高頻電子線路課程設(shè)計(jì)1

1、通信基本電路課程設(shè)計(jì) 通信基本電路課程設(shè)計(jì)高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)17摘 要高頻小信號(hào)放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號(hào)放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，從信號(hào)所含頻譜來(lái)看，輸入信號(hào)頻譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的。高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號(hào)是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號(hào)放大器理論非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用lc振蕩電路

2、為輔助，來(lái)消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級(jí)的阻抗匹配。高頻小信號(hào)放大器的功用就是無(wú)失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。按其頻帶寬度可以分為窄帶和寬帶放大器 ，而最常用的是窄帶放大器，它是以各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。關(guān)鍵詞：高頻小信號(hào)、選頻電路、頻率選擇目 錄摘 要2一、電路原理41電路原理及用途(采用集成電路的可對(duì)芯片進(jìn)行介紹)42主要技術(shù)指標(biāo)7二、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過(guò)程111、總體設(shè)計(jì)電路112、電路工作狀態(tài)或元件參數(shù)的確定11(1) 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)12(2) 計(jì)算諧振回路參數(shù)12(3) 確定輸入耦合回路及高頻濾波電容133、仿真及仿

3、真結(jié)果分析144、設(shè)計(jì)電路的性能評(píng)測(cè)(經(jīng)分析或測(cè)試是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求)15三、結(jié)論及心得體會(huì)16四、參考資料17一、電路原理1電路原理及用途(采用集成電路的可對(duì)芯片進(jìn)行介紹)基本要求：（1）增益要高，即放大倍數(shù)要大。（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號(hào)和抑制無(wú)用信號(hào)的能力要強(qiáng)，通常用q值來(lái)表示，其頻率特性曲線如圖1-1所示,帶寬bw=f2-f1= 2f0.7，品質(zhì)因數(shù)q=fo/2f0.7. （3）工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內(nèi)部噪聲要小，特別是不產(chǎn)生自激，加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能。（4） 前后級(jí)之間的阻抗匹配，即把各級(jí)聯(lián)接起來(lái)之后仍有較

4、大的增益，同時(shí)，各級(jí)之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。 根據(jù)上面各個(gè)具體環(huán)節(jié)的考慮設(shè)計(jì)出下面總體的電路： 圖3所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管小信號(hào)調(diào)諧回路諧振放大器。其等效電路如下圖圖4。本電路不僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負(fù)載為lc并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)會(huì)影響放大器的輸出信號(hào)的頻率或相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻rb1和rb2以及re決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。 圖3 諧振放大器的電路 圖4 諧振放大器電路的等效電路放大器在諧振時(shí)的等效電路如圖4所示，晶體管的4個(gè)y參數(shù)分別如下：輸入導(dǎo)納： 輸出導(dǎo)納： 正向

5、傳輸導(dǎo)納： 反向傳輸導(dǎo)納： 式中為晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為： 為發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)及有關(guān)，其關(guān)系為： 為基極體電阻，一般為幾十歐姆；為集電極電容，一般為幾皮法； 為發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。 晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作點(diǎn)的電流 ，電流放大系數(shù)有關(guān)外，還與工作角頻率w有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出了的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。圖4所示的等效電路中，p1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即 式中，n2為電感l(wèi)線圈的總匝數(shù)；p2為輸出變壓器tr0的副邊與原邊匝數(shù)比，即式中，n3為副邊總匝數(shù)。 為諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，。通常小信號(hào)諧振放大器的

6、下一級(jí)仍為晶體管諧振放大器，則將是下一級(jí)晶體管的輸入電導(dǎo)。由圖3-1-2可見(jiàn)，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)的表達(dá)式為式中，為lc回路本身的損耗電導(dǎo)。2主要技術(shù)指標(biāo) 圖5 小信號(hào)放大器分析電路如上圖圖5所示，輸入信號(hào)由高頻小信號(hào)發(fā)生器提供，高頻電壓表，分別用于測(cè)量輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的值。直流毫安表ma用于測(cè)量放大器的集電極電流的值，示波器監(jiān)測(cè)負(fù)載兩端輸出波形。 表征高頻小信號(hào)諧振放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率，諧振電壓放大系數(shù)avo，放大器的通頻帶bw及選擇性（通常用矩形系數(shù)kr0.1），采用圖5所示電路可以粗略測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。諧振放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下。諧振頻率放大器的諧振回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱

7、為諧振頻率。的表達(dá)式為：式中，l為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；為諧路的總電容，的表達(dá)式為： 式中，為晶體管的輸出電容；為晶體管的輸入電容。諧振頻率的測(cè)試步驟是，首先使高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率為，輸出電壓為幾毫伏；然后調(diào)諧集電極回路即改變電容c或電感l(wèi)使回路諧振。lc并聯(lián)諧振時(shí)，直流毫安表ma的指示為最?。ó?dāng)放大器工作在丙類狀態(tài)時(shí)），電壓表指示值達(dá)到最大，且輸出波形無(wú)明顯失真。這時(shí)回路諧振頻率就等于信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率。電壓增益放大器的諧振回路所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)avo稱為諧振放大器的電壓增益.avo的表達(dá)式為： 的測(cè)量電路如圖3-2-1所示，測(cè)量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)。計(jì)算公

