高频小信号课设

1、 注意：1 按我批注的修改 2 注意检查序号的编排 3 图形编号要统一：按如图 1.1、1.2.等方式编号 4 修定完发给我，合格后方能打印高频电子线路设计报告高频电子线路设计报告（将所有背景图删掉）姓 名： 张继峰 学 号： 200510501136 专业班级： 05 电子信息工程 1 班 题 目： 高频小信号谐振放大器的设计 同组学生：（ ）攀枝花学院电气信息工程学院二八年一月高频电子线路设计 1摘摘 要要以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器称为小信号谐振放大器,或小信号调谐放大器。放大器件可采用单管、双管组合电路和集成放大电路等，谐振回路可以是单谐振回路或双耦合谐振回路。单调谐回路的谐

2、振放大器电路简单，调整方便，所以应用较广。关键词：信号源，晶体管，负载回路，谐振频率，电压增益，通频带高频电子线路设计 2ABSTRACTAs chooses the frequency network take the resonant tank the high frequency small signal-amplifier to be called the small signal tuned amplifier, or small signal tuned amplifier. Enlarges the component to be possible to use single ,

3、 the double barrel combination circuit and the integrated enlargement electric circuit and so on, the resonant tank may be the single resonant tank or the double coupling resonant tank. List tuning circuit tuned amplifier electric circuit simple, adjustment convenient, therefore the application is b

4、roader. Keywords: Signal Source, Transistors, Load circui,Fesonant Frequency 高频电子线路设计 3摘摘 要要.1ABSTRACT.21 设计要求设计要求.11.1 已知条件 .11.2 主要器件 .11.3 主要技术指标 .12 电路的基本原理电路的基本原理.22.1 设计框图 .22.2 单元电路分析及计算.22.2.1 单元电路设计之一-对输入变压器耦合谐振回路设计.22.2.2 单元电路设计之二-对三极管放大回路设计.32.2.3 单元电路设计之三-输出变压器耦合谐振回路设计.32.3 单元电路级联 .42.3.

5、1电路分析.42.3.2 小信号参数.43 电路组装及测试电路组装及测试.63.1 实验具体参数设计.63.1.1电路形式.63.1.2 设置静态工作点.63.1.3 计算谐振回路参数.73.1.4 确定输入耦合回路及高频滤波电容.83.2 电路测试 .83.3 电路调整 .123.3.1 变压器的安装.123.3.2 谐振状态的调整方法.123.3.3寄生振荡及其消除方法.124 DXP 制作制作 PCB 版版 .145 心得体会心得体会.156 参考文献参考文献.16致谢致谢.17高频电子线路设计 11 设计要求设计要求掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各

6、项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响。1.1 已知条件已知条件 ，晶体管为 3DG100C，。查手册得（当，VVCC9507bbrmAIE1，匝，接用 10.7MHzpFCeb25HL10202N25. 01p25. 02p中频变压器） ，。 kRL11.2 主要器件主要器件 高频信号发生器 HP8640B 1 台 超高频毫伏表 DA-36A 2（或）1 台 双踪示波器 COS5020 或数字存储示波器 TDS210 1 台 无感起子 1 把 数字万用表 UT2003 1 台 晶体管稳压电源 1 台 高频 Q 表 1 台1.3 主要技术指标主要技术指标 谐振频率，谐振

7、电压放大器，通 BW=1MHz，矩MHzf5 . 60dBAVO20形系数。101 . 0rK高频电子线路设计 22 电路电路设计设计2.1 设计框图设计框图高频小信号谐振放大器的基本组成如图 4.1.1 所示。它由输入变压器耦合谐振回路、三极管放大回路、输出变压器耦合谐振回路等组成。 图 2.1.1 高频小信号谐振放大器的组成框图2.2 单元电路分析及计算单元电路分析及计算2.2.1 单元电路设计之一单元电路设计之一-对输入变压器耦合谐振回路设计对输入变压器耦合谐振回路设计（下面图用（下面图用 DXP重新画）重新画） 图 2.2.1 输入变压器耦合回路 谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有

8、选择信号及阻抗变换作用。在这个电路中，晶体管的输出由线圈抽头以电感分压式接入回路。偶合大致为一个电容和电感，通过调节这两个值，可以改变一个偶合的范围。电感是用线圈制作的，它的作用多是扼流滤波和滤除高频杂波。耦合作用是在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合。为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容 。在前级就可以是防止信号中韵低频分量损失过大 确定放大器的静态工作点 。以求电路工作更精确。高频电子线路设计 32.2.2 单元电路设计之二单元电路设计之二-对三极管放大回路设计对三极管放大回路设计（下面图用（下面图用 DXP 重新画

