高频电子线路课设课件

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 高频电子线路高频电子线路 课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：2倍频器电路设计倍频器电路设计院（系）：院（系）：电子与信息工程学院电子与信息工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）教师职称：教师职称： 起止时间：起止时间：2014.6.162014.6.162014.6.272014.6.27高频电子线路课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息与工程注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学

2、号学生姓名专业班级课程设计题目2倍频器电路设计课程设计（论文）任务基本参数：1.用 EWB 仿真。设计电路，输出的信号频率为输入信号频率的 2 倍2.能够观察输入输出波形，并比较输入与输出信号频率的关系。3.参数：设输入信号频率 1000000Hz，幅度自定。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4

3、.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日高频电子线路课程设计（论文）III目 录第 1 章 二倍频电路设计方案 .11.1 倍频器应用意义 .11.2 电路设计要求与技术指标 .11.3 电路设计方案论证 .21.4 丙类倍频器功效分析 .21.5 电路设计总体框图 .4第 2 章 二倍频器电路设计 .52.1 电路工作原理图 .52.2 电路总体电路图 .62.3 仿真电路仿真波形 .62.4 元器件参数选择 .7第 3 章 课程设计总结 .8

4、参考文献 .9附录 I 总体电路图.10附录 II 元器件清单.11高频电子线路课程设计（论文）1第 1 章 二倍频电路设计方案1.1 倍频器应用意义倍频器是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路，用以提高输出频率。在高频电子线路的应用场合，输入信号的频率一般要求较高，要实现信号的高频率，可以采用频率倍频器的方法来实现频率的倍增，来满足我们所需要的较高的频率，要完成输入信号小频率到输出信号高频率的转换，线性器件不具有倍频的作用，必须使用非线性器件。利用非线性器件的非线性，使其工作在弯曲部分从而实现倍频的作用。采用倍频器的主要原因有：(1) 降低设备的主振频率。由于振荡器频率愈高稳定性愈差，一般采

5、用频率较低而稳定度较高的晶体振荡器，以后加若干级倍频器达到所需频率。一般基音体频率不高于20MHz，具有高稳定性的晶体频率通常不超过5 MHz。所以工作频率高，要求稳定性又严格的通信设备和电子仪器就需要倍频。(2) 对于调相或调频发射机，利用倍频器可以加大相移或频移，即可增加调制度。(3) 可以提高发射机的工作频率稳定性。因为采用了倍频器，输入频率与输出频率不同，从而减弱了寄生耦合。1.2 电路设计要求与技术指标设计要求：1. 分析设计要求，明确性能指标。自习分析课设要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制总体方框图。2. 确定合理的总体方案。以电路的先进性，结构的繁简

6、、成本的高低及制作的难易等方面做综合的比较，并考虑器件的来源敲定可行性方案。3. 设计各个单元电路。总体方案化整为零，分解成若干个子系统或单元电路，逐个进行设计。4. 组成系统。在一定幅度的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的摆放各电路，并标出必要的说明。高频电子线路课程设计（论文）2技术参数：1. 用 EWB 仿真。设计电路，输出信号的频率是输入信号频率的 2 倍。2. 观察输入信号和输出信号的波形，并比较它们频率之间的关系。参数要求：输入信号的频率是 1000000HZ，幅度自定。1.3 电路设计方案论证倍频器按其工作原理可分为二类：第一类是从丙类放大器脉冲电流谐波中经选频获

7、得倍频；第二类是利用 PN 结电容的非线性变化，得到输入信号的谐波，经选频回路获得倍频，成为参量倍频，所以倍频器电路设计有二种方案。方案一：用丙类倍频器，丙类放大器的电流是余弦脉冲状，包含有丰富的谐波如果集电极选频回路不是谐振在基频上，而是谐振在 n 次谐波上，那么，回路对基频和其他谐波的阻抗很小，而对 n 次谐波的阻抗最大，且呈纯电阻性。于是回路的输出电压和功率就是 n 次谐波。这就起到了倍频作用。方案二：用参量倍频器，它是利用 PN 结电容随电压变化的非线性来获得倍频，谐振回路有“选频”和“滤波”的作用，采用由电感和电容组成的谐振回路串联构成一个滤波器，其中谐振回路谐振于基频，另外两个谐振

8、于二次谐波，而且输出由谐振于二次谐波的谐振回路来决定，这样就可以起到倍频的作用。当工作频率为几十 MHZ 时，主要采用是三极管的丙类倍频器，而当工作频率高于 1000MHZ 时，主要采用变容二极管，阶跃二极管构成的倍频器。由参数要求可知输入信号频率为 1MHZ，所以选用三极管的丙类倍频器。1.4 丙类倍频器功效分析在丙类工作时，晶体管集电极电流脉冲中含= + cos 有丰富的谐波分量。如果把集电极谐振回路调谐在二次谐波或三次谐波频率上。那么放大器只有二次谐波电压或三次谐波电压输出。这样的丙类放大器就成为二倍频器或三倍频器。倍频器的输入、输出电压瞬时值可写为Ub=UbmCOSt，Uc=Ucnm

9、COSt，而晶体管极的瞬时电压可写成为= cos 高频电子线路课程设计（论文）3式中 Ucnm 为回路两端的 n 次谐波电压振幅。利用高频功率放大器的分析结果 n 次倍频器输出的功率和效率为=12=12()()=12=12()式中=()()由余弦脉冲分解系数可知无论导通角 为何值，均小于，也就是()1()在同样条件下，丙类倍频器的输出功率都低于丙类放大器的输出功率和效率。为了提高输出功率和效率，丙类倍频器在导通角的选取上,必须满足=120/n 因为 n=2 时=60，=0.536 为最大值；有 n=3 时=40 2() =0.276 为最大值。所以二倍频器的应取 60。这样,对应的输出功率和效

