高频调谐放大器,LC振荡电路和高频谐振功率放大器的设计(通信电子线路)

1、武汉理工大学通信电子学设计报告课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信0704 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 通信电子线路综合设计课程设计目的： 较全面了解常用的数据分析与处理原理及方法； 能够运用所学知识进行初步电路的设计； 掌握基本的文献检索和文献阅读的方法； 提高正确地撰写论文的基本能力。课程设计内容和要求1.高频小信号调谐放大器的电路设计2. LC振荡器的设计；3.高频谐振功率放大器电路设计。初始条件： 电路板及元件，参数； 通信原理，高频，电路等基础知识。时间安排：课程设计时间为5天。（1）方案设计， 时间1天；（2）软件设计，时间2天；（3）系统调试，时间1天；

2、（4）答辩，时间1天。指导教师签名： 2010年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 17目录目录1摘要IAbstractII1高频小信号调谐放大器的电路设计11.1 主要技术指标：11.2给定条件11.3设计过程21.4 单调谐高频小信号放大器电路调试52 LC三点式反馈振荡器设计与制作62.1电容三点式振荡器原理工作原理分析62.2 主要设计技术性能指标102.3 基本设计条件102.4 电路结构102.5 静态工作电流的确定102.6 确定主振回路元器件112.7 电路调试123 高频谐振功率放大器电路设计与制作133.1设计要求133.2确定功放的工作状态133.3 基极偏置电路

3、计算143.4计算谐振回路与耦合线圈的参数143.5电源去耦滤波元件选择153.6 电路调试154 心得体会165 参考文献17本科生课程设计成绩评定表18摘要高频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。其中最容易出现问题是自激震荡，同时频率选择和各级建阻抗匹配也恶化你难实现。LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号，一般在lMHz以上。LC和RC振荡电路产生正弦振荡的原理基本相同，它们在电路组成方面的主要区别是，RC振荡电路的选频网络由电阻和电容组成，而LC

4、振荡电路的选频网络则由电感和电容组成。而高频谐振功率放大器主要是实现电源功率到高频信号功率转换的电路。本次课程设计主要围绕高频调谐放大器，LC振荡电路和高频谐振功率放大器的设计和分析，进一步学习和熟悉他们关键词：高频；通信系统；LC振荡电路；放大器AbstractHigh-frequency tuned amplifier is widely used in communications systems and other radio systems, especially in the transmitter of the receiving end, from the antenna on

5、 the sensor signal is very weak, which need to be larger amplifier. High-frequency signal amplifier theory is very simple, but the actual production was very difficult. One of the most prone to problems is the self-excited vibration, while frequency selective impedance matching has also deteriorated

6、 at all levels to build you from being realized. LC oscillator circuit is mainly used to generate high-frequency sinusoidal signal, or more generally lMHz. LC and RC oscillator produces sinusoidal oscillation is basically the same principle, they are formed in the circuits main difference is thatRC

7、oscillation circuit selected frequency network formed by resistors and capacitors, while the LC oscillator circuit by frequency-selective network composed of inductors and capacitors. The key is to achieve high-frequency resonant power amplifier power supply power to the high-frequency signal power

8、conversion circuit.The main focus on curriculum design, high-frequency tuned amplifier, LC oscillator circuits and high-frequency resonant power amplifier design and analysis, further study and become familiar with them.Key words：High frequency; communication systems; LC oscillator circuit; Amplifie

9、r武汉理工大学通信电子线路设计报告1高频小信号调谐放大器的电路设计高频小信号调谐放大电路的基本电路结构是选频放大电路，它主要由放大器与选频回路两部分构成。主要特点是放大器的负载不是纯电阻，而是由 L、C 组成的并联谐振回路。由于 L、C 并联谐振回路的阻抗是随频率变化的，在谐振频率点 处，其阻抗呈现纯电阻性，且达到最大值，因此放大器具有最大的放大倍数，稍离开谐振频率，放大倍数就会迅速减小。因此，用这种放大器可以有选择性地放大所需要的某一频率信号，而抑制不需要的信号或外界干扰噪声。所以，调谐放大器在无线电通讯等方面被广泛用作高频和中频的选频放大器。 在高频小信号调谐放大器中，用于放大的有源器件可

10、以是半导体三极管，也可以是场效应管，电子管或者是集成运算放大器。用于调谐的选频器件可以是 LC谐振回路，也可以是晶体滤波器，陶瓷滤波器，LC 集中滤波器，声表面波滤波器等。实际工程中对高频小信号调谐放大器的基本要求是：电压增益高，工作稳定性好，频率特性应满足通频带的要求，噪声低。1.1 主要技术指标：谐振频率：6.5MHz,谐振电压放大倍数：，通频带：，矩形系数：。要求：放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输出回路。1.2给定条件回路电感L=4H,，晶体管用9018，=50。查手册可知，9018在、时，,，。负载电阻。电源供电。1.3设计过程高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放

