课程设计（论文）宽带中频放大电路

1、 课课程程设计说设计说明明书书 宽带中频放大电路摘 要中频放大电路是超外差接收设备的重要部件，其性能在很大程度上决定了整机的重要性能。在通信系统中，处于前端的前置低噪声放大器 lan 和混频之后的中频放大器需要采用宽频带放大器进行小信号放大。宽频带放大电路是由晶体管、场效应管或集成电路提供电压增益，既要有较大的电压增益, 又要有很宽的通频带,增益带宽积越大的宽频带放大器的性能越好。为了展宽工作频带,不但要求有源器件的高频性能好, 而且在电路结构上采取了一些改进措施。 本设计从通频带、中频电压放大倍数、上冲量、平顶下降量等方面介绍了宽带中频放大电路,并对中心频率、通频带、总增益等参数进行了分析，

2、通过对调幅调频电路的分析与理解很好的实现了中频信号处理电路对中频信号进行放大, 获得足够的增益, 吸收邻近的特殊干扰、提供自动增益控制信号的目的。 关键词关键词：宽带中频放大电路、电压增益、混合 型等效电路 课课程程设计说设计说明明书书 目 录1 绪论.12 设计过程.22.1 宽频放大器的主要性能指标.22.2 扩展通频带的方法和电路.22.3 其他必要电路.52.3.1 混合 型等效电路.52.3.2 y 参数等效电路.62.3.3 谐振放大器电路.72.3.4 多级单调谐放大器.92.3.5 中和电路.92.3.6 自动增益控制电路.102.4 结构框图及性能参数.112.5 性能分析.

3、15总 结.16致 谢.17参考文献.18 课课程程设计说设计说明明书书 第 1 页 共 18 页1 绪论在电子技术领域内，中频放大电路是超外差接收设备的重要部件，其性能在很大程度上决定了整机的重要性能。同时中频放大器的前级接混频电路或高频放大电路，后级接解调电路，是中间的重要桥梁，可由此建立两个频段间的信号变换与阻抗匹配，有重要的理论价值与实践意义。接收信号的频谱是很宽的，放大器很难做到在很宽的频带内都有一致性很好的增益平坦性，所以通常的做法是将接收到的信号变频到一个固定的频点上（通常叫做中频） ，然后放大，这样就带来诸多好处：选择性更好、增益也好控制在接收机中，由于中频频率较低，且频率固定

4、不变，可以很容易地得到较高的增益，为下一级提供足够大的输入，所以中频放大电路的应用非常广泛。但是，无线电信号强弱差异很大，中频放大器本身也有一定的动态范围，输入信号增大时会出现失真，因此常采用 agc 电路自动调节中频放大器的增益，使中放输出信号电平基本保持不变。 超外差收音机把接受到的电台信号本机振荡信号同时送入变频管进行混频，并始终保持本机振荡频率比外来信号频率高 465khz，通过选频电路取两个信号的“差频”进行中频放大。因此，在接收波段范围内信号放大量均匀一致，同时，超外差收音机还具有灵敏度高、选择性好等优点。其框图如图 11 所示。图 11 超外差收音机框图输入回路从天线接收到的众多

5、广播电台发射出的高频调幅波信号中选出所需接收的电台信号，将它送到混频管，本机振荡产生的始终比外来信号高465khz 的等幅振荡信号也被送入混频管。利用晶体管的非线性作用，混频后产生这两种信号的“基频” 、 “和频” 、 “差频” ，其中差频为 465khz，由选频回路 课课程程设计说设计说明明书书 第 2 页 共 18 页选出这个 465khz 的中频信号，将其送入中频放大器进行放大，经放大后的中频信号再送入检波器检波，还原成音频信号，音频信号再经前置低频放大和功率放大送到扬声器，由扬声器还原成声音。2 设计过程2.1 宽频放大器的主要性能指标宽频放大器的主要性能指标有：（1）通频带f 由定义

6、知f=fh-fl，通常下限频率 flo，ffho，因此放大器通频带的扩展是设法增大上限频率 fh 数值。 （2）中频电压放大倍数 ko：它的定义中频段的输出电压 uo 与输入电压ui 之比。 （3）增益与带宽乘积 kof 存在矛盾，即增大f 就会减小 ko，反之则反，所以要用两者之积才能更全面地衡量放大器的质量。kof 越大，则宽频放大器的性能就越好。 （4）上升时间 ts：它定义为脉冲幅度从 10%上升至 90%所需时间，放大器的高频特性越好，则上升时间 ts 越小。 （5）下降时间 tf：它的定义为脉冲幅度从 90%下降至 10%所需时间。 （6）上冲量 ：超过脉冲幅度的百分数。 （7）平

