三倍頻器設(shè)計(jì)解讀

1、遼寧工業(yè)大學(xué)高頻電子線路 課程設(shè)計(jì)（論文）題目 3倍頻器電路設(shè)計(jì)學(xué) 院：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：通信091學(xué) 號(hào)：090405021學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：講師起止時(shí)間：2012629課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)與評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院教研室：通信教研室學(xué)號(hào)090405021學(xué)生姓名王廣超專業(yè)班級(jí)通信091課程設(shè) 計(jì)（論 文）題目3倍頻器電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容：1 .用仿真。設(shè)計(jì)電路，輸出的信號(hào)頻率為輸入信號(hào)頻率的3倍2 .能夠觀察輸入輸出波形，并比較輸入與輸出信號(hào)頻率的關(guān)系。 設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)輸入信號(hào)頻率 100000，幅度自定。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指

2、標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)與應(yīng)用環(huán)境等，廣幵思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確疋合理的總體方案。以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的咼低與制 作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲疋可仃方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路， 逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在 定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用 左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評(píng)語與成績平時(shí)成績（20% ）:答辯成績（30% ）:論文成績（50% ）:總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日目錄第一章 倍頻器工作原理分析 錯(cuò). 誤! 未指定書簽1.1工作原理 錯(cuò).

3、誤! 未指定書簽1.2晶體管倍頻原理電路、工作狀態(tài)與其特點(diǎn) 錯(cuò)誤! 未指定書簽第二章 丙類倍頻器功效分析 錯(cuò). 誤!未指定書簽第三章 三倍頻器的主要質(zhì)量指標(biāo) 錯(cuò). 誤! 未指定書簽3.1 變頻增益 錯(cuò).誤! 未指定書簽3.2 失真和干擾 錯(cuò).誤 ! 未指定書簽3.3 選擇性 錯(cuò).誤! 未指定書簽3.4噪聲系數(shù) 錯(cuò).誤! 未指定書簽第四章 電路設(shè)計(jì)與仿真 錯(cuò). 誤!未指定書簽第五章 設(shè)計(jì)分析與總結(jié) 錯(cuò). 誤! 未指定書簽參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤! 未指定書簽第一章倍頻器工作原理分析1.1工作原理倍頻器（）是一種輸出頻率等于輸入頻率整數(shù)倍的電路，用以提高頻率，如下圖所示的例子。主振器*放大或倍頻d放大或倍頻

4、圖1.1倍頻器的應(yīng)用采用倍頻器以下優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射機(jī)的主振頻率可以降低，這對(duì)穩(wěn)頻是有利的。因?yàn)檎袷幤鞯念l率越高， 頻率穩(wěn)定度就越低。一般主振頻率不宜超過5。因此，發(fā)射頻率高于5的發(fā)射機(jī),一般宜采用倍頻器。在采用石英晶體穩(wěn)頻時(shí)，振蕩頻率越高，石英晶體越薄，越易震碎。一般來說，最薄的石英晶體的固有振蕩頻率限制在20以下。超過這一頻率，就宜在石英振蕩器后面采用倍頻器。如果中間級(jí)既可以工作在放大狀態(tài)，也可以工作于倍頻狀態(tài)，那么就可以在 不擴(kuò)展主振波段的的情況下，擴(kuò)展發(fā)射機(jī)的波段。這對(duì)穩(wěn)頻是有利的，因?yàn)檎袷?波段越窄，頻率穩(wěn)定度就越高。倍頻器的輸入與輸出不同，因而減弱了寄生耦合，使發(fā)射機(jī)的工作穩(wěn)定性提 高。如

5、果是高頻或調(diào)相發(fā)射機(jī)，則可采用倍頻器來加大頻移或相移，亦即加深調(diào) 制度。在超高頻段難以獲得足夠的功率，可采用參量倍頻器將頻率較低、功率較大 的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率較高、功率亦較大的輸出信號(hào)。倍頻器按其工作原理可分為三類。一類是和丙類放大器電流脈沖中的諧波經(jīng) 選頻回路獲得倍頻。 第二類是利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻。第三類是利用 結(jié)電容 的非線性變化 ,得到輸入信號(hào)頻率的諧波 ,經(jīng)選頻回路獲得倍頻 ,稱為參量倍頻器。 當(dāng)工作頻率為幾十時(shí)，主要采用三極管丙類倍頻器，而當(dāng)工作 頻率高于1 0 0 0 M HZ時(shí),主要采用變?nèi)荻O管、階躍二極管構(gòu)成的參量倍頻器。乘法器構(gòu)成的倍頻 器主要受乘法器的上限工作頻率的限制

