2高频电子电路课程设计告

1、2013 2014学年 第一学期高频电子线路 课程设计报告题 目_专 业：班 级：姓 名：_指导教师：电气工程学院2013年12月12日i任务书课题名称高频小信号谐振放大器的设计指导教师（职称）冯锁执行时间20132014学年第 一学期 第15 周学生姓名学号承担任务鲍家明1109121001电路图设计井波1109121016元件选择李小飞1109121018制作设计报告王劲松1109121034元件性能指标分析王亮亮1109121035电路仿真张诗杰1109121048参数计算朱德强1109121052电路调试设计目的1. 了解LC串联谐振回路和并联谐振回路的选频原理和回 路参数对回路特性的

2、影响；2. 掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理；3. 掌握高频单调谐放大器的等效电路、性能指标要求及分 析设计；4. 掌握高频单调放大器的设计方案和测试方法。设计要求1、设计咼频小信号谐振放大电路；2、根据设计要求和技术指标设计好电路， 选好兀件及参数；3、在万用板或面包板上制作一个单级（或双级）小信号调 谐放大电路；4、拟疋测试方案和测试步骤；5写出设计报告。摘要高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至 数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号 所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大

3、器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器 ; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器 ; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器 ; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器 ;其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射 机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号 放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时 频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用 LC 振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，

4、 实现放大器与前后级的阻抗匹配。关键词： 高频小信号放大器；调谐放大器III目录目 录 1第一章 总体方案 11.1 设计条件 11.2 总体方案简述 1第二章 电路的基本原理及电路的设计 22.1 电路基本原理 22.2 主要性能指标及测量方法 122.2.1 谐振频率 152.2.2 电压增益 192.2.3 通频带 202.2.4 矩形系数 252.3 电路的设计与参数计算 252.3.1 电路的确定 252.3.2 参数计算 26第三章 电路的仿真与调试 283.1 电路的仿真 283.2 电路的安装与测试 29第四章 总结 30参考文献 31附录 元件清单 321第一章 总体方案1.

5、1 设计条件已知条件：电源电压 Vcc12V ，负载电阻 RL 1K ，高频三极管 3DG6。主要技术指标：中心频率f0 10MHz，电压增益 Au35dB（56倍），通频带2 f0 4MHz 。1.2 总体方案简述 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。 按其频 带宽度可以分为窄带和宽带放大器 ，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选 频电路作负载， 兼具阻抗变换和选频滤波功能。 对高频小信号放大器的基本要求 是：（1）增益要高，即放大倍数要大。（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f仁

6、2Af0.7,品质因数 Q=fo/2 A f0.7.（3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等 外界因素变化的影响， 内部噪声要小， 特别是不产生自激， 加入负反馈可以改善 放大器的性能。（4）阻抗匹配。1第二章电路的基本原理及电路的设计2.1电路基本原理图2-1所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。它 不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载 为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布 参数会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频

7、单管放大器相同图2-1放大器在谐振时的等效电路如图2-1所示，晶体管的4个y参数分别如下:亠R b e jcyC输入导纳：】 厂N h( g2输出导纳：正向传输导纳：反向传输导纳：44式中，电流的关系为：为晶体管的跨导， 与发射极为发射结电导，与晶体管的电流放大系有关，其关系为为基极体电阻，一般为几十欧姆；为集电极电容，一般为几皮法；为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法图 2-2晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流电流放大系数有关外，还与工作角频率 w 有关。晶 体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。图 2-2 所示的等效电路中， p1 为晶体管的集电极

8、接入系数，即式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器TrO的副边与原边匝数 比，即式中，N3为副边总匝数。为谐振放大器输出负载的电导，。通常小信号谐振放大器的下一级仍为晶体管谐振放大器， 则 将是下一级晶体管的输入电导 。由 图 2-2 可 见 ， 并 联 谐 振 回 路 的 总 电 导的表达式为式中，为 LC 回路本身的损耗电导2.2 主要性能指标及测量方法表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率，谐振电压放大系数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数KrO.1）,采用2-3所示电路可以粗略测各项 指标。图 2-3输入信号 由高频小信号发生器提供，高频电压表分别用