7、顶下降量：脉冲持续期内，顶部下降的百分数，放大器低频特性越好，平顶下降量越小。2.2 扩展通频带的方法和电路通常使用扩展频带的方法有三种：（1）负反馈法，在电路中引入负反馈，并使负反馈量高频时比低频时小，以补尝高频时输出电压减小的损失，这种方法是在不损坏失低频增益下进行补尝，但它的幅频特性却开不平坦，使输出脉冲波出现上冲；（2）电感串并联补偿法，在晶体管集电极上接入电感，和放大器输出端等效电容组成 lc 并联回路，可以提高放大器的上限截止频率；（3）利用各种接地电路的特点进行电路组合，以扩展放大器的通频带，下面介绍扩展带的电路。 课课程程设计说设计说明明书书 第 3 页 共 18 页1、电压并

8、联负反馈电路图 1 是电压并联负反馈电路，这种电路主要补偿晶体管集-基结电容 cc、输出电容 co 及电流放大倍数 随频率升高而引起放大器增益下降的作用，因为，低频时 co 的容抗较小，使 uo 减小,所以，负反馈量也减小，使高、低频放大倍数基本一致，若 rf 取值与 cc 在高频时容抗相当，则 cc 只能在高频上起作用，把上限频率扩展。 图 1 电压并联负反馈电路 图 2 电流串联负反馈电路2、电流串联负反馈电路 图 2 是电流串联负反馈电路，这种电路只能补偿因 减小而造成的损失，但不能补偿 co 的作用，只适用于分布电容小的场合，因为，负返馈量取决于 rele低频时 大，所以 ie 也大，

9、引入负反馈也较大，而高频时，由于 ie 减小使负反馈量也减小，从而补偿了因 而使增益下降的损失。3、电抗元件补偿电路 图 3 是电抗元件补偿电路，图中 ce 约为几个皮法至几十个皮法，低频时其容抗甚大于，reo 由 re，引入较大的负反馈量，高频时 ce 容抗变小，使发射极的反馈总阻抗变小，相应的高频负反馈减弱了。这就更有效地补偿 的下降，最佳补偿条件为：（3-5）rece=(0.35/f)。通过调整 rece 数值，可以同时补偿 及 co 的作用，当 core 较小时，按最佳条件选 rece 即可。若 co 较大时，应由调整确定。4、并联电感补偿电路 图 4 为并联电感补偿电路，从交流观点看

10、，l 与输出负载并联，故称并联电感补偿。由 l 与co+cl组成回路，高频时产生谐振。由于谐振阻抗大，故补偿了 使入大倍数减小的作用，通常按下式选择电感： 课课程程设计说设计说明明书书 第 4 页 共 18 页l=0.4rl(cl+co)5、串联电感补偿电路 图 5 为串联电感补偿电路，图中 l 与 rl 串联称为电感串联补偿。l 与 cc及 cl 组成谐振回路，补偿效果不如并联电感补偿法好。6、串、并联电感补偿电路 图 6 为串、并联电感补偿电路，图中 c1、c2、c3 分别为晶体管集电极电容及电路输出端的分布电容，电感 l1 和 l2 可以由下式选择：l1=（1/2）+（c1/c2）l2l

11、2=（1/2）+（c3/c2）l0lo=rc/2f由于 l1、l2 有二次谐振机会，使通频带有较大的扩展。7、电容和电感的混合补偿电路 图 7 为电容和电感的混合补偿电路，电路由 bg1 和 bg2 两级组成，其中 bg2 的集-基之间由 rf 和 lf 实现并联电压负反馈。高频时 lf 感抗增大使负反馈量减小，从而补偿了高频时输出电感受的下降，这种电路的输入、输出阻抗很低，故能承受较大容性负载，使频宽大大扩展。bg1 和 bg2 实现电容的补偿。由于 bg2 输入阻抗小，bg1 集电极交流负载减小，使 bg1 输入电容也减小，所以 bg1 放大级频响更好。8、共射、共集组合电路 图 8 共射

