高頻小信號調諧放大器課程設計

1、目錄一、意義和目的1二、總體的電路方案 :2三、各個部分分析及功能 ：4四、電路參數(shù)選擇 :8 五、實驗結果與調試12六、結論與心得:：13七、參考文獻：15一、 選題的意義和目的20 世紀末，電子通訊獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產品幾乎滲透了社會 的各個領域， 有力地推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高， 同時也使現(xiàn)代電子 產品性能進一步提高， 產品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 在無線通信中， 發(fā)射與接收的信號 應當適合于空間傳輸。所以，被通信設備處理和傳輸?shù)男盘柺墙涍^調制處理過的高頻信號， 這種信號具有窄帶特性。 而且， 通過長距離的通信傳輸， 信號受到衰減和干擾，到達接收

2、設 備的信號是非常弱的高頻窄帶信號， 在做進一步處理之前， 應當經過放大和限制干擾的處理。 這就需要通過高頻小信號放大器來完成。這種小信號放大器是一種諧振放大器。高頻調諧放大器廣泛應用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機的接收端， 從天線上感應的信號是非常微弱的， 這就需要用放大器將其放大。 高頻信號放大器理論非常 簡單， 但實際制作卻非常困難。 其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩， 同時頻率選擇和各級間 阻抗匹配也很難實現(xiàn)。本文以實際制作為基礎，用LC 振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實現(xiàn)準確的頻率選擇；另加其它電路，實現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。 ;高頻小信號放大器是通信設備

3、中常用的功能電路， 它所放大的信號頻率在數(shù)百千赫至數(shù) 百兆赫。高頻小信號放大器的功能是實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大，從信 號所含頻譜來看，輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是相同的。高頻小信號放大器的分類：按元器件分為：晶體管放大器、場效應管放大器、集成電路放大器 ; 按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器 ;按電路形式分為：單級放大器、多級放大器 ; 按負載性質分為：諧振放大器、非諧振放大器 ;高頻小信號放大器的特點：頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百MHz頻帶寬度在幾 KHz到幾十MHz故必須用選頻網絡小信號信號較小故工作在線性范圍內 （甲類 放大器 ）即工作在線形放大狀態(tài) 。 采

4、用諧振回路作負載，即對靠近諧振頻率附近的信號有較大的增益，對遠離諧振頻率附近的信號其增益迅速下降，即具有選頻放大作用。特別是在發(fā)射機其中高頻小信號調諧放大器廣泛應用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中, 的接收端，從天線上感應的信號是非常微弱的， 這就需要用放大器將其放大。 高頻信號放大 器理論非常簡單，但實際制作卻非常困難。 其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩， 同時頻率選 擇和各級間阻抗匹配也很難實現(xiàn)。本文以理論分析為依據，以實際制作為基礎，用 LC振蕩 電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實現(xiàn)準確的頻率選擇； 另加其它電路，實現(xiàn)放大 器與前后級的阻抗匹配。二、總體的電路方案高頻小信號調諧放大器簡述

5、:高頻小信號放大器的功用就是無失真的放大某一頻率范圍內的信號。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載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對高頻小信號放大器的基本要求是：(1 )增益要高，即放大倍數(shù)要大。(2)頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強，通常用Q值來表示,其頻率特性曲線如圖-1 所示，帶寬 BW=f2-f仁 2 f0.7，品質因數(shù) Q=fo/2 A f0.7.A A幾 厶I=7“I工7“ 圖-1頻率特性曲線L(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，內部噪聲要小，特別是不產生自激，加

6、入負反饋可以改善放大器的性能。圖2-反饋導納對放大器諧振曲線的影響(4 )前后級之間的阻抗匹配，即把各級聯(lián)接起來之后仍有較大的增益，同時，各級之間不 能產生明顯的相互干擾。根據上面各個具體環(huán)節(jié)的考慮設計出下面總體的電路：VCC圖3-接受天線端及高頻小信號放大器、各個部分分析及功能高頻小信號調諧放大器與低頻放大器的電路基本相同（如圖-1所示）。其中變壓器 T2的初級線圈為接收機前端選頻網絡的一部分，經次級線圈耦合后作為放大器的輸入信號，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。如圖-1所示，Cb與Ce為高頻旁路電容，使交流為通路。本放大器的高頻等效電路 （不含天線下斷的選頻網絡）如圖

