丙类倍频器说明书

学院：电气与信息工程学院苏学生姓名：指导教师：张松华职称副教授专班学业：级：号：电子信息工程电子1402完成时间：2016年12月内容及任务12VV，f12MHz075%主要参考资料教研室意见摘要采用一些简单的电子元件组合而成，即它是由放大电路和谐振回路组成。利用三极管的放大作用和LC谐振回路作为选频网络，选出合适的频率信号，并且调谐在三次谐波频率上，对于无用的频率信号进行滤除，减少失真。设计过程中，先在Multisim12电路仿真软件上进行了电路仿真，然后结合调试结果，输出信号的频率是输入信号的三倍，且输出功率大于500mW，集电极效率大于75%，并且电路工作在丙类状态，说明设计成功。关键词：丙类倍频器；LC谐振回路；S9018目录1绪论.............................................................1设计课题的研究意义...........................................1设计课题任务及要求说明.......................................1方案介绍.....................................................1主要性能指标.................................................2工作原理说明.................................................22丙类倍频器电路的设计.............................................3丙类倍频器的原理分析及总电路框图.............................3丙类倍频器的单元电路分析及参数计算...........................53丙类倍频器的仿真.................................................6Multisim仿真软件简介........................................6仿真电路的建立...............................................6仿真结果分析.................................................74丙类倍频器的结果及误差分析.......................................8实物操作说明.................................................8调试数据.....................................................8误差分析.....................................................8设计结论.....................................................85设计总结与体会...................................................9参考文献............................................................9致谢...............................................................10附录...............................................................11附录A电路原理图和PCB图.....................................11附录B电路实物图.............................................11附录C元器件清单.............................................111设计课题的研究意义在无线电发射机、频率合成器等电子设备中的中间级,常需要通过倍频器使统中还可以扩大频偏。采用倍频器一是可以降低电子设备的主振频率,对提高设备的频率稳定度有5MHz。因此,当发射机频率高于5MHZ时,通常采用倍频器。二是在通信机的主振器工作工作在～3)MHz,在其后采用放大倍频级,该级在波段开关控制下,既能工作在放大状态,又能工作在二倍频或四倍频状态。这样,随波段开关的改变,发射机输出级就可获得～3)MK(3～6)MK和(6～12)ＭＨＺ三个波段的输出。三是在调频和调相发射机中,采用倍频器可加大频移或相移,即可加深调制深度。放大器工作原理的丙类倍频器，效率高、失真小。本课题将就丙类倍频器的工作原理、参数计算、元件选取、电路仿真、电路调试等做详细的介绍和说明。设计课题任务及要求说明（一）设计任务V12VP500mWO提供电源电压，设计一个输出功率，利用示波器产生一个输出频率f12MHz，效率的丙类倍频器。75%0（二）设计要求制作实际电路和仿真电路并成功调试。方案介绍丙类倍频器设计是利用晶体管的非线性电阻效应，基于丙类放大器工作原理。丙类放大器晶体管集电级电流脉冲中含有丰富的谐波分量，如果集电极调谐回路谐振在二次或三次谐波频率上，放大器就主要有二次或三次谐波电压输出。这样丙类放大器就成了二倍频器或三倍频器。在本次设计当中，需图1主要性能指标（一）变频增益三倍频器输出电压振幅Vim与高频输入信号电压振幅Vsm压增益或变频放大倍数，表示如下：变频电压增益另一种表示方法为显然，变频增益更高高对提高接收机的灵敏度有利。（二）失真和干扰互相调制、阻塞和易倒混频干扰。这些是三倍频器产生的特有干扰。（三）选择性接收有用信号，排除干扰信号的能力决定于高频输出回路的选择性是否良好。（四）噪声系数求很好的选择所用器件和工作点电流。工作原理说明丙类倍频器与丙类谐振功率放大器的工作原理基本相同。在于丙类倍频器的集电极谐振回路是对输入频率f的n倍频谐对f中的n次谐振通过谐振回路获得最大电压，而基波不同之处ic和其它谐波被滤除。