高頻小信諧振號(hào)放大器

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 課程名稱 高頻電子線路 系 別： 工程技術(shù)系 專業(yè)班級(jí)： 電子信息工程0901 學(xué) 號(hào)： 0912070145 成 員： 孫 龍 課程題目： 高頻小信號(hào)諧振放大器設(shè)計(jì) 完成日期： 2011.12.16 指導(dǎo)老師： 薛 凱 凱 2011年12月16日 課 程 設(shè) 計(jì) 目 的1、學(xué)習(xí)高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法 2、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)3、掌握中心頻率和電壓增益的測(cè)試方法4、通過設(shè)計(jì)熟練各種仿真軟件，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力課 程 設(shè) 計(jì) 要 求1、根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)；2、 繪出pcb原理圖，并用multi

2、sim仿真；3、在萬能板或面包板或PCB板上制作出電路；4、分析設(shè)計(jì)中遇到的問題并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 設(shè) 計(jì) 注 意 事 項(xiàng) 1、元件參數(shù)的選擇2、元件的等效替換3、系統(tǒng)頻率的失真4、設(shè)計(jì)電路的布局5、電路板的調(diào)試課 程 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容高頻小信號(hào)諧振放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號(hào)放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，從信號(hào)所含頻譜來看，輸入信號(hào)頻譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的。課 程 設(shè) 計(jì) 簡(jiǎn) 要 操 作 步 驟 1、確定電路的形式2、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)3、計(jì)算諧振回路的參數(shù)4、確定輸入耦合回路及高頻濾波電容5、電路的安裝及調(diào)

3、試6、反復(fù)檢驗(yàn)，尋找問題，解決問題7、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)8、完成實(shí)驗(yàn)課 程 設(shè) 計(jì) 心 得 體 會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)過程中最深刻的感觸是光有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須懂一些實(shí)踐中的知識(shí)，比如，元器件的參數(shù)在設(shè)置時(shí)盡量選擇與標(biāo)稱值相等或相近的（如電阻和電容值的選擇）；元器件的等效替換（實(shí)際電路板上，我們使用中周代替變壓器調(diào)諧）；電路板的調(diào)試。實(shí)踐中，我們應(yīng)將課堂所學(xué)與實(shí)驗(yàn)課結(jié)合起來，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際動(dòng)手能力。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。總而言之，課程設(shè)計(jì)在我們努力下基本達(dá)到了預(yù)期目的，所制的產(chǎn)品在功能上基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求

4、，而且在工藝上也已經(jīng)盡可能的做到了經(jīng)濟(jì)，美觀。在制作中遇到的一些問題，雖然盡大家的能力解決了一些，但還是存在一些缺陷，望老師及讀者諒解。課 程 設(shè) 計(jì) 評(píng) 語 及 成 績(jī)?cè)u(píng) 語成 績(jī)指導(dǎo)教師年 月 日目 錄一、概述1二、總體方案12.1設(shè)計(jì)要求12.2 總體方案簡(jiǎn)述2三、電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)23.1 電路基本原理23.2主要性能指標(biāo)及測(cè)量方法3四、電路的仿真與調(diào)試64.1仿真電路圖64.2電路的調(diào)測(cè)64.3電壓增益84.4通頻帶8五、總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附件11高頻小信諧振號(hào)放大器一、簡(jiǎn)述高頻小信號(hào)放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號(hào)放大器

5、的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，從信號(hào)所含頻譜來看，輸入信號(hào)頻譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的。高頻小信號(hào)放大器的分類：按元器件分為：晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器、集成電路放大器;按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器;按電路形式分為：?jiǎn)渭?jí)放大器、多級(jí)放大器;按負(fù)載性質(zhì)分為：諧振放大器、非諧振放大器;其中高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)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(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號(hào)是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號(hào)放大器理論非常簡(jiǎn)單，但實(shí)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(shí)頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，