9、于测量输入信号与输出信号的值。直流毫安表 mA 用于测量放大器的集电极电流的值，示波器监测负载两端输出波形。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。2.2.1 谐振频率 放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率的表达式为：式 中 ， L 为 谐 振 放 大 器 电 路 的 电 感 线 圈 的 电 感 量 ；为谐路的总电容的表达式为：式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容谐振频率的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容 C或电感L使回路谐振。LC并联谐振 时，直流毫安表 mA 的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时） ，电压表指示值达

10、到最大，且输出波形无明显失 真。这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。2.2.2 电压增益 放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数 Avo 称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达式为：Avo 的测量电路如图 2-3 所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态Avo 计算公式如下：223通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大 倍数下降，习惯上称电压放大倍数 Av下降到谐振电压放大倍数 八m的0.707倍 时所对应的频率范围称为放大器的通频带 BW，其表达式为：式中,为谐振放大器的有载品质因素分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带BW的关系为：A vo

11、BW =企确定，且回路总电上式说明，当晶体管为定值时，谐振电压放大倍数与通频带 BW 的乘积为一常数通频带的测量电路如图 2-3 所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通 频带。采用逐点法的测量步骤是： 先使调谐放大器的谐振回路产生谐振， 记下此时的，然后改变高频信号发生器的频率 （保 持 Vs 不变），并测出对应的电压放大倍数 Av ，由于回路失谐后电压放大倍数下 降，所以放大器的频率特性曲线如图 2-4 所示：图 2-4由 BW 得表达式可知：同时又能提通频带越宽的电压放大倍数越小。 要想得到一定宽度的通频带， 高放大器的电压增益，由式可知，除了选用较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的

12、总电容量224矩形系数谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数KrO.1来表示，如图2-4所示，矩形系数KrO.1为电压放大倍数下降到O.IAvo时对应的频率范围与电压放 大倍数下降到0.707时对应的频率偏移之比，即上式表明，矩形系数Kr0.1越接近1,临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的 能力越强。可以通过测量图2-4所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波 系数Kr0.1。2.3电路的设计与参数计算2.3.1电路的确定电路形式如图2-5所示图2-5232参数计算 已知参数要求与晶体管3DJ6参数。(1) 设置静态工作点取 lEQ=1mA, Veq=1.5V, VCEq=7.5V,则Re

13、VeQ1 EQ1.5KRb2 生 VBQ ?18.3K6 I BQ6 I CQ取标称值18KQRB1 誉 RB2 55.6KRB1可用30k Q电阻和100k Q电位器串联，以便调整静态工作点(2)计算谐振回路参数gbemS 畀 0J7mSgmmS 盐 38mSF面计算4个y参数,y iegb e j Cbe1 rb b (gbe j Cbe)0.96mS j1.5mS因为yie gie j Cie，所以gie 0.96mS , rie 丄 1k , Ge2.2pFgiej Cbcrb bg my oe；1rb b (gbe j Cbe )Cbc 006mS j0.5mS因为yoe goe j

14、 Coe ,所以goe 0.06mS , Coe0.5mS7 pFy fe匹37mS j 4.1mS1 rbb ( g b e j Cb e )故模lyfel . 3724.12mS 37mS回路总电容为52.2pF12(2 f0) L再计算回路电容P12Coe p；Cie 53.3pF ,取标称值 51pF输出耦合变压器TrO的原边抽头匝数N1及副边匝数N3,即N1 p1N2 5匝，N3 p2 N2 5 匝(3)确定输入耦合回路及高频滤波电容高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是 指变压器耦合的谐振回路。 由于输入变压器Tri原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直 接采用电容

15、耦合，高频耦合电容一般选择瓷片电容。第三章 电路的仿真与调试3.1 电路的仿真(1)利用 MULTISIM 绘制出如图 3-1 所示的仿真实验电路图 3-1 仿真电路(2) 按图设置各元件的参数，打开仿真开关，从示波器上两个通道观察输出 波形以及与输入信号的关系。如 3-2 图所示。图 3-2 输出波形在无信号输入， 仅有直流激励的情况下用电流表测量三极管发射极极电流， 测得 I EQ 约为 1mA 。接入信号发生器， 观察示波器输入输出波形， 按照设计要求调节中周。 利用仪 器测得各指标如下：f0=10MHzA vo= 34dB仿真数据分析：在误差允许范围里，仿真测量所得数据与理论值相等。3

