課程設(shè)計(jì)（論文）寬帶中頻放大器

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 i頁(yè) 寬帶中頻放大器 摘 要 中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號(hào)加以放大，然后送到檢波器檢波。 中頻放大電路對(duì)超外差收音機(jī)的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標(biāo)起著極其重要的 作用。在超外差式調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將其分為高頻放大、混頻、本振、中 放、限幅、鑒頻、低頻放大七個(gè)部分。中頻放大器由于工作頻段較低而且固定，其性 能可以做得很好，從而達(dá)到滿意的接收效果。對(duì)中頻放大器電路的主要要求是工作穩(wěn) 定，失真小，增益高，選擇性好，有足夠?qū)挼耐l帶。由此在中間級(jí)用雙調(diào)諧放大器 對(duì)寬頻帶放大電路進(jìn)行展寬，也就是提高上限截止頻率。而輸出級(jí)射極跟隨器是一 個(gè)共集組態(tài)的單管放大電路

2、。 本文主要講述了超外差接收設(shè)備、中頻放大器的組成、原理與作用和整機(jī)電路的 相關(guān)介紹和說(shuō)明。 關(guān)鍵詞：中頻放大電路，超外差，射極跟隨器 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 ii頁(yè) 目 錄 1 緒論.1 2 設(shè)計(jì)過(guò)程.1 2.1 超外差接收設(shè)備.1 2.1.1 工作原理.1 2.1.2 方框圖.1 2.2 中頻放大器的組成和作用 .3 2.3 中頻放大電路及原理 .3 2.3.1 電路組成框圖.4 2.3.2 電路組成分析.4 2.4 整機(jī)電路 .9 總 結(jié).11 致 謝.12 參考文獻(xiàn).13 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1頁(yè) 1 緒 論 隨著現(xiàn)在社會(huì)的快速發(fā)展，通信技術(shù)在我們的生活中廣泛應(yīng)用，而我所學(xué)的是電 子信息工

3、程，有一部分涉及的是通信技術(shù)，對(duì)于這次設(shè)計(jì)，在應(yīng)用最廣泛的是調(diào)頻接 收機(jī)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了超外差方式的調(diào)頻接收機(jī)。在超外差式調(diào)頻接收 機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將其分為高頻放大、混頻、本振、中放、限幅、鑒頻、低頻放大 七個(gè)部分。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)必須注意幾個(gè)方面，尤其是中頻放大電器是一個(gè)接收機(jī)中 一個(gè)重要器件，中頻放大器由于工作頻段較低而且固定，其性能可以做得很好 ，從而 達(dá)到滿意的接收效果。對(duì)中頻放大器電路的主要要求是工作穩(wěn)定，失真小，增益高， 選擇性好，有足夠?qū)挼耐l帶。由此在中間級(jí)用雙調(diào)諧放大器對(duì)寬頻帶放大電路進(jìn)行 展寬，也就是提高上限截止頻率。 2 設(shè)計(jì)過(guò)程 2.1 超外差接收設(shè)備 2.

4、1.1 工作原理 超外差電路就是這樣的裝置。它將所要收聽(tīng)的電臺(tái)在調(diào)諧電路里調(diào)好以后，經(jīng)過(guò) 電路本身的作用，就變成另外一個(gè)預(yù)先確定好的頻率，然后再進(jìn)行放大和檢波。這個(gè) 固定的頻率，是由差頻的作用產(chǎn)生的。如果在收音機(jī)內(nèi)制造個(gè)振蕩電波(通常稱為本 機(jī)振蕩)，使它和外來(lái)高頻調(diào)幅信號(hào)同時(shí)送到一個(gè)晶體管內(nèi)混合，這種工作叫混頻。由 于晶體管的非線性作用導(dǎo)致混頻的結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的頻率，這就是外差作用。采 用了這種電路的收音機(jī)叫外差式收音機(jī)，混頻和振蕩的工作，合稱變頻。 外差作用產(chǎn)生出來(lái)的差頻，習(xí)慣上采用易于控制的一種頻率，它比高頻較低， 但比音頻高，這就是常說(shuō)的中間頻率，簡(jiǎn)稱中頻。任何電臺(tái)的頻率，由于都變

