丙類(lèi)倍頻器說(shuō)明書(shū)

學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院蘇學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：張松華職稱(chēng)副教授專(zhuān)班學(xué)業(yè)：級(jí)：號(hào)：電子信息工程電子1402完成時(shí)間：2016年12月內(nèi)容及任務(wù)12VV，f12MHz075%主要參考資料教研室意見(jiàn)摘要采用一些簡(jiǎn)單的電子元件組合而成，即它是由放大電路和諧振回路組成。利用三極管的放大作用和LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，選出合適的頻率信號(hào)，并且調(diào)諧在三次諧波頻率上，對(duì)于無(wú)用的頻率信號(hào)進(jìn)行濾除，減少失真。設(shè)計(jì)過(guò)程中，先在Multisim12電路仿真軟件上進(jìn)行了電路仿真，然后結(jié)合調(diào)試結(jié)果，輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)的三倍，且輸出功率大于500mW，集電極效率大于75%，并且電路工作在丙類(lèi)狀態(tài)，說(shuō)明設(shè)計(jì)成功。關(guān)鍵詞：丙類(lèi)倍頻器；LC諧振回路；S9018目錄1緒論.............................................................1設(shè)計(jì)課題的研究意義...........................................1設(shè)計(jì)課題任務(wù)及要求說(shuō)明.......................................1方案介紹.....................................................1主要性能指標(biāo).................................................2工作原理說(shuō)明.................................................22丙類(lèi)倍頻器電路的設(shè)計(jì).............................................3丙類(lèi)倍頻器的原理分析及總電路框圖.............................3丙類(lèi)倍頻器的單元電路分析及參數(shù)計(jì)算...........................53丙類(lèi)倍頻器的仿真.................................................6Multisim仿真軟件簡(jiǎn)介........................................6仿真電路的建立...............................................6仿真結(jié)果分析.................................................74丙類(lèi)倍頻器的結(jié)果及誤差分析.......................................8實(shí)物操作說(shuō)明.................................................8調(diào)試數(shù)據(jù).....................................................8誤差分析.....................................................8設(shè)計(jì)結(jié)論.....................................................85設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)...................................................9參考文獻(xiàn)............................................................9致謝...............................................................10附錄...............................................................11附錄A電路原理圖和PCB圖.....................................11附錄B電路實(shí)物圖.............................................11附錄C元器件清單.............................................111設(shè)計(jì)課題的研究意義在無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)、頻率合成器等電子設(shè)備中的中間級(jí),常需要通過(guò)倍頻器使統(tǒng)中還可以擴(kuò)大頻偏。采用倍頻器一是可以降低電子設(shè)備的主振頻率,對(duì)提高設(shè)備的頻率穩(wěn)定度有5MHz。因此,當(dāng)發(fā)射機(jī)頻率高于5MHZ時(shí),通常采用倍頻器。二是在通信機(jī)的主振器工作工作在～3)MHz,在其后采用放大倍頻級(jí),該級(jí)在波段開(kāi)關(guān)控制下,既能工作在放大狀態(tài),又能工作在二倍頻或四倍頻狀態(tài)。