6、以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級(jí)的阻抗匹配。二、總體方案2.1 設(shè)計(jì)要求已知條件：電源電壓Vcc=+12V，負(fù)載電阻RL=1K，高頻三極管9013。主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率f0=2MHz，電壓增益Au40dB，通頻帶B0.1MHz。課程設(shè)計(jì)要求：要求有課程設(shè)計(jì)說明書，并制作出實(shí)際電路。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量高頻信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)示波器1臺(tái)數(shù)字萬用表1臺(tái)12V直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)2.2 總體方案簡(jiǎn)述高頻小信號(hào)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(hào)。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

7、，它是以各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的基本要求是：（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-1所示,帶寬B=f2-f1=2f0.7，品質(zhì)因數(shù) Q=f02f0.7 .（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(fù)反饋可以改善放大器的性能。（4）阻抗匹配。三、 電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)3.1 電路基本原理圖3-1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。它不僅要放大高頻信號(hào)，而且

8、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3-13.2主要性能指標(biāo)及測(cè)量方法3.2.1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：f0=12LC式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；C為諧路的總電容，C的表達(dá)式為：C=C+p12Coe+p22Cie 式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie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

9、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?。ó?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。3.2.2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=-VoVi=-p1p2yfeg=-p1p2yfep12goe+p22gie2+GoAvo的測(cè)量電路如圖3-2-1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：Avo=VoVi或Avo=20lgVoVidB3.2.3通頻帶由于

10、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：B=2f0.7=f0QL式中，QL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：AvoB=|yfe|2C上式說明，當(dāng)晶體管yfe確定，且回路總電容C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3-2-1所示。可通過測(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Av

11、o，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，所以放大器的頻率特性曲線如圖3-3-2所示： 圖3-2-2由BW得表達(dá)式可知：B=f2-f1=2f0.7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yfo較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少調(diào)諧回路的總電容量。3.2.4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(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即Kr

12、0.1=2f0.12f0.7=2f0.1B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)量圖3-2-2所示的諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數(shù)Kr0.1。四、電路的仿真與調(diào)試4.1仿真電路圖圖6仿真電路圖4.2電路的調(diào)測(cè)仿真條件：輸入高頻信號(hào)頻率fo=2MHz,幅度（峰-峰值）10mV。示波器的調(diào)節(jié)如圖7所示：圖7 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出圖8頻率計(jì)數(shù)器結(jié)果結(jié)果顯示：A通道為輸出波形，B通道為輸入波形。圖9示波器輸出結(jié)果4.3電壓增益由圖可知，輸入U(xiǎn)i=10mV，輸出為U0=1V，由示波器可知二者的輸出波形反向。放大倍數(shù)為： Avo=20lg（U

13、o/Ui）=4040, 諧振頻率fo=2MHz。4.4通頻帶調(diào)整輸入信號(hào)頻率使輸出幅度為0.7Uomax。4.4.1fl的測(cè)量：此時(shí)，由頻率計(jì)數(shù)器可知fl=1.695MHz；4.4.2fh的測(cè)量：此時(shí)由頻率計(jì)數(shù)器可知fh=2.305MHz；根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)可得BW0.7=fh-fl=0.61MHZ>100KhZ 滿足要求。五、總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)過程中最深刻的感觸是光有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須懂一些實(shí)踐中的知識(shí)，比如，元器件的參數(shù)在設(shè)置時(shí)盡量選擇與標(biāo)稱值相等或相近的（如電阻和電容值的選擇）；元器件的等效替換（實(shí)際電路板上，我們使用中周代替變壓器調(diào)諧）；電路板的調(diào)試。實(shí)踐中，我們應(yīng)將課堂所學(xué)與實(shí)驗(yàn)課結(jié)合起來，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際動(dòng)手能力。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?，課程設(shè)計(jì)在我們努力下基本達(dá)到了預(yù)期目的，所制的產(chǎn)品在功能上基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且在工藝上也已經(jīng)盡可能的做到了經(jīng)濟(jì)，美