場設(shè)備、電池供電設(shè)備、遙控遙測設(shè)備、水文氣象監(jiān)控設(shè)備、生物信號采集系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。本次設(shè)計是關(guān)于無線通信中的數(shù)傳模塊。無線數(shù)傳模塊是由射頻模塊及外圍控制電路組成的在無線信道上進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娐?，結(jié)構(gòu)如圖1所示，在短距離無線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用方面具有接口方便，通信速率較快，成本低廉等優(yōu)點。串口接口電平轉(zhuǎn)換電路瑪變換電器調(diào)制解調(diào)器天線 圖1-1 無線數(shù)傳模塊結(jié)構(gòu)與有線連接方式不同,無線信道通信方式有幾個特點：(1) 通信中串口數(shù)據(jù)的幀格式!串口速率為一固定值,程序在這兩個參數(shù)上應(yīng)與模塊一致，且所選模塊傳輸

15、速率要能滿足實時語音通信碼率要求。(2) 有線通信為全雙工方式,通信的雙方分別在兩個信道中完成各自的數(shù)據(jù)收與發(fā)。而無線通信為半雙工方式，為實現(xiàn)在一個無線信道中收發(fā)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)收發(fā)時要進行收發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換及時鐘同步。同時，無線通信時設(shè)備a發(fā)出數(shù)據(jù)的時刻與設(shè)備b收到數(shù)據(jù)的時刻有一定延時。(3) 數(shù)傳模塊在發(fā)送和接收兩狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換時需要數(shù)毫秒的轉(zhuǎn)換時間。1.1.2 數(shù)傳原理無線數(shù)傳模塊采用rs-232c標(biāo)準(zhǔn)，它的最大傳輸速率為20kb/s。rs-232c的電平與ttl電平的關(guān)系為：-3到-15v對應(yīng)ttl邏輯“1”電平；+3到+15v對應(yīng)ttl邏輯“0”電平。采用溫補頻率基準(zhǔn)，頻率的瞬時及長期穩(wěn)定

16、度高；頻率源采用vco/pll頻率合成器,可方便靈活的通過串口設(shè)置頻點。上位機與模塊間的通信是通過異步串口來完成的。異步串口采用標(biāo)準(zhǔn)的串口格式即,一個起始位，八個數(shù)據(jù)位，一個停止位。傳輸速率為1200bit/s。上位機與模塊間的通信內(nèi)容有兩類，一類是數(shù)據(jù)，一類是命令。模塊的發(fā)送過程：當(dāng)模塊收到上位機的數(shù)據(jù)后，模塊先通過dtr線判斷收到的數(shù)據(jù)是命令還是發(fā)送數(shù)據(jù)，若是命令則執(zhí)行相應(yīng)的命令，若是發(fā)送數(shù)據(jù)則先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)，并同時將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換成發(fā)射狀態(tài)，這個轉(zhuǎn)換過程小于100ms，狀態(tài)轉(zhuǎn)換完成后啟動發(fā)送打包程序，發(fā)送打包程序的功能是將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)打成適合無線發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并

17、將這個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)送到模塊中的數(shù)據(jù)調(diào)制口以fsk的調(diào)制方式發(fā)射出去。模塊的接收過程：在接收狀態(tài)下，接收機總是接收碼流中的同步信息,一旦收到同步信息立刻進行位同步，獲得位同步后進行碼同步，碼同步完成后接收數(shù)據(jù)，碼同步完成后接收數(shù)據(jù)，收到數(shù)據(jù)后，按串口的格式傳送給上位機。收發(fā)數(shù)據(jù)延時：見圖2。圖2中t1=100，為收發(fā)轉(zhuǎn)換時間；t2=38，為同步時間。t1+t2=138，為數(shù)據(jù)接收延時時間。圖1-2 收發(fā)數(shù)據(jù)延時1.1.3 高頻小信號放大器的作用在無線通信中，發(fā)射與接收的信號應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過調(diào)制處理過的高頻信號，這種信號具有窄帶特性。而且，通過長距離的通信