10、3()率达最大。这时与=120时的放大器输出功率相比较有：=0.5221=(60)(120)21=(40)(120)=0.35由此可见，在采用最佳通角值的情况下，二次倍频器的输出功率只能约等于它作为放大器时的 1/2，三次倍频器的输出功率只能约等于它作为放大器时的1/3。同样由效率公式可以推出它的效率也随着倍频次数 n 的增加而下降。高频电子线路课程设计（论文）4由以上的讨论可见，随着倍频次数 n 的增大，它的输出功率与效率下降。同时，n 越高，最佳的越小。为了减小，就必须倍频器的基极反向偏压-。加大后基极激励电压也加大。对于晶体管电路来说，增加激励电压与偏压， 就可能是发射结的反向偏压超过击

11、穿电压。所以单级丙类倍频器一般只作为二倍频器或三倍频器使用。1.5 电路设计总体框图图 1 总体设计框图二倍频器由输入信号，丙类倍频器和并联谐振回路及输出信号四大部分组成，并联谐振回路选出二次谐波，输入信号是频率为 1MHZ 的正弦波。输入信号三极管丙类倍频器并联谐振回路输出信号高频电子线路课程设计（论文）5第 2 章 二倍频器电路设计2.1 电路工作原理图三极管集电极电流 ccwtcciicos1coscosmax 分解为傅里叶级数为nwtIwtIwtIIicmncmcmCccos2coscos21其中各项系数分别为集电极谐振回路是对输入频率 fi 的 n 倍频谐振，而对基波和其它谐波失谐，

12、因而 ic中的 n 次谐振通过谐振回路获得最大电压，而基波和其它谐波被滤除。电路图如图所示。图2 原理图 cnccmncccmcccoIIIIIImax1max10max高频电子线路课程设计（论文）62.2 电路总体电路图输入信号先通过电容 C1 祛除直流成分，加在晶体管上，电压源 V2 为集电极提供偏置电压，L3，C3 祛除电压源中的交流成分，R3 和 C3 以及 L2 组成谐振回路，谐振回路谐振频率为 2fi，集电极电流 Ic 进行傅里叶级数分解其中包含二次谐波成分，谐振回路对二次谐波的阻抗达到最大，且成电阻性，对基频和其他谐波的阻抗很小，于是回路的输出电压和功率就是二次谐波，这样就起到倍

13、频作用。图 3 总体电路图2.3 仿真电路仿真波形高频电子线路课程设计（论文）7图 4 仿真波形由输入、输出仿真结果输出，输出信号频率是输入信号频率的 2 倍。激励信号源是幅值 1V，频率为 1MHZ 的正弦信号。在示波器的仿真结果中每个单元格代表 1us,在一周期内每个波形占一个单元格，所以仿真的输入信号频率为 1MHZ,与输入的相同。同样，在示波器所仿真的输出信号波形中，时间单元格每个代表0.5us,从输出仿真波形中可以清楚的看到在一周期内一个波形占据一个时间单元格，所以仿真的输出信号频率是 2MHZ。综上讨论，示波器仿真输入信号的幅值和频率和我们所输入的激励信号源的幅值和频率相同，仿真的

14、输出信号频率是输入信号频率的 2 倍，所以输出信号无论是频率还是幅值方面都得到了放大。满足我们所要求的频率倍增的要求。2.4 元器件参数选择根据设计要求（输入信号频率 1MHz，幅度为 1V）主要元件有频率为 1MHz、幅度为1V 的正弦信号源，三极管 BC107BP，电感，电容。由于要选出二倍频，RC 回路的振荡频率为 2 故 2L=1/2C =2f所以选取选频网络 C3=56pF L2=0.1mH R3=10K前值祛除直流电容 C1=0.1uF直流电压5V 为集电极提供偏压，C2和 L2 滤除直流电压的交流成分，使其更加稳定C4=1uF L3=10mHR2=1K C2=0.1uFR1=1K

15、高频电子线路课程设计（论文）8第 3 章 课程设计总结通过这次课设充分了解了关于高频电子线路原理与设计理念，了解了二倍变频器的原理，加深对所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。而且通过二倍变频器的的电路设计，进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。电路采用丙类倍频器，用丙类倍频器，丙类放大器的电流是余弦脉冲状，包含有丰富的谐波如果集电极选频回路不是谐振在基频上，而是谐振在 n 次谐波上，那么，回路对基频和其他谐波的阻抗很小，而对 n 次谐波的阻抗最大，且呈纯电阻性。于是回路的输出电压和功率就是 n 次谐波。这就起到了倍频作用。利用晶体管的的非线性，然后让通过谐振回路，是电路谐振与二次谐波，从而选出二次谐波，达到倍频的作用，通过这次学习，让本人对各种电路都有了大概的了解，让自己对电子线路的知识有了更深的理解。高频电子线路课程设计（论文）9参考文献1 张肃文. 高频电子线路. 高等教育出版社， 2008 年2 彭介华. 电子技术课程设计. 高等教育出版社， 1997 年3 谢云、易波.现代电子技术实践课程指导. 机械工业出版社，2003 年4 曲学基. 常用电子电器电路精选. 电子工业出版社， 1991 年5 蔡忠法. 电子技术实验与课程设计.