高频小信号谐振放大器的设计

1、课程设计(论文)题 目 名 称 CMOS集成电路 课 程 名 称 高频小信号谐振放大器设计 学 生 姓 名 黄敏虹 学 号 1241304009 系 、专 业 信息工程系、计算机科学与技术 指 导 教 师 许 建 明 2014年 11 月 14 日目 录第1章 绪论11.1 高频小信号放大器简介1第2章 方案设计32.1 设计要求32.2 总体方案简述4第3章 模块电路设计53.1 电路的基本原理53.2 主要性能指标及测试方法63.3 电路的设计与参数的计算83.3.1 电路的确定83.3.2参数计算8第4章 电路的仿真与调试94.1 电路仿真94.2 电路的安装与调试10总 结13参考文献

2、14邵阳学院课程设计第 1 章 绪 论1.1高频小信号放大器简介 高频小信号放大器是用于无失真的放大某一频率范围的信号。按其频带宽度可分为窄带与宽带放大器，而最常用的为窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻变换和选频滤波功能。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。调谐放大主要用于无线电接收系统中高频和中频信号的放大。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

3、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，实现放大器与前后级的阻抗匹配。高频小信号放大器的分类：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; 高频小信号放大器的特点：频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度

4、在几KHz到几十MHz，故必须用选频网络小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类 放大器)即工作在线形放大状态。采用谐振回路作负载，即对靠近谐振频率附近的信号有较大的增益，对远离谐振频率附近的信号其增益迅速下降，即具有选频放大作用。 第 2 章 方案设计2.1 设计要求已知条件：电源电压，负载电阻，高频三极管3DG6。 主要技术指标：中心频率，电压增益，通频带。 课程设计要求：要求有课程设计说明书，并制作出实际电路。 实验仪器设备 数量 高频信号发生器 1台 数字存储示波器 1把 无感起子 1把 数字万用表 1台 12V直流稳压电源 1台2.2 总体方案简述 高频小信号放大器的功用就是无失真的放

5、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-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。 第 3 章 模块电路设计 3.1 电路基本原理 图3-1-1所示电

6、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。 图3-1-1 3.2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Kr0.1），采用3-2-1所示电路可以粗略测各项指标。 图3-2-1输入信号由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用于

7、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。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。

8、图3-2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。 3 .3电路的设计与参数计算3.3.1电路的确定电路形式如图3-3-1所示 已知参数要求与晶体管3DJ6参数。3.3.2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。 第4章 电路的仿真与测试4.1电路的仿真（1）利用MULTISIM绘制出如图4

9、-1-1所示的仿真实验电路 图4-1 -1 仿真电路图(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4-1-2图所示。图4-2-2 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=10MHz，vo34dB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。4.2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

10、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(Ie=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5-1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

11、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=9.7MHz，vo28dB 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点： （1）实物的实际值与理论值有一定的差，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

12、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）。但电路调试环境条件有限。总结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。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。

13、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我感受到了团结的力量。在这次课程设计过程中最深刻的感触是光有理论知识是远远不够的，还必须懂一些实践中的知识，比如，元器件的参数在设置时尽量选择与标称值相等或相近的（如电阻和电容值的选择）；元器件的等效替换（实际电路板上，我们使用中周代替变压器调谐）；电路板的调试。实践中，我们应将课堂所学与实验课结合起来，锻炼自己的理论联系实际的能力和实际动手能力。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的。总而言之，课程设计在我们努力下基本达到了预期目的，所

14、制的产品在功能上基本达到了设计要求，而且在工艺上也已经尽可能的做到了经济，美观。在制作中遇到的一些问题，虽然尽大家的能力解决了一些，但还是存在一些缺陷，望老师及读者谅解。参考文献1谢自美. 电子线路设计·实验·测试（第三版）. 华中科技大学 2006.2 曹才开，姚屏，曾屹，周细凤. 高频电子线路原理与实践. 中南大学 2010.3康华光主编电子技术基础模拟部分 高等教育出版社.14邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业12电子科学与技术学生姓名黄敏虹学 号1241304009题目名称高频小信号谐振放大器设计设计时间2014.11.3-2014.11.14课程名称通信电子线

15、路课程编号131300321设计地点新实验楼一、 课程设计（论文）目的学生在教师指导下运用所学课程的知识来研究、解决一些具有一定综合性问题的通信电子线路相关课题。通过课程设计（论文），提高学生综合运用所学知识来解决实际问题、使用文献资料、及进行科学实验或技术设计的初步能力，为后续的专业课程学习和毕业设计（论文）打基础。二、 已知技术参数和条件源电压，负载电阻，高频三极管3DG6。中心频率，电压增益，通频带。三、 任务和要求（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。（3）工作稳定可靠。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签

16、字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、通信电子线路教材2、互联网3、开放实验室4、实验室供有基本实验条件和器件五、进度安排2014.11.32014.11.4：下发任务书2014.11.52014.11.6：搜集相关参考资料2014.11.72014.11.11：设计2014.11.122014.11.14：撰写课程设计报告六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 2014年 11月 3日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 2014年11月3日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 黄敏虹 学 号 1241304009 系 信息工程系 专业班级 电子科学与技术班 题目名称 高频小信号谐振放大器设计 课程名称 通信电子线路 一、学生自我总结期两周的课程设计接近尾声，虽然结果还有诸多不足之处，但在这过程中我收获到很多。本次设计通过对高频电子电路的学习使用Multisim软件设计了一个高频小信号谐振放大器，从起初的茫然到不断查资料，不断充实自己，不断改进，最终有了一定成效这确实是一件令人愉悦的事情。在设计过程中遇到问题，我有先尝试自己思考解决，也有与同学老师交流，对于自己也是一个很大的提升。也十分感谢刘老师对我们的帮助，并不是单纯