5、成了中 頻，放大起來(lái)就能得到相同的放大量。 2.1.2 方框圖 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2頁(yè) 圖 1 是超外差接收設(shè)備的方框圖： 輸入調(diào)諧回路 vv1 高頻放大混頻中頻放大鑒頻 低頻功放揚(yáng)聲器本機(jī)振蕩 天線 圖 1 超外差接收設(shè)備方框圖 由圖 1 超外差接收設(shè)備的方框圖可以看出超外差接收設(shè)備主要由輸入調(diào)諧回路、 高頻放大、混頻、本機(jī)振蕩、中頻放大、鑒頻和低頻功放組成。調(diào)諧回路的輸出，進(jìn) 入混頻級(jí)的是高頻調(diào)制信號(hào)，即載波與其攜帶的音頻信號(hào)。經(jīng)過(guò)混頻，輸出載波的波 形變得很稀疏其頻率降低了，但音頻信號(hào)的形狀沒(méi)有變。通常將這個(gè)過(guò)程(混瀕和本振 的作用)叫做變頻。 根據(jù)此次課程設(shè)計(jì)的要求，超外差式調(diào)頻接收

6、機(jī)，整個(gè)電路由六部分組成，分別 為高頻放大、混頻、本振、中放、鑒頻、低頻放大。 （1）高頻放大器：高頻放大器是用來(lái)放大高頻信號(hào)的器件。根據(jù)高放的對(duì)象是載 頻信號(hào)這一情況，一般采用管子做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號(hào)諧 振在信號(hào)載頻。這樣做的好處是：1）回路諧振能抑制干擾；2）并聯(lián)回路諧振時(shí)，其 阻抗很大，從而可輸出很大的信號(hào)。 （2）混頻：混頻是將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為較低的同一個(gè)固定載頻 （一般稱為中頻）的高頻已調(diào)波信號(hào)，但保持其調(diào)制規(guī)律不變，然后送入中頻放大器。 在接收端，它起頻率變換作用，最后采用混頻方式可以大大提高接收機(jī)性能。 （3）本振電路：本振電路與混頻電路一起

7、可以接收到不同載頻的各發(fā)射臺(tái)高頻已 調(diào)波信號(hào)變換為同一載頻（中頻）的高頻已調(diào)波信號(hào)，然后送入中頻放大器進(jìn)行放大。 它一般用 lc 諧振回路來(lái)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的本地振蕩頻率，將這個(gè)穩(wěn)定的諧振頻率與高頻 放大輸出信號(hào)混頻，得到一個(gè)中頻信號(hào)。 （4）放大電路：放大電路是一種能量轉(zhuǎn)換電路，即將直流電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信 號(hào)的能量，同時(shí)必然有一部分能量消耗。超外差式接收機(jī)能夠大大提高收音機(jī)的增益、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 3頁(yè) 靈敏度和選擇性。因?yàn)椴还茈娕_(tái)信號(hào)頻率如何都變成為中頻信號(hào)，然后都能進(jìn)入中頻 放大級(jí)，所以對(duì)不同頻率電臺(tái)都能夠進(jìn)行均勻地放大。中放的級(jí)數(shù)可以根據(jù)要求增加 或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益

8、和窄帶頻響特性。此外，由于中頻是恒定的， 所以不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)，避免使用多聯(lián)同軸可變電容器，而只需在 調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。 （5）鑒頻器：在鑒頻器部分，采用比例鑒頻器，普通鑒頻器的線性范圍較寬，調(diào) 整較易，但在鑒頻器前必須加上一級(jí)限幅器，而比例鑒頻器則不需要但是為了得到良 好的限幅特性，必須仔細(xì)調(diào)整比例鑒頻器的工作狀態(tài)與電路參數(shù)，也可以在前一級(jí)加 一個(gè)限幅器。 （6）低頻功放：一般從鑒頻器輸出的信號(hào)都比較小，為了得到所需的信號(hào)，必須 將輸出信號(hào)進(jìn)行放大。一般采用三極管放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。而本次設(shè)計(jì)采用運(yùn) 算放大器效果比較好。 高頻電路很容易受