12、、共集组合电路，图中 bg2 是共集电路，具有输入阻抗高，输入电容小的优点，它接于 bg1 共射电路后面，可以减轻后级输入电容对前级的影响。与共射-共射电路相比，它具有更好的频响特性。又由于共集电路输出阻抗低，可以承受较重的负载，输出电容对频响特性影响小，由于共集电路本身的频率特性较好，所以共射-共集电路的频响声基本上决定于共射电路，这种电路适用于放大器的末级。9、共射、共基组合电路 图 9 为共射、共基电路，图中 bg2 共基电路的输入阻抗小，一般在几欧至十几欧范围，它作为 bg1 共射电路后级，当 bg1 集电极存在有分布民容时，对电路的频响的影响较小。所以比共射-共射电路的通频带有较大的

13、扩展 课课程程设计说设计说明明书书 第 5 页 共 18 页 这种电路总的带宽增益不积不及共射-共集电路，但共射-共基电路应用在多级电路中，不易产生寄生振荡。适用于较高频的宽带放大器。图 3 电抗元件补偿电路图 4 并联电感补偿电路图 5 串联电感补偿电路图 6 串并联电感补偿电路 图 7 电容和电感的混合补偿电路图 8 共射、共集组合电路图 9 共射、共基组合电路2.3 其他必要电路2.3.1 混合型等效电路图 10 混合 型等效电路图中各元件名称及典型值范围如下： 课课程程设计说设计说明明书书 第 6 页 共 18 页bb： 基区体电阻, 约 be： 发射结电阻re折合到基极回路的等效电阻

14、, 约几十欧到几千欧。 bc：集电结电阻, 约km。 ce：集电极发射极电阻, 几十千欧以上。be：发射结电容, 约 皮法到几百皮法。bc：集电结电容, 约几个皮法。m：晶体管跨导, 几十毫西门子以下。 此外可以把c bc折合到输入端b、 e之间, 与电容c be并联, 其等效电容为： cm=(1+gmrl)cbc 。即把cbc的作用等效到输入端, 这就是密勒效应。其中gm是晶体管跨导, rl是考虑负载后的输出端总电阻, cm称为密勒电容。 简化电路如下：图 11 简化的高频混合 型等效电路2.3.2 y参数等效电路放大整形电路由晶体管3dg100与74ls00等组成。其中3dgl00组成放大

15、器将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74ls00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。 课课程程设计说设计说明明书书 第 7 页 共 18 页图12 晶体管共发射级y参数等效电路反向传输导纳 正向传输导纳 输出导纳 图中受控电流源 表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）； yfeub表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）。yfe越大, 表示晶体管的放大能力越强；re越大, 表示晶体管的内部反馈越强。yre的存在, 对实际工作带来很大危害, 是谐振放大器自激的根源, 同时也使分析过程变得复杂,因此应尽可能使其减小, 或削弱它的影响

16、。 2.3.3 谐振放大器电路谐振放大器的主要性能指标是电压增益, 通频带和矩形系数。 0|bbbieuuiy0|cbcieuuiy0|bccoeuuiycreuy 课课程程设计说设计说明明书书 第 8 页 共 18 页图13 单管单调谐放大电路cb与cc分别是和信号源（或前级放大器）与负载（或后级放大器）的耦合电容,ce是旁路电容。 电容c与电感l组成的并联谐振回路作为晶体管的集电极负载, 其谐振频率应调谐在输入有用信号的中心频率上。回路与本级晶体管的耦合采用自耦变压器耦合方式, 这样可减弱晶体管输出导纳对回路的影响。负载（或下级放大器）与回路的耦合采用自耦变压器耦合和电容耦合方式, 这样,

17、 既可减弱负载（或下级放大器）导纳对回路的影响, 又可使前、 后级的直流供电电路分开。另外, 采用上述耦合方式也比较容易实现前、 后级之间的阻抗匹配。 为了分析单管单调谐放大器的电压增益, 图14给出了其等效电路。图14 单管单调谐放大器的等效电路单管单调谐放大器的电压增益为：在单管单调谐放大器中, 选频功能由单个并联谐振回路完成, 所以单管单 课课程程设计说设计说明明书书 第 9 页 共 18 页调谐放大器的矩形系数与单个并联谐振回路的矩形系数相同, 其通频带则由于受晶体管输出阻抗和负载的影响, 比单个并联谐振回路加宽, 因为有载q值小于空载q值。 从对单管单调谐放大器的分析可知, 其电压增