11、大器应具备如下基本特性:只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作考虑即可. 基本步骤是: 1.3.1选定电路形式依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器，设计电路见图1-1所示。 图1-1 单调谐高频小信号放大器电原理图图中放大管选用9018，该电路静态工作点Q主要由Rb1和Rw1、Rb2、Re与Vcc确定。利用和、的分压固定基极偏置电位，如满足条件：当温度变化，抑制了变化，从而获得

12、稳定的工作点。由此可知，只有当时，才能获得恒定，故硅管应用时， 。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求，一般硅管取：。1.3.2 设置静态工作点由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流一般在0.82mA之间选取为宜，设计电路中取 ，设。因为： 而 所以：因为：(硅管的发射结电压为0.7V) 所以： 因为： 所以：因为： 而 取则： 取标称电阻8.2K因为： 则：，考虑调整静态电流的方便，用22K电位器与15K电阻串联。1.3.3谐振回路参数计算1）回路中的总电容C因为： 则:2）回路电容C因有 所以取C为标称值30pf,与5-20Pf微调电容并联。3）求电感线圈N2与N1的匝数：

13、 根据理论推导，当线圈的尺寸及所选用的磁心确定后，则其相应的参数就可以认为是一个确定值，可以把它看成是一个常数。此时线圈的电感量仅和线圈匝数的平方成正比，即： 式中：K-系数，它与线圈的尺寸及磁性材料有关； N-线圈的匝数一般K值的大小是由试验确定的。当要绕制的线圈电感量为某一值时，可先在骨架上(也可以直接在磁心上)缠绕10匝，然后用电感测量仪测出其电感量，再用下面的公式求出系数K值： 式中： -为实验所绕匝数，由此根据和K值便可求出线圈应绕的圈数，即：实验中，L采用带螺纹磁芯、金属屏蔽罩的10S型高频电感绕制。在原线圈骨架上用0.08mm漆包线缠绕10匝后得到的电感为2uH。由此可确定要得到

14、4 uH的电感，所需匝数为 匝 最后再按照接入系数要求的比例，来绕变压器的初级抽头与次级线圈的匝数。因有，而匝。则： 匝1.3.4 确定耦合电容与高频滤波电容耦合电容C1、C2的值，可在1000 pf0.01uf之间选择 ，一般用瓷片电容。旁路电容Ce 、C3、C4的取值一般为0.01-1F，滤波电感的取值一般为220-330uH。1.4 单调谐高频小信号放大器电路调试1、测量并调整放大器的静态工作点仿真条件：元件参数参见图1-1。IC=1.5mA。可采用直接或间接方法。REVbVeVcVce1k3.52.7911.859.045103.352.5311.849.22k3.422.7211.8

15、79.112、谐振频率的调测与电压放大倍数的测量仿真条件：输入高频信号频率=fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）50mV。阻尼电阻R=、反馈电阻Re=1K、负载电阻RL=10K。3、研究阻尼电阻变化对放大器增益、带宽、品质因数的影响用频率特性测试仪测试放大器的幅频特性，并计算出增益、带宽及品质因数。测试条件：输入高频信号频率=fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）50mV。反馈电阻Re=1K、负载电阻RL=10K。阻尼电阻R=（开路） 阻尼电阻R=10K 阻尼电阻R=3K 阻尼电阻R=4704、研究反馈电阻变化对放大器的影响测试条件：输入高频信号频率=fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）5

16、0mV。阻尼电阻R=10K、负载电阻RL=10K。 ReVi(mV)Vo(mV)F0(MHz)2k40840101k41.61.41050038.41.8102 LC三点式反馈振荡器设计与制作在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为振荡器。振荡器的种类很多，根据工作原理可以分为反馈型振荡器和负阻型振荡器。根据选频网络采用的器件可分为LC振荡器、晶体振荡器、变压器耦合振荡器等。振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各

17、类电子设备中。为此,振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。2.1电容三点式振荡器原理工作原理分析反馈式正弦波振荡器有RC、LC和晶体振荡器三种形式，电路主要由放大网络、选频回路和反馈网络三个部分构成。本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器。所谓三点式振荡器，是晶体管的三个电极（B、E、C），分别与三个电抗性元件相连接，形成三个接点，故称为三点式振荡器，其基本电路如图2-1所示：图2-1 三点式振荡器的基本电路根据相位平衡条件，图2-1 (a)中构成振荡电路的三个电抗元件，X1、X2必须为同性质的电抗，X3必须为异性质的电抗，若X1和X2均