18、傳輸，信號受到衰減和干擾，到達接收設(shè)備的信號是非常弱的高頻窄帶信號，在做進一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過放大和限制干擾的處理2-5。這就需要通過高頻小信號放大器來完成。這種小信號放大器是一種諧振放大器。1.2 高頻小信號放大器簡介高頻小信號放大器廣泛用于廣播、電視、通信、測量儀器等設(shè)備中。高頻小信號放大器可分為兩類：一類是以諧振回路為負載的諧振放大器；另一類是以濾波器為負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中，選出有用信號并加以放大，同時對無用信號、干擾信號、噪聲信號進行抑制，以提高接收信號的質(zhì)量和抗干擾能力。 其中以諧振回路為負載的諧振放大器由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，得到廣泛應(yīng)用

19、，在本文中將詳細介紹，中頻放大器也是采用這種結(jié)構(gòu)的電路。諧振放大器按調(diào)諧方式又可分為單調(diào)諧和雙調(diào)諧兩類5，在本文中采用的是單調(diào)諧的方式，采用了三級級聯(lián)的方式達到題目要求。1.3 本文結(jié)構(gòu)本文主要闡述了無線數(shù)傳模塊中的小信號放大器電路的設(shè)計與仿真，在文章的開頭先介紹了當(dāng)前數(shù)傳模塊的現(xiàn)狀和主要應(yīng)用，及無線數(shù)傳模塊的特點和工作原理，并簡單敘述了高頻小信號放大器在無線數(shù)傳模塊中的作用。在論文的第章中介紹了高頻小信號放大器的工作原理，分成五個小節(jié)進行闡述：分別是高頻小信號放大器概述，相關(guān)知識，等效電路，單調(diào)諧放大電路，雙調(diào)諧回路放大電路。本文的電路仿真是在multisim環(huán)境下進行的，為了敘述明確，因此

20、在第章中，重點介紹了multisim的操作環(huán)境，主要包括各種元件庫，虛擬儀器。第4章和第5章主要闡述了本次設(shè)計的設(shè)計過程和設(shè)計結(jié)果，包括中頻小信號放大器和高頻小信號放大器的設(shè)計電路，仿真圖形及結(jié)果分析。在論文的最后是本次設(shè)計的結(jié)論，和設(shè)計過程中的參考文獻。79第2章 高頻小信號放大器工作原理第2章 高頻小信號放大器工作原理2.1 概述2.1.1 高頻小信號放大器的功能高頻小信號放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路。所謂高頻，是指被放大信號的頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。小信號是指放大器輸入信號小，可以認為放大器的晶體管（或場效應(yīng)管）是在線性范圍內(nèi)工作。這樣就可以將晶體管（或場效應(yīng)管）看成為線性元件，分

21、析電路時可將其等效為二端口網(wǎng)絡(luò)。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地放大。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完全相同的。2.1.2 高頻小信號放大器的分類高頻小信號放大器按照所使用的器件可分為晶體管、場效應(yīng)管和集成電路放大器；按照所放大信號的頻譜寬窄可分為寬頻帶和窄頻帶放大器。按照所用負載的性質(zhì)可分為諧振和非諧振放大器。2.1.3 高頻小信號放大器的主要性能指標(biāo)衡量高頻小信號放大器的主要指標(biāo)是6：一 電壓增益與功率增益電壓增益（au）等于放大器輸出電壓與輸入電壓之比；而功率增益（ap）等于放大器輸出給負載的功率與輸入功率之比。二 通頻帶通頻帶的定義是放

22、大器的電壓增益下降到最大值的1/倍時，所對應(yīng)的頻帶寬度。用來自示。三 矩形系數(shù)矩形系數(shù)是表征放大器選擇性好壞的一個參量。而選擇性是表示選取有用信號，抑制無信號的能力。理想的頻帶放大器應(yīng)該對通頻帶內(nèi)的頻譜分量有同樣的放大能力，而對通頻帶以外的頻譜分量要完全抑制，不予放大。所以，理想的頻帶放大器的頻率響應(yīng)曲線應(yīng)是矩形。但是，實際放大器的頻率響應(yīng)曲線與矩形有較大的差異，矩形系數(shù)用來表示實際曲線形狀接近理想矩形的程度，通常用來表示。其定義為（21）式中為放大器的通頻帶；為放大器的電壓增益下降至最大值的0.1倍時所對應(yīng)的頻帶寬度。四 工作穩(wěn)定性工作穩(wěn)定性是指放大器的直流偏置、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)