9、）重新画） 图 2.2.2 三极管放大回路 三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压 UB 有一个微小的变化时，基极电流 IB 也会随之有一小的变化，受基极电流 IB 的控制，集电极电流 IC 会有一个很大的变化，基极电流 IB 越大，集电极电流 IC 也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与 IB 变化量之比叫做三极管的放大倍数 （=IC/IB, 表示变化量。），三极管的放大倍数 一般在几十到

10、几百倍。2.2.3 单元电路设计之三单元电路设计之三-输出变压器耦合谐振回路设计输出变压器耦合谐振回路设计（下面图用（下面图用 DXP 重重新画）新画） 图 2.2.3 输出变压器耦合回路耦合作用是在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合。为了防止信号中韵低频分量损失过大，一高频电子线路设计 4般总采用容量较大的电解电容，在输出的时候 ，有提高系统带负载的能力。对输入、输出阻抗有一定的改善能力。 2.3 单元电路级联单元电路级联2.3.1 电路分析电路分析（下面图用（下面图用 DXP 重新画）重新画）图 1.1.5 所示电路为共发射极接法的晶体管高频

11、小信号单级调谐回路谐振放大器，它不仅要放大高频小信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集成电极负载为 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等会影响放大器输出信号的频率或相位，晶体管的静态工作点由电阻，及决定，其计算方法与低频单管放大器相同。1BR2BRER图 2.3.1 高频小信号谐振放大器2.3.2 小信号参数小信号参数 放大器在谐振时的等效电路如图 2.3.1 所示，晶体管的 4 个参数分别为y输入导纳 （2-3-1）)(1ebebbbebebiecjgrcjgy输出导纳 （2-3-2）)(1ebebbbmbbcboecjgrgrcjy正向传输

12、导纳 （2-3-3）)(1ebebbbmfecjgrgy高频电子线路设计 5反向传输导纳 （2-3-4）)(1ebebbbcbfecjgrcjy 式中，GM 为晶体管的跨导，与发射极电流关系为 （2-3-5）sIgmAEm26 GBC 为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及EI有关，其关系为 （2-3-6）sIrgmAEbebe261 bbr为基极电阻，一般为几十欧姆；为集电极电容，一般为几十皮法；cbc为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。（下面图用 DXP 重新画）ebc图 2.3.2 谐振放大器的高频等效电路晶体管在高频情况下的分布参数出除了与静态电流，电流放大系数EI有关外，还与工作

13、角频率有关，晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在，条件下MHzfo5 . 6mAIE2VVCE8测得 3DG100C 的参数。y msierieg21msoeroeg2501msyfe40 pFCie12pFoeC4syre350 如果工作条件发生变化，则上述参数值公仅作为参考，因此高频电路的设计计算一般采用工程估算方法。 图 2.3.2 所示等效电路中，P1 为晶体管的集成电极接入系数，即 （2-3-7）211NNp 式中，为电感线圈 L 的总匝数；为输出变压器的副边与原边的比，2N2PoTr高频电子线路设计 6 （2-3-232/ NNp 8）式中，为副边总匝

14、数；为谐振放大器输出负载的电导，3NLgLLRg1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Lg体管的输入电导。 （2-3-2ieg0222102222111GljcjgppGljcjgpgpglieoe9） 式中，0G为 LC 回路本身的损耗电导。2.4 参数确定参数确定2.4.1 电路形式电路形式（下面图用（下面图用 DXP 重新画）重新画） 图 1.1.7 高频小信号谐振放大器2.4.2 设置静态工作点设置静态工作点 取，则mAIEQ1VVEQ5 . 1VVCEQ5 . 7 kIVREQEQE5 . 1 取标称值 18kIVIVRCQBQBQBQB3 .18662k

15、 KRVVVRBBQBQCCB6 .5521高频电子线路设计 7可用 30电阻和 100电位器串联，以便调整静态工作点。1BRkk2.4.3 计算谐振回路参数计算谐振回路参数 由式（2-3-6）得 mSSmAIgEeb77. 026 由式（2-3-5）得 mSSmAIgEm3826 下面计算 4 个 y 参数，由（2-3-1）（2-3-4）得 mSjmSjwCgrjwCgyebbbbbebebie5 . 196. 0)(1 因为，所以ieieieCjgy mSgie96. 0kgrieie11pFmsCie235 . 1 mSjmSCjCjgrgrCjycbebebbbmbbcboe5 . 0

