小信号谐振放大器

课程设计任务书学生姓名专业班级指导教工作单位：题目:小信号谐振放大器要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：自行设置电路参数，测试放大器参数正常状态下的输入、输出波形和频率特性；改变电路参数，测试放大器的输出电压波形。验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与负载电导、回路谐振电导和接入系数都有关系。3、查阅至少3篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：l2014.9.18下达任务书l2014.9.19-9.26根据要求设计电路，在计算机上仿真，并撰写课程设计报告书；2014年9月28日上午，鉴主13楼实验室答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 IAbstract II1绪论 12实验方案 12.1设计要求 12.2设计思路 13小信号谐振放大器的设计 23.1初步设计 23.2设置静态工作点 33.3谐振回路参数计算 33.4确定耦合电容与高频滤波电容 44高频小信号谐振放大器电路仿真实验 44.1仿真电路图 44.2测试并调整放大器的静态工作点 54.3测试及仿真结果 54.4改变电路参数的输出电压波形 65实验小结 8参考文献 9武汉理工大学《高频电子线路实训》课程设计说明书PAGEI摘要高频小信号谐振放大器电路是构成无线电设备的主要电路，它的作用是放大信道中的高频小信号。采用Multisim仿真软件对各部分进行设计分析，测试放大器参数正常状态下的输入、输出波形和频率特性；改变电路参数，测试放大器的输出电压波形；验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数都有关系。关键词：高频小信号放大器；设计；仿真

AbstractHighfrequencylittersignalamplifiercircuitarethemaincircuitsforradioequipment.Itsroleistoenlargethehighfrequencylittersignalinthechannel.Multisimsimulationsoftwareisusedtodesignandanalyzeit.Testingtheinputandoutputwaveformandfrequencycharacteristicsoftheamplifierparametersinnormalcondition.Bychangingthecircuitparameterstheamplifier'soutputvoltagewaveformcanbetested.Toverifythatthesingletunedresonantvoltagemagnificationoftheamplifierhasconnectionwiththetransistorparameters,theloadconductance,circuitresonantelectricalconductivityandtheaccesscoefficient.Keyword：Highfrequencylittersignalamplifier;Design;SimulationPAGE111绪论高频小信号谐振放大器广泛用于通信系统和其他电子系统中，在接收设备中，从天线上感应的信号是非常微弱的，一般在uV级，要将传输的信号恢复出来，就需要将信号放大,这就需要高频小信号放大器来完成。高频放大器的中心频率一般在几百千赫至几百兆赫，但所需通过的频率范围（频带）和中心频率相比往往是很小的，或者只工作于某一频率，所以一般采用选频网络组成谐振放大器。所谓谐振放大器（ResonantAmplifier）就是采用谐振回路做负载的放大器，根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近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的作用，而且还有滤波和选频的作用。Multisim软件进行仿真分析的基本步骤为根据远离和设计需要，创建仿真电路原理图，然后根据实际情况设计好电路图选项，借助仿真仪器即可得到所需仿真情况。2实验方案2.1设计要求基本要求：自行设置电路参数，测试放大器参数正常状态下的输入、输出波形和频率特性；改变电路参数，测试放大器的输出电压波形。验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与负载电导、回路谐振电导和接入系数都有关系。2.2设计思路实际电子工程中，典型单调谐回路谐振放大器电路主要由放大器与选频网络，即谐振回路组成。其中Rb1、Rb2和Re组成分压式射极偏置电路，利用直流负反馈稳定电路的静态工作点Q。T1为输入变压器，起信号源输入的作用。