9、到干擾，所以對(duì)信號(hào)的要求比較高，在中頻放大器電路的輸出 端，如果直接接鑒頻器，很可能得到很多不需要的波形，用濾波器很難濾除，所以在 鑒頻器的輸入端加一級(jí)限幅器，去除不需要的波，使輸出更為純凈。 2.2 中頻放大器的組成和作用 （1）電路組成 中頻放大器有分立元件的，有被集成在芯片中的，多數(shù)廠家采用自己的專用芯片。 分立元件的中頻放大器電路形式與低噪聲放大器的電路形式很相似，也是一個(gè)共發(fā)射 極電路，只是它們工作的頻點(diǎn)不一樣。 在超外差一次變頻接收機(jī)電路中，有一個(gè)中頻 放大器；在超外差二次變頻接收機(jī)中，則通常有第一、第二中頻放大器；在直接變換 的線性接收機(jī)中，沒(méi)有中頻放大器。 （2）電路作用 中頻

10、放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號(hào)加以放大，然后送到檢波器檢波。 中頻放大電路對(duì)超外差收音機(jī)的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標(biāo)起著極其重要的 作用。簡(jiǎn)潔來(lái)說(shuō)有以下兩點(diǎn)： 1）獲取高增益：與射頻放大部分相比，由于中頻頻率固定，并且頻率較低，可以 很容易地得到較高的增益，因而可以為下一級(jí)提供足夠大的輸入。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4頁(yè) 2）提高選擇性：接收機(jī)的鄰近頻率選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定。 不論接收機(jī)采用一次或二次變頻技術(shù)，中頻放大器總是位居下變頻之后。 2.3 中頻放大電路及原理 2.3.1 電路組成框圖 中頻放大電路框圖如圖 2 所示： 輸入級(jí) 中間一級(jí) 放大器 輸出級(jí) 中間二

11、級(jí) 放大器 圖 2 中頻放大器電路組成框圖 圖 2 顯示出中頻放大電路主要由輸入級(jí)、中間一級(jí)放大器、中間二級(jí)放大器和輸 出級(jí)組成。而輸入級(jí)為變壓器阻抗變換電路，通過(guò)部分接入并聯(lián)諧振回路的抽頭位置， 可以進(jìn)行阻抗變換，實(shí)現(xiàn)回路與信號(hào)源及負(fù)載之間的阻抗匹配。通過(guò)中間第一級(jí)雙調(diào) 諧放大器放大器能使電壓增益有所增大即是使電壓放大倍數(shù)十幾倍、通頻帶顯著加寬。 由兩級(jí)放大電壓增益相乘，通過(guò)中間級(jí)第二級(jí)使電壓放大倍數(shù)增加到 100 倍，即實(shí)現(xiàn) 電壓增益大約 40db。通頻帶達(dá)到課程設(shè)計(jì)所需要的要求 180khz。輸出部分用射極跟隨 器使電壓放大倍數(shù)幾乎不變，同相輸出，但實(shí)現(xiàn)了輸入阻抗比較大，而輸出阻抗比較

12、小。 2.3.2 電路組成分析 1. 一級(jí)輸入 阻抗變換電路是一種將實(shí)際負(fù)載阻抗變換為前級(jí)網(wǎng)絡(luò)所需要的最佳負(fù)載阻抗的電 路。阻抗變換電路對(duì)于提高整個(gè)電路的性能具有重要作用。其電路圖如圖 3 所示： 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 5頁(yè) uico n1n2 uo + _ + _ 圖 3 阻抗變換電路 2.中間一級(jí)放大器雙調(diào)諧放大器 采用雙調(diào)諧回路的放大器，其頻率響應(yīng)在通頻帶雙調(diào)諧回路放大內(nèi)可以做得較為 平坦，在頻帶邊緣上有更陡峭的截止。具有較寬的通頻帶和較好的選擇性。超外差接 收機(jī)中的中頻放大器常采用雙回路的調(diào)諧放大器。將其與單調(diào)諧回路諧振放大器進(jìn)行 比較，得到對(duì)同一輸入信號(hào)而言，雙調(diào)諧回路諧振放大器比單調(diào)