6、。本次設(shè)計(jì)的 3 倍頻器電路是一種主要采用丙類功率放大器的晶體管倍頻器， 即丙類倍頻器。其原理圖如圖 1.2 所示。圖1.2丙類倍頻器1.2晶體管倍頻原理電路、工作狀態(tài)與其特點(diǎn)（一）電路：與丙類諧振功放相似，不冋點(diǎn)在于諧振在（1 ）應(yīng)工作在欠壓或臨界狀態(tài) （2） 一般不工作在過壓狀態(tài)的原因：a）需很大的激勵(lì)功率，使功率管增益明顯下降b）晶體管進(jìn)入飽和區(qū)輸出阻抗明顯降低，致使下降，嚴(yán)重影響濾波能力（三）特點(diǎn)：（1）諧振在n宀s 上, n不宜過大，否則電流太小(2) 選頻網(wǎng)絡(luò)選出n3s分量，濾除大于或小于 n3s的分量，要求濾波條 件苛刻。(3) n 般采取2或3，不宜過大，否則會(huì)導(dǎo)致：若嚴(yán)JJ

7、.：；沁一 ：£比即；總；：鳥”y加J可能導(dǎo)致結(jié)擊穿;nt>0 T > 10117T若，回路難以選擇，所以n 般為2或3 o(四)電路：(1)高的倍頻可以用n個(gè)二倍頻或三倍頻電路級(jí)聯(lián)(2 )采用推挽電路：a) 若輸出電流差分，可實(shí)現(xiàn)奇數(shù)倍頻b) 若輸出電流之和，可實(shí)現(xiàn)偶數(shù)倍頻第二章丙類倍頻器功效分析圖2.1丙類功率放大器工作原理圖圖2.1是一個(gè)丙類功率放大器原理圖在丙類工作時(shí)，晶體管集電極電流脈沖中含有豐富的諧波分量。如果把集電極諧振回路調(diào)諧在二次諧波或三次諧波頻率上。那么,放大器只有二次諧波電壓或三次諧波電壓輸出。這樣的丙類放大器就成為二倍頻器或三倍頻器。倍頻器的輸 入

8、、輸出電壓瞬時(shí)值可寫為ub = ubmcos 旗% = UcnmC0S而晶體管極間瞬時(shí)電壓可寫成為Ube = Vbb + u hmC0S式中F為回路兩端的n次諧波電壓振幅利用高頻功率放大器的分析結(jié)果次倍頻器輸出的功率和效率為嚴(yán)1 erm%（氏）9n 1- a式中1 co丿由余弦脈沖分解系數(shù)可知，無論導(dǎo)通角因?yàn)楹沃?，玄均小于仝，也就是在同樣條 件下，丙類倍頻器的輸出功率都低于丙類放大器的輸出功率和效率。為了提高輸出功率和效率，丙類倍頻器在導(dǎo)通角的選取上，必須滿足二=120因?yàn)?時(shí)勺60 ° 血0.536為最大值；有3時(shí)勺40 ° ' =0.276 為最大值。所以，三倍

9、頻器的 應(yīng)取40 °。這樣,對(duì)應(yīng)的輸出功率和效率達(dá)最大。這時(shí)與=120。時(shí)的放大器輸出功率相比較有：由此可見，在采用最佳通角值的情況下，二次倍頻器的輸出功率只能約等于它作為放大器時(shí)的1/2，三次倍頻器的輸出功率只能約等于它作為放大器時(shí)的1/3同樣由效率公式可以推出它的效率也隨著倍頻次數(shù)n的增加而下降。由以上的討論可見，隨著倍頻次數(shù) n的增大，它的輸出功率與效率下降。同時(shí)， n越高，最佳的tl!越小。為了減小 ，就必須倍頻器的基極反向偏壓 上。Ei加大 后基極激勵(lì)電壓：也加大。對(duì)于晶體管電路來說，增加激勵(lì)電壓與偏壓，就可能 是發(fā)射結(jié)的反向偏壓超過擊穿電壓。所以單級(jí)丙類倍頻器一般只作為二