8、式如下：通頻帶由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)av下降到諧振電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶bw，其表達(dá)式為： 式中，為諧振放大器的有載品質(zhì)因素。分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶bw的關(guān)系為：上式說(shuō)明，當(dāng)晶體管確定，且回路總電容為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶bw的乘積為一常數(shù)。通頻帶的測(cè)量電路如圖3-2-1所示?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量放大器的頻率特性曲線來(lái)求通頻帶。采用逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是：先使調(diào)諧放大器的諧振回路產(chǎn)生諧振，記下此時(shí)的與，然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率（保持vs不變），并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放

9、大倍數(shù)av，由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的頻率特性曲線如圖6所示：圖6由bw得表達(dá)式可知： 通頻帶越寬的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時(shí)又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少調(diào)諧回路的總電容量。矩形系數(shù)諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)kr0.1來(lái)表示，如圖3-2-2所示，矩形系數(shù)kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即表明，矩形系數(shù)kr0.1越接近1，臨近波道的選擇性越好，濾除干擾信號(hào)的能力越強(qiáng)。可以通過(guò)圖3-2-2所示的諧振放大器的頻率特性曲線來(lái)得

10、矩形波系數(shù)kr0.1。二、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過(guò)程1、總體設(shè)計(jì)電路2、電路工作狀態(tài)或元件參數(shù)的確定靜態(tài)工作點(diǎn)的確定 由于設(shè)計(jì)要求中心頻率，電壓增益，且電壓增益不是很大，選用晶體管3dg6c在性能上可以滿足需要。晶體管選定后，根據(jù)高頻小信號(hào)諧振放大器應(yīng)工作于線性區(qū)，且在滿足電壓增益要求的前提下，應(yīng)盡量小些以減小靜態(tài)功率損耗。值得注意的是，變化會(huì)引起y參數(shù)的變化。這里采用等于1ma進(jìn)行計(jì)算，看是否能滿足增益的需要，否則將進(jìn)行調(diào)整。已知晶體管3dg6c的參數(shù)為，。據(jù)此可求得：(1) 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 取 =1ma, =1.5v, =10.5v, 則 在11k到22k之間，故取標(biāo)稱值20k 可用38k電阻和1

11、00k電位器串聯(lián),以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。 (2) 計(jì)算諧振回路參數(shù) 下面計(jì)算4個(gè)y參數(shù)， 因?yàn)? 所以 ， 因?yàn)?，所?， 故模 回路總電容為 再計(jì)算回路電容 ，取標(biāo)稱值68pf輸出耦合變壓器tr0的原邊抽頭匝數(shù)n1及副邊匝數(shù)n3,即 匝，匝(3) 確定輸入耦合回路及高頻濾波電容高頻小信號(hào)諧振放大器的輸入耦合回路通常是 指變壓器耦合的諧振回路。由于輸入變壓器tri原邊諧振回路與放大器諧振回路的諧振頻率相等，也可以直接采用電容耦合，高頻耦合電容一般選擇瓷片電容。3、仿真及仿真結(jié)果分析圖7高頻小信號(hào)諧振放大器ewb仿真電路按要求所做 ewb仿真圖如圖7，開(kāi)始仿真從示波器上兩個(gè)通道觀察輸出波形以及與輸

12、入信號(hào)的關(guān)系，得圖4、設(shè)計(jì)電路的性能評(píng)測(cè)(經(jīng)分析或測(cè)試是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求)仿真結(jié)果分析在無(wú)信號(hào)輸入，僅有直流激勵(lì)的情況下用電流表測(cè)量三極管基極電流，調(diào)節(jié)rp1使ic=2ma,此時(shí)rp152k。 接入信號(hào)發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，按照設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)中周。利用儀器測(cè)得各指標(biāo)如下：f0=10.8mhzvo31db在誤差允許范圍里，仿真測(cè)量所得數(shù)據(jù)符合要求。三、結(jié)論及心得體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)從開(kāi)始到結(jié)束歷時(shí)不到一周，時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單且多有借鑒，在最終調(diào)試方面仍有欠缺。但是我在做課程設(shè)計(jì)的這一周里全身心的投入了，從電路的設(shè)計(jì)、元件的選擇、電路板的制作到電路板的調(diào)試我都盡心盡力。在盡力的同時(shí)卻發(fā)現(xiàn)了許多短板問(wèn)題，比如對(duì)元件市場(chǎng)的熟悉程度，長(zhǎng)期對(duì)網(wǎng)絡(luò)上得來(lái)的知識(shí)的深信，卻忽視了自己周圍的條件環(huán)境因素，一些元件網(wǎng)上有的看但是在自己身邊的原件市場(chǎng)不一定有的買；總以為什么都能在網(wǎng)上找出個(gè)所以然，卻忽視了身邊的高手，有時(shí)多交流確實(shí)大有裨益?。≈挥性诓粩嗟劐e(cuò)不斷的改，不斷的交流不斷地廣見(jiàn)識(shí)，不斷的進(jìn)步不斷的完善自身，我們才能在以后的大設(shè)計(jì)中更加輕松更加應(yīng)付自如！在本次課程設(shè)計(jì)中雖然坎坷多時(shí)間短，但是我們都學(xué)到了許多在課本上難得到的東西，同時(shí)也解決了一些平時(shí)在課本上不是很了解甚至忽略了的