hfl高频电子线路课程设计

1、 高频电子线路高频电子线路课程设计说明书课程设计说明书 高频小信号调谐放大器设计与制作 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 何凡路 指导教师： 刘海波 专 业： 通信工程 班 级： 通信 1101 学 号： 11401340135 完成时间： 2013 年 12 月 4 日 1摘 要 本次电子线路设计对高频调谐小信号放大器，LC 振荡器，高频功放电路设计原理作了简要分析，研究了各个电路的参数设置方法。并利用其它相关电路为辅助工具来调试放大电路，解决了放大电路中经常出现的自激振荡问题和难以准确的调谐问题。 同时也给出了具体的理论依据和调试方案，从而实现了快速、有效的分析和制作高频放大器

2、，振荡器和功放电路。 高频小信号谐振放大电路是将高频小信号或接收机中经变频后的中频信号进行放大，已达到下级所需的激励电压幅度。LC 振荡器的作用是产生标准的信号源。高频功放的作用是以高的效率输出最大的高频功率。三部分都是通信系统中无线电收发信机所用到的技术，所以在现实生活中具有着相当广泛的应用。 关键词：高频小信号放大器；LC 振荡器；高频功放电路 2ABSTRACT The electronic circuit design of high-frequency tuned small-signal amplifier, LC oscillator, high-frequency power

3、amplifier circuit design principles briefly analyzed to study the various circuit parameters to set methods. And to use other related tools to debug the circuit for the auxiliary amplifier circuit solve the amplifier circuit that often appear in self-oscillation problems and difficult to accurately

4、tuning problems. Also given in detail the theoretical basis and debug programs in order to achieve a rapid, effective analysis and production of high-frequency amplifiers, oscillator and power circuit. High-frequency small-signal amplification circuit is the resonant frequency small-signal or a rece

5、iver through the frequency of IF signals, after amplification, has reached the lower the required excitation voltage amplitude. The role of the LC oscillator is to generate a standard signal source. The role of high-frequency power amplifiers efficiency is the largest high-frequency power output. Th

6、ree parts are the communication systems used by the radio transceiver technology, so in real life, with a fairlf applications. Key words: high-frequency small-signal amplifier, LC oscillator, high-frequency power amplifier circuit 3ERROR! NO BOOKMARK NAME GIVEN.目录目录第一章第一章 方案设计方案设计.51.1 高频小信号调谐放大的设计任

7、务高频小信号调谐放大的设计任务.51.2 方案方案 1.51.3 方案方案 2.5第二章第二章 高频小信号调谐放大器原理介绍高频小信号调谐放大器原理介绍.62.1 高频小信号调谐放大器的特点高频小信号调谐放大器的特点.62.2 主要性能指标及测量方法主要性能指标及测量方法.102.3 电路设计方案电路设计方案.132.4 仿真结果分析仿真结果分析.15第三章第三章 电路板制作及调试电路板制作及调试.163.1 元件的焊接元件的焊接.163.2 调试及结果分析调试及结果分析.16第四章第四章 心得体会心得体会.184.1 心得体会心得体会.18结束语结束语.19致谢致谢.20参考文献及附录参考文

8、献及附录.214第一章 方案设计1.1 高频小信号调谐放大的设计任务已知条件：电源电压，负载电阻。VVcc12 KRL1主要技术指标：中心频率，电压增益。MHzf100)56(35倍dBAu1.2 方案 1 图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，其计算方法与低频单管放大器相同。由于做出来的板子有点问题，实现不了放大功能所有放弃方案1。图 1

9、方案 1 原理图1.3 方案方案 2 2根据我们实验课的高频小信号调谐放大器实验，画出如下电路5图 2 方案 2 原理图小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图 1 所示。该电路由晶体管 VT7、选频回路 CP2 二部分组成。它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率 fs10MHz。R67、R68 和射极电阻决定晶体管的静态工作点。拨码开关 S7 改变回路并联电阻，即改变回路 Q 值，从而改变放大器的增益和通频带。拨码开关 S8 改变射极电阻，从而改变放大器的增益。L7,C72 构成滤波电路，滤除直流源的