23、生可能變化時，放大器主要性能的穩(wěn)定程度。一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變化、諧振曲線變形等。不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。對于設(shè)計放大器來說應(yīng)特別注意工作穩(wěn)定性。五 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)是用來表征放大器的噪聲性能好壞的一個參量。放大器本身產(chǎn)生的噪聲越小越好，即要求噪聲系數(shù)接近于1。高頻小信號放大器在通信設(shè)備中主要用途是做接收機的高頻放大器和中頻放大器。本章重點分析晶體管單級諧振放大器。對于其它器件組成的放大器，只是所用器件的等效電路有所差別，總的分析方法是相同的。由于集成電路的迅速發(fā)展本章還介紹由集成放大電路和集中選擇濾波器組成的高頻小信號放大器的基

24、本電路形式和特點。2.2 分析小信號放大器的有關(guān)知識2.2.1 串并聯(lián)諧振回路的特性表21列出了串、并聯(lián)諧振回路的特性，供分析電路時應(yīng)用6。串聯(lián)電路并聯(lián)電路電路形式阻抗或?qū)Ъ{()諧振頻率品質(zhì)因數(shù)諧振電阻阻抗f<f0容抗感抗f>f0感抗容抗表21串、并聯(lián)諧振回路的特性2.2.2 串并聯(lián)阻抗的等效互換圖21是一個串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的等效互換圖。設(shè)串聯(lián)電路是由與組成，等效后的并聯(lián)電路是由與組成。所謂“等效”是指在工作頻率相同的條件下，ab兩端的阻抗相等。也就是（22）所以，（23）根據(jù)品質(zhì)因數(shù)q的定義，串聯(lián)回路、的品質(zhì)因數(shù)。代人式（23）的值，得（24）式中，為并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)?？梢姷?/p>

25、效互換結(jié)果q不變。即qq2q。 由式(22)可得 （25）（26）所以 （27）（28）若回路的品質(zhì)因數(shù)較高，可得，這個結(jié)果表明，串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為等效并聯(lián)電路后，為串聯(lián)電路的倍，而與串聯(lián)電路相同，保持不變。2.2.3 并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)當(dāng)并聯(lián)諧振回路作為放大器的負載時，其聯(lián)接的方式將直接影響放大器的性能。若將晶體管的集電極和下一級的負載都直接接入諧振回路，從交流等效電路來看，晶體管的輸出電阻、輸出電容和下一級晶體管的輸入電阻、輸入電容都與諧振回路并聯(lián)。這樣的聯(lián)接方式一般來說是不適用的。因為晶體管的輸出阻抗低，直接并聯(lián)在回路面端會降低諧振回路的品質(zhì)因數(shù)q，不僅使放大器電壓增益降低，而

26、且還使選擇性變壞8。同樣，下一級負載的直接接人也會使q下降。2.3 晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)2.3.1 共發(fā)射極混合型等效電路晶體二極管由兩個pn結(jié)組成，且具有放大作用，具結(jié)構(gòu)如圖21所示，如忽略集極和發(fā)射極體電阻和電路如圖22所示，稱為混合型等效電路。這個等效電路考慮了結(jié)電容效應(yīng)，因此它適用的頻率范圍可以到高頻段。如果頻率再高，引線電感和載流子渡越時間不能忽略，這個等效電路也就個適用了。一般來說它適用的最高頻率約為。門為晶體管的特征頻率，可從晶體管手冊中查得。圖21晶體管內(nèi)部電路圖下面討論混合型等效電路中各元件參數(shù)的物理意義：基極體電阻，是基區(qū)縱向電阻，其值在幾十歐姆到一百歐姆，甚至更

27、大。 圖22混合型等效電路有效基極到發(fā)射極之間的電阻，是發(fā)射結(jié)電阻折合到基極回路的等效電阻。流過的電流是發(fā)射極電流，但在等效電路中，流過其等效電阻是基極電流，由此可以得到和間的關(guān)系是（29）若把代入上式，則（210）式中，為工作點射極電流，學(xué)位為ma。由于發(fā)射結(jié)正偏，值較小因此值也不很大，一般在幾十歐姆到幾百歐姆之間。發(fā)射結(jié)電容，它包括發(fā)射結(jié)的勢壘電容和擴散電容，由于發(fā)射結(jié)止偏，所以主要是指擴散電容，般在100500pf之間。集電結(jié)電阻，由于集電結(jié)反偏，因此很大，約在10010之間。集電結(jié)電容。也內(nèi)勢壘電容和擴散電容兩總部分組成，因集電結(jié)反偏，所以主要是指勢壘電容其一般為210pf。受控電源流

