高頻小信號(hào)放大電路課程設(shè)計(jì)

1、通信基本電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：高頻小信號(hào)放大電路 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 教師評(píng)分 目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.2二、總體方案.2三、設(shè)計(jì)內(nèi)容.23.1電路工作原理.33.1.1 電路原理圖.33.1.2 高頻小信號(hào)放大電路分析.33.2 主要技術(shù)指標(biāo).63.3仿真結(jié)果與分析.10四、總結(jié)及體會(huì)12五、主要參考文獻(xiàn)13一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、主要內(nèi)容 根據(jù)高頻電子線路課程所學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)一個(gè)高頻小信號(hào)諧振放大器。通過在電路設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，掌握小信號(hào)諧振放大器的基本設(shè)計(jì)方法，加深對(duì)該門課程的理論知識(shí)的理解，提高電子實(shí)踐能力。2、基本要求 設(shè)計(jì)一個(gè)小信號(hào)諧振放大器，主要技術(shù)指

2、標(biāo)為： (1) 諧振頻率； (2) 諧振電壓放大倍數(shù)； (3) 通頻帶。二、總體方案小信號(hào)調(diào)諧放大器是各種電子設(shè)備、發(fā)射和接收機(jī)中廣泛應(yīng)用的一種電壓放大器。其主要特點(diǎn)是晶體管的輸入輸出回路（即負(fù)載）不是純電阻，而是由L、C元件組成的并聯(lián)諧振回路。小信號(hào)調(diào)諧放大器的類型很多，按調(diào)諧回路區(qū)分：有單調(diào)諧回路，雙調(diào)諧回路和參差調(diào)諧回路放大器。按晶體管連接方法區(qū)分：有共基極、共發(fā)射極和共集電極放大器。高頻小信號(hào)諧振放大器的作用、電路組成、及工作原理，與低頻小信號(hào)放大電路是基本一致的。不同的是：一是在高頻小信號(hào)諧振放大器中，所放大信號(hào)的頻率遠(yuǎn)比低頻放大電路信號(hào)頻率高；二是高頻小信號(hào)諧振放大器的頻寬是窄帶（

3、要求只放大某一中心頻率的載波信號(hào)）。因此，首先在電路組成上應(yīng)將低頻放大電路中的低頻三極管換成具有更高功率晶體管和LC并聯(lián)諧振回路。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.電路工作原理電路原理圖如圖1： 圖1高頻小信號(hào)諧振放大器multisim電路分析電路：（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2所示,帶寬BW=f2-f1= 2f0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=f0/2f0.7.圖2頻率特性曲線（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

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所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管小信號(hào)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(hào)，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L(zhǎng)C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(huì)影響放大器的輸出信號(hào)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 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(shí)的等效電路如圖4所示，晶體管的4

5、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。 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(cè)中給出了的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)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

6、諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，。通常小信號(hào)諧振放大器的下一級(jí)仍為晶體管諧振放大器，則將是下一級(jí)晶體管的輸入電導(dǎo)。由圖可見，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)的表達(dá)式為式中，為L(zhǎng)C回路本身的損耗電導(dǎo)。我們知道，無線通信接收設(shè)備的接收天線接收從空間傳來的電磁波并感應(yīng)出的高頻信號(hào)的電壓幅度是（V）到幾毫伏（mV），而接收電路中的檢波器（或鑒頻器）的輸入電壓的幅值要求較高，最好在1V左右。這就需要在檢波前進(jìn)行高頻放大和中頻放大。為此，我們就需要設(shè)計(jì)高頻小信號(hào)放大器，完成對(duì)天線所接受的微弱信號(hào)進(jìn)行選擇并放大，即從眾多的無線電波信號(hào)中，選出需要的頻率信號(hào)并加以放大，而對(duì)其它無用信號(hào)、干擾與噪聲進(jìn)行抑制，以提高信號(hào)的幅度與質(zhì)

7、量。2.主要技術(shù)指標(biāo) 圖5 小信號(hào)放大器分析電路如上圖圖5所示，輸入信號(hào)由高頻小信 號(hào)發(fā)生器提供，高頻電壓表，分別用于測(cè)量輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的值。直流毫安表mA用于測(cè)量放大器的集電極電流ic的值，示波器監(jiān)測(cè)負(fù)載RL兩端輸出波形。 表征高頻小信號(hào)諧振放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率f0，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(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。諧振放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下。(1)諧振頻率放大器的諧振回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率f0稱為諧振頻率。f0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