16、.2 电路的安装与测试 将上述设计的元器件参数值按照图 2-1 所示电路进行安装。先调整放大器的 静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。调整静态工作点的方法是，不加输入信号（Vi=0）,将C1的左端接地，将谐 振回路的电容 C 开路，这时用万用表测量电阻 Re 两端的电压， 调整电阻 Rb1 使 Veq=1.5V（le=1mA）。记下此时电路的Rb1值及静态工作点 Vbq、Vceq、Veq、及 Ieq。调谐振回路使其谐振的方法是，按照图 3-1 所示的测试电路接入高频电压表V1、 V2 ，直流毫安表 mA 及示波器。再将信号发生器的输出频率置于 fi=10MHZ ， 输出电压Vi=5mV。为避

17、免谐振回路失谐引起的咼反向电压损坏晶体管，可先将 电源电压+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。调输出耦合变压器的磁芯使回路谐振，即 电压表V2的指示值达到最大，毫安表 mA为最小且输出波形无明显失真。回路 处于谐振状态后，再将电源电压恢复至 +12V。实验数据：f0=9.7MHzA vo= 28dB数据分析： 在误差允许范围内，中心频率的理论值与实际值一致，在放大器处于 谐振状态下，电压放大倍数 Avo 放大倍数与理论值有一定的差距，导致误差的 原因有如下几点：1）实物的实际值与理论值有一定的差距。如电阻电容的理论值与标称值不一致，并且电阻电容的标称值也有一定的误差2）由于分布参数的影响，晶体

18、管手册中给出的分布参数一般都是在测试条件一定 的情况下测得的。 且分布参数还与静态工作电流及电流放大系数有关。 放大器的 各项技术指标满足设计要求后的元器件参数值与设计计算值有一定的偏离。3）性能指标参数的测量方法存在一定的误差。 如在调谐过程中，我们通过直接观 察波形的输出值的大小来确定电路是否调谐。这样调谐频率的测量值存在误差 的同时，放大倍数的测量值也会产生误差。4）实验仪器设备的老化等也会导致电路调试过程中出现一定的误差。5）由于工作频率较高，高频小信号放大器容易受到外界各种信号的干扰，特别是 射频干扰。通常采取的措施是把放大器装入金属屏蔽盒内（屏蔽盒与地线应接 触良好）。但电路调试环

19、境条件有限。第四章 总结通过这一课程设计， 我掌握了独立搜集资料、 思考分析问题的能力和独立学 习的能力，使自己无论在今后的学习中还是工作中遇到困难的时候都能自己将其 解决。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。完成这一课设后， 我对高频小信号放大器也有了更深刻地理解。 高频小信号 放大器广泛用于广播 ,电视,通信 ,测量仪器等设备中 .高频小信号放大器可分为两 类 :一类是以谐振回路为负载的谐振放大器 ;另一类是以滤波器为负载的集中选频 放大器 .它们的主要功能都是从接收的众多电信号中 ,选出有用信号并加以放大 , 同时对无用信号 ,干扰信号 ,噪声信号进行抑制 ,以提高接收信号的质量和抗干扰

20、 能力.高频小信号调谐放大器是高频电子线路中的基本单元电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。 在本次课设中，我了解了高频小信号放大器的特点： 放大小信号 ,晶体管工作在线性范围内 （ 甲类放大器 ） 信号的中心频率一般在几百kHz到几百MHz,频带宽度在几khz到几十MHz, 为频带放大器 ,故必须用选频网络。参考文献1 曾兴文、刘乃安、陈健高频电子线路J 北京：高等教育出版社，20072 张肃文等高频电子线路（第四版）J 北京：高等教育出版社，20043 聂典等.Multisim 10计算机仿真J 北京：电子工业出版社，2010附录 元件清单电阻30KQ一个电阻18KQ一个电阻1.5k Q一个电阻1k Q一个电位器100KQ一个电容1000pF一个电容0.01uF一个电容0.033uF一个瓷片电容51pF一个中周一个三级管3DJ6一个元件名称元件大小元件数量答辩记录及评分表课题名称高频小信号谐振放大器的设计答辩教师（职称）:冯锁答辩时间2013-2014学年第