28、，它模擬晶體管放大作用。當(dāng)有效基極到發(fā)射極e之間，加上交流電壓時，集電極電路就相當(dāng)于有一電源流存在。gm稱晶體管的跨導(dǎo)，它反映晶體管的放大能力，即（211）在低頻情況下 （212）集射極間電阻它表示集電極電壓對集電極電流的影響，一般在幾十千歐以上。集射極間電容，由引線或封裝等結(jié)構(gòu)的分布電容，這個電容很小，一般在210pf之間。在高頻段工作時，通常滿足和，即將和忽略，并入負載回路電容中，則可得簡化的混合型等效電路，見圖23。圖23簡化混合型等效電路共發(fā)射極電路電流放大系數(shù)，定義為（213）由簡化電路圖24，可求出（214）（215）代入式（213）中式中是當(dāng)值隨f上升而下降至低頻電流放大系數(shù)的倍

29、時，所對應(yīng)的頻率稱為截小頻率，如圖25所示。 當(dāng)頻率再高使下降至1時，稱為特征頻率，用表示，即（216）圖24，和頻率f的關(guān)系由于，故有（217）由式（216）、（217）可求出（218）是晶體管個十分重要的頻率參數(shù)，它表示晶體管喪失電流放大能力時的極限頻率。另外，由式（215）可知 當(dāng)時并考慮到式（217）則或者（219）根據(jù)此式，管型選定后，使可估算出工作頻率上的電流放大系數(shù)。當(dāng)晶體管用做共基極聯(lián)接時，其輸出端交流短路的電流放大倍數(shù)也是隨頻率提高降低的。當(dāng)降低到即時所對應(yīng)的頻率稱為截止頻率，用表示。由于共基極短路電流放大倍數(shù)的近似表達式為（220）因此，根據(jù)與的關(guān)系式 （221） 可以求得

30、的截止頻率與截止頻率的關(guān)系（222）將式（217）代入式（222）得 （223）比較（217）和（222）兩式可知，的關(guān)系為 <<（224），是晶體管的三個重要頻率參數(shù)。的兩者分別代表和下降至低頻值和的0.707倍時的頻率，而則是下降到l時的頻率。2.3.2 y參數(shù)等效電路圖25是晶體管及其y參數(shù)等效電路。設(shè)輸入端有輸入電壓和輸入電流輸出圖25晶體管y等效電路端有輸出電壓和輸出電流。根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)理論，若選輸入電壓和輸出電壓為自變量，輸入電流和輸出電流為參變量，則得到y(tǒng)參數(shù)系的方程組（225）（226）其中，稱為輸出短路時的輸入導(dǎo)納；稱為輸入短路時的反向傳輸導(dǎo)納；稱為輸出短路時的正

31、向傳輸導(dǎo)納；稱為輸入短路時的輸出導(dǎo)納。根據(jù)式（225）和式（226）可得出如圖25所示的y參數(shù)等效電路。對于共發(fā)射極組態(tài)，其y參數(shù)用、表示。對于共基極組態(tài)，其y參數(shù)用、表示。對于共集電極組態(tài)，其y參數(shù)用、表示。2.4 單級單調(diào)諧放大電路晶體管諧振放大電路內(nèi)晶體管和調(diào)諧問路兩部分組成。根據(jù)不向的要求，晶體管可以是雙極型晶體管，也可以是場效應(yīng)晶體管，或者是線性模擬集成電路。調(diào)諧回路可用單回路，也可以用雙耦合問路。單級單調(diào)諧放人器是由品體管和并聯(lián)諧振回路組成的10。圖26是一個典型的單回路諧振放大電路。這種級聯(lián)電路有時可多達56級。由于圖26多級電路中各級的形式相同，因此，可以只分析其中一級的特性，

