高頻課程設計-調(diào)相放大器

1、 課 程 設 計課程名稱 高頻電子電路 課題名稱 調(diào)相（PM）放大器設計 專 業(yè) 電子科學與技術 班 級 學 號 姓 名 指導教師 熊卓列 2011年 6月10日湖南工程學院課 程 設 計 任 務 書課程名稱 高頻電子電路 題 目 調(diào)相（PM）放大器設計 專業(yè)班級 學生姓名 學 號 指導老師 熊卓列 審 批 任務書下達日期 2011年5月 30日設 計 完成日期 2011年6月 10日 設計內(nèi)容與設計要求一、設計內(nèi)容1、單頻調(diào)相放大器設計2、以多級變?nèi)荻O管調(diào)相模塊為核心，完成調(diào)制信號產(chǎn)生、放大、調(diào)相和功率真放大器電路的設計3、相關元件參數(shù)及元件選擇要求。二、總體要求1、給出具體設計思路和系統(tǒng)

2、實現(xiàn)的框圖，系統(tǒng)總體框圖打印出圖紙。2、給出調(diào)制信號產(chǎn)生、放大、調(diào)相和功率真放大器電路的具體實現(xiàn)電路，說明其工作原理；對選擇回路或濾波器給出元件參數(shù)要求。3、編寫設計說明書，所有圖紙和說明書均用16K紙打印。 三、電路指標要求1、調(diào)制信號頻率1000HZ2、載波頻率為10MHZ3、最大相偏：4、回路空載品質(zhì)因素Q0=100四、給定條件1、+VCC=812V2、主要器件：變?nèi)荻O管、三極管、電阻、電容、電感若干。主要設計條件1、提供直流電源一臺；2、其它必要的儀器和連接導線等；3、計算機。說明書格式1、課程設計封面；2、任務書；3、說明書目錄；4、設計總體思路及系統(tǒng)框圖；5、電路設計；6、總結與

3、體會；7、附錄；10、參考文獻；8、電路器件連接總圖。進度安排十五周星期一上午：下達設計任務書，介紹課題內(nèi)容與要求；十五周星期一下午至星期三上午：查找資料，確定總體設計方案，畫出整機原理圖草圖；十五周星期三下午至星期五：具體電路設計；十六周星期一上午至星期星期五上午書寫設計報告打印出圖紙。十六周星期五下午：答辯。 參考文獻1. 張肅文主編.，高頻電子線路，高等教育出版社.。2. 謝自美主編，電子線路設計、實驗、測試，華中理工大學出版社。3. 沈偉慈主編，通信電路，西安電子科技大學出版社。目 錄一、總體設計思路、基本原理和組成11.總體思路12.基本原理13.系統(tǒng)組成2二、單元電路設計31. 載

4、波信號10MHz產(chǎn)生電路32. 調(diào)制信號1000Hz產(chǎn)生電路53. 前置放大電路64. 調(diào)相電路75. 諧振功率放大及匹配網(wǎng)絡電路10三、總結與體會13四、參考文獻14五、附 錄15電路器件連接總圖15六、評分表16一、總體設計思路、基本原理和組成1.總體思路相位調(diào)制電路是使受調(diào)波的相位隨調(diào)制信號而變化的電路。調(diào)相波與調(diào)頻波的差別是調(diào)相波的瞬時相位的變化與調(diào)制信號成線性關系,調(diào)頻波的瞬時頻率與調(diào)制信號成線性關系。正弦載波的瞬時相位隨調(diào)制信號而變化的調(diào)制，簡稱調(diào)相(PM)。正弦波調(diào)相器分直接調(diào)相和間接調(diào)相兩類。前一種方法利用調(diào)制信號直接改變諧振回路的參數(shù)，使載波（受調(diào)波）信號通過回路時產(chǎn)生相移而

5、形成調(diào)相波?，F(xiàn)介紹這么一種簡易的相位調(diào)制電路，該電路的調(diào)制信號由RC橋式震蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)放大后和載波信號經(jīng)相位調(diào)制器后，輸出調(diào)相波，輸出的調(diào)相波經(jīng)前置放大后再經(jīng)過功率放大，最后通過匹配網(wǎng)絡匹配后就可產(chǎn)生用于天線發(fā)送的調(diào)相波。2.基本原理低頻調(diào)制信號頻率為1000Hz，可用RC橋式電路實現(xiàn)。高頻載波信號頻率為10MHz，采用頻率穩(wěn)定度高的石英晶體震蕩器，使晶體作為電感元件接入諧振回路，構成并聯(lián)型晶體振蕩器。相位調(diào)制是通過一個可控相移網(wǎng)絡使角頻率為c的高頻載波uc(t) 產(chǎn)生受調(diào)制電壓u(t)控制,滿足=kpu(t)的關系的相移,即實現(xiàn)調(diào)相。高頻載波信號由晶體震蕩器產(chǎn)生，低頻調(diào)制信號用RC震蕩電路

