課程設計--通信電子線路綜合設計

1、武漢理工大學通信電子線路綜合設計課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 通信電子線路綜合設計 初始條件：（1） 可選元件：集成電路板及其配套元器件（2） 可用儀器：萬用表，示波器（3） 仿真軟件：Multisim，EWB要求完成的主要任務: （1） 高頻小信號調(diào)諧放大器的電路設計；（2） LC振蕩器的設計（3） 高頻諧振功率放大器電路設計。 時間安排：1、 理論講解，老師布置課程設計題目，學生根據(jù)選題開始查找資料；2、 課程設計時間為1周。（1） 確定技術方案、電路，并進行分析計算，時間1天；（2） 選擇元器件、安裝與調(diào)試，或仿真設計與分析，時間2天；（3） 總

2、結結果，寫出課程設計報告，時間2天。 指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要IAbstrctII1高頻小信號調(diào)諧放大器的電路設計與仿真11.1主要技術指標與條件：11.2 工作原理11.3.設計過程11.4 單調(diào)諧高頻小信號放大器電路仿真實驗41.4.1 測量并調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點41.4.2 諧振頻率的調(diào)測與電壓放大倍數(shù)的測量51.4.3 研究阻尼電阻變化對放大器增益、帶寬、品質(zhì)因數(shù)的影響51.4.4 研究反饋電阻變化對放大器的影響52 LC三點式反饋振蕩器與晶體振蕩器設計與制作62.1 電容三點式振蕩器原理工作原理分析62.1.1 串聯(lián)型改進電容三端式振

3、蕩器(克拉潑電路)72.1.2 并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(西勒電路)72.2 主要性能指標與條件82.3 電路結構92.4 靜態(tài)工作電流的確定92.5 確定主振回路元器件102.6 仿真結果112.6.1 完整振蕩波形112.6.2 LC穩(wěn)幅振蕩波形112.6.3 晶體穩(wěn)幅振蕩波形122.7 性能測試123 高頻諧振功率放大器電路設計與制作133.1 設計要求133.1.1確定功放的工作狀態(tài)133.1.2 基極偏置電路計算143.1.3 計算諧振回路與耦合線圈的參數(shù)143.1.4 電源去耦濾波元件選擇153.2 工作原理153.3仿真波形154 小結與體會16參考文獻17摘要本文對高頻調(diào)諧小

4、信號放大器，LC振蕩器，高頻功放電路設計原理作了簡要分析，同時，研究了各個電路的參數(shù)設置方法。并利用其它相關電路為輔助工具來調(diào)試放大電路，解決了放大電路中經(jīng)常出現(xiàn)的自激振蕩問題和難以準確的調(diào)諧問題。 同時也給出了具體的理論依據(jù)和調(diào)試方案，從而實現(xiàn)了快速、有效的分析和制作高頻放大器，振蕩器和功放電路。高頻小信號諧振放大電路是將高頻小信號或接收機中經(jīng)變頻后的中頻信號進行放大，已達到下級所需的激勵電壓幅度。LC振蕩器的作用是產(chǎn)生標準的信號源。高頻功放的作用是以高的效率輸出最大的高頻功率。三部分都是通信系統(tǒng)中無線電收發(fā)信機所用到的技術，所以在現(xiàn)實生活中具有著相當廣泛的應用。本次課設設計了不同種類型的高

5、頻振蕩器，介紹了設計步驟，比較了各種設計方法的優(yōu)缺點，總結了不同振蕩器的性能特征。并通過Multisim仿真驗證比較。在multisim環(huán)境下進行了仿真與調(diào)試，實現(xiàn)了設計目標。關鍵詞：高頻放大器、振蕩、LC振蕩19AbstrctThis design makes a summary analysis of little signal amplifiers for high frequency,LC scillator and high frequency power amplification circuit. Cntemporary,It esearches different kinds

6、of preferences optimization.It also makes use of other interrelated circuits as accessory appliances to debug amplification circuit.So that the problem of self-excitation scillator is solved that usually appears in the amplification circuits and some other debug error reports .It gives specific theo

7、retical basis and the test method that results in fast and effectively to analysis ,make little signal amplifiers for high frequency,LC scillator and high frequency power amplification circuit. Little signal amplifiers for high frequency is to amplify little signal and intermediate frequency signal.