32、其后利用級聯(lián)的方法研究其多級總特性。圖26多級單回路諧振放大器的部分電路白本級基極開始到下一級基級輸人端的電路作為一級放大電路；前一級設(shè)為信號源，用電流源和輸出導(dǎo)納表示，后一級作為本級的負載，用輸入導(dǎo)納表示。圖27是一個單級諧振放大器的高頻等效電路，圖中忽略了的影響，其中。圖27多級單回路諧振放大器部分等效電路2.4.1 放大器電壓增益設(shè)，則。 放大器y參數(shù)等效電路折合到a，b(e)兩端如圖26所示。圖26晶體管y等效電路令（227） （228）式中本級放大器晶體管輸出電容；本級放大器晶體管輸出電導(dǎo)；本級放大器晶體管輸入電容；本級放大器晶體管輸入電導(dǎo)； 本級放大器晶體管正向傳編導(dǎo)納。再將圖26

33、進一步等效為圖27所示的電路，圖26晶體管y等效簡化電路回路諧振頻率；回路空載品質(zhì)因數(shù)；回路有載品質(zhì)因數(shù)。由圖26可知： （229）電壓增益： （230）電壓增益模值： （231）若放大器諧振電壓增益： （232）式中，p1為本級放大器晶體管集電極接入系數(shù)，其大小為集屯權(quán)與線圈觸點到地之間圈數(shù)同線圈總因數(shù)之比。p2為下級放大器晶體管基極接入系數(shù)，其大小為基極與線圈觸點到地之間圈數(shù)同線圈總因數(shù)之比。2.4.2 放大器諧振功率增益設(shè)pi為放大器輸入功率；po為放大器輸出功率，則，放大器諧振功率增益： （233）為本級放大器晶體管輸入電導(dǎo)。討論：一 假設(shè)回路無損耗，即，且匹配時，功率增益最大。放大器

34、最大功串增益為 （234）上式表明當(dāng)放大器負載回路無損耗，而且當(dāng)匹配時，放大器最大功率增益完全由晶體管的參數(shù)決定，與負載回路元件參數(shù)無關(guān)。二 假設(shè)回路無損耗，即，且不匹配時，功率增益為（235）式中稱為失配系數(shù)；稱為回路失配損耗。表明由于回路失配（不匹配），同最大功率增益相比，放大器功率增益下降的倍數(shù)。假設(shè)回路有損耗，即，且不匹配時，功率增益為： （236）式中<1稱為回路插入損耗，表明由于回路存在插入損耗，造成放大器功率增益降低11。因此，上述功率增益的公式具有普遍的意義，它包括回路失配損耗和插入損耗。2.4.3 放大器通頻帶若，失諧時，放大器電壓增益： （237）若，諧振時，放大器諧

35、振電壓增益： （238）因此，根據(jù)通頻帶定義，假設(shè)：解得 （239） （240）式（239）減式（240）得 （241）因此，放大器通頻帶為 （242）由此可見，單級單調(diào)諧放大器通頻帶是由單諧振回路通頻帶是由單諧振回路通頻帶決定的。因為，所以，故 （243）我們把與乘積稱為帶寬增益乘積，當(dāng)晶體管和負載回路選定后，為一常數(shù)。即。從帶寬增益乘積的公式來看，要想增加帶寬必須降低增益12。反之，要想提高增益必須減小帶寬。如果要增大帶寬增益乘積，就必須選用大的晶體管，同時還要減小回路總電容，但是，減小是有限度的，這是因為， （244）式中，稱為雜散電容，它包括元件引線及分布電容。和分別是品體管的輸出電容

36、和輸入電容。要使為最小，極限情況是回路電容c=0，這時回路總電容為： （245）而、及統(tǒng)稱為不穩(wěn)定電容，原因是：從而造成放大器工作不穩(wěn)定，由此看出，沒有回路電容c絕對不可以?；芈冯娙輈是決定放大器工作頻率的主要電容。若則c=（510150）pf若 則c=（15050）pf若 則c=（5010）pf2.4.4 放大器的選擇性根據(jù)矩形系數(shù)定義。令所以 （246） （247）式（246）減式（247），得 （248）因此，故矩形系數(shù) （249）由上式可看出，單級單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)是由單諧振回路所決定，其矩形系數(shù)遠大于1。所以說，單級單調(diào)諧放大器選擇性較差是單級單調(diào)諧放大器的主要缺點。2.4.5