6、產(chǎn)生，經(jīng)放大后與載波信號一同送入可控相移網(wǎng)絡，可控相移網(wǎng)絡以多級變?nèi)荻O管調(diào)相模塊為核心進行相位調(diào)制。最后調(diào)相后的信號經(jīng)功率放大后輸出。載波信號10MHz（高頻信號采用晶體震蕩電路產(chǎn)生）3.系統(tǒng)組成調(diào)制信號1KHz（低頻信號采用RC震蕩電路產(chǎn)生）放大器（采用三極管共射放大器對調(diào)制信號進行放大）調(diào)相網(wǎng)絡（用調(diào)制信號改變諧振回路參數(shù)，使載波信號通過回路時產(chǎn)生相移而形成調(diào)相波）前置放大（對產(chǎn)生的調(diào)相信號進行放大，提高到功率放大級的輸入范圍）功率放大（丙類諧振功率放大，增大輸出功率）LC匹配網(wǎng)絡（T型選頻網(wǎng)絡，選出有用信號頻率，起到阻抗變換的作用）二、單元電路設計1. 載波信號10MHz產(chǎn)生電路 晶體

7、振蕩器有并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。并聯(lián)型晶體振蕩器：將石英晶振作為等效電感元件用在三點式電路中，且工作在感性區(qū)，稱為并聯(lián)型晶體振蕩器。此時，石英晶振接在晶體管、極之間稱為皮爾斯振蕩電路，接在晶體管、極之間稱為密勒振蕩電路。本電路利用皮爾斯振蕩電路原理產(chǎn)生10MHz載波信號，與晶體管Q1發(fā)射極相連的為電容，晶振作為電感元件接在Q1基極與集電極之間，構成三點式震蕩。振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數(shù)決定, 而石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。其中C18為加入的微調(diào)電容，用以微調(diào)回路的諧振頻率，保證電路工作在標稱頻率10MHz上。電路及等效電路如下圖所示：圖1-1 10MHz晶體震蕩電路 圖1

8、-2 交流等效電路石英晶振的阻抗頻率特性：石英晶振的符號和等效電路如圖1-3所示：圖1-3 石英晶振及等效電路由圖1-3（b）可求得石英晶振的接入系數(shù)：n=Cq(C0+Cq)很小，所以外接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。英晶振的頻率穩(wěn)定度非常高。 對于石英晶振并聯(lián)諧振頻率fp、串聯(lián)諧振頻率fs，由于CqC0很小，其值很相近，并且在其間電抗呈感性，同時具有很陡峭的電抗頻率特性，曲線斜率大，從而有利于穩(wěn)頻。電抗頻率特性曲線如圖1-4所示：圖1-4 石英晶振的電抗頻率特性并聯(lián)諧振頻率：2. 調(diào)制信號1000Hz產(chǎn)生電路調(diào)制信號頻率為1000Hz，可用低頻RC橋式震蕩電路產(chǎn)生。電路如圖2-1所示： 圖

9、2-1 1000Hz RC橋式震蕩電路圖2-1中RC（R4，C8，R5，C9）串并聯(lián)網(wǎng)絡接在運算放大器的輸出端和同相輸入端構成了帶有選頻作用的正反饋網(wǎng)絡，另外R6、R7和R8接在運算放大器的輸出端和反向輸入端之間，與運放一起構成負反饋放大電路。負反饋閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：；振幅起振條件：，即（R6+R7）2R8；相位起振條件：；所以取R6+R7=15.3k，R8=6.2k，震蕩頻率f=1000Hz，取R4=R5=16K，則C8=C9=10nF，即可產(chǎn)生頻率為1000Hz的正弦信號。穩(wěn)幅過程：圖2-1中二極管D1，D2用以改善輸出電壓波形，穩(wěn)定輸出幅度。起振時，由于運放輸出電壓很低，D1，D2接近開

10、路，R6，D1，D2并聯(lián)電路的等效電阻近似等于R6，|AF|1，電路產(chǎn)生震蕩，隨著運放輸出電壓的增大，當R6上的分壓超過二極管正向?qū)妷簳r，流過R6上電流被分流，負反饋支路反饋系數(shù)增大，迫使|AF|逐漸等于1，最終電路進入穩(wěn)幅工作狀態(tài)。3. 前置放大電路由于信號發(fā)生電路產(chǎn)生信號幅度一般較小，所以需對產(chǎn)生的信號首先進行前置放大后使其滿足下一級的輸入信號范圍，再輸入到下級電路中，可以用三極管放大電路實現(xiàn)。本電路采用共發(fā)射極放大電路實現(xiàn)信號的放大。使發(fā)射極正偏：VbVe，且Vbe0.6V，集電極反偏Vb 1V，使三極管工作在甲類放大狀態(tài)。放大電路如圖3-1所示： 圖3-1 共射放大器4. 調(diào)相電路