13、諧回路諧振放大器的 電壓增益有所增大、通頻帶顯著加寬、矩形系數(shù)明顯改善，高頻小信號(hào)放大器主要應(yīng) 用于接收機(jī)的高頻放大器和中頻放大器中，目的是對(duì)高頻小信號(hào)進(jìn)行線性放大。 在一級(jí)中放里，利用雙調(diào)諧回路諧振放大器的頻寬特性的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通頻帶的 展寬和對(duì)輸入信號(hào)的一定放大。這里設(shè)定放大為 12 倍，以確定相應(yīng)參數(shù)。如圖 4 所示， 為雙調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路圖。圖 4（a）為一種常用的雙調(diào)諧回路放大器 線路。集電極電路采用互感耦合的諧振回路做負(fù)載，被放大的信號(hào)通過(guò)互感耦合加到 次級(jí)線圈的輸入端。晶體管 vt1 的集電極在初級(jí)線圈的接入系數(shù)為 p1，下一級(jí)晶體管 vt2 的基極在次級(jí)線圈的接入

14、系數(shù)為 p2。另外，初、次級(jí)回路本身的損耗都很小可以 忽略。 圖 4（b）表示雙調(diào)諧回路放大器的高頻等效電路。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 6頁(yè) vt1 c1 c2 l1l2 ui uo +vcc （a） (b) 圖 4 雙調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路 選用晶體管型號(hào)為 3dg39?？蓽y(cè)得在時(shí)，mhz f 7.10 0 。pfspfs c g c g oe oe ie ie 7,200,18,28600,45 yy refe ms 為方便設(shè)計(jì)，令兩個(gè)回路的元件參數(shù)都相同，即電感 l1=l2=l；初、次級(jí)回路總 電容；折合到初、次級(jí)的導(dǎo)納 ccpccpcieoe 2 2 2 2 1 1 ；回路的角頻率

15、；初、次級(jí)回路的有 ggpgp ieoe 2 2 2 1 lc 1 021 載品質(zhì)因數(shù)。由圖 4（b）可知，它是一個(gè)典型的并聯(lián) g c lg qq ll 0 0 21 1 型互感耦合回路。電壓增益 和耦合參數(shù) 有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，臨界耦合的情況 應(yīng)用較多。當(dāng)臨界耦合時(shí)，即 時(shí)， 諧振曲線比較平穩(wěn)，在中心頻率 處，出 現(xiàn)最大峰值。此時(shí) 0 f 1 0u a 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 7頁(yè) 選擇回路中。根據(jù)以上各式，已設(shè)定，可推得抽頭pfh cl 220,112 auo 系數(shù)和的值分別為 1 和 0.1， p1p2 s g 200 有載品質(zhì)因數(shù)，92.73 21 qq ll 有載品質(zhì)因數(shù)，92.73 2

16、1 qq ll 通頻帶，khz q f bw l 2002 0 707.0 電感值 ，h ll 1 21 電容值 ,220 1 pf c pf c 220 2 3. 中間二級(jí)放大器 單調(diào)諧放大器 中頻變壓器的初級(jí)線圈與電容組成lc并聯(lián)諧振回路，它諧振于中頻465khz。由于 并聯(lián)諧振回路對(duì)詣?wù)耦l率的信號(hào)阻抗很大，對(duì)非諧振頻率的信號(hào)阻抗較小。所以中頻 信號(hào)在中頻變壓器的初級(jí)線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級(jí)放大，對(duì)非諧振 頻率信號(hào)壓降很小，幾乎被短路（通常說(shuō)它只能通過(guò)中頻信號(hào)） ，從而完成選頻作用， 提高了收音機(jī)的選擇性。單調(diào)諧中頻放大電路如圖 5 所示： vt2 l3 c3 +vcc uo

17、 u1 圖 5 單調(diào)諧中頻放大電路 g pp a y fe u 2 21 0 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8頁(yè) 中間級(jí)第二級(jí)，選擇高頻晶體管 3dg39 在工作頻率 10.7mhz 的工作狀態(tài)下工作 時(shí)的參數(shù)，其各 y 參數(shù)值如下：，msgie2860 其回路中的電感回,45| ,7,200,18msypfcoesgoepfcfeie, 0|reyhl4 . 13 路電容為接入系數(shù)為空載品質(zhì)因數(shù)為由單調(diào)諧,1553pfc ,14. 0,25 . 0 21 nn,100 0 q 設(shè)計(jì)放大電路的微變等效變換電路得出以下關(guān)系式： 總等效電容為 30/1lwc 可得如下式 mhzmhzclf 7 . 1074