37、放大器穩(wěn)定電壓增益放大其穩(wěn)定電壓增益可簡單表示為： （250）式中s穩(wěn)定系數(shù)，通常取s=（510）；晶體關(guān)內(nèi)部反饋電容。要提高放大器穩(wěn)定電壓增益，盡量選用大，小的晶體管另一方面還要考慮降低工作頻率。在實際工作中，只有，才能使放大器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。如果，放大器工作不穩(wěn)定，嚴重時會出現(xiàn)自激。這時的放大器已經(jīng)變成振蕩器了。2.5 雙調(diào)諧回路放大電路采用兩個互相輻合的調(diào)諧回路作放大器的負數(shù)可以改善矩形系數(shù)。這種放大器稱為雙調(diào)諧凹路放大器。圖27是雙調(diào)涪回路放大器的電路圖。團中調(diào)諧回路之間為互感耦合，有時也采用電容耦合。和單調(diào)諧回路放大器相似，本級晶體管與下級晶體管都是部分接入回路的，接入系數(shù)分別為p

38、1和p2。圖中的和分別表示初級回路和次級回路線圈的總電感。圖28為交流等效電路圖，圖中的晶體管已用其y參數(shù)等效電路代替。分析時暫不考慮反向傳輸導(dǎo)納的影響。因已假設(shè)前后級用同一型號的晶體管、故兩管的等效電路參數(shù)相同。圖中和分別代表初級和次級回路的空載電導(dǎo)。圖27雙調(diào)諧回路放大器原理電路圖2-8雙調(diào)諧回路放大器等效電路將所有的參數(shù)均折合到回路的兩端，得到圖29所示的等效電路。圖中 （251）分別把初、次級回路的電導(dǎo)和電容合并，進一步簡化成圖210的電路。圖中 （252）圖29雙調(diào)諧回路放大器簡化等效電路圖210雙調(diào)諧回路放大器合并后的簡化等效電路在實際應(yīng)用中，初、次級回路均調(diào)諧于同一個中心頻率。同

39、時，為了分橋方便，假設(shè)兩個回路的各元件參數(shù)均相同，即；。則 （253）2.5.1 電壓增益有了以上的簡化電路后，分析電壓增益就方便了。對于簡化電路圖29，圖中的為初級回路兩端的電壓。列出初、次級回路的電流方程式 （254） （255）式中解聯(lián)立方程式（254）及（255）。為此，將式（254）乘以因子得 （256）式（255）變換后得 （257）式（256）減式（257），并進行簡單變換，得 （258）當(dāng)失諧不大時，可得 （259）式中為耦合系數(shù)；為耦合因數(shù)；為廣義失諧。由式（259）可求出等效輸出電壓的模值 （260）電壓增益為 （261）諧振時，則電壓增益為 （262）可見，諧振電壓增益與

40、耦合因數(shù)有關(guān)。若調(diào)節(jié)初、次級之間的耦合系數(shù)k，使放大器處于臨界耦合狀態(tài)，即，則達到最大值，其值為 （263）式中。若初、次級調(diào)諧回路是無耗的，即從；并適當(dāng)選擇接入系數(shù)和，則g可寫為 （264）代入式（263）得到的最大值 （265）與單調(diào)諧回路放大器的最大諧振電壓增益表達式相比較可見，當(dāng)選用同樣的晶體管時，兩者完全一致。這是晶體管所能提供的最大電壓增益。從以上分析可知，雙調(diào)諧放大器在臨界耦合，而且回路無耗以及匹配時，其諧振電壓增益為最大。否則，電壓增益均將減小。2.5.2 功率增益設(shè)為本級放大器的輸入功率，其值為 （266）p。為輸出功率，其值為（267）所以功率增益為 （268）諧振及臨界耦

41、合時，則 （269）若回路是無耗的，則 （270）代入式（269），得到最大功率增益（271）或（272）這就是雙調(diào)諧放大器的最大功率增益。式（271）與（249）晶體管最大功率增益是一致的。2.5.3 通頻帶和選擇性從式（261）電壓增益的一般表達式及式（269）臨界諧振點的電壓增益表達式，可得雙調(diào)諧回路放大器的諧振曲線表達式 （273） （274）根據(jù)式（274），可以畫出雙調(diào)諧回路放大器的諧振曲線，如圖211所示。當(dāng)時，稱弱耦合，這時諧振曲線為單峰。當(dāng)時，稱強耦合，這時諧振圖210雙調(diào)諧回路放大器的諧振曲線曲線出現(xiàn)雙峰。當(dāng)時，稱臨界耦合。由圖可見，臨界耦合與強耦合的峰值相等。在臨界耦合時