本次设计的三倍频器的谐振回路的f为3f，所以，io回路可以选出三次谐波、输出频率为3f的电压信号，并滤除基波和其它i谐波信号。2丙类倍频器电路的设计丙类倍频器的原理分析及总电路框图丙类倍频器与丙类谐振功率放大器的工作原理基本相同，只是在输为输入频率的倍频。如图2所示，基极电路的电压有以下关系：vvVVcoswtVb参看图3，可知ic为：igVcoswtVV),VcoswtVVcc集电极电流流通角满足：c因而有：VVVc将式（3）代入式（2）得：igV2πcccc集电极电流i的最大值为：cigV1cos)ccc利用傅里叶级数分解，i可表示为：cwt）（）（）IIiIcIc1CCm0cCm1cCmncc和两个参数确定。由图3可以看出，iIcc1中集电极经过LC谐振回路接到VCC，，若谐振回路在功放工作时谐振于某谐波频率，因而谐振回路对谐波的正弦电压，谐振功率放大器就成了倍频器。图2图3图4倍频器的集电极效率可表示为：12()1g()nc()2cnc(7)0c式中n为倍数，从式(7)可知需适当选取的值，使也尽可能大，不同的倍cnc频次数最佳流通角也是不同的。最佳值可用120/n计算。0c由余弦脉冲分解系数可知，无论导通角为何值，均小于，即在其他n1数n的增大而迅速降低。为了提高倍频器的输出功率和效率，要选择适当的导通角。由图4可得，该电路最佳导通角为40°。总电路框图如图5所示：图5丙类倍频器的单元电路分析及参数计算小信号放大电路电流、功率均放大。从图6晶体管进行信号放大。三极管选用了放大倍数在100-200倍之间的BC547A，在实物制作时用了差不多放大倍数的S9018。R、R和可调电阻串联的射极电23阻决定了晶体管的静态工作点。而且改变的大小可以改变放大器的增益，实现电阻可调，静态工作点可调，使三极管工作在放大区。电路如图6所示；图6单元电路元器件参数说明：6的基极电路的直流供电电路进行变换并简化。如图7所示；图7RR•R在图7中，VV•RV12V2，12，RRRRB1212根据经验值，取R2=,R3=，为使静态工作点可调，加入可调电阻R4，所得到VVBB的和C3L1=10mH,C3=47μF。不能太低，又要使三极管工作在非线性区，故选1V。谐振回路路它具有选择信号及阻抗变换，两个或更多个谐振回路串联可以构成带通滤波f。本次课题仿真设计选用LC并联012器。并联谐振回路的谐振频率为：谐振回路，但在考虑到LC回路在现实中不方便调谐，故而实物制作时我们选用了10MHz的中周代替。电路如图8所示；图8单元元器件参数说明：由于要选出三倍频，RC回路的振荡频率为3w,故113wl，lc3wc3•f（8）为12MHz。电容C4的目的是隔直通交,所以选取C4=47uf。3丙类倍频器的仿真Multisim仿真软件简介Multisim是一个完成原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。它的有较先进的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路，存储测试点所有数据。它具有以下突出的特点：(1)设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；(2)设计和实验用的元器件，可以完成各种类型的电路设计与实验；(3)可以方便的对电路参数进行测试和分析；(4)可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；(5)实验中不消耗实际的元器件，种类和数量不受限制，速度快，效率高；(6)设计和实验成功的电路可直接在产品中使用。仿真电路的建立使用Multisim4MHz12MHz的丙类倍频电路。根据丙类倍频器电路原理，在Multisim软件平台选取相应的元器件，并选好参数。设计的仿真原理图如图9所示：图9仿真结果分析L2和电容C5均设计为可调的电感电容。在仿真过程中，改变可调电容的大小，观察频谱仪XSC1使输出信号频率的最大值在12MHzV1为4MHz算L2和C5构成的并联谐振回路应调谐在三倍频12MHz。因为最佳导通角40，所以有cos0.766，（）0.147，（）。0.1650cc0c3c选用的三极管BC547A的参数f300zf4MHz时计算的电流放大Tbf倍数为Tfb量得知，仿真输入波形的周期为，如图10所示；输出波形的周期为，如图11V1.4V,假设基极体电阻r20Ω，所以：'V1-bm）（9）(10)(11)Ibm.38cr'bbII1228.5mA1.228AmII0.2026Ac33因为U5.5V，所以:1PIUW500mW(12)2Oc3cm（）1UV（13）••75%3（）2c0由此可知，设计的丙类倍频器可以进行三倍频，达到设计要求。图10图114丙类倍频器的结果及误差分析实物操作说明频信号，接入输入端J1，使用直流稳压源提供+12V电压接J3端口，示波器接电路的输出端J4，观察波形和频率。调试数据R4时基极电压为4V左右。此时观察示波器，输入信号为正弦波，频率约为，如图12所示；输出波形如图13所示：图图误差分析VVcc设计要求中，要求提供电源电压P500mW，设计一个输出功率，利用波形发生器产生一个输出频率f12MHz，效率的75%O0丙类倍频器。因为实际电路使用的是10MHz的中周，当输入为，输出约为，存在误差。分析导致误差的原因如下：(1)实物的实际值与理论值有一定的差距。实际买来的电阻、电容与仿真要求的值有也差异。(2)性能指标参数的测量方法存在一定的误差。在调试过程中，我们通过直不稳定。从而导致测量误差。(3)实验仪器设备的老化等也会导致电路调试过程出现误差。设计结论P500mW类倍频器，输出功率当输入信号为f=，输出信号。i75%Of约为10MHzo够达到设计要求。5设计总结与体会较简单的课题，但对于初次接触高频课程设计的人来说，这是一个不小的挑战。丙类倍频器的工作原理也有一定的分析和研究。丙类倍频器主要由两部分组成，放大器的基础上，通过谐振回路选出合适的谐波分量。牢固了。不仅如此，也学