10、干扰信号。J30(XXH.IN)信号输入接口，J31(XXH.OUT)信号输出接口。方案 2 能实现设计要求所有选用方案 2。6第二章 高频小信号调谐放大器原理介绍2.1 高频小信号调谐放大器的特点1、高频小信号调谐放大器的基本要求：（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-f1= 2f0.7，品质因数Q=fo/2f0.7. （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。（

11、4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。 根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路： 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。其等效电路如下图图4。本电路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，其计算方法与低频单管放大器相同。7 图3 谐振放大器的电路 图4 谐振放大器电路的等效电路放大器在谐振时的等效电路如

12、图4 所示，晶体管的 4 个 y 参数分别如下：输入导纳： (1)输出导纳： (2)正向传输导纳： (3)8反向传输导纳： (4)式中为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为： (5) 为发射结电导，与晶体管的电流放大系数 及有关，其关系为： (6) 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。 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4 所示的等效电路中，p1 为晶体管的集电极接入系数，即 (7)式中，N2 为电感

13、 L 线圈的总匝数；p2 为输出变压器 Tr0 的副边与原边匝数比，即 (8)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。2.22.2 主要性能指标及测量方法主要性能指标及测量方法9 图5 小信号放大器分析电路如上图图5 所示，输入信号由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用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。 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

14、系数 Kr0.1） ，采用图5 所示电路可以粗略测各项指标。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。谐振频率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： 10 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。

15、电压增益电压增益 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： 的测量电路如图 3-2-1 所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。计算公式如下：通频带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：11上式说明，当晶体管确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数与通频带 BW 的乘积为一常

16、数。通频带的测量电路如图 3-2-1 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，记下此时的与，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6 所示： 图6由 BW 得表达式可知： 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，同时又能提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总电容量。12 矩形系数矩形系数 谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数 Kr0.1 来表示，如图 3-2-2所示

17、，矩形系数 Kr0.1 为电压放大倍数下降到 0.1Avo 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 3-2-2 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。2.32.3 电路设计方案电路设计方案 图7 高频小信号谐振放大器 mutltisim 仿真电路静态工作点的确定静态工作点的确定 由于设计要求中心频率，电压增益，且电压MHzf100)56(35倍dBAu增益不是很大，选用晶体管 3DG6C 在性能上可以满足需要。晶体管选定后，根据高频小

18、信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下，EQI应尽量小些以减小静态功率损耗。值得注意的是，EQI变化会引起 Y 参数的变化。这里采用EQI等于 1mA 进行计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。据此可求得：(1)(1) 设置静态工作点设置静态工作点13 取 =1mA, =1.5V, =10.5V, 则EQIEQVCEQV ERKIVEQEQ5 . 1 2BRCQBQBQBQIVIV55CQBQBQBQIVIV1010 在 11k 到 22k 之间，故取标称值 20K2BR 1BRKRVVVBBQBQCC892 可用 38k 电阻和 100k 电位器串联,以便调整静态

19、工作点。1BR (2)(2) 计算谐振回路参数计算谐振回路参数 mSmVIgmAEmSeb77. 026 mSmVIgmAEmSm3826 下面计算 4 个 y 参数， mSjmSCjgrCjgyebebbbebebie5 . 196. 0)(1 因为, 所以ieieieCjgy ，mSgie96. 0kgrieie11pFmSCie2 . 25 . 1 mSjmSCjCjgrgrCjycbebebbbmbbcboe5 . 006. 0)(1 因为，所以oeoeoeCjgy ，mSgoe06. 0pFmSCoe75 . 0 mSjmSCjgrgyebebbbmfe1 . 437)(1 故模 m

