通信電子線路設(shè)計(jì)高頻小信號調(diào)諧放大器,LC振蕩器,高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)

1、 通信電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 通信0906 指導(dǎo)教師： 楊福寶 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目:通信電子線路綜合設(shè)計(jì)要求完成的主要任務(wù): 1.每人要提交一份設(shè)計(jì)報(bào)告，格式按照課程設(shè)計(jì)的樣式2.報(bào)告內(nèi)容包括：（1）高頻小信號調(diào)諧放大器的電路設(shè)計(jì)；（2）LC振蕩器的設(shè)計(jì)；（3）高頻諧振功率放大器電路設(shè)計(jì)。時間安排： 課程設(shè)計(jì)時間為3周： 第1周，安排任務(wù) 第2周，確定設(shè)計(jì)電路，并進(jìn)行分析計(jì)算，安裝與調(diào)試 第3周，答辯，提交報(bào)告 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要3Abstrct41引言51.1要求51.2主要技術(shù)指標(biāo)51.

2、2.1高頻小信號調(diào)諧放大器51.2.2 LC三點(diǎn)式反饋振蕩器51.2.3 高頻諧振功率放大器62高頻小信號調(diào)諧放大器72.1 原理分析72.2 參數(shù)設(shè)置72.2.1選定電路形式72.2.2設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)82.2.3諧振回路參數(shù)計(jì)算82.2.4總電路圖103 LC三點(diǎn)式反饋振蕩器113.1 原理分析113.2 參數(shù)設(shè)置143.2.1靜態(tài)工作電流的確定143.2.2確定主振回路元器件143.2.3總電路圖154高頻諧振功率放大器164.1原理分析164.2參數(shù)設(shè)置174.2.1確定功放的工作狀態(tài)174.2.2基極偏置電路計(jì)算184.2.3計(jì)算諧振回路與耦合線圈的參數(shù)184.2.4電源去耦濾波元件選

3、擇194.2.5總電路圖195心得體會20參考文獻(xiàn)21摘要本次電子線路設(shè)計(jì)對高頻調(diào)諧小信號放大器，LC振蕩器，高頻功放電路設(shè)計(jì)原理作了簡要分析，研究了各個電路的參數(shù)設(shè)置方法。并利用其它相關(guān)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(zhǔn)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(shí)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(jī)中經(jīng)變頻后的中頻信號進(jìn)行放大，已達(dá)到下級所需的激勵電壓幅度。LC振蕩器的作用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)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(jī)

4、所用到的技術(shù)，所以在現(xiàn)實(shí)生活中具有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：高頻小信號放大器、LC振蕩器、高頻功放電路AbstrctThe electronic circuit design of high-frequency tuned small-signal amplifier, LC oscillator, high-frequency power amplifier circuit design principles briefly analyzed to study the various circuit parameters to set methods. And to use other re

5、lated tools to debug the circuit for the auxiliary amplifier circuit solve the amplifier circuit that often appear in self-oscillation problems and difficult to accurately tuning problems. Also given in detail the theoretical basis and debug programs in order to achieve a rapid, effective analysis a

6、nd production of high-frequency amplifiers, oscillator and power amplifier circuits. High-frequency small-signal amplification circuit is the resonant frequency small-signal or a receiver through the frequency of IF signals, after amplification, has reached the lower the required excitation voltage

7、amplitude. The role of the LC oscillator is to generate a standard signal source. The role of high-frequency power amplifier's efficiency is the largest high-frequency power output. Three parts are the communication systems used by the radio transceiver technology, so in real life, with a fairly

8、 wide range of applications. Key words: high-frequency small-signal amplifier, LC oscillator, high-frequency power amplifier circuit.1引言1.1要求給出設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)過程、電路原理圖、各元件件型號或參數(shù)、實(shí)際測試結(jié)果。1.2主要技術(shù)指標(biāo)1.2.1高頻小信號調(diào)諧放大器諧振頻率：6.5MHz,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。基本設(shè)計(jì)條件：回路電感L=4H,，晶體管用9018，=50。查手冊可知，9018

9、在、時，,，。負(fù)載電阻。電源供電。1.2.2 LC三點(diǎn)式反饋振蕩器振蕩頻率 頻率穩(wěn)定度 輸出幅度 采用西勒振蕩電路，為了盡可能地減小負(fù)載對振蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級?；驹O(shè)計(jì)條件：電源供電為12V，振蕩管BG1為9018（其主要參數(shù),取=100，fT>1100MHz）。隔離級射隨器晶體管BG2也為9018。1.2.3 高頻諧振功率放大器輸出功率Po125mW（設(shè)計(jì)時按200mW計(jì)算），工作中心頻率fo=6MHz，>65%。基本設(shè)計(jì)條件：電源供電為12V，負(fù)載電阻,RL=51，晶體管用3DA1，其主要參數(shù)：Pcm=1W,Icm=750mA, ,，功率增益Ap13dB（20