這樣,隨波段開(kāi)關(guān)的改變,發(fā)射機(jī)輸出級(jí)就可獲得～3)MK(3～6)MK和(6～12)ＭＨＺ三個(gè)波段的輸出。三是在調(diào)頻和調(diào)相發(fā)射機(jī)中,采用倍頻器可加大頻移或相移,即可加深調(diào)制深度。放大器工作原理的丙類(lèi)倍頻器，效率高、失真小。本課題將就丙類(lèi)倍頻器的工作原理、參數(shù)計(jì)算、元件選取、電路仿真、電路調(diào)試等做詳細(xì)的介紹和說(shuō)明。設(shè)計(jì)課題任務(wù)及要求說(shuō)明（一）設(shè)計(jì)任務(wù)V12VP500mWO提供電源電壓，設(shè)計(jì)一個(gè)輸出功率，利用示波器產(chǎn)生一個(gè)輸出頻率f12MHz，效率的丙類(lèi)倍頻器。75%0（二）設(shè)計(jì)要求制作實(shí)際電路和仿真電路并成功調(diào)試。方案介紹丙類(lèi)倍頻器設(shè)計(jì)是利用晶體管的非線(xiàn)性電阻效應(yīng)，基于丙類(lèi)放大器工作原理。丙類(lèi)放大器晶體管集電級(jí)電流脈沖中含有豐富的諧波分量，如果集電極調(diào)諧回路諧振在二次或三次諧波頻率上，放大器就主要有二次或三次諧波電壓輸出。這樣丙類(lèi)放大器就成了二倍頻器或三倍頻器。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，需圖1主要性能指標(biāo)（一）變頻增益三倍頻器輸出電壓振幅Vim與高頻輸入信號(hào)電壓振幅Vsm壓增益或變頻放大倍數(shù)，表示如下：變頻電壓增益另一種表示方法為顯然，變頻增益更高高對(duì)提高接收機(jī)的靈敏度有利。（二）失真和干擾互相調(diào)制、阻塞和易倒混頻干擾。這些是三倍頻器產(chǎn)生的特有干擾。（三）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。（四）噪聲系數(shù)求很好的選擇所用器件和工作點(diǎn)電流。工作原理說(shuō)明丙類(lèi)倍頻器與丙類(lèi)諧振功率放大器的工作原理基本相同。在于丙類(lèi)倍頻器的集電極諧振回路是對(duì)輸入頻率f的n倍頻諧對(duì)f中的n次諧振通過(guò)諧振回路獲得最大電壓，而基波不同之處ic和其它諧波被濾除。本次設(shè)計(jì)的三倍頻器的諧振回路的f為3f，所以，io回路可以選出三次諧波、輸出頻率為3f的電壓信號(hào)，并濾除基波和其它i諧波信號(hào)。2丙類(lèi)倍頻器電路的設(shè)計(jì)丙類(lèi)倍頻器的原理分析及總電路框圖丙類(lèi)倍頻器與丙類(lèi)諧振功率放大器的工作原理基本相同，只是在輸為輸入頻率的倍頻。如圖2所示，基極電路的電壓有以下關(guān)系：vvVVcoswtVb參看圖3，可知ic為：igVcoswtVV),VcoswtVVcc集電極電流流通角滿(mǎn)足：c因而有：VVVc將式（3）代入式（2）得：igV2πcccc集電極電流i的最大值為：cigV1cos)ccc利用傅里葉級(jí)數(shù)分解，i可表示為：cwt）（）（）IIiIcIc1CCm0cCm1cCmncc和兩個(gè)參數(shù)確定。由圖3可以看出，iIcc1中集電極經(jīng)過(guò)LC諧振回路接到VCC，，若諧振回路在功放工作時(shí)諧振于某諧波頻率，因而諧振回路對(duì)諧波的正弦電壓，諧振功率放大器就成了倍頻器。圖2圖3圖4倍頻器的集電極效率可表示為：12()1g()nc()2cnc(7)0c式中n為倍數(shù)，從式(7)可知需適當(dāng)選取的值，使也盡可能大，不同的倍cnc頻次數(shù)最佳流通角也是不同的。最佳值可用120/n計(jì)算。0c由余弦脈沖分解系數(shù)可知，無(wú)論導(dǎo)通角為何值，均小于，即在其他n1數(shù)n的增大而迅速降低。為了提高倍頻器的輸出功率和效率，要選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通角。由圖4可得，該電路最佳導(dǎo)通角為40°?？傠娐房驁D如圖5所示：圖5丙類(lèi)倍頻器的單元電路分析及參數(shù)計(jì)算小信號(hào)放大電路電流、功率均放大。從圖6晶體管進(jìn)行信號(hào)放大。三極管選用了放大倍數(shù)在100-200倍之間的BC547A，在實(shí)物制作時(shí)用了差不多放大倍數(shù)的S9018。R、R和可調(diào)電阻串聯(lián)的射極電23阻決定了晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。而且改變的大小可以改變放大器的增益，實(shí)現(xiàn)電阻可調(diào)，靜態(tài)工作點(diǎn)可調(diào)，使三極管工作在放大區(qū)。電路如圖6所示；圖6單元電路元器件參數(shù)說(shuō)明：6的基極電路的直流供電電路進(jìn)行變換并簡(jiǎn)化。如圖7所示；圖7RR?R在圖7中，VV?RV12V2，12，RRRRB1212根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，取R2=,R3=，為使靜態(tài)工作點(diǎn)可調(diào)，加入可調(diào)電阻R4，所得到VVBB的和C3L1=10mH,C3=47μF。不能太低，又要使三極管工作在非線(xiàn)性區(qū)，故選1V。諧振回路路它具有選擇信號(hào)及阻抗變換，兩個(gè)或更多個(gè)諧振回路串聯(lián)可以構(gòu)成帶通濾波f。本次課題仿真設(shè)計(jì)選用LC并聯(lián)012器。并聯(lián)諧振回路的諧振頻率為：諧振回路，但在考慮到LC回路在現(xiàn)實(shí)中不方便調(diào)諧，故而實(shí)物制作時(shí)我們選用了10MHz的中周代替。電路如圖8所示；圖8單元元器件參數(shù)說(shuō)明：由于要選出三倍頻，RC回路的振蕩頻率為3w,故113wl，lc3wc3?f（8）為12MHz。