20、SmSyfe371 . 437|2214 回路总电容为 pFLfC4 .71)2(120 再计算回路电容 ，取标称值 68pFpFCpCpCCieoe5 .702221输出耦合变压器 Tr0 的原边抽头匝数 N1 及副边匝数 N3,即 匝，匝5211NpN5223NpN(3)(3) 确定输入耦合回路及高频滤波电容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耦合，高频耦合电容一般选择瓷片电容。 2.42.4 仿真结果分析仿真结果分析 按要求所做 EWB 仿真图

21、如图7，开始仿真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，得下图在无信号输入，仅有直流激励的情况下用电流表测量三极管基极电流，调节 RP1使 Ic=2mA,此时 RP152k。 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：15f0=10.8MHzvo31dB 在误差允许范围里，仿真测量所得数据符合要求。 第三章第三章 电路板制作及调试电路板制作及调试3.13.1 元件的焊接元件的焊接 经过仿真后，根据原理图将元件一一通过检测之后焊接在面包板上，然后真确连上导线。 焊接之前一定要确定每个元件都要能正常工作，元件更不能接反，如中周的引脚，电位器三

22、个脚中有效地两个脚都必须事先了解后才接入电路，焊接好连号导线后，还必须要用万用表确定线路是否连接好。3.23.2 调试及结果分析调试及结果分析 调试所用到的工具调试所用到的工具实验仪器设备： 高频信号发生器 1 台 数字存储示波器 1 台 无感起子 1 把 数字万用表 1 台 12V 直流稳压电源 1 台高频小信号谐调放大器电路的调试高频小信号谐调放大器电路的调试 先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。 调静态工作点：先不加输入信号（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(Ie=

23、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：按照图7 所示的测试电路接入高频电压表16V1、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。为避免谐振回路失谐引起的高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=11.3MHz vo27dB 误差分析误差分析 实验值得 f0

24、=11.3MHz vo27dB 仿真值得 f0=10.8MHz vo31dB 设计指标 f0=10MHz vo35dB 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。 分析设计总结导致误差的原因如下： （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存在一些差异，并且电阻电容的标称值也有一定的误差。如：通过计算 RB2 要买 18k 的电阻，市场里没有就只好算个范围买个 20k 的，而买回来测只有 19k多点。 （2）晶体管数据为查表所得，而由于分布参数的影响，晶体管手册中给出的分布参数一

25、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。这属于系统误差，也许可以通过使用别的电路可以减小误差。 （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。第四章第四章 心得体会心得体会174.14.1 心得体会心得体会此次课程设计从开始到结束历时不到一周，时间仓促，设计电路简单且多有借鉴，在最终

26、调试方面仍有欠缺。但是我在做课程设计的这一周里全身心的投入了，从电路的设计、元件的选择、电路板的制作到电路板的调试我都尽心尽力。在尽力的同时却发现了许多短板问题，比如对元件市场的熟悉程度，长期对网络上得来的知识的深信，却忽视了自己周围的条件环境因素，一些元件网上有的看但是在自己身边的原件市场不一定有的买；总以为什么都能在网上找出个所以然，却忽视了身边的高手，有时多交流确实大有裨益啊！只有在不断地错不断的改，不断的交流不断地广见识，不断的进步不断的完善自身，我们才能在以后的大设计中更加轻松更加应付自如！在本次课程设计中虽然坎坷多时间短，但是我们都学到了许多在课本上难得到的东西，同时也解决了一些平时在课本上不是很了解甚至忽略了的问题。让我受益颇多，在此我由衷感谢刘海波老师及其他帮我的人！结束语18本次课程设计的完成，收获颇多，首先，巩固和加深了对电子线路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力。更加熟悉了解了小信号谐振的工作原理，掌握了谐振电路主要性能指标的测量方法和调整方法，其次，通过与实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等环节，让我们学会初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。最重要的是增强了动手能力和根据自己所学需要查阅资料的能力，以及自己分析和解决问题的能力。从电路的设计到文档的处理以及电路板的制作，我们小组成员们紧密合作让