42、的諧振曲線表達式為（275）為了說明單、雙調(diào)諧回路放大器的諧振曲線的不同，將式單調(diào)諧回路放大器的諧振曲線表達大改寫為（276）將式（275）雙調(diào)諧回路放大器諧振曲線表達式改寫為 （277）比較式（276）和（277）可見，雙調(diào)諧回路放大器在失諧較?。ê苄。r，曲線比單回路放大器的諧振曲線平坦；而當(dāng)失諧較大時，曲線很快下降。因此，雙回路放大器具有較寬的通頻帶和較小的矩形系數(shù)。 令，代入式（275），求得臨界耦合時雙回路放大器的通頻帶為 （278）由此可見，雙調(diào)諧回路放大器的通頻帶為單調(diào)諧回路的1.4倍，即增加40。再求雙調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)。為此，令，代入式（275）得 （279）解上式得

43、（280）相單調(diào)諧回路放大器相比，雙調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)較小，前者要用56級，矩形系數(shù)才等于3.1，而后者只需一級，就可得到同樣的矩形系數(shù)。以上的分析是臨界耦合時的情況。這種情況應(yīng)用較多。弱耦合時，雙調(diào)諧回路放大器的諧振曲線與單調(diào)諧回路放大器相似，通頻帶較窄，選擇性也較差，而且增益也低。強耦合時，通頻帶顯著加寬，矩形系數(shù)好，但諧振曲線頂部出現(xiàn)凹陷，調(diào)整較麻煩。強耦合只是在要求放大器的通頻帶較寬時才采用。例如電視接收機的中放部分，往往來用一級強耦合的雙調(diào)諧回路放大器，再用一二級單調(diào)諧放大器，利用單調(diào)諧回路的諧振曲線中間的單峰把雙回路諧振曲線的下凹部分補平，就可以使總的諧振曲線在通頻帶內(nèi)較為平

44、坦。2.5.4 多級雙調(diào)諧回路放大器的級聯(lián)當(dāng)有n級相同的雙調(diào)諧回路放大器級聯(lián)時，如果都是臨界耦合，則總的諧振曲線方程式為 （281）n級放大器的通頻帶為 （282）式中為一級雙調(diào)諧回路放大器的通頻帶。式中的稱為縮減因子。再看矩形系數(shù)。為此，令式等于1/10，則 （283）解之得 （284）所以 （285）將縮減因子、矩形系數(shù)與級數(shù)n的關(guān)系，列于表22?？偨Y(jié)以上分析，雙調(diào)諧回路放大器與單調(diào)諧回路放大器相比較，有以下的一些優(yōu)點：在相同的時，一級雙調(diào)諧回路放大器的通頻帶為一級單調(diào)諧的倍，可展寬40。雙調(diào)諧回路放大器的帶寬縮減因子大。級聯(lián)后，帶寬下降比單調(diào)諧時慢。級數(shù)n1234567810.80.71

45、0.660.620.590.570.553.22.21.951.851.781.761.721.72表22多級雙調(diào)諧回路放大器縮減因子、矩形系數(shù)與級數(shù)n的關(guān)系（3）雙調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)比單調(diào)諧小得多，因而選擇性好。當(dāng)然，雙調(diào)諧回路放大器的線路較復(fù)雜，調(diào)整比較麻煩14。因此，多用在要求較高的場所。圖211為收音機中放級電路圖。圖中為中放i，為中放。前后共用了五個中周，即兩個雙調(diào)諧和一個單調(diào)諧。這就保證了良好的選擇性和足夠?qū)挼耐l帶。通頻帶為8kh；，選擇性為30db以上。t1t5用的是ttf35、ttf36、ttf37、ttf38和ttf39型中用。它們的外配電容數(shù)值已注明在圖上。t1、，

46、t2和t3，t 4均為電容耦合，銅合電容為6.8pf。r3c3為自動增益控制濾波電路，c8和c15為中和電容，r7可使工作穩(wěn)定。圖211雙調(diào)諧回路放大器的電路圖2.6 本章小結(jié)本章主要介紹了高頻小信號放大器的相關(guān)知識，介紹了電壓增益與功率增益、通頻帶、矩形系數(shù)、工作穩(wěn)定性、噪聲系數(shù)等指標(biāo)，并分別介紹了單調(diào)諧和雙調(diào)諧兩類諧振放大器。第3章 multisim概述第3章 multisim概述從上世紀(jì)八十年代開始，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路的分析與設(shè)計方法發(fā)生了重大變革，pspice、ewb等一大批各具特色的優(yōu)秀電子設(shè)計自動化（eda）軟件的出現(xiàn)，改變了以定量估算和電路實驗為基礎(chǔ)的電路設(shè)計方法

