高頻小信號(hào)放大器Multisim仿真與分析報(bào)告文案

1、. . . . 高頻電子線路討論課報(bào)告高頻小信號(hào)放大器 小組編號(hào): 組 長: 小組成員:教 務(wù) 處2015年 9月目錄第一章 高頻小信號(hào)放大器簡介31.1高頻小信號(hào)放大器31.2高頻小信號(hào)放大器質(zhì)量指標(biāo)3第二章 Multisim簡介4第三章 Multisim仿真電路5第四章 Multisim仿真分析64.1放大器輸出64.2選頻特性分析84.3增益特性分析1011 / 11第一章 高頻小信號(hào)放大器簡介1.1高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)放大器指的是將頻率高、幅度小的包含我們需要信息的信號(hào)進(jìn)行幅度放大，以便以后的信號(hào)處理。高頻小信號(hào)放大器應(yīng)用廣泛，在無線通信接受時(shí)進(jìn)行前端放大，在信號(hào)處理過程中進(jìn)行信

2、號(hào)的放大等等。圖1-1 高頻小信號(hào)放大器應(yīng)用1.2高頻小信號(hào)放大器質(zhì)量指標(biāo)高頻小信號(hào)放大器除了具有對(duì)小信號(hào)幅度放大的作用，還具有功率放大的功能和選頻特性，從而達(dá)到抑制噪聲和對(duì)包含信息信號(hào)選擇的效果。所以，高頻小信號(hào)放大器的質(zhì)量指標(biāo)就有幅度增益Av、功率增益Ap、通頻帶2f0.7和選擇性Kr0.1。幅度增益Av=vo/vi功率增益Ap=Po/Pi矩形系數(shù)Kr0.1。=2f0.7/2f0.1圖1-2 理想濾波器其中幅度增益反映了幅度放大特性，功率增益反映了功率放大特性，通頻帶表示了我們的放大器選擇通過的頻帶帶寬。選擇性則表示了和理想濾波器的逼近程度，即選擇通過性能的好壞。矩形系數(shù)Kr=1時(shí)為理想濾

3、波器，所以我們希望Kr1。第二章 Multisim簡介Multisim是美國國家儀器（NI）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)，和測(cè)試

4、這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點(diǎn)就是：計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器對(duì)教員的教學(xué)也是一個(gè)很好的提高和促進(jìn)。我們通過這次用Multisim對(duì)高頻小信號(hào)放大器的仿真，更加深刻理解了課上所學(xué)的容，也提起了我們對(duì)課程的興趣，讓我們認(rèn)識(shí)到了實(shí)際和理論的差距，收獲了很多。第三章 Multisim仿真電路圖3-1 單調(diào)諧回路放大器電路圖3-2 仿真電路第四章 Multisim仿真分析開

5、始的時(shí)候，我們的選頻回路選擇的30pF和34uH構(gòu)成的諧振回路，此時(shí)理論上中心頻率為5MHz左右，參數(shù)如圖3-1所示，這時(shí)通過波特圖計(jì)算矩形系數(shù)達(dá)到35以上，此時(shí)選擇性太差，于是我們通過查詢，選擇了最終的100pF和3uH的諧振回路，這時(shí)矩形系數(shù)為13，中心頻率在9.2MHz左右，滿足我們仿真要求。4.1放大器輸出圖4-1 放大器輸出波形如圖4-1所示，當(dāng)我們輸入頻率為9.2MHz、峰峰值為28mv的高頻小信號(hào)（圖中紅色波形）時(shí)，輸出為一個(gè)同頻同相的正弦信號(hào)（圖中綠色波形），通過計(jì)算其幅度增益約為81.5，即38.2dB。通過交流信號(hào)分析工具，我們得到了其幅度增益和相位隨輸入信號(hào)頻率而變化的曲

6、線，如圖4-2所示。圖4-2 交流小信號(hào)分析從圖中可以看出我們高頻小信號(hào)放大器的幅度放大曲線是先增高至峰值再降低的，這也印證了我們高頻小信號(hào)放大器的選頻特性。圖4-3 瞬態(tài)分析另外我們利用瞬態(tài)分析工具獲得了電路起始時(shí)候的波形輸出特性，它是由小信號(hào)開始逐漸幅度增大并且迅速穩(wěn)定的一個(gè)過程。4.2選頻特性分析利用波特計(jì)我們可以輕松得到高頻小信號(hào)放大器的波特圖，如圖4-3所示。圖4-4 波特圖從波特圖中我們可以測(cè)得，我們所設(shè)計(jì)的高頻小信號(hào)放大器其實(shí)際的中心頻率（即增益最大時(shí)的頻率）為8.919MHz，但是由于其精度不高，我們又用結(jié)點(diǎn)測(cè)試的方法找到了增益更大的中心頻率為9.07MHz，這與我們的計(jì)算有著