10、倍）。2高頻小信號調(diào)諧放大器2.1 原理分析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(yīng)具備如下基本特性:只允許所需的信號通過,即應(yīng)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(yīng)穩(wěn)定且產(chǎn)生的噪聲要小。放大器應(yīng)具有一定的通頻帶寬度。 圖2.1 單調(diào)諧放大器電路 典型的單調(diào)諧諧振放大器原理如圖，圖中，RB1,RB2,RE用以保證晶體管工作于放大區(qū)域，從而放大器工作于甲類，CE是RE的旁路電容，C1,C2是輸入輸出耦合電容，L,C是諧振電路，R是集電極（交流）電阻，他決定了回路的Q值，帶寬。為了減輕負(fù)載對回路的的影響，輸出采用了部分接入的方式。2.2 參數(shù)設(shè)置2.2.1選定電路

11、形式依設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，考慮高頻放大器應(yīng)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。 圖中放大管選用9018，該電路靜態(tài)工作點(diǎn)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(dāng)溫度變化，抑制了變化，從而獲得穩(wěn)定的工作點(diǎn)。由此可知，只有當(dāng)時，才能獲得恒定，故硅管應(yīng)用時， 。只有當(dāng)負(fù)反饋越強(qiáng)時，電路穩(wěn)定性越好，故要求，一般硅管?。?.2.2設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流一般在0.82mA之間選取為宜，設(shè)計(jì)電路中取 ，設(shè)因?yàn)椋?而 所以：因?yàn)椋?硅管的發(fā)射結(jié)電壓為0.7V) 所以： 因?yàn)椋?所以：因?yàn)椋?而 取

12、則： 取標(biāo)稱電阻6.2K因?yàn)椋?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)。2.2.3諧振回路參數(shù)計(jì)算 回路中的總電容C因?yàn)椋?則：回路電容C因有 所以取C為標(biāo)稱值30pf,與5-20Pf微調(diào)電容并聯(lián)。求電感線圈N2與N1的匝數(shù)：根據(jù)理論推導(dǎo)，當(dāng)線圈的尺寸及所選用的磁心確定后，則其相應(yīng)的參數(shù)就可以認(rèn)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性材料有關(guān)；N-線圈的匝數(shù)一般K值的大小是由試驗(yàn)確定的。當(dāng)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

13、量，再用下面的公式求出系數(shù)K值： 式中： -為實(shí)驗(yàn)所繞匝數(shù)，由此根據(jù)和K值便可求出線圈應(yīng)繞的圈數(shù)，則：實(shí)驗(yàn)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 pf0.01uf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。2.2.4總電路圖圖2.2.1總

14、電路圖3 LC三點(diǎn)式反饋振蕩器3.1 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(luò)、選頻回路和反饋網(wǎng)絡(luò)三個部分構(gòu)成。本實(shí)驗(yàn)中，我們研究的主要是LC三點(diǎn)式振蕩器。所謂三點(diǎn)式振蕩器，是晶體管的三個電極，分別與三個電抗性元件相連接，形成三個接點(diǎn)，故稱為三點(diǎn)式振蕩器，其基本電路如圖3.1.1。圖3.1.1 三點(diǎn)式振蕩器的基本電路根據(jù)相位平衡條件，圖3.1.1(a)中構(gòu)成振蕩電路的三個電抗元件，X1、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(diǎn)式振蕩電路；若X2和X1均為感抗，X3為容抗，則為電感三點(diǎn)式振蕩器。由此可見，

15、為射同余異。共基電容三點(diǎn)式振蕩器圖3.1.2 共基電容三點(diǎn)式振蕩器由圖3.1.2可見：與發(fā)射極連接的兩個電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件C1和C2；與基極和集電極連接的為異性質(zhì)的電抗元件L，根據(jù)前面所述的判別準(zhǔn)則，該電路滿足相位條件。 其工作過程是：振蕩器接通電源后，由于電路中的電流從無到有變化，將產(chǎn)生脈動信號，因任一脈沖信號包含有許多不同頻率的諧波，因振蕩器電路中有一個LC諧振回路，具有選頻作用，當(dāng)LC諧振回路的固有頻率與某一諧波頻率相等時，電路產(chǎn)生諧振。雖然脈動的信號很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當(dāng)增大到一定程度時，導(dǎo)致晶體管進(jìn)入非線性區(qū)域，產(chǎn)生自給偏壓，使放大器的放大倍數(shù)減小