電容C4的目的是隔直通交,所以選取C4=47uf。3丙類(lèi)倍頻器的仿真Multisim仿真軟件簡(jiǎn)介Multisim是一個(gè)完成原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。它的有較先進(jìn)的電路分析功能，可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)所有數(shù)據(jù)。它具有以下突出的特點(diǎn)：(1)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；(2)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件，可以完成各種類(lèi)型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)；(3)可以方便的對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析；(4)可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)、曲線(xiàn)和電路原理圖；(5)實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，種類(lèi)和數(shù)量不受限制，速度快，效率高；(6)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可直接在產(chǎn)品中使用。仿真電路的建立使用Multisim4MHz12MHz的丙類(lèi)倍頻電路。根據(jù)丙類(lèi)倍頻器電路原理，在Multisim軟件平臺(tái)選取相應(yīng)的元器件，并選好參數(shù)。設(shè)計(jì)的仿真原理圖如圖9所示：圖9仿真結(jié)果分析L2和電容C5均設(shè)計(jì)為可調(diào)的電感電容。在仿真過(guò)程中，改變可調(diào)電容的大小，觀(guān)察頻譜儀XSC1使輸出信號(hào)頻率的最大值在12MHzV1為4MHz算L2和C5構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路應(yīng)調(diào)諧在三倍頻12MHz。因?yàn)樽罴褜?dǎo)通角40，所以有cos0.766，（）0.147，（）。0.1650cc0c3c選用的三極管BC547A的參數(shù)f300zf4MHz時(shí)計(jì)算的電流放大Tbf倍數(shù)為T(mén)fb量得知，仿真輸入波形的周期為，如圖10所示；輸出波形的周期為，如圖11V1.4V,假設(shè)基極體電阻r20Ω，所以：'V1-bm）（9）(10)(11)Ibm.38cr'bbII1228.5mA1.228AmII0.2026Ac33因?yàn)閁5.5V，所以:1PIUW500mW(12)2Oc3cm（）1UV（13）??75%3（）2c0由此可知，設(shè)計(jì)的丙類(lèi)倍頻器可以進(jìn)行三倍頻，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖10圖114丙類(lèi)倍頻器的結(jié)果及誤差分析實(shí)物操作說(shuō)明頻信號(hào)，接入輸入端J1，使用直流穩(wěn)壓源提供+12V電壓接J3端口，示波器接電路的輸出端J4，觀(guān)察波形和頻率。調(diào)試數(shù)據(jù)R4時(shí)基極電壓為4V左右。此時(shí)觀(guān)察示波器，輸入信號(hào)為正弦波，頻率約為，如圖12所示；輸出波形如圖13所示：圖圖誤差分析VVcc設(shè)計(jì)要求中，要求提供電源電壓P500mW，設(shè)計(jì)一個(gè)輸出功率，利用波形發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)輸出頻率f12MHz，效率的75%O0丙類(lèi)倍頻器。因?yàn)閷?shí)際電路使用的是10MHz的中周，當(dāng)輸入為，輸出約為，存在誤差。分析導(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。實(shí)際買(mǎi)來(lái)的電阻、電容與仿真要求的值有也差異。(2)性能指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量方法存在一定的誤差。在調(diào)試過(guò)程中，我們通過(guò)直不穩(wěn)定。從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。(3)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的老化等也會(huì)導(dǎo)致電路調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)誤差。設(shè)計(jì)結(jié)論P(yáng)500mW類(lèi)倍頻器，輸出功率當(dāng)輸入信號(hào)為f=，輸出信號(hào)。i75%Of約為10MHzo夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。5設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)較簡(jiǎn)單的課題，但對(duì)于初次接觸高頻課程設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。丙類(lèi)倍頻器的工作原理也有一定的分析和研究。丙類(lèi)倍頻器主要由兩部分組成，放大器的基礎(chǔ)上，通過(guò)諧振回路選出合適的諧波分量。牢固了。不僅如此，也學(xué)