18、益取决于晶体管参数、 回路与负载特性及接入系数等, 所以受到一定的限制。如果要进一步增大电压增益, 可采用多级放大器。 2.3.4 多级单调谐放大器 如果多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上, 则称为多级单调谐放大器。 级放大器通频带 bwn=2f 0.7= 由上述公式可知, 级相同的单调谐放大器的总增益比单级放大器的增益提高了, 而通频带比单级放大器的通频带缩小了, 且级数越多, 频带越窄。如多级放大器的频带确定以后, 级数越多, 则要求其中每一级放大器的频带越宽。所以, 增益和通频带的矛盾是一个严重的问题, 特别是对于要求高增益宽频带的放大器来说, 这个问题更为突出。这一特性与低频多级放

19、大器相同。 之后在总体电路中我们将用到此种原理。 级单调谐放大器的矩形系数： 表1 单调谐放大器矩形系数与级数的关系级数n12345678910 矩形系数kn01 9.954.90 3.74 3.40 3.20 3.10 3.00 2.93 2.89 2.85 2.56从表中可以看出, 当级数增加时, 放大器矩形系数有所改善, 但这种改善是有一定限度的, 最小不会低于2.56。 2.3.5 中和电路 为了使通过n的外部电流和通过bc的内部反馈电流相位相差180,从7 . 011001122bwqfnn121100111 . 01 . 0nnnnnbwbwk 课课程程设计说设计说明明书书 第 1

20、0 页 共 18 页而能互相抵消, 通常在晶体管输出端添加一个反相的耦合变压器。图15 放大器的中和电路 由于re是随频率而变化的, 所以固定的中和电容n只能在某一个频率点起到完全中和的作用, 对其它频率只能有部分中和作用, 又因为re是一个复数, 中和电路应该是一个由电阻和电容组成的电路, 但这给调试增加了困难。另外, 如果再考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响, 中和电路的效果很有限。 2.3.6 自动增益控制电路自动增益控制电路简称 agc 电路，它的作用是当输入信号电压变化很大时，保持收音机输出功率几乎不变。因此，要求在输入信号很弱时，自动增益控制不起作用，收音机的增益最大，而在

21、输入信号很强时，自动增益进行控制，使收音机的增益减小。为了实现自动增益控制，必须有一个随输入信号强弱变化的电压或电流，利用这个电压或电流去控制收音机的增益，通常从检波器得到这一控制电压。检波器的输出电压是音频信号电压与一直流电压的叠加值。其中直流分量与检波器的输入信号载波振幅成正比，在检波器输出端接一 rc 低通滤波器就可获得其直流分量，即所需的控制电压。实现 agc 的方法有多种，超外差收音机通常采用反向 agc 电路，该电路又称基极电流控制电路。它通过改变中放电路三极管的工作点，达到自动增益控制的目的。确定被控管的工作点要兼顾增益和控制效果两方面的要求，工作 课课程程设计说设计说明明书书

22、第 11 页 共 18 页点过低增益太小，工作点过高，控制效果不明显。一般取静态电流在 0.3ma-0.6ma 之间。选择低通滤波器的时间常数也相当重要，一般取 0.02s-0.2s 之间。常用的中放、检波及自动增益控制电路如图 16 所示。图 16. 收音机中放、检波及自动增益控制电路2.4 结构框图及性能参数以下我将用调频/调幅中频放大电路来具体分析宽带中频放大电路的具体应用。调频/调幅中频放大电路是收音机用调频及调幅中放、检波集成电路。啸叫抑制能力强，信号过载失真小。很好的应用于了中频信号处理电路对中频信号进行放大, 获得足够的增益, 吸收邻近的特殊干扰、分离伴音信号和图像信号, 提供自

23、动增益控制信号的作用。 调频/调幅中频放大电路组成框图如图 17。 课课程程设计说设计说明明书书 第 12 页 共 18 页 12345671112131415161098图 17 调频/调幅中频放大电路组成框图引出端功能符号引出端功能符号表 2 引出端功能列表引出端序号功 能符 号引出端序号功 能符 号1调幅混频输入inrf（am）9音频输出outaf2调幅混频旁路bpsmix（am）10电源vcc3调幅本振oscam11鉴频quad4稳压源reg12调幅中频旁路bpsif（am）5调幅中频输出outif（am）13调幅中频输入inif（am）6自动增益控制agc14调频旁路bpsfm7调谐