10、倍頻器或 三倍頻器使用。若要提高倍頻次數(shù)，可以采用多級(jí)丙類倍頻器來實(shí)現(xiàn)。第三章三倍頻器的主要質(zhì)量指標(biāo)3.1變頻增益二倍頻器輸出電壓振幅 Vm與高頻輸入信號(hào)電壓振幅 Vsm之比，成為變頻電壓增益或變頻放大倍數(shù)，表示如下：變頻電壓增益更高頻輸出信號(hào)功率 pi另一種表示方法為：APC高頻輸入信號(hào)功率Ps顯然，邊頻增益咼對(duì)提咼接收機(jī)的靈敏度有利。3.2失真和干擾失真有頻率失真和非線性失真。由于非線性還會(huì)產(chǎn)生組合頻率、交叉調(diào)制與互相調(diào)制、阻塞和易倒混頻干擾。這些是二倍頻器產(chǎn)生的特有干擾。3.3選擇性接收有用信號(hào)，排除干擾信號(hào)的能力決定于高頻輸出回路的選擇性是否良好。3.4噪聲系數(shù)二倍頻器的噪聲系數(shù)對(duì)接收

11、設(shè)備的總噪聲系數(shù)影響很大，應(yīng)盡量低。這就要求很好的選擇所用器件和工作點(diǎn)電流。第四章電路設(shè)計(jì)與仿真輸入信號(hào)為幅值為10V的正弦交流信號(hào)，頻率為任務(wù)所要求的100。經(jīng)計(jì)算變頻電路中的電感分別取值0.531,1,電容分別取值1，0.531。直流電壓為12V，為晶體管集電極提供偏壓，濾波電路濾除雜波，使輸出穩(wěn)定。整體電路如圖4.1.圖4.1 3倍頻器涉與電路圖將該電路在環(huán)境下進(jìn)行仿真模擬，濾波器顯示如圖4.2 :T10-0000S12356,8636 f呂12-71356,6364? t.946 ? EU-12.e 6 j-19. 34 2S U-693.973S mUVB2-326.6203 rUV

12、B2-W13 65 . ©S 35 ftUTriggefChanruel A怕WD.Timebafa盼 ，蟲., L&"”|-&血 忖EHH 心 2Y postionMJ6Cs¥ pgltion竺Channel B圖4.2電路仿真結(jié)果示波器顯示示波器顯示圖中，位于上側(cè)的是輸出信號(hào)，下側(cè)為輸入的正弦信號(hào)。3倍頻的設(shè)計(jì)由圖形可分析知，輸入信號(hào)為100,輸出信號(hào)頻率為300,達(dá)到了參數(shù)要求，輸出圖形沒有較明顯的失真，基本滿足了設(shè)計(jì)要求。第五章 設(shè)計(jì)分析與總結(jié)本次設(shè)計(jì)的要求是設(shè)計(jì)一個(gè) 3 倍頻器電路，即輸出信號(hào)頻率是輸出信號(hào)頻率 的 3 倍。在晶體管倍頻器

13、和參數(shù)倍頻器中選擇欄晶體管倍頻器。晶體管倍頻器以 晶體管放大電路為基礎(chǔ)組成頻率放大電路。其中包含了倍頻電路與濾波電路，分 別進(jìn)行頻率放大與頻率選擇。電路中以 12V 直流電源為晶體管提供集電極偏壓， 電容與電感的參數(shù)值均為計(jì)算所得?？傮w電路設(shè)計(jì)完成之后，在環(huán)境中進(jìn)行仿真模擬，調(diào)試校正，調(diào)得最佳狀態(tài)。 從圖中解析，輸出信號(hào)達(dá)到了 300 ，是輸入信號(hào)的 3 倍，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，幅值 增益與衰減也在允許范圍內(nèi)，基本符合了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。但是，仿真結(jié)果中，輸出信號(hào)出現(xiàn)了類似于振蕩的失真與衰減，經(jīng)調(diào)整參數(shù) 后仍無法消除。分析后認(rèn)為，可能是由于晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)不夠理想所致，應(yīng) 設(shè)法予以減小。參考文獻(xiàn)1

14、 高頻電子線路 .張肅文 .北京：高等教育出版社， 20092 高頻電子線路 .林春芳 .北京：高等教育出版社， 20023 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) .彭介華 .北京：高等教育出版社， 19974 常用電子電器電路精選 .曲學(xué)基 .武漢：電子工業(yè)出版社， 19915 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) .蔡忠法 .杭州：浙江大學(xué)出版社， 200320036 現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)踐課程指導(dǎo) .謝云,易波.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，三倍頻器設(shè)計(jì)解讀讀書的好處1、行萬里路，讀萬卷書。2、書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟。3、讀書破萬卷，下筆如有神。達(dá)爾文4、我所學(xué)到的任何有價(jià)值的知識(shí)都是由自學(xué)中得來的。-5、少壯不努力，老大徒悲傷。6、黑發(fā)不知勤學(xué)早，白首方悔讀書遲。顏真卿7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。8、讀書要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不學(xué)、不知義。10、 一日無書，百事荒廢。陳壽11、書是人類進(jìn)步的階梯