高頻小信號諧振放大器第二個

東北石油大學(xué)課程設(shè)計課程課程高頻電子線路題目小信號調(diào)諧放大器院系電子科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師2012年大慶石油學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程高頻電子線路題目小信號諧振放大器設(shè)計專業(yè)電子信息工程姓名學(xué)號主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等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)計一個小信號諧振放大器。通過在電路設(shè)計、安裝和調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，掌握小信號諧振放大器的基本設(shè)計方法，加深對該門課程的理論知識的理解，提高電子實踐能力。2、基本要求設(shè)計一個小信號諧振放大器，主要技術(shù)指標為：(1)諧振頻率；(2)諧振電壓放大倍數(shù)；(3)通頻帶；(4)矩形系數(shù)。3、主要參考資料[1]陽昌漢.高頻電子線路.哈爾濱：高等教育出版社，2006.[2]張肅文，陸兆雄.高頻電子線路(第三版).北京：高等教育出版社，1993.[3]謝自美.電子線路設(shè)計·實驗·測試.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.[4]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2002.完成期限2月20日-2月24日指導(dǎo)教師專業(yè)負責(zé)人2012年2月17日一、電路基本原理1．高頻小信號諧振放大器的功能高頻小信號放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路。所謂高頻，是指被放大信號的頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。由于頻率太高，放大器的晶體管的極間電容的作用不能忽略。小信號是指放大器輸入信號小，可以認為放大器的晶體管是在線性范圍內(nèi)工作，這樣就可以將晶體管看成為線性元件，分析電路時可將其等效為二端口網(wǎng)絡(luò)。高頻小信號放大器的功能是實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大。2．電路基本原理高頻小信號諧振放大器的作用、電路組成、及工作原理，與低頻小信號放大電路是基本一致的。不同的是：一是在高頻小信號諧振放大器中，所放大信號的頻率遠比低頻放大電路信號頻率高；二是高頻小信號諧振放大器的頻寬是窄帶（要求只放大某一中心頻率的載波信號）。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截止頻率的高頻三極管，將集電極負載換成了LC選頻網(wǎng)絡(luò)；再是在電路分析與設(shè)計中，應(yīng)重點考慮電路的高頻特性與選頻特性。高頻小信號諧振放大器的核心元件是高頻小功率晶體管和LC并聯(lián)諧振回路。高頻小信號放大器的基本要求：（1）增益要高，即放大倍數(shù)要大。（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強，通常用Q值來表示，其頻率特性曲線如下圖所示,帶寬BW=f2-f1=2Δf0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=fo/2Δf0.7.（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，加入負反饋可以改善放大器的性能。前后級之間的阻抗匹配，即把各級聯(lián)接起來之后仍有較大的增益，同時，各級之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。二、設(shè)計方案1.電路原理圖下圖所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管小信號調(diào)諧回路諧振放大器。其等效電路如下圖。本電路不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負載為LC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)會影響放大器的輸出信號的頻率或相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RB1和RB2以及RE決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。諧振放大器的電路諧振放大器電路的等效電路2.小信號放大器電路3.參數(shù)的選擇按照電路原理圖，先調(diào)靜態(tài)工作點，由于設(shè)計要求中心頻率，通頻帶，矩形系數(shù)，電壓增益，且電壓增益不是很大，選用晶體管在性能上可以滿足需要。晶體管選定后，根據(jù)高頻小信號諧振放大器應(yīng)工作于線性區(qū)，且在滿足電壓增益要求的前提下，應(yīng)盡量小些以減小靜態(tài)功率損耗。值得注意的是，變化會引起Y參數(shù)的變化。這里采用等于1mA進行計算，看是否能滿足增益的需要，否則將進行調(diào)整。然后再調(diào)諧振回路。(1)按照電路原理圖連接器件將器件用連接器連好，按下開關(guān)J2，接通12V電源，此時LED1點亮。(2)調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點在不加輸入信號（即ui=0），將測試點接地，用萬用表直流電壓檔（20V檔）測量電阻RA4的電壓，調(diào)整可調(diào)電阻WA1，使uEQ=2.25V（IE=1.5mA），記下此時的uBQ，uCEQ，uEQ及IEQ值。