16、06. 0)(1 因为，所以oeoeoeCjgy mSgoe06. 0pFmSCoe75 . 0 mSjmSCjgrgyebebbbmfe1 . 437)(1 故模。mSmSyfe371 . 43722 先由下式计算求回路电容 pFLfC60)2(120 再求回路电容 取标称值pFCpCpCCieoe1 .582221pF51 由（2-3-7） （2-3-8）求出输出耦合变压器的原边抽头匝数及副边匝oTr1N高频电子线路设计 8数，即3N 匝 匝5211NpN5223NpN2.4.4 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愤怒放大器的输入偶合回路通常指变压器

17、偶合的谐振回路，如图 4.1.2 所示.由于输入变压器 Tri 原边谐振贿赂的谐振频率与放大器谐振贿赂的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，如图 4.1.6.高频偶合电容一般选择瓷片电容。 3 3 电路仿真电路仿真3.13.1 电路级联电路级联 （将背景网点消掉）（将背景网点消掉） 图 4.1 电路仿真高频电子线路设计 9 图的编号？图的编号？3.23.2 仿真步骤仿真步骤（步骤写清楚，按（步骤写清楚，按（1 1）、（）、（2 2）编排）编排）在 Mulitisim 2001 中选择电路图所示元件，两个交流电压表和直流电源从电源元件中选取。在 Mulitisim 2001 右面元件中选取示波

18、器，在电阻元件中选取电容、电阻和变压器元件。在 Mulitisim 2001 左面元件中选取乘法器元件。按高频小信号谐振放大器原理图来连接电路，当全部连接好之后打开开关观察三个示波器的波形变换。 3.33.3 仿真电路结果仿真电路结果调整静态工作点方法是，不输入信号（iV =0），Ci 的左端接地，将谐振贿赂的电容 C 开路，这时用万用表测量电阻 RE 两段的电压，调整电阻1BR使)1(5 . 1mAIVVEEQ.记下此时电路的1BR值及静态工作点BQV、CEQV、EQV、及EQI.高频电子线路设计 10 调谐振回路使其谐振的方法是：按图 1.1.8 所示的测试电路接入高频电压表 V1、V2，

19、支流毫安表 mA 几示波器。再将信号发生器的输入频率置于fi=10.7MHz，输入电压 Vi=5mA。为避免谐振回路失谐引起的高反向电压损坏晶体管，可将电源电压+CCV降低，如使+CCV=+6V，调输出耦合变压器的磁芯使贿赂谐振，即电压表 V2 的指示值达到最大，毫安表 mA 的指示值最小且输入波形无明显失真。贿赂处于谐振状态后，再将电源电压恢复至+9V。在放大器处于谐振状态下测量各项技术指标，如电压放大倍数VOA，通频带 BW 几矩形系数1 . 0rK，其测量方法如前所述。若将这些指标的测量值与设计要求相差较远，则根据它们的表达示进行分析。如果电压放大倍数VOA，较小，则可以通过调整静态工作

20、点 Q 或接入系数 P1 使VOA增大或更换较大是晶体管。由于分布参数的影响。放大器的各项技术指标满足设计要求后的元件参数与设计算值有一定的偏值。需要反复调整输入耦合变压器的磁芯位置才能使谐振贿赂处于谐振态，如图 1.1.8 所示的测量方法判断贿赂的谐振状态不太准确，易产生测量误差，较的方法是采用扫频测量贿赂的谐振曲线。由于工作频率较高，高频小信号放大器易受到各种信号的干扰，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（屏蔽盒内与地线接触良好）。 4DXP 制作制作 PCB 版版4.1 DXP 画出原理图画出原理图（要求详细地写出原理图的过程）（要求详细地写出原理图的过程）高频电子

21、线路设计 1162kR11.5kR318kR21kR4TTrans CT Ideal51pFC20.01uFC30.033uFC4C1Cap Pol1VCCQ2N3904T2EC54.24.2 PCBPCB 的制作过程的制作过程（要求详细地写出制作过程：（要求详细地写出制作过程： 按（按（1 1） 、 （2 2）. .。 。 。 。 。 。 。写出来。写出来 654321121212123212121212121211234在 Protel DXP 中找到相应的元件，双击元件确定元件的参数，在工具栏里找到画图按钮，正确连接电路（上图分别为电路原理图和生成的 PCB 版） 。电路连接完成后，单击