8、 LC scillator is to engender the standard source. high frequency power amplification circuit is to output tha maximal high frequency power through the high efficiency.The three parts are all technique that is often used in radio transceiver,so they are used widely in the life and study.Keywords: hig

9、h frequency amplifier, scillator1高頻小信號調(diào)諧放大器的電路設計與仿真1.1主要技術指標與條件：諧振頻率：10.7MHz,諧振電壓放大倍數(shù)：，通頻帶：，矩形系數(shù)：。要求：放大器電路工作穩(wěn)定，采用自耦變壓器諧振輸出回路?；芈冯姼蠰=4H, ，晶體管用9018，=50。查手冊可知，9018在、時，,，。負載電阻。電源供電1.2 工作原理 小信號調(diào)諧放大器是各種電子設備、發(fā)射和接收機中廣泛應用的一種電壓放大器。其主要特點是晶體管的輸入輸出回路（即負載）不是純電阻，而是由L、C元件組成的并聯(lián)諧振回路。 小信號調(diào)諧放電器的類型很多，按調(diào)諧回路區(qū)分：有單調(diào)諧回路，雙調(diào)諧回路

10、和參差調(diào)諧回路。按晶體管連接方法區(qū)分：有共基極、共發(fā)射級和共集電極放大器。 高頻小信號調(diào)諧放大器與低頻放電器的電路基本相同。其中變壓器是我初級線圈為接收機前端選頻網(wǎng)絡的一部分，經(jīng)次級線圈耦合后作為放電器的輸入信號，輸出端也采用變壓器耦合方式來實現(xiàn)選頻和輸出阻抗匹配?；芈冯姼蠰=4H, ，晶體管用9018，=50。查手冊可知，9018在、時，,，。負載電阻。電源供電。1.3.設計過程高頻小信號放大器一般用于放大微弱的高頻信號,此類放大器應具備如下基本特性:只允許所需的信號通過,即應具有較高的選擇性。放大器的增益要足夠大。放大器工作狀態(tài)應穩(wěn)定且產(chǎn)生的噪聲要小。放大器應具有一定的通頻帶寬度。除此之外

11、,雖然還有許多其它必須考慮的特性,但在初級設計時,大致以此特性作考慮即可. 基本步驟是: 選定電路形式依設計技術指標要求，考慮高頻放大器應具有的基本特性,可采用共射晶體管單調(diào)諧回路諧振放大器，設計參考電路見圖1-1所示。 圖1-1 單調(diào)諧高頻小信號放大器原理圖圖中放大管選用9018，該電路靜態(tài)工作點Q主要由Rb1和Rw1、Rb2、Re與Vcc確定。利用和、的分壓固定基極偏置電位，如滿足條件：當溫度變化，抑制了變化，從而獲得穩(wěn)定的工作點。由此可知，只有當時，才能獲得恒定，故硅管應用時， 。只有當負反饋越強時，電路穩(wěn)定性越好，故要求，一般硅管?。骸?設置靜態(tài)工作點由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，

12、放大器工作電流一般在0.82mA之間選取為宜，設計電路中取 ，設。因為： 而 所以：因為：(硅管的發(fā)射結電壓為0.7V) 所以： 因為： 所以：因為： 而 取則： 取標稱電阻8.2K因為： 則：，考慮調(diào)整靜態(tài)電流的方便，用22K電位器與15K電阻串聯(lián)。諧振回路參數(shù)計算1）回路中的總電容C因為： 則:2）回路電容C因有 所以取C為標稱值30pf,與5-20Pf微調(diào)電容并聯(lián)。3）求電感線圈N2與N1的匝數(shù)： 根據(jù)理論推導，當線圈的尺寸及所選用的磁心確定后，則其相應的參數(shù)就可以認為是一個確定值，可以把它看成是一個常數(shù)。此時線圈的電感量僅和線圈匝數(shù)的平方成正比，即： 式中：K-系數(shù)，它與線圈的尺寸及磁