(3)調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在6.5MHz方法是用BT-3頻率特性測試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信號輸入端TTA1及測試端TTA2，通過調(diào)節(jié)y軸，放大器的“增益”旋紐和“輸出衰減”旋紐于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率度盤，使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振特性曲線”，根據(jù)頻標指示用絕緣起子慢慢旋動變壓器的磁芯，使中心頻率f0=6.5MHz所對應(yīng)的幅值最大。如果沒有頻率特性測試儀，也可用示波器來觀察調(diào)諧過程，方法是：在TTA1處用高頻信號發(fā)生器注入頻率為6.5MHz，大小為25mV的信號，用示波器探頭在TTA2處測試（在示波器上看到的是正弦波），調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即調(diào)好后，磁芯不論往上或往下，波形幅度都減?。?4)測量電壓增益AV0用頻率特性測試儀測AV0.在測量前，先要對測試儀的y軸放大器進行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和“y軸增益“旋紐，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時的高度和此時“輸出衰減”的讀數(shù)N1dB，然后接入被測放大器，在保持y軸增益不變的前提下，改變掃頻信號的“輸出衰減”旋紐，使諧振曲線清晰可見。記下此時的“輸出衰減”的值N2dB，則電壓增益為AV0=（N2-N1）dB或者在TTA1處用高頻信號發(fā)生器注入頻率為6.5MHz，大小為25mV的信號,使調(diào)諧回路處于諧振狀態(tài)，用高頻毫伏表測量RL(RAS)兩端的電壓uo,并利用式來計算AV0.若用示波器測，則為輸出信號的大小比輸入信號的大小之比。如果AV0較小，可以通過調(diào)靜態(tài)工作點來解決（即IE增大）。

(5)測量通頻帶BW用掃頻儀測量BW先調(diào)節(jié)“頻率偏移”（掃頻寬度）旋紐，使相鄰兩個頻標在橫軸上占有適當(dāng)?shù)母駭?shù)，然后接入被測放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y軸增益，使諧振特性曲線在縱軸占有一定高度，測出其曲線下降3dB處兩對稱點在橫軸上占有的寬度，根據(jù)內(nèi)頻標就可以近似算出放大器的通頻帶BW=B0.7=100kHz×（寬度）或者利用描點法來測量。(6)測量放大器的選擇性放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1表示。用同樣的方法測出B0.1即可。由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項技術(shù)指標滿足設(shè)計要求

后的文件參數(shù)值與設(shè)計計算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時要反復(fù)仔細調(diào)整才能使

諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好。(7)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性主要是晶體管內(nèi)反饋的影響。在高頻調(diào)諧放大器中，由于晶體體管集電結(jié)電容的內(nèi)部反饋，形成了放大器的輸出電路與輸入電路之間的相互影響。它使高頻調(diào)諧放大器存在工作不穩(wěn)定的問題，主要表現(xiàn)在以下兩種現(xiàn)象：首先，當(dāng)高頻調(diào)諧放大器裝配完畢后，進行輸出回路（集電極負載回路）和輸入回路（基極信號源一端的前級回路）調(diào)整時，由于的內(nèi)部反饋作用，放大器的輸入阻抗和輸出阻抗相互影響，使得高頻調(diào)諧放大器的調(diào)諧和阻抗匹配需要反復(fù)進行，使得高頻調(diào)諧放大器的調(diào)整變的十分麻煩。其次，放大后的輸出信號通過內(nèi)部反饋，把一部分信號電壓反饋到輸入端。反饋電壓反饋到輸入端又放大，放大后再反饋，如此循環(huán)不已，在一定條件下，放大器也能在某些頻率上自激振蕩，使得放大器的功能完全破壞，而喪失了放大器的作用。此外，晶體管的內(nèi)部反饋隨頻率而不同，在某些頻率上是正反饋，在某些頻率上是負反饋，正、負反饋的強弱也隨頻率而異，使得高頻調(diào)諧放大器的輸出電壓或增益隨頻率變化的特性將受到影響。三、電路調(diào)試與仿真分析1.電路調(diào)試將上述設(shè)計的元器件參數(shù)值按照圖所示電路進行安裝。先調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點，然后再調(diào)諧振回路使其諧振。調(diào)整靜態(tài)工作點的方法是，不加輸入信號（Vi=0），將C1的左端接地，將諧振回路的電容C開路，這時用萬用表測量電阻Re兩端的電壓，調(diào)整電阻R2使Veq=0.5V(Ie=1mA)。記下此時電路的R2值及靜態(tài)工作點Vbq、Vceq、Veq、及Ieq。調(diào)諧振回路使其諧振的方法是，按照原理圖所示的測試電路接入高頻電壓表V1、V2，直流毫安表mA及示波器。再將信號發(fā)生器的輸出頻率置于fi=20MHZ，輸入電壓Vi=200mV。為避免諧振回路失諧引起的高反向電壓損壞晶體管，可先將電源電壓+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。調(diào)輸出耦合變壓器的磁芯使回路諧振，即電壓表V2的指示值達到最大，毫安表mA為最小且輸出波形無明顯失真?；芈诽幱谥C振狀態(tài)后，再將電源電壓恢復(fù)至+12V。在放大器處于諧振狀態(tài)下測量各項的技術(shù)指標，如電壓放大倍數(shù)Avo、通頻帶BW及矩形系數(shù)Kr0.1，其測量方法如前所述。若這些指標的測量值與設(shè)計要求值相差較遠，則應(yīng)根據(jù)它們的表達式進行分析。如果電壓放大倍數(shù)Avo較小，則可以通過調(diào)整靜態(tài)工作點Q或接入系數(shù)P1、使Avo增大或更換較大的晶體管。由于分布參數(shù)的影響，放大器的各項技術(shù)指標滿足設(shè)計要求后的元器件參數(shù)值與設(shè)計計算值有一定的偏離，需要反復(fù)調(diào)整輸出耦合變壓器的磁芯位置才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。采用圖所示的測量方法判斷回路的諧振狀態(tài)不太準確，易產(chǎn)生測量誤差，較好的方法是采用掃頻測量儀測量回路的諧振曲線。由于工作頻率較高，高頻小信號放大器容易受到外界各種信號的干擾，特別是射頻干擾。通常采取的措施是把放大器裝入金屬屏蔽盒內(nèi)。2.總體設(shè)計電路高頻小信號諧振放大器電路3.電路仿真按要求所做multisim仿真圖如下圖：在無信號輸入，僅有直流激勵的情況下用電流表測量三極管基極電流，調(diào)節(jié)R2下方電阻RP1使Ic=2mA,此時RP1＝52k。接入信號發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，按照設(shè)計要求調(diào)節(jié)中周。利用儀器測得各指標如下：f0=6.8MHzＡvo＝18dB在誤差允許范圍里，仿真測量所得數(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際值一致，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)計總結(jié)導(dǎo)致誤差的原因如下：（1）實物的實際值與理論值有一定的差距。如電阻電容的理論值與標稱值存在一些差異，并且電阻電容的標稱值也有一定的誤差。如：通過計算RB2要買18k的電阻，市場里沒有就只好算個范圍買個20k的，而買回來測只有19k多點。（2）晶體管數(shù)據(jù)為查表所得，而由于分布參數(shù)的影響，晶體管手冊中給出的分布參數(shù)一般都是在測試條件一定的情況下測得的。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)。放大器的各項技術(shù)指標滿足設(shè)計要求后的元器件參數(shù)值與設(shè)計計算值有一定的偏離。（3）性能指標參數(shù)的測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)諧頻率的測量值存在誤差的同時，放大倍數(shù)的測量值也會產(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。（4）實驗儀器設(shè)備的老化等也會導(dǎo)致電路調(diào)試過程中出現(xiàn)一定的誤差。四、總結(jié)及體會在這一周的努力設(shè)計中，我又更加的了解了一些高頻課程方面的知識，這次高頻課程設(shè)計小信號諧振放大電路,更加熟悉了解了小信號諧振的工作原理,掌握了諧振電路主要性能指標的測量方法和主要參數(shù)的調(diào)整方法。此次設(shè)計不但鍛煉了我最基本的高頻電子線路的設(shè)計能力，更重要的是讓我更深刻的認識了高頻電子線路這門課程在實際中的應(yīng)用。更進一步的掌握用PROTEL繪制原理圖和PCB圖，以及熟練使用muitisim仿真軟件來進行仿真測試，使我們對高科技軟件的應(yīng)用更加熟練。這次課程設(shè)計鍛煉了我的設(shè)計實踐能力和分析解決實際問題的能力，在此次設(shè)計時我也遇到了不少的困難和問題，但我都努力的去查資料最終都克服了這些困難，使問題得到了解決。在今后的學(xué)習(xí)中我會更加努力，是自己的能力進一步的提高。參考文獻[1]陽昌漢.高頻電子線路.哈爾濱：高等教育出版社，2006.[2]張肅文，陸兆雄.高頻電子線路(第三版).北京：高等教育出版社，1993.[3]謝自美.電子線路設(shè)計·實驗·測試.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.[4]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2002.大慶石油學(xué)院課程設(shè)計成績評價表課程名稱高頻電子線路題目名稱小信號調(diào)諧放大器學(xué)生姓名學(xué)