18、为容抗，X3为感抗，则为电容三点式振荡电路（如图2-1 (b)）；若X2和X1均为感抗，X3为容抗，则为电感三点式振荡器（如图2-1 (c)）。由此可见，为射同余异。共基电容三点式振荡器的基本电路如图2-2所示图2-2共基电容三点式振荡器由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极和集电极连接的为异性质的电抗元件L，根据前面所述的判别准则，该电路满足相位条件。 其工作过程是：振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC谐振回路，具有选频作用，当LC谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等

19、时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF=1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件， 于是得到单一频率的振荡信号输出。该振荡器的振荡频率为：反馈系数F为： 若要它产生正弦波，必须满足F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一个实际的振荡电路，在F确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如静态电流取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真，严重时，甚至使振荡器停振。所

20、以在实用中，静态电流值一般ICO=0.5mA-4mA。共基电容三点式振荡器的优点是：1）振荡波形好。2）电路的频率稳定度较高。工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。 电路的缺点：振荡回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。为克服共基电容三点式振荡器的缺点，可对其进行改进，改进电路有两种： 串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路)电路组成如图2-3示：图2-3克拉泼振荡电路电路特点是在共基电容三点式振荡器的基础上，用一电容C3，串联于电感L支路。 功用主要是以增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性

21、。使振荡频率的稳定度得以提高。 因为C3远远小于C1或C2，所以电容串联后的等效电容约为C3。电路的振荡频率为：与共基电容三点式振荡器电路相比，在电感L支路上串联一个电容。但它有以下特点：1、振荡频率改变可不影响反馈系数。2、振荡幅度比较稳定；但C3不能太小，否则导致停振，所以克拉泼振荡器频率覆盖率较小，仅达1.2-1.4； 为此，克拉泼振荡器适合与作固定频率的振荡器 。 并联型改进电容三端式振荡器(西勒电路)电路组成如图2-4示：图2-4西勒振荡电路电路特点是在克拉泼振荡器的基础上，用一电容C4，并联于电感L两端。功用是保持了晶体管与振荡回路弱藕合，振荡频率的稳定度高，调整范围大。电路的振荡

22、频率为： 特点：1.振荡幅度比较稳定； 2.振荡频率可以比较高，如可达千兆赫；频率覆盖率比较大，可达1.6-1.8；所以在一些短波、超短波通信机，电视接收机中用的比较多。 频率稳定度是振荡器的一项十分重要技术指标，它表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电压、电源等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡器的频率稳定度越高。改善振荡频率稳定度，从根本上来说就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力，这就是所谓的提高振荡回路的标准

23、性。提高振荡回路标准性除了采用稳定性好和高Q的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的具有负温度系数的电容，以实现温度补偿作用。石英晶体具有十分稳定的物理和化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效参量Lq很大，Cq很小，Rq也不大，因此晶体Q值可达到百万数量级，所以晶体振荡器的频率稳定度比LC振荡器高很多。2.2 主要设计技术性能指标振荡频率 频率稳定度 输出幅度 采用西勒振荡电路，为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，采用了射随器作为隔离级。2.3 基本设计条件电源供电为12V，振荡管BG1为9018（其主要参数,取=100，fT1100MHz）。隔离级射随器晶体管BG2也为90

24、18，LC振荡器工作频率为6MHz，晶体为6 MHz。2.4 电路结构根据设计要求和条件可采用如图2-5所示的电路结构。图2-5 LC三点式振荡器电原理图2.5 静态工作电流的确定合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.8-4mA之间选取，故本实验电路中： 选ICQ=2mA VCEQ=6V =100 则有为提高电路的稳定性Re值适当增大，取Re=1K则Rc2K 因：UEQ=ICQRE 则： UEQ =2mA1K=2V 因： IB

25、Q=ICQ/ 则： IBQ =2mA/100=0.02mA 一般取流过Rb2的电流为5-10IBQ , 若取10IBQ 因： 则： 取标称电阻12K。因： ： 为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由27K电阻与27K电位器串联构成。2.6 确定主振回路元器件回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C和总电感L两部分。确定这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp远大于总的不稳定电容Cd原则，先选定Cp为宜。若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在

26、回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C不能过大，C过大，L就小，Q值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入。反馈系数F=C1/C2，不能过大或过小，适宜1/81/2。因振荡器的工作频率为： 当LC振荡时，f0=6MHz L10H 本电路中，则回路的谐振频率fo主要由C3、C4决定，即有 C3+C4=167pf。取C3 =120pf，C4=51pf（用33Pf与5-20Pf的可调电容并联），因要遵循C1，C2C3,C4，C1/C2=1/81/2的条件，故取C1=200pf，则C2=510pf。对于晶体振荡，只需和晶体并联一可调电容进行微调即可。为了尽可能地减小负