13、性材料有關； N-線圈的匝數(shù)一般K值的大小是由試驗確定的。當要繞制的線圈電感量為某一值時，可先在骨架上(也可以直接在磁心上)纏繞10匝，然后用電感測量儀測出其電感量，再用下面的公式求出系數(shù)K值： 式中： -為實驗所繞匝數(shù)，由此根據(jù)和K值便可求出線圈應繞的圈數(shù)，即：實驗中，L采用帶螺紋磁芯、金屬屏蔽罩的10S型高頻電感繞制。在原線圈骨架上用0.08mm漆包線纏繞10匝后得到的電感為2uH。由此可確定要得到4 uH的電感，所需匝數(shù)為 匝 最后再按照接入系數(shù)要求的比例，來繞變壓器的初級抽頭與次級線圈的匝數(shù)。因有，而匝。則： 匝。 確定耦合電容與高頻濾波電容：耦合電容C1、C2的值，可在1000 pf

14、0.01uf之間選擇 ，一般用瓷片電容。旁路電容Ce 、C3、C4的取值一般為0.01-1F，濾波電感的取值一般為220-330uH。1.4 單調(diào)諧高頻小信號放大器電路仿真實驗 用EWB電子工作平臺軟件構建1-1所示設計實驗電路，仿真時可完成下列內(nèi)容：1.4.1 測量并調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點仿真條件：晶體管用理想庫（defauit）中的（ideal）器件。電感線圈用固定電感L1=2.8uH、L2=1.2uH，中間抽頭。其余元件參數(shù)參見圖1-1。IC=1.5mA。可采用直接或間接方法。自建表格記錄實驗數(shù)據(jù)。表1-1：數(shù)據(jù)1.4.2 諧振頻率的調(diào)測與電壓放大倍數(shù)的測量仿真條件：輸入高頻信號頻率fo

15、=10.7MHz,幅度（峰-峰值）50mV。阻尼電阻R=、反饋電阻Re=1K、負載電阻RL=10K1.4.3 研究阻尼電阻變化對放大器增益、帶寬、品質(zhì)因數(shù)的影響用頻率特性測試儀測試放大器的幅頻特性，并計算出增益、帶寬及品質(zhì)因數(shù)。測試條件：輸入高頻信號頻率=fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）50mV。反饋電阻Re=1K、負載電阻RL=10K。阻尼電阻R=（開路） 阻尼電阻R=10K 阻尼電阻R=3K 阻尼電阻R=470表1-2數(shù)據(jù)表明：R減小的時候Av0也減小，但通頻帶增大。R=470時，Bw0.7=F(H)-F(L)=2.56R=10K時，Bw0.7=F(H)-F(L)-=0.881.4.

16、4 研究反饋電阻變化對放大器的影響測試條件：輸入高頻信號頻率=fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）50mV。阻尼電阻R=10K、負載電阻RL=10K,反饋電阻R=1K;負載電阻R=2K,反饋電阻R=510。2 LC三點式反饋振蕩器與晶體振蕩器設計與制作在電子線路中，除了要有對各種電信號進行放大的電子線路外，還需要有能在沒有激勵信號的情況下產(chǎn)生周期信號的電子電路，這種在無需外加激勵信號的情況下，能將直流電能轉換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量的電子電路稱為振蕩器。振蕩器的種類很多，根據(jù)工作原理可以分為反饋型振蕩器和負阻型振蕩器。根據(jù)選頻網(wǎng)絡采用的器件可分為LC振蕩器、晶體振蕩器、變

17、壓器耦合振蕩器等。振蕩器的功能是產(chǎn)生標準的信號源，廣泛應用于各類電子設備中。為此,振蕩器是電子技術領域中最基本的電子線路,也是從事電子技術工作人員必須要熟練掌握的基本電路。2.1 電容三點式振蕩器原理工作原理分析反饋式正弦波振蕩器有RC、LC和晶體振蕩器三種形式，電路主要由放大網(wǎng)絡、選頻回路和反饋網(wǎng)絡三個部分構成。本實驗中，我們研究的主要是LC三點式振蕩器。所謂三點式振蕩器，是晶體管的三個電極（B、E、C），分別與三個電抗性元件相連接，形成三個接點，故稱為三點式振蕩器，其基本電路如圖2-1所示：圖2-1 三點式振蕩器的基本電路根據(jù)相位平衡條件，圖2-1 (a)中構成振蕩電路的三個電抗元件，X1