8、晶體管的輸出電容；為晶體管的輸入電容。諧振頻率f0的測(cè)試步驟是，首先使高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率為f0，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V2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(hào)發(fā)生器的輸出頻率。(2)電壓增益 放大器的諧振回路所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為諧振放大器的電壓增益.Avo的表達(dá)式為： Avo的測(cè)量電路如上圖所示，測(cè)量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)。Avo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

9、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)Avo的0.707倍時(shí)所對(duì)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)Avo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)Avo與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。通頻帶的測(cè)量電路如圖所示?？赏ㄟ^測(cè)量放大器的頻率特性曲線來求通頻帶。采用逐點(diǎn)法的測(cè)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(shí)的f0與Avo，然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率（保持Vs不變），并測(cè)出對(duì)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

10、特性曲線如圖4所示： 圖6放大器的頻率選擇性曲線 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yfe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，如上圖所示，矩形系數(shù)Kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即上式表明，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(hào)的能力越強(qiáng)?？梢酝ㄟ^測(cè)量諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數(shù)Kr0.1。(5)噪

11、聲系數(shù)信噪比：用來表示噪聲對(duì)信號(hào)的影響程度，電路中某處信號(hào)功率與噪聲功率之比稱為信噪比。信噪比大，表示信號(hào)功率大，噪聲功率小，信號(hào)受噪聲影響小，信號(hào)質(zhì)量好。噪聲系數(shù)：用來衡量放大器噪聲對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響程度，輸入信號(hào)的信噪比與輸出信號(hào)的信噪比的比值稱為噪聲系數(shù)。在多級(jí)放大器中，最前面一、二級(jí)對(duì)整個(gè)放大器的噪聲起決定性作用，因此要求它們的噪聲系數(shù)盡量接近1。3.電路仿真按要求所做 multisim仿真圖如圖5。打開multisim軟件，連接電路。無信號(hào)接入時(shí)測(cè)量，靜態(tài)工作點(diǎn)電壓如下圖：R3有效比例25%接入信號(hào)發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，通過調(diào)節(jié)C4大小來使諧振頻率在4MHz左右，C4=160

12、pF。利用儀器測(cè)得各指標(biāo)如下：Vo=13.96v；Vi=5.485mv。Avo=68dB。示波器波形如下：.有掃頻儀（波特圖示儀）得出放大器的頻率選擇性曲線圖如下：由圖可知通頻帶BW= 得BW=5.099-3.193=1.960MHz。根據(jù)圖 可以知道fh與fl取對(duì)應(yīng)值時(shí)，Ao分別取39.344和38.292（由于分辨率問題），誤差定在允許范圍里，仿真測(cè)量所得數(shù)據(jù)符合要求。在誤差允許范圍內(nèi)，中心頻率的理論值與實(shí)際值基本一致，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)與理論值有一定的差距。分析設(shè)計(jì)總結(jié)導(dǎo)致誤差的原因如下：（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)稱值存在

13、一些差異，并且電阻電容的標(biāo)稱值也有一定的誤差。如：通過計(jì)算RB2要買18k的電阻，市場(chǎng)里沒有就只好算個(gè)范圍買個(gè)20k的，而買回來測(cè)只有19k多點(diǎn)。（2）晶體管數(shù)據(jù)為查表所得，而由于分布參數(shù)的影響，晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般都是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)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(cè)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(cè)量值存在誤差的同時(shí)，放大倍數(shù)的測(cè)量值也會(huì)產(chǎn)生誤差。這屬于系統(tǒng)誤差，也許可以通過使用別的電路可以減小誤差。四、總結(jié)及體會(huì)這次高頻電子線路課程設(shè)計(jì)時(shí)間雖然很短暫，但是讓我又一次重新溫習(xí)了大三所學(xué)過的高頻課程的主要內(nèi)容，整個(gè)的知識(shí)體系。在課程設(shè)計(jì)過程中，我特別的學(xué)習(xí)和研究了高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法，掌握高頻單調(diào)諧放大器的等效電路、性能指標(biāo)要求及分析設(shè)計(jì)，掌握中心頻率和電壓增益的測(cè)試方法。在實(shí)施課程設(shè)計(jì)的過程中我加深了對(duì)Multisim軟件的使用，電路圖的繪制以及仿真測(cè)試。在設(shè)計(jì)過程中也會(huì)遇到很多問題，通過自己查閱資料和同組同學(xué)相互探討，克服困難。最終，順利的完成了課程設(shè)計(jì)。五、主要參考