7、-3所示：YiYieYre* '/;e 1A1J 1 Y圖，調諧放犬器的高頻等效電路桿電路甲并聯(lián)振蕩回路兩端間的阻抗為-時問十為-遲+jU 摘其中R是和電感串聯(lián)的電阻，由于31»良因此有辛A! C _ R '-務)姿+-)則并聯(lián)回路兩端電壓為：-T7 _ f Ecm_ 孑 mm所以，當3 C=1/ 3 L時Vm有最大值，即回路諧振時輸出電壓最大。實際制作中對基本電路的改進：由于高頻電路放大電路常常會自激振蕩，也容易受各種因素的干擾， 并且各級間很難實現(xiàn)阻抗匹配，所以要對基本電路進行適當?shù)母倪M。放大器內部電路的改進及理論依據：如圖-5所示，增加Re1形成交流負反饋，用以

8、改變放大倍數(shù)和改善輸出波形，由于電源內阻容易影響高頻電路的工作，所以電源下端要接LCn型網絡作為電源去偶電路,以減少干擾，提高放大器的性能。另外還要特別注意的是，高頻電路很容易產生自激 振蕩，所以需要想辦法消除，最常用的辦法是在LC諧振回路中串聯(lián)一小電阻或并聯(lián)一大電阻，從而減小回路的Q值，消除自激振蕩。實際制作過程及諧振頻率的快速確定：高頻放大器制作中最關鍵也是最難的就是選取恰當?shù)碾姼泻碗娙葜?，使電路諧振。諧振時有3 C=1 3 L,通過計算可以確定 LC的值，但實際電路與理論計算往往相差很大，甚至能相差十幾倍到幾十倍，這就需要一定的操作技巧。以33MHz放大器為例，經計算得電感為4.7uH時

9、選用5 25pF的可調電容完全可以達到諧振頻率，但接好電路后很少能夠調到30MHz。多次實驗表明，實際振蕩頻率一般小于計算的頻率，這就要用其 它辦法來確定放大器的諧振頻率。一個比較好的辦法就是借助LC振蕩電路來實現(xiàn)諧振。如圖-7所示，此電路為共基組態(tài)的“考畢茲”振蕩器，原理不再贅述，下面說明如何利用本電路：可調電容Cx選用和放大器電路中同一規(guī)格的，電感Lx是放大器中變壓器接入諧振回路的電感值，由于本電路僅由Lx和Cx決定，但在實際電路中電容對電路的振蕩頻率 的影響遠遠 沒有電感明顯，因而先選定電容（5 20pF可調），則頻率為33MHz時，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值

10、一定要高，否則高頻損耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產， 可把繞好的做樣品），繞適當?shù)娜?shù)后再用高頻 Q表測量其電感值大小， 不斷改變其圈數(shù)，使Lx基本達到要求（4uH 左右），然后把繞制好的電感作為 Lx接入圖-6所示的電路中，再用示波器測量此電路的震蕩 頻率，調節(jié)Cx,看振蕩頻率是否為 33MHz,若不是，則相應的減少或增加變壓器（即接入的電 感）的圈數(shù)，直到其頻率為所要求的為止，最后再按照要求的比例（常用3： 1）來繞變壓器的次級線圈。L47mHcbtIFrexX 2 1 c c r = |一 丄圖共基組態(tài)的“考畢茲振蕩器四、電路參數(shù)選擇1.電壓増益&a

11、mp;2根據定義，4從等效關壽可知斗通常，在電路計算時，電壓增益用其模表示，即Mm!可表示為卩2 諧振曲線3放大器的諧振曲線是表示放大器的相對電壓增益與輸入信號頻率的-PPiy血T5+閥）4 =1+I丿衣主 血1+丿1Ao1+屜厶由上式可得.q _1_1Ao +jQl 1+JQl £-魯Wo 3丿Vo J丿對諧振放大器來講，通常討論的f與f 0相差不大，可認為f在f 0附近變化，則“14o ZjQi罕JO p式中，=稱為一般失諧令"°z 2A/o ,稱為廣義失諧。代入上式得,3 放大器的通頻帶'通頻帶的定義是卩% =1朋時所對應的聲為放大器的通頻帶。根據定