27、载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极；如为基级接地，则应从发射极输出。综合上述计算结果。得实际电路如图2-5所示。2.7 电路调试1、振荡电路静态工作点的调整当静态电流调整完毕后，用万用表测量晶体管BG1的各电极的静态工作电压。 表2-1 静态测量数据表BG1VbVeVceIc测量值Ic计算值2.56V25V10.08V2.54mA2.5mA2、 振荡器频率的调测 用示波器测量振荡器的输出端“OSC/OUT”，观察Vo波形，若无振荡输出，则需检查电路，调整元件，直至电路振荡。 适当调整LC回路微调电感或微调电容CT，使振荡频率满足设

28、计指标要求。再适当调整RW1使Vo输出最大且出现不失真的正弦波。记录此时最佳状态下的Vo波形和幅度，振荡fo与集电极电流IC。4、 研究负载RL变化对振荡器性能的影响振荡器基本设置条件：振荡电路在最佳工作状态。按表2-4所列数据，分别改变负载电阻。将测试结果记录于表2-4中。 表2-4RL（）f（MHz）振荡幅度(mV) “全开路” 6.57870410k6.5456444.7K6.5194403 高频谐振功率放大器电路设计与制作3.1设计要求电路的主要技术指标：输出功率Po125mW，工作中心频率fo=6MHz，65%， 已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=51，晶体管用3DA1，其主要

29、参数：Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe10，功率增益Ap13dB（20倍）。3.2确定功放的工作状态 对高频功率放大器的基本要求是,尽可能输出大功率、高效率，为兼顾两者，通常选丙类且要求在临界工作状态，其电流流通角在600900范围。现设=700。查表得：集电极电流余弦脉冲直流ICO分解系数，集电极电流余弦脉冲基波ICM1分解系数，。设功放的输出功率为0.5W。功率放大器集电极的等效电阻为：集电极基波电流振幅为：集电极电流脉冲的最大振幅为： 集电极电流脉冲的直流分量为：电源提供的直流功率为：集电极的耗散功率为：集电极的效率为： (满足设计要求)已知

30、： 即则：输入功率：基极余弦脉冲电流的最大值（设3DA1的=10） 基极基波电流的振幅为：得基极输入的电压振幅为：3.3 基极偏置电路计算因 则有 ：因 则有 ：取高频旁路电容3.4计算谐振回路与耦合线圈的参数图3-1 等效电路图 输出采用L型匹配网路， 则匹配网路的电感L为，电容C为。3.5电源去耦滤波元件选择 高频电路的电源去耦滤波网络通常采用型LC低通滤波器，滤波电感0可按经验取50100H，滤波电感一般取0.01F。综合上述设计，得参考电路如图3-2所示。图3-2 高频功率放大器原理图3.6 电路调试1、静态测量静态直流工作点的测量静态测量VbVeVcVce结论BG12.707V2.1

31、2011.9969.552V线性放大动态测量VbVeVcVce结论BG3-899.11uV600.51mV12V11.389V截止结论：根据实验仿真数据结果，分析甲类高频电压放大器与丙类谐振功率放大器直流静态的区别：第一级宽带功放，测得数据为VcVbVe，满足晶体管的放大管放大条件，即为甲类放大器的直流工作状态特点；第二级丙类功放，测得晶体管静态时基极偏置为0。2、观测波形用示波器观测丙类放大器集电极波形，为尖顶脉冲正弦波。又分别观测欠压、临界、过压时的波形4 心得体会在复习的期间，来完成这样一个通信电子线路设计，真的是有点紧张，有点忙乱。但是一个团体里，大家还是互相帮助，共同完成了设计报告的书写，资料搜集和查找，电路相关参数的整理和计算，电路图的仿真，电路板的焊接等任务。大家分工合作，一起努力，其中也遇到了很多的问题，尤其是电路调试的时候，因为电阻电容选择的不恰当，导致电路不能正常工作，但在同学一起讨论，或者咨询老师，最后都解决了问题，圆满地完成了任务。首先，在相关材料的搜集过程中，不同设计方式和电路图都有各自特点和相关要求，这些材料的整理和对比就花费了自己很多的精力。因为这些材料中的器件、芯片和工作方式等有很多是自己在课堂的学习中从来没有遇到过的，我们必须利用一切方式查找到相关的资料，自学其相关的原理等。所设计电路的实际可行性、经济效益等也是