11、本設計要求最大相偏為，由于單級變?nèi)荻O管調(diào)相電路最大相偏為，所以得采用三級單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路，擴大相偏，最大相偏。電路如下圖所示。圖4-1 變?nèi)荻O管調(diào)相電路4.1變?nèi)荻O管調(diào)相電路組成電路及等效電路如圖所示：圖4-1-1變?nèi)荻O管調(diào)相電路 圖4-1-2 等效電路 當時，即時，即構成調(diào)相電路。4.2工作原理（1）當時，變?nèi)荻O管反向電壓，諧振回路諧振頻率為。輸出電壓與輸入電壓同相。（2）當時，變?nèi)荻O管反向電壓加大，減小，諧振回路諧振頻率為輸出電壓的相位為。（3）當時，變?nèi)荻O管反向電壓減小，增大，諧振回路諧振頻率為輸出電壓的相位為。附加相移在調(diào)制信號控制下變化，導致輸出電壓的相位也隨調(diào)

12、制信號變化，從而實現(xiàn)調(diào)相。4.3調(diào)相分析設輸入載波信號調(diào)制信號變?nèi)荻O管作為回路總電容，當m很小時，回路的諧振頻率為：輸出電壓： 分別是諧振回路在上呈現(xiàn)的阻抗幅值和相移。在失諧不大的條件下,實現(xiàn)線性調(diào)相的條件：5. 諧振功率放大及匹配網(wǎng)絡電路為了滿足發(fā)射輸出的高功率，所以得對產(chǎn)生的調(diào)相信號進行功率放大后才能發(fā)射出去。本電路中采用自給基極偏置電路，使其工作在丙類狀態(tài)。諧振功率放大器原理電路及等效電路如下圖所示： 圖5-1 諧振功率放大器圖5-2 等效電路選頻網(wǎng)絡（濾波器）的功能：從眾多頻率中選出有用信號，濾除或抑制無用信號，以保證放大器工作在要求的狀態(tài)，即起到阻抗變換的作用，又可以抑制工作頻率范

13、圍以外的頻率。本設計中采用LC并聯(lián)諧振回路使回路諧振在輸入信號頻率上。圖5-2中RL為外接負載，呈阻抗性。L7 和 C19、C21 為 T型匹配網(wǎng)絡，與 RL 組成并聯(lián)諧振回路。調(diào)節(jié) C19、C21 使回路諧振在輸入信號頻率。 VBB為基極偏置電壓，使功率管 Q 點設在截止區(qū)，以實現(xiàn)丙類工作。工作原理：在Vs產(chǎn)生激勵電流為作用下 ,看各極電壓電流波形如圖5-3所示：圖5-3 各電極電壓電路波形圖Ib的波形為一串余弦脈沖 Ic的波形為一串余弦脈沖 稱為電流分解系數(shù)V b的波形為余弦波 V be 其中 Vce的波形為余弦波 因負載是具有選頻作用的Lr、Cr并諧回路； 所以 工作原理描述：在 i s

14、為余弦信號的激勵下,丙類諧振功放的 ib，ic均是余弦脈沖，而 Vb, V c是完整的余弦波。（因為輸入輸出均為LC 選頻網(wǎng)絡）。本設計電路中由于晶體管3DA21A輸入阻抗與前級輸出阻抗不匹配，所以在放大器之間加入T型選頻匹配網(wǎng)絡（C18、C20、L6），在放大器輸出的與負載之間也加入T型匹配網(wǎng)絡（C19、C21、L7）。由于晶體管參數(shù)的分散性和分布參數(shù)的影響, C18C19均采用可變電容器, 其最大容量應為計算值的23倍。三、總結與體會本次課程設計歷時二個星期多左右，通過這二個星期的學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高

15、。 這次的課程設計也讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。剛開始的時候，大家就分配好了各自的任務，大家有的繪制原理圖，進行仿真實驗，有的積極查詢相關資料，并且經(jīng)常聚在一起討論各個方案的可行性。在課程設計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們成功的一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。 在這個過程中，我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活

16、永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也耗費了我們不少的心血，這就讓我不得不佩服專門搞高頻線路開發(fā)的技術前輩，才意識到老一輩對我們社會的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣冻龆嗌傩难。?通過這次課程設計，我想說：為完成這次課程設計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂，和團隊人員這十幾天的一起工作的日子，讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的實習，我感覺我和同學們之間的距離更加近了。這個工程確實很累，但當我們仿真實驗成功的時候，我們的心中就不免興奮，不免激動。以前種種艱辛這時就變成了最甜美的回憶！ 對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富