如下图：图2.1原理图单调谐回路谐振放大器的特点是：(1)放大电路中集电极负载是一个单回路的LC并联谐振回路，它谐振于放大器的中心频率；(2)单回路LC并联谐振回路采用自耦变压器形式（即抽头形式），以保证LC回路性能受到的影响为最小；(3)本级电路与下级负载的联接采用变压器耦合形式。3小信号谐振放大器的设计3.1初步设计由共发射级组态的晶体管和并联谐振回路组成的单级单调谐放大器。小信号调谐放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由LC组成的并联谐振回路。如图所示。电路上共有两个可调元件，一个是电位器Rw，用于调节放大器的静态工作点，使放大器工作于合适的工作区；另一个是可变电容Cw，调节电容可改变电路的谐振频率。放大器的谐振频率为：为验证放大器的基本理论，特设计开关；开关SW1改变谐振回路并联阻尼电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带，开关SW2改变射极电阻，从而改变放大器的增益。图3.1参考设计电路图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0.8－2mA之间选取为宜，设计电路中取，设。由，，由，由，由，，设，则即，3.3谐振回路参数计算1）回路中的总电容C∑由则C∑为55.3皮法2）回路电容C由，有取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：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：上式中：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：上式中：-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。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1000pf~0.01uf之间选择，一般用瓷片电容。旁路电容Ce、C3、C4的取值一般为0.01-1uf，滤波电感的取值一般为220-330uH。4高频小信号谐振放大器电路仿真实验4.1仿真电路图用Multisim仿真软件构建如图2-1所示设计实验电路，如下所示：图4.1仿真电路图由于要验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数存在联系，特地在负载电阻、回路谐振电阻、电感处加入开关改变相应的参数来验证它们之间有关系。4.2测试并调整放大器的静态工作点仿真条件：晶体管用理想库中的2N914器件。电感线圈用固定电感L1=2.8uH、L2=1.2uH，中间抽头。其余元件参数参见图4.1。调整静态工作点的方法是：不加输入信号，将C1的左端接地，将谐振回路的电容C3开路。用仿真软件中的万用表测出各个点的电压值并作记录，做适当调整滑动变阻器R8直到三极管工作在放大区，即集电结正偏，发射结反偏。4.3测试及仿真结果由仿真条件：输入高频信号频率fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）为10mV。此时放大器工作在正常状态。关闭开关J1，J4，设为标准电路参数。用示波器进行观察，其中通道A为输入电压波形，通道B为输出电压波形，用波特仪观察输出频率特性。仿真所得图形为图4.2输入输出电压仿真结果图图4.3输出频率特性由图4.3知中心频率是11.304MHZ，与所设定的中心频率10.7MHZ基本一致,此时放大倍数为26.5。4.4改变电路参数的输出电压波形1.改变回路谐振电导，即变换J1，J2，J3，下图为打开开关J1，关闭开关J2，其他参数与标准参数设置相同，所得的电压输入输出波形如图：图4.4输入输出电压波形由此，可知电压增益与标准参数时的电压增益相比有较大变化。2.改变负载电导，即关上开关J8，其他电路参数与标准参数保持一样时所得的电压输入输出波形图4.5输入输出电压波形由此，可知电压增益与标准参数时的电压增益相比有较大变化。3．改接入系数，即关闭开关J7，所得的电压输入输出波形如图：图4.6输入输出电压波形由此，可知电压增益与标准参数时的电压增益相比有较大变化。5实验小结通过这次课程设计，我对课堂上所学到的理论知识的理解加深了许多，自己动脑、动手设计的能力也得到了较大提高。在这次课程设计的过程中，我对高频有了更深的认识。在设计的过程中我遇到了一些问题，如：仿真中出现的电路搭建错误，设置输入信号频率大小不对和通道利用不当等。通过查阅书本我发现了产生错误的原因并解决了问题完成了设计。经过反思我发现较大一部分错误时因为操作的不熟练照成的，这也让我明白了要保持设计的高效率及必须经常练习。另一方面我也发现了动手实践的重要性。动手实践是理论知识得以灵活运用的必要前提。只有遇到实际问题并根据自己对课堂上获得的专业知识的理解来解决它才能真正的提高自己的能力。这也提醒我在平时的学习生活中不能一味埋头于课本知识，当今社会竞争越来越激烈，社会对人才的要求越来越全面，只有理论知识是远远不够的，必须靠动手能力做支撑。因此在学习之余我们