18、、X2必須為同性質(zhì)的電抗，X3必須為異性質(zhì)的電抗，若X1和X2均為容抗，X3為感抗，則為電容三點式振蕩電路（如圖2-1 (b)）；若X2和X1均為感抗，X3為容抗，則為電感三點式振蕩器（如圖2-1 (c)）。由此可見，為射同余異。電容三點式振蕩器的優(yōu)點是：1）振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可以做得較高，可達到幾十MHz到幾百MHz的甚高頻波段范圍。 電路的缺點：振蕩回路工作頻率的改變，若用調(diào)C1或C2實現(xiàn)時，反饋系數(shù)也將改變。使振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。為克服共基電容三點式振蕩器的缺點，可對其進行改進，改進電路有兩種：2.1.1 串聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(克拉潑電路)電路組成如

19、圖2-2示：圖2-2克拉潑振蕩電路電路特點是在共基電容三點式振蕩器的基礎上，用一電容C3，串聯(lián)于電感L支路。 功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標準性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。 因為C3遠遠小于C1或C2，所以電容串聯(lián)后的等效電容約為C3。電路的振蕩頻率為：與共基電容三點式振蕩器電路相比，在電感L支路上串聯(lián)一個電容。但它有以下特點：1、振蕩頻率改變可不影響反饋系數(shù)。2、振蕩幅度比較穩(wěn)定；但C3不能太小，否則導致停振，所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達1.2-1.4； 為此，克拉潑振蕩器適合與作固定頻率的振蕩器 。2.1.2 并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(西勒

20、電路)電路組成如圖2-3示：圖2-3西勒振蕩電路電路特點是在克拉潑振蕩器的基礎上，用一電容C4，并聯(lián)于電感L兩端。功用是保持了晶體管與振蕩回路弱藕合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。電路的振蕩頻率為： 特點：1.振蕩幅度比較穩(wěn)定； 2.振蕩頻率可以比較高，如可達千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可達1.6-1.8；所以在一些短波、超短波通信機，電視接收機中用的比較多。 頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項十分重要技術指標，它表示在一定的時間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電壓、電源等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對變化程度，振蕩頻率的相對變化量越小，則表明振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高。改善振蕩頻率穩(wěn)定度，從根本上來說就是力求減小振蕩

21、頻率受溫度、負載、電源等外界因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。因此改善振蕩頻率穩(wěn)定度的最重要措施是提高振蕩回路在外界因素變化時保持頻率不變的能力，這就是所謂的提高振蕩回路的標準性。提高振蕩回路標準性除了采用穩(wěn)定性好和高Q的回路電容和電感外，還可以采用與正溫度系數(shù)電感作相反變化的具有負溫度系數(shù)的電容，以實現(xiàn)溫度補償作用。石英晶體具有十分穩(wěn)定的物理和化學特性，在諧振頻率附近，晶體的等效參量Lq很大，Cq很小，Rq也不大，因此晶體Q值可達到百萬數(shù)量級，所以晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器高很多。2.2 主要性能指標與條件振蕩頻率 頻率穩(wěn)定度 輸出幅度 采用西勒振蕩電路，為了盡可能地

22、減小負載對振蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級。電源供電為12V，振蕩管BG1為9018（其主要參數(shù),取=100，fT1100MHz）。隔離級射隨器晶體管BG2也為9018，LC振蕩器工作頻率為6MHz，晶體為6 MHz。2.3 電路結構根據(jù)設計要求和條件可采用如圖2-4所示的電路結構：圖2-4 總體電路圖2.4 靜態(tài)工作電流的確定合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點，對振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好壞有著密切的關系。般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點應選在遠離飽和區(qū)而靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流ICQ大約在0.8-4mA之間選取，故本實驗電路中： 選ICQ=2mA

23、VCEQ=6V =100 則有為提高電路的穩(wěn)定性Re值適當增大，取Re=1K則Rc2K 因：UEQ=ICQRE 則： UEQ =2mA1K=2V 因： IBQ=ICQ/ 則： IBQ =2mA/100=0.02mA 一般取流過Rb2的電流為5-10IBQ , 若取10IBQ 因： 則： 取標稱電阻12K。因： ： 為調(diào)整振蕩管靜態(tài)集電極電流的方便，Rb1由27K電阻與27K電位器串聯(lián)構成。2.5 確定主振回路元器件回路中的各種電抗元件都可歸結為總電容C和總電感L兩部分。確定這些元件參量的方法，是根據(jù)經(jīng)驗先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計算出另一種電抗元件量。從原理來講，先選定哪種元件都一樣，

