高频小信号调谐放大器

1、高频电子线路课程设计报告题目：高频小信号谐振放大器院系：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx专业：电子信息科学与技术班级：xxxxxxxxxxx姓 名：xxxxxx学号：xxxxxxxxxxxxxxx 指导教师： xxxxxxxx报告成绩： 2016年12月16日目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 一设计目的 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 二设计思路 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 电路的

2、功能 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 设计的基本要求 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 三设计过程 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 设计电路 1 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 测量方法 4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 谐振频率 4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 电压增益

3、 4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 通频带 5 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 矩形系数 5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 四系统调试与结果 6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 设置静态工作点 6 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 计算谐振回路参数 6 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document

4、利用Multisim 对电路的仿真图 7 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 设计结果与分析 8 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 五主要元器件与设备 10 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 元器件与设备 10 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 相关参数 11 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 六课程设计体会与建议 11 HYPERLINK l bo

5、okmark78 o Current Document 设计体会 11 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 设计建议 12 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 七参考文献 12设计目的(1) 了解LC谐振回路的选频原理和回路参数对回路特性的影响。(2)掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理。(3)掌握高频单特性放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计。(4)掌握高频单调谐放大器的设计方案和测试方法。二设计思路电路的功能所谓谐振放大器，就是采用谐振回路作负载的放大器。根据谐振回路的特性， 谐振放大器对于

6、靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于远离谐振频率的信号， 增益迅速下降。所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作 用。高频小信号放大器的作用是无失真的放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。高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功 能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。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。设计的基本要求(1)通过具体计算，选择器件给出电路设计电路(2)给出最终实现电路(3)进行仿真校验(4)作出设计总结三设计过程设计电路L1 ：vccVGC10

7、0mH-.C3- a !15VIIlOOpF, , 7 VDDR21OKQ ：2SC945 8k 10mVrms 2 T2000MHz Q. .- VDDR4G115KQ : -TOnF VDD图1高频小信号单极单调谐回路谐振放大器图1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单极单调谐回路谐振放大 器。它不仅放可以大高频信号，而且还有一定的选频作用，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 的分布参数等会影响放大器射出信号的频率或相位。放大器在谐振时的等效电路如图2所示，晶体管的4个y参数分别为：输入导纳：yegce - j- Cbc - Pb

8、bgmgbc j Cbe(1rb b g b e )j,，1cberbb输出导纳:yiegbe jCbea：(1rbbgbe) . j.Cberbb反向传输导纳：yre- gbcj Cbc(1 rbbgbe) j Cberbb式中gm为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为:gm =ie :mA * -149Yi十Yre * 笆 e，【,罚回梏|一信号源莫美笈芟受鼎）十 十图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除了与静态工作电流ie、电流放大系数有关gierie-1- c=2ms goe =二250 ms oeroeyfe=40Cie =12pFCoe =4pFyfe =350外

9、，还与工作角频率有关。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。如在条件下测的 2SC945的y参数:如图所示等效电路中，Pi为晶体管的集电极接入系数，即:PlNiN2式中，n2为电感L线圈的总匝数；P2为输出变压器Tro的副边与原边的 匝数 比，即:N3P2 ：N 2式中，%为副边的总匝数；gL为谐振放大器输出负载的电导，gL = %1。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gL将是下一级晶体管的输出电导gie2可见并联谐振回路的总电导：gPl2goe P22gie2 j c 1 j. J go测量方法图中输入信号Vs由高频信号发生器提供，高频电压表 Vi

10、、V2分别用于测量 放大器是 输入电压V与输出电压Vo的值。直流毫安表 mA用于测量放大器的集 电极电流ic的值，示波器监测负载Rl两端的输出波形。谐振放大器的各项性能 指标及测量方法如下。谐振频率放大器的谐振回路谐振是所对应的频率fo称为谐振频率。对于图所示电路，f0的表达式为： f0 =1=2 二 LC式中，L为谐振回路电感线圈的电感量； C为谐振回路的总电容，C的表22达式为 C =C-R Coe - P2 Cie式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容。LC并联回路谐振时，直流毫安表 mA的 指示值为最小，电压表V2的指示 值达到最大，且输出波形无明显失真。这是回路的谐

11、振频率就等于信号发生器的 输出频率。由于分布参数的 影响，有时谐振回路的 输出电流的最小值与输出电压的 最大值不一定同时出现，这时视电压表的指示值达到最大时的状态为谐振回路处 于谐振状态。电压增益谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数 A/o称为谐振放大器的电压增益。Avo的测量电路如图4所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态,当回路谐振时分别记下输出端电压表 V2的读数Vo及输入端电压表Vi的读数Vi ,则电压放大倍数A/o由下式计算：A/o V Vi通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大 倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数 A/o的