24、指示输出outtun15调频中频输入inif（fm）8地gnd16调幅混频输出outmix（am）极限值极限值（绝对最大额定值，若无其它规定，tamb=25） 表 3 极限值数 值参 数 名 称符 号最 小最 大单 位电源电压vcc-8v灯驱动电流ilamp-10ma功耗（*）pd750mw工作环境温度tamb-2575贮存温度tstg-55150注（*）：在 25以上使用时，每升高 1，功耗减少 6mw。 课课程程设计说设计说明明书书 第 13 页 共 18 页引出端直流电压引出端直流电压表 4 引出端直流电压引出端序号12345678910111213141516fm002.32.30.9

25、0.9-01.55.05.01.51.51.51.55.0直流电压(v)am1.51.52.32.31.01.0-01.45.05.01.51.51.51.55.0电特性电特性 （若无其它规定，vcc=8v，tamb=25，f=1khz）表 5 电特性规 范 值特 性 测试条件符 号最 小 典 型 最 大单 位fm vi=01015静态电源电流am vi=0icco710mafm vi=2mv5785114检波(鉴频)输出电压am vi=1mvvod6595125mvfm vi=10mv65信噪比am vi=1mvs/n47dbfm vi=10mv0.05全谐波失真度am vi=1mvthd1

26、.0%fm vi=100mv指示器驱动电压am vi=100mvvm1.61.751.9vfm ilamp=1ma200400灯灵敏度am ilamp=1mavlamp40v输入限幅电压fm -3db 限幅vlim100200v调幅抑制比fm vi=10mvamr38db电压增益am vi=20vgv354060db本振停止电压amvstop1.5v输出电阻outde(9 端) f=1khzro93.0k 课课程程设计说设计说明明书书 第 14 页 共 18 页测试原理图测试原理图12345678161514131211109 50 0.047ufs1 33k 47uf 68k 0.047uf

27、 22uf 390 100 0.01uf 0.022uf 75vin 0.033uf 50vin 4.7k 0.015uf 0.022uf 10mavcc=5v/vl(on)cd7640gpc . ft4t3t1t2 led 4.7uf图 18 测试原理图cf 为陶瓷滤波器，其中心频率 fo=10.7mhz，频偏 f=28050khz，插入损耗 b 6db。线圈数据表 6 线圈数据匝数线圈用途f并接电容（电感）q 值线径122346t1调频鉴频10.7mhz47pf400.1214t2调幅检波465khz180pf360.0790628t3调幅检波465khz180pf360.07152t4中

28、波振荡796khz(288h)370.081375qe= =36bwn=2f 0.7= （用两级放大） 295khzan=(au1)n= (n1n2)n|yfe|n au= =21.5 lgwgcwx0017 . 011001122bwqfnn202100000021)( ffqgynnafnuuuuuucfeuoiicgqwbwe2207 . 0 课课程程设计说设计说明明书书 第 15 页 共 18 页应用图应用图12345678161514131211109cd7640gp 0.01uf 0.01uf 4.7k 1000pf amfm 0.047uf 10uf33k 22uf 3.3uf

29、470 0.47uf 220k 0.022uf 100k 1000k 0.047ufvcc=5vfm/amafcc . fa n t图19 应用图2.5 性能分析以上是收音机用调频及调幅中放、检波集成电路。作电源电压范围宽：vcc=38v。静态工作电流小：icco=7ma（am） 、icco=10ma（fm） 。fm/am模式转换开关，内置公共 fm/am 输出。啸叫抑制能力强，信号过载失真小。具有调谐 led 指示驱动：ilamp=10ma（最大值） 。外接元件少等优良性能。具体参数可参看以上各表。很好的实现了中频信号处理电路对中频信号进行放大, 获得足够的增益, 吸收邻近的特殊干扰、分离伴

30、音信号和图像信号, 提供自动增益控制信号的作用。是了解中频放大电路的不可或缺的元件。对于超外差的学习也有很大的帮助。 课课程程设计说设计说明明书书 第 16 页 共 18 页总 结通过这次通信电路的课程设计，我掌握和了解了许多关于宽带中频放大电路的有关知识，使我知识面展宽了，同时更让我坚信，学好电子技术方面的知识，对以后的发展是有很大的益处的，在这条路上一直走下去是前途无量的。在中频放大电路的设计中，单元电路的设计是其中的基础，只有对各部分的作用有深刻的了解，才可以设计出符合设计要求的电路。整机电路在设计中是关键的关键，通过放大整形电路、基础电路和应用电路等电路构成整个电路，各个部分的相互联系，缺少了任何一部分，直接影响到整个设计的最终结果。中频放大电路是超外差接收设备的重要部件，其性能在很大