47、。熟練學(xué)握些電路仿真軟件己成為當(dāng)今電子電路分析和設(shè)計人員所必需具備的基本技能之一。3.1 ewb與multisimelectronics workbench（簡稱ewb）是ht公司早于上世紀(jì)八十年代后期推出的用于電路仿真與設(shè)計的eda軟件16。與其他電路仿真軟件相比，ewb具有如下一些優(yōu)點：一 系統(tǒng)高度集成，界面直觀，操作方便ewb將原理圖的創(chuàng)建，電路的測試分析和結(jié)果的圖表顯示等，全部集成到同一個電路窗口中。整個操作界面就像一個實驗t作臺有存放仿真元件的元件箱，有存放測試儀表的儀器庫，有進行仿真分析的各種操作命令。測試儀表和某些仿真元件的外形與實物非常接近，操作方法也基本相同，因而該軟件易學(xué)易

48、用。二 具有數(shù)字、模擬及數(shù)字/模擬混合電路的仿真能力在電路窗口中既可以分別對數(shù)字或模擬電路的進行仿真，件連接在一起仿真分析。也可以將數(shù)字元件和模擬元件連接在一起仿真。三 電路分析手段完備ewb除了用7種常用的測試儀表用來對仿真電路進行測試之外，還提供了電路的直流工作點分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲和失真分析等14種常用的電路仿真分析方法。這些分析方法基本能滿足一股電子電路的分析設(shè)計要求。四 提供了多種輸入輸出接口可以輸入由psice等其他電路仿真軟件所創(chuàng)建的spice網(wǎng)表文件，并自動形成相應(yīng)的電路原理圖。也可以把ewb環(huán)境下創(chuàng)建的電路原理圖文件輸出給protel等常見的pcb軟件進行印刷電路

49、設(shè)計。為了拓寬ewb軟件的pcb功能，iit也推出了自己的pcb軟件e1ectronics workbench layout，可使ewb電路圖文件更直接方使地轉(zhuǎn)換成pcb。正因為如此，ewb一經(jīng)推出即受到廣大電路設(shè)計人員的喜愛，特別是在教育領(lǐng)域得到了更廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，ewb也經(jīng)過了多個版本的衍變，目前國內(nèi)常見的版本有4.0d和5.0c。從6.0版本開始ewb進行了較大規(guī)模的改動，仿真設(shè)計的模塊改名為multisim，e1ectronics曲workbench layout模塊更名為ultiboard，這是以從荷蘭收購來的ultimate軟件為核心開發(fā)的新的pcb軟件。為了加強ulti

50、board的布線能力，ewb還開發(fā)了一個ultiroute布線引擎。最近iit公司又推出了一個專門用于通信電路分析與設(shè)計的模塊commsim。multisim、ultiboard、ultiroute及commsim是現(xiàn)今ewb的基本組成部分，能完成從電路的仿真設(shè)計到電路版圖生成的全過程。但它們彼此相互獨方，可以分別使用。目前，這4個ewb模塊個最具特色的仍首推ewb仿真模塊multisim。與ewb 5.0c相比較，multisim繼承了ewb的諸多優(yōu)點，并且在功能和操作方法上有較大改進：增加了射頻電路仿真功能，這是目前眾多通用電路仿真軟件所不具備的。極大地擴充了元件數(shù)據(jù)庫仿真電路的實用件。特別是大量新增的與現(xiàn)實元件對應(yīng)的元件模型，增強了仿真電路的實用件。新增的元件編輯器給用戶提供了白行創(chuàng)建或修改所需元件模型的工具。為了擴充電路的測試功能，增加了瓦特計、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等新的測試儀表，而且所有儀表都允許多臺同時調(diào)用。改進了元件之間的連接方式，允許連線任意走向。專業(yè)版的multisim還支持vhdl和verilog語言的電路仿真與設(shè)計。2001年iit公司又推出了multisim的最新版本multisi