12、義徘故"2A/o.7 = WQl (2-32)4.放大器的矩形系數(shù)a矩形系數(shù)的定義是心K _ 2磯.1ArO.l _-A/o.7其中，200.1是 Au /AuQ = 0.1時所對應的頻帶寬度，即卩"九 _1_ 1Ao10 = Ql 2% = Vl 00-14 _ 一 1J1 + 護 -/2 = QL 2*7faA/o.7 =九/Qz (2-32)2Vo.i = 799/0/ez根據矩形系數(shù)的定文得4五、實驗結果與調試電容對電路的振蕩頻率的影響遠遠沒有電感明顯，因而先選定電容（5 20pF可調）,則頻率為33MHz時，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值一

13、定要高, 否則高頻損耗太大，放大器就不能放大） ，然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產，可把繞好的做樣品），繞適當?shù)娜?shù)后再用高頻Q表測量其電感值大小，不斷改變其圈數(shù)，使Lx基本達到要求（4uH左右），然后把繞制好的電感作為Lx接入圖-7所示的電路中，再用示波器測量此電路的震蕩頻率，調節(jié)Cx看振蕩頻率是否為 33MHz,若不是，則相應的減少或增加變壓器（即接入的電感） 的圈數(shù)， 直到其頻率為所要求的為止， 最后再按照要求的比 例（常用 3：1）來繞變壓器的次級線圈。多次的實驗表明，用本方法來確定變壓器初級線 圈的圈數(shù)，既準確，又方便可行，效果很好，一旦把變壓器的圈數(shù)確定下來，整個高頻放大

14、器就很好制作了，同時，也可以把做好的變壓器作為樣品從而實現(xiàn)大批量的生產制作。當然， 也有其它可行的方法來確定諧振回路的頻率， 如：可以在放大器輸入端加一幅度 恒定的信號， 然后改變其頻率， 用示波器觀察輸出信號在哪一頻率下最大， 從而找到諧振頻 率。這一方法思路簡單，可行性也較強，但是，如果放大器的工作頻率過高，那么許多種類 的高頻信號源就很難輸出恒定的正弦波，頻率升高時，信號源的輸出電壓幅度明顯的下降， 甚至波形嚴重失真。在這種情況下，借助于LC振蕩器可以很容易的找到諧振頻率，從而確定變壓器初級線圈的電感量及圈數(shù)。六、結論與心得本文通過對實際電路的分析， 結合實際實驗， 并利用其它電路作為輔

15、助， 提出了一種制 作高頻小信號調諧放大器的有效方法， 解決了在制作高頻放大器時經常出現(xiàn)的自激振蕩、 頻 率難以確定以及電路中各級間阻抗不匹配問題。本次課程設計不但鍛煉了我么最基本的高頻電子線路的設計能力，更重要的是讓我們更深刻的認識了高頻電子線路這門課程在實際中的應用。還是有書到用時方恨少的感覺呀。不像我們剛開始在此次設計時我們也遇到了不少的困難和問題， 但在同伴們的共同努力下， 辛苦的去專 研去學習， 最終都克服了這些困難， 使問題得到了解決。 其中遇到的問題很多都是在書上不 能找到的， 所以我們必須自己查找相關資料， 利用圖書館和網絡， 這是一個比較辛苦和漫長 的過程， 你必須從無數(shù)的信

16、息中分離出對你有用的， 然后加以整理， 最后才學習到變?yōu)樽约?的并用到設計中的問題去。 也正是在這個查找與整理的過程中， 使我們初步學會了如何去找 到于自己有用的資源。 因為在信息高度發(fā)達的現(xiàn)代社會， 一個人要想獲得成功， 除了自己的 努力外， 還必須學會利用更多其他人的知識， 這樣我們才能快速的掌握知識和能力。 當然這 個過程是一個積累的過程， 當你做的多了以后你就會積累相當多的經驗， 會注意在設計的過 程中要注意那些問題， 那些方法可以使設計一次完成而不用再不斷的返工。的時候什么都不知道， 真的就是憑著自己上課的一點知識來做的。當然設計會有很多不合理的地方，需要在后期的工作中去修改和完善。課程設計很快就過去啦， 但這次對于我來說意義是不同的， 真的讓我學到了不少的東西， 當然這次對于我來說也是非常痛苦的。因為如果一個事情沒有完成的話，我會無法靜下心來去做另一件事。但這次的課程設計卻不是那么輕而易舉可以完成的。所以我必須花全部的精力完成它。不過這也算是我的一個優(yōu)點了，什么事情都是盡全力去完成。我想在以后的工作中它一定會對我有很大的幫助的。七、參考文獻：1 謝嘉奎，電子線路 非線形部分(第四版) ，北京：高等教育出版社， 1996。2 高吉祥，易凡，丁文霞，陸珉