18、.102/130 諧振電導(dǎo)為 ms lfqlwqgoe 106 . 0 )104 . 110 7 . 1010028 . 6 /(1 2/1/1 66 300300 gmsgngng ieoeeo 176. 0 21 電壓增益為 995 . 8 )10176 . 0 /(104514 . 0 25 . 0 / |/ 33 21 1 gynnuua feouo 通頻帶為 khzkhzcgbw180179)15628 . 6 /(176 . 0 2/ 4. 輸出級(jí) 射極跟隨器是一個(gè)共集組態(tài)的單管放大電路，由下圖可以看出，輸入信號(hào)與輸出 信號(hào)的公共端是三極管的集電極，所以屬于共集組態(tài)。又由于輸出信號(hào)

19、從發(fā)射極引出， 因此這種電路也稱為射極輸出器。共集電極放大電路的電流放大倍數(shù)大于1，但電壓放 大倍數(shù)恒小于1，而接近于1，且輸出電壓與輸入電壓同相，所以又稱為射極跟隨器。 其輸入阻抗比較大，輸出阻抗比較小。 射極跟隨器電路圖如圖 6 所示： 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9頁(yè) 圖 6 射極跟隨器 2.4 整機(jī)電路 收音機(jī)電路中包括了高頻放大、中頻放大、音頻電壓和功率放大、變頻電路、調(diào) 諧電路、正弦波振蕩電路、檢波電路、自動(dòng)增益控制電路、音量控制電路等眾多電子 線路中必不可少的功能電路。在此基礎(chǔ)上如果再學(xué)習(xí)掃描電路就接近電視機(jī)電路了。 提高和培養(yǎng)了我們的動(dòng)手能力和技能。誰(shuí)都知道，在電子技術(shù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中理論

20、與實(shí) 踐的結(jié)合可以提高學(xué)習(xí)效率、效果，但是實(shí)驗(yàn)的成本太高，沒(méi)有條件。其實(shí)認(rèn)真地裝 配分立元器件收音機(jī)套件可以降低成本，提高動(dòng)手技能。而圖 7 是寬帶中頻放大器的 整機(jī)電路，主要由阻抗變換電路、雙調(diào)諧放大器、單調(diào)諧放大器和射極跟隨器電路組 成雖不是最完美的，但已經(jīng)是我的極限。 + vt1 vt2 vt3 c1 c2 l1l2 ui uo +vcc u2 rl _ + _ l3 c3 u1 vi 圖7 寬帶中頻放大器整機(jī)電路 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10頁(yè) 表 1 元器件列表及說(shuō)明 元件序號(hào)元件名稱元件參數(shù) 1 晶體管 vt 3dg39 2 電阻 re1k 歐 3 電容器 c1 220pf 4 電容器

21、 c2 220pf 5 電容器 c3 155pf 6vcc12v 7 負(fù)載 rl1k 歐 8 電感 l1=l2=l h1 9 電感 l3 1.4 h 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11頁(yè) 總 結(jié) 通過(guò)這次通信電路的課程設(shè)計(jì)，使我們加強(qiáng)對(duì)高頻電子技術(shù)電路的中頻放大電路 的理解，學(xué)會(huì)查尋資料方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際 問(wèn)題的能力，給我們創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決 高頻電子電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型電 路的設(shè)計(jì)與制作，加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。 而我掌握和了解了許多關(guān)于中頻放大器的有關(guān)知識(shí)，使我的知識(shí)面展寬了，同時(shí) 更讓我堅(jiān)信，學(xué)好電子方面的知識(shí)，對(duì)以后的發(fā)展是有很大的益處的，在這條路上一 直走下去是前途無(wú)量的。 在寬帶中頻放大器的設(shè)計(jì)中，單元電路的設(shè)計(jì)是其中的基礎(chǔ)，只有對(duì)各部分的作 用有深刻的了解，才可以設(shè)計(jì)出符合設(shè)計(jì)要求的電路。整機(jī)電路在設(shè)計(jì)中是關(guān)鍵的關(guān) 鍵，通過(guò)中頻放大電路、阻抗變換電路和解調(diào)電路等電路構(gòu)成整個(gè)電路，各個(gè)部分的 相互聯(lián)系，缺少了任何一部分，直接影響到整個(gè)設(shè)計(jì)的最終結(jié)果。 在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于如何進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，