高频电子线路课程设计1

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1、通信基本电路课程设计 通信基本电路课程设计高频小信号放大器的设计17摘 要高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。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。高频小信号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。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路

2、为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。高频小信号放大器的功用就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 ，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。关键词：高频小信号、选频电路、频率选择目 录摘 要2一、电路原理41电路原理及用途(采用集成电路的可对芯片进行介绍)42主要技术指标7二、设计步骤和调试过程111、总体设计电路112、电路工作状态或元件参数的确定11(1) 设置静态工作点12(2) 计算谐振回路参数12(3) 确定输入耦合回路及高频滤波电容133、仿真及仿

3、真结果分析144、设计电路的性能评测(经分析或测试是否达到了设计要求)15三、结论及心得体会16四、参考资料17一、电路原理1电路原理及用途(采用集成电路的可对芯片进行介绍)基本要求：（1）增益要高，即放大倍数要大。（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图1-1所示,带宽BW=f2-f1= 2f0.7，品质因数Q=fo/2f0.7. （3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器的性能。（4） 前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较

4、大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。 根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路： 图3所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。其等效电路如下图图4。本电路不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，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会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。 图3 谐振放大器的电路 图4 谐振放大器电路的等效电路放大器在谐振时的等效电路如图4所示，晶体管的4个y参数分别如下：输入导纳： 输出导纳： 正向

5、传输导纳： 反向传输导纳： 式中为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为： 为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为： 为基极体电阻，一般为几十欧姆；为集电极电容，一般为几皮法； 为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。 晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流 ，电流放大系数有关外，还与工作角频率w有关。晶体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。图4所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即 式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即式中，N3为副边总匝数。 为谐振放大器输出负载的电导，。通常小信号谐振放大器的

6、下一级仍为晶体管谐振放大器，则将是下一级晶体管的输入电导。由图3-1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为式中，为LC回路本身的损耗电导。2主要技术指标 图5 小信号放大器分析电路如上图图5所示，输入信号由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用于测量输入信号与输出信号的值。直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流的值，示波器监测负载两端输出波形。 表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率，谐振电压放大系数Avo，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用图5所示电路可以粗略测各项指标。谐振放大器的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时所对应的频率称

7、为谐振频率。的表达式为：式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；为谐路的总电容，的表达式为： 式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。谐振频率的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。电压增益放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达式为： 的测量电路如图3-2-1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。计算公

8、式如下：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的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为： 式中，为谐振放大器的有载品质因素。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带BW的关系为：上式说明，当晶体管确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。通频带的测量电路如图3-2-1所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。采用逐点法的测量步骤是：先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的与，然后改变高频信号发生器的频率（保持Vs不变），并测出对应的电压放

9、大倍数Av，由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图6所示：图6由BW得表达式可知： 通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总电容量。矩形系数谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示，如图3-2-2所示，矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707 时对应的频率偏移之比，即表明，矩形系数Kr0.1越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。可以通过图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来得

10、矩形波系数Kr0.1。二、设计步骤和调试过程1、总体设计电路2、电路工作状态或元件参数的确定静态工作点的确定 由于设计要求中心频率，电压增益，且电压增益不是很大，选用晶体管3DG6C在性能上可以满足需要。晶体管选定后，根据高频小信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下，应尽量小些以减小静态功率损耗。值得注意的是，变化会引起Y参数的变化。这里采用等于1mA进行计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。已知晶体管3DG6C的参数为，。据此可求得：(1) 设置静态工作点 取 =1mA, =1.5V, =10.5V, 则 在11k到22k之间，故取标称值20K 可用38k电阻和1

11、00k电位器串联,以便调整静态工作点。 (2) 计算谐振回路参数 下面计算4个y参数， 因为, 所以 ， 因为，所以 ， 故模 回路总电容为 再计算回路电容 ，取标称值68pF输出耦合变压器Tr0的原边抽头匝数N1及副边匝数N3,即 匝，匝(3) 确定输入耦合回路及高频滤波电容高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是 指变压器耦合的谐振回路。由于输入变压器Tri原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，高频耦合电容一般选择瓷片电容。3、仿真及仿真结果分析图7高频小信号谐振放大器ewb仿真电路按要求所做 EWB仿真图如图7，开始仿真从示波器上两个通道观察输出波形以及与输

12、入信号的关系，得图4、设计电路的性能评测(经分析或测试是否达到了设计要求)仿真结果分析在无信号输入，仅有直流激励的情况下用电流表测量三极管基极电流，调节RP1使Ic=2mA,此时RP152k。 接入信号发生器，观察示波器输入输出波形，按照设计要求调节中周。利用仪器测得各指标如下：f0=10.8MHzvo31dB在误差允许范围里，仿真测量所得数据符合要求。三、结论及心得体会此次课程设计从开始到结束历时不到一周，时间仓促，设计电路简单且多有借鉴，在最终调试方面仍有欠缺。但是我在做课程设计的这一周里全身心的投入了，从电路的设计、元件的选择、电路板的制作到电路板的调试我都尽心尽力。在尽力的同时却发现了

13、许多短板问题，比如对元件市场的熟悉程度，长期对网络上得来的知识的深信，却忽视了自己周围的条件环境因素，一些元件网上有的看但是在自己身边的原件市场不一定有的买；总以为什么都能在网上找出个所以然，却忽视了身边的高手，有时多交流确实大有裨益啊！只有在不断地错不断的改，不断的交流不断地广见识，不断的进步不断的完善自身，我们才能在以后的大设计中更加轻松更加应付自如！在本次课程设计中虽然坎坷多时间短，但是我们都学到了许多在课本上难得到的东西，同时也解决了一些平时在课本上不是很了解甚至忽略了的问题。让我受益颇多，在此我由衷感谢老师及其他帮我的人！四、参考资料1 张肃文主编，高频电子线路第四版 高等教育出版社2康华光 电子技术基础模拟部分 高等教育出版社3谢自美 电子线路设计实验测试（第三版）. 华中科技大学 2006.4曹才开 姚屏，曾屹，周细凤. 高频电子线路原理与实践. 中南大学 20105曾兴雯 陈健 高频电子线路辅导 西安电子科技大学出版社6戴峻浩 高频电子线路指导 国防工业出版社