12、0.707倍时 所对应的 频率范围称为放大通频带BW ,其表达式为：BW=f0。式中，QlQl为谐振回路的有载品质因数。通频带BW的测量电路如图所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通 频带。测量方法有扫频法和逐点法。BW= fi - f2I N/., -I图3频率特性曲线矩形系数2f2叶0.7谐振放大器的 选择性可用谐曲线的矩形系数 “o来表示，如图所示，矩 形系数Kro.1为电压放大倍数下降到0.1A/O时对应的频率范围与电压放大倍数下 降到0.707A/O时对应的频率偏移之比，即Kr0.1Kr0.1 0可以通过测量谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形系数四系统调试与结果设置静态工作点Rb

13、i可用30KQ电阻和100KC电位器用联，以便调整静态工作点。计算谐振回路参数gb，elE)mA S260.77msgm =(lE ：mA S26 = 38msyie = ge-Cbe； = 0.96ms j1.5ms1 rbb(ge j Cbe)因为 yie =gie +jsCie ,所以gie = 0.96ms% = Z =1KCie = 1.5ms= 23pFyoe = j Cb，crb，bgm.T 3b(gb,ej Cbe” j Cb，e = 0.06ms j0.5ms因为yoe = goe + jhCoe ,所以yoe = 0.06msCoe=0.5ms, =7pFyfe=gm1rb

14、，b(gb，e jCb = 37ms-j4.1ms故模 yfe =(372 +412)0.5 =37ms总电容为：C = %271f )2 L =55.2pF CE=1Z (2/0) A2L=55.2pF回路电容 C CP12Coe P22Cie =53.3pF 取标称值 51 pF求出耦合变压器的的一原边抽头匝数Ni及副边匝数N3,即Ni = Pi N2 =5匝N2 =P2 N3 =5匝利用Multisim对电路的仿真图将元件参数值进行安装。先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。图4是高频谐振放大器的测试电路设计图XBP1C2 100mFu1C53、1 50pF 、Key=AQ

15、Q1Q北1mFV1100mVrms1 )10.7MHz60%C3141100pFR218kQTS2SC945C4. : 50pF 1 IC=5VMISC_25_TO_1R41.5k QC1士 100mF图4高频谐振放大器电路图调整静态工作点，不加输入信号，将 Ci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Rbi使Vbq =1.5V。记下 此时电路的Rbi值及静态工作点 Vbq、Vcbq、Veq 及 I BQ。谐振回路使其谐振的，按图 4所示的电路接入高频电压表Vi、V2,直流毫 安表mA及示波器。再将信号发生器的输入频率置于 fi=10.7MHz,输

16、出电压 Vi =5mV0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的指示值为最小且输出波形无明显失真。 回路处 于谐振状态后，再将电源电压恢复至 +9V。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值 与设计计算值有一定偏离。需要反复调整输出耦合变压器的磁芯位置才能使谐振 回路处于谐振状态。设计结果与分析以下是利用Multisim软件仿真高频谐振放大器电路的效果图。图 5和图6 分别是利用示波器对电源、负载电阻所测的效果图，通过两个图的比较可以

17、看出 电路的确达到了放大的作用。图5示波器对电源测试效果图Auo=20lg(vo/vi)=20*lg(1.955/0.09)=26.77=20db波特图测试如下(a)中心频率f0(d)fL(e) fH图6谐振曲线通频带 Bw=7.967 7.438=0.529MHz矩形系数 Kr0,i=2 A f0,i2 A f0.7=10.618MHz通过上图的比较可以看出放大电路的确起到放大作用图7电流源配置图五主要元器件与设备元器件与设备信号源，电阻，电容，电感，晶体管，变压器，示波器，波特图示仪10数量描述参考标识|11AC_POWERr lOOmVrms 10.7MHz 00VIGeneric21P

18、OWEFL_SOURCESf VCCVCCGeneric31POWER_SOURCESr GROUND0Generic41INDUCTOR, lOQmHLI51RESISTOR, 1 随R261RESISTOR, 60kilRI71RESROR, 1.5kOR4S1RESISTOR, ikOR392CAPACITOR r lOOmFCbC2101CAPACITOR. IQOpFC3111CAPACITOR, 5QpFC4121CAPACITOR, InfC6131VARIABLE.CAPACrTOR, 50pFC5封装图8元器件设备相关参数相关参数+Vcc=+9V ,晶体管为 3DG100C , 0=50 查手册得 rb,b=70 Q ,Cb,c=3pF。当 IE=1mA 时，Cb,e=25pF ,L= 4uH,测得 N2=20 匝，p1=0.25 ,p2=0.25 ,RL=1kQ。六课程设计体会与建议设计体会通过这一课程设计，我掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立 学习的能力，。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。完成这一课设后，我对高频小信号放大器也有了更深刻地理解。高频小信号放大器广泛用于广播，电视, 通信，测量仪器等设