22、 DXP 工具栏上的 project 按钮，在上面的选项中选取生成 PCB 版。在生成 PCB 版的过程中，软件自身会对电路进行判断正误，如果电路图有错，DXP 软件会提示错误的出处。 最后生成 PCB 版图（如上图） 。高频电子线路设计 12 5 电路调整电路调整5.1 变压器的安装变压器的安装变压器安装后，应确保其输入、输出电压反相（示波器测量），否则会产生较大干扰。5.2 谐振状态的调整方法谐振状态的调整方法理论上分析，丙类功放的集电极回路处于谐振状态时，回路电压VL为最大，集电极平均电流Ic0最小。但由于受放大器内部电容Cbc的影响，两者并不同时出现。因此在实际应用中，一般以VL最大为

23、谐振指示。 5.3 寄生振荡及其消除方法寄生振荡及其消除方法寄生振荡是高频功率放大器调整过程中经常遇到的一种现象，根据振荡产生的原因，常见寄生振荡有以下两种：（a）1/2 基波的影响 （b）3 倍频的影响图图 3.3.63.3.6 参量自激型寄生振荡影响的输出波形参量自激型寄生振荡影响的输出波形 5.3.15.3.1 参量自激型寄生振荡参量自激型寄生振荡 当放大器的输出电压足够大时，放大器的动态工作点可 能进入参量状态，这时晶体管的许多参数将随着工作状态而变化，将产生许多新的频率分量，其中某些频率分量会形成自激振荡。对输出波形影响较大的是 1/2 基波频率，图3.3.6 画出了 1/2 基波和

24、 3 倍频参量自激时，输出端的合成波形。 高频电子线路设计 13 消除参量寄振荡的常用办法是在基极或发射极接入防振电阻（几欧至几十欧），或引入适当的高频电压负反馈，或 降低回路的有载 QL值，或减小激励信号电平。 (a) 低频寄生振荡的影响 (b) 高频寄生振荡的影响图 3.3.7 反馈型寄生振荡影响输出波形5.3.25.3.2 反馈型寄生振荡反馈型寄生振荡 反馈型寄生振荡又分为低频寄生振荡与高频或超高频寄生振荡。低频寄生振荡的频率低于放大器的工作频率，高频寄生振荡的颇率高于放大器的工作频率。图 3.3.7 分别为叠加有低频自激与高频自激信号的输出波形低频寄生振荡一般是由输入回路中的电容引起的

25、。消除低频寄生振荡的办法是设法破坏它的正发馈支路，例如减少基极回路线圈的电感量或串入电阻RF，降低线圈的有效 Q 值。 高频寄生振荡一般是由电路的分布参数（分布电容、引线电感等）的影响所造成。消除高频寄生振荡的有效方法是尽量减少引线的长度、合理布局或基极回路接入仿振电阻。5 心得体会心得体会在学期期末，院系安排我们进行高频课程设计。在设计过程中，我们利用Mulitisim 2001 仿真软件对高频小信号谐振放大器进行设计。充分利用了此软件画图方便的特点，并进一步了解了该软件的功能和设计高频电子线路的方法。在仿真完成后，我们便利用 DXP 软件进行 PCB 版的制作，生成电路版。最后进行实物连接

26、。在画图的过程中，我们遇到了某些困难，但是只要认真的去克服它一切事情都能解决。在制作 PCB 版的过程中，刚开始对软件的不熟悉是我们制作的最大障碍，但是，经过一段时间的锻炼，我们对该软件已经逐步熟悉，并顺利的高频电子线路设计 14完成 PCB 版的制作。 在实验设计过程中，深化了我对高频电子线路这门课程的理解。使我掌握了现代电子设计自动化（Electronic Design Automation,及 EDA ）技术的新方法、新工具和新手段。既有利于加强我对课程理论与实际的联系，培养了我们对多门课程的知识综合运用能力；又系统地、科学地提高了我们的实际动手能力、工程设计能力及创新设计能力；还使我们知道了更多当前电子技术迅速发展与广泛应用的需要和前景。高频电子线路设计 155 参考文献参考文献1 1王志刚, 龚杰星. 现代电子线路. 北京: 清华大学出版社, 北京交通大学出版社, 20032董在望, 陈雅琴, 雷有华, 肖华庭. 通信电路原理. 第二