24、但從提高回路標準性的觀點出發(fā)，以保證回路電容Cp遠大于總的不穩(wěn)定電容Cd原則，先選定Cp為宜。若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應取大一些，這有利于減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極間電容等變化的影響。但C不能過大，C過大，L就小，Q值就會降低，使振蕩幅度減小，為了解決頻穩(wěn)與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系數(shù)F=C1/C2，不能過大或過小，適宜1/81/2。因振蕩器的工作頻率為： 當LC振蕩時，f0=6MHz L10H 本電路中，則回路的諧振頻率fo主要由C3、C4決定，即有 。取C3 =120pf，C4=51pf（用33Pf與5-20Pf的可調(diào)電容并聯(lián)），因要遵循C1，C2C3,C4，C1/C2

25、=1/81/2的條件，故取C1=200pf，則C2=510pf。對于晶體振蕩，只需和晶體并聯(lián)一可調(diào)電容進行微調(diào)即可。電源供電為12V，振蕩管BG1為9018（其主要參數(shù),取=100，fT1100MHz）。隔離級射隨器晶體管BG2也為9018，LC振蕩器工作頻率為6MHz，晶體為6 MHz。反饋系數(shù)F=C1/C2，不能過大或過小，適宜1/81/2。因振蕩器的工作頻率為： 當LC振蕩時，f0=6MHz L10H本電路中，則回路的諧振頻率fo主要由C3、C4決定，即有 。取C3 =120pf，C4=51pf（用33Pf與5-20Pf的可調(diào)電容并聯(lián)），因要遵循C1，C2C3,C4，C1/C2=1/81

26、/2的條件，故取C1=200pf，則C2=510pf。對于晶體振蕩，只需和晶體并聯(lián)一可調(diào)電容進行微調(diào)即可。2.6 仿真結果2.6.1 完整振蕩波形 圖2-5 完整振蕩波形2.6.2 LC穩(wěn)幅振蕩波形 圖2-6 LC振蕩波形2.6.3 晶體穩(wěn)幅振蕩波形 圖2-7 晶體振蕩波形2.7 性能測試調(diào)整Rw1，使。 foVop-pVceIc測量值Ic計算值5.92M（HZ） 2.73（V）6.49(V)1.94(mA)2(mA)3 高頻諧振功率放大器電路設計與制作3.1 設計要求電路的主要技術指標：輸出功率Po125mW，工作中心頻率fo=6MHz，65%， 已知：電源供電為12V，負載電阻,RL=51

27、，晶體管用3DA1，其主要參數(shù)：Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe10，功率增益Ap13dB（20倍）。3.1.1確定功放的工作狀態(tài) 對高頻功率放大器的基本要求是,盡可能輸出大功率、高效率，為兼顧兩者，通常選丙類且要求在臨界工作狀態(tài)，其電流流通角在600900范圍?，F(xiàn)設=700。查表3-1得：集電極電流余弦脈沖直流ICO分解系數(shù)，集電極電流余弦脈沖基波ICM1分解系數(shù)，。設功放的輸出功率為0.5W。功率放大器集電極的等效電阻為：集電極基波電流振幅為：集電極電流脈沖的最大振幅為： 集電極電流脈沖的直流分量為：電源提供的直流功率為：集電極的耗散功率為：集

28、電極的效率為： (滿足設計要求)已知： 即則：輸入功率：基極余弦脈沖電流的最大值（設3DA1的=10） 基極基波電流的振幅為：得基極輸入的電壓振幅為：3.1.2 基極偏置電路計算因 則有 ：取高頻旁路電容3.1.3 計算諧振回路與耦合線圈的參數(shù) 輸出采用L型匹配網(wǎng)路， 則匹配網(wǎng)路的電感L為，電容C為。3.1.4 電源去耦濾波元件選擇高頻電路的電源去耦濾波網(wǎng)絡通常采用型LC低通濾波器，濾波電感0可按經(jīng)驗取50100H，濾波電感一般取0.01F。3.2 工作原理利用寬帶變壓器做耦合回路的功放稱為寬帶功放。常用寬帶變壓器有用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功放不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大，但效率很低。綜合上述設計，得參考電路如圖