7、一定的差距，說明我們的理論計(jì)算并不能完全反應(yīng)實(shí)際情況，但卻給了我們一個(gè)重要的參考。從結(jié)點(diǎn)測(cè)量中中我們也讀出了f0.1和f0.7所對(duì)應(yīng)的頻率值，得到了同頻帶為0.2MHz左右，矩形系數(shù)為13.7，這也說明了和我們理想計(jì)算時(shí)的9.95有一定差距。接著，我們利用頻譜分析工具結(jié)合示波器看到了選頻特性的具體體現(xiàn)。圖4-5 含有4MHz和8.9MHz的輸入信號(hào)放大結(jié)果從圖4-5中可以看出，當(dāng)我們?cè)谳斎攵嘶烊肓穗x通頻帶較遠(yuǎn)的小信號(hào)時(shí)，我們的高頻小信號(hào)放大器同樣能夠很好地將我們需要的信號(hào)進(jìn)行放大而抑制其他混入的信號(hào)，輸出波形仍未標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。但當(dāng)混入信號(hào)的頻率接近通帶頻率時(shí)，單調(diào)諧放大器的選擇性不足就凸顯了出

8、來，產(chǎn)生了較大的失真，從頻域中看，我們也看到了雖然放大幅度不大但足以影響我們信號(hào)的頻譜成分，如圖4-6所示。（a）混入8MHz信號(hào)的輸入輸出波形（b）頻譜圖圖4-6 混入接近通頻帶信號(hào)時(shí)的圖形解決單調(diào)諧回路放大器的選擇性不強(qiáng)的方法就是選擇雙調(diào)諧回路諧振放大器，這時(shí)矩形系數(shù)會(huì)由減小至，大大提高了諧振回路的選擇性。4.3增益特性分析通過波特圖我們就可以得到高頻小信號(hào)放大器的增益特性和輸入頻率之間的關(guān)系。但我們并不能直觀察覺到增益的差別，這讓我們對(duì)其通頻帶產(chǎn)生了懷疑，于是我們利用結(jié)點(diǎn)測(cè)量的方法得到了的幅度增益表和功率增益表，我們看到頻率的變化對(duì)幅度增益和功率增益的影響非常大。（a）幅度增益表（b）功

9、率增益表表4-1 通帶增益表由這兩個(gè)表我們畫出了兩種情況下的增益曲線，如下圖所示。（a）幅度增益圖 （b）功率增益圖圖4-7 增益圖從圖中可以看出，相對(duì)于通頻帶來說，其他頻率成分的增益變化是比較快的，在中心頻率周圍其增益還是有一定變化的，當(dāng)偏離中心頻率時(shí)，增益會(huì)有一定下降，當(dāng)在通頻帶圍外時(shí)，其下降也并非我們想象的那么快，這讓我們懷疑了放大器的性能。但通過討論，我們認(rèn)為，在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際的信號(hào)都是具有某一帶寬的信號(hào)，尤其在加入了各種噪聲和干擾后，其頻帶對(duì)于我們的通頻帶而言幾乎無限長，畢竟我們的高頻小信號(hào)放大器作用是放大而并非濾波，在前置濾波器之后我們對(duì)信號(hào)的放大是我們所關(guān)心的那一部分具有較大增益即可，對(duì)于寬頻帶噪聲產(chǎn)生一定抑制作用而并非放大，這樣相對(duì)于我們放大后的信號(hào)來說，它們即可忽略，這樣就達(dá)到了我們的目的。對(duì)于通頻帶外下降不夠迅速則是因?yàn)閱握{(diào)諧回路的矩形系數(shù)太大造成的。所以，這時(shí)候通頻帶的增益變化并非主要矛盾，而減小矩形系數(shù)則是我們高頻小信號(hào)放大器的關(guān)鍵。圖4-8 寄生調(diào)幅的產(chǎn)