16、，最后達(dá)到平衡，即AF=1，振蕩幅度就不再增大了。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件， 于是得到單一頻率的振蕩信號輸出。該振蕩器的振蕩頻率為：反饋系數(shù)F為： 若要它產(chǎn)生正弦波，必須滿足F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一個實(shí)際的振蕩電路，在F確定之后，其振幅的增加主要是靠提高振蕩管的靜態(tài)電流值。但是如靜態(tài)電流取得太大，振蕩管工作范圍容易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗降低使振蕩波形失真，嚴(yán)重時，甚至使振蕩器停振。所以在實(shí)用中，靜態(tài)電流值一般ICO=0.5mA-4mA。優(yōu)點(diǎn)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(dá)到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻

17、波段范圍。 缺點(diǎn)：振蕩回路工作頻率的改變，若用調(diào)C1或C2實(shí)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(diǎn)式振蕩器的缺點(diǎn)，可對其進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)電路有兩種。 串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(克拉潑電路)電路組成 圖3.1.3 克拉潑振蕩電路電路特點(diǎn)是在共基電容三點(diǎn)式振蕩器的基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。 因?yàn)镃3遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)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(diǎn)：1、 振

18、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(dǎo)致停振，所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達(dá)1.2-1.4； 為此，克拉潑振蕩器適合與作固定頻率的振蕩器 。 并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(西勒電路)電路組成如圖6示：圖3.1.4西勒振蕩電路電路特點(diǎn)是在克拉潑振蕩器的基礎(chǔ)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(diǎn)：1.振蕩幅度比較穩(wěn)定； 2.振蕩頻率可以比較高，可達(dá)千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可達(dá)1.6-1.8；所以在一些短波、超短波通信機(jī)，電視接收機(jī)中用的比較多。 3.2 參數(shù)設(shè)置3.2

19、.1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(diǎn)，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(guān)系。般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)電路中：選ICQ=2mA VCEQ=6V =100則有為提高電路的穩(wěn)定性Re值適當(dāng)增大，取Re=1K則Rc2K因：UEQ=ICQ·RE 則： UEQ =2mA×1K=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(biāo)稱電阻12

20、K。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(gòu)成。3.2.2確定主振回路元器件回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)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(yàn)先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計(jì)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，但從提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的觀點(diǎn)出發(fā)，以保證回路電容Cp遠(yuǎn)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(yīng)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

21、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(dāng)LC振蕩時，f0=6MHz L12H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，C2>>C3,C4，C1/C2=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(jìn)行微調(diào)即可。為了盡可能地減小負(fù)載對振蕩電路的影響，振蕩信號應(yīng)盡可能從電路的低阻抗端輸出。例如發(fā)射極接地的振蕩電路，輸出宜取自基極；如為基級接地，則應(yīng)從發(fā)射極輸出。3.2.3總電路圖

22、圖3.2.1LC與晶體振蕩器電原理圖4高頻諧振功率放大器4.1原理分析放大器工作時，設(shè)輸入信號電壓：則加到晶體管基極,發(fā)射級的有效電壓為: 由晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線可知，如圖所示： 圖4.1.1 諧振功率放大器晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線當(dāng)時，管子截止，。當(dāng)時，管子導(dǎo)通，式中：為折線的斜率： 所以有： ，即功放輸出的Ic為一連串不連續(xù)的余弦脈沖。高功放為什么能不失真地放大信號呢?因?yàn)榧忭斢嘞颐}沖的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 若對 傅里葉級數(shù)分解，即：由此可知，任何一個余弦脈沖，都是由許多不同頻率的諧波（基波、二次諧波。n次諧波）分量所構(gòu)成，利用功放負(fù)載LC回路的選頻功能，適當(dāng)選擇LC的參數(shù)使之諧振與基波頻率, 盡管

23、在集電極電流脈沖中含有豐富的高次諧波分量，但由于并聯(lián)諧振回路的選頻濾波作用，故功率放大器的輸出仍為不失真的正弦波。此時，諧振回路兩端的電壓可近似認(rèn)為只有基波電壓，即：式中，Ucm為uc的振幅；Ro為LC回路的諧振電阻,為集電極基波電流振幅。在集電極電路中，LC諧振回路得到的高頻功率為:集電極電源EC供給的直流輸入功率為： ICO為集電極電流脈沖ic的直流分量。集電極效率C為輸出高頻功率Po與直流輸入功率PE之比，即：4.2參數(shù)設(shè)置4.2.1確定功放的工作狀態(tài) 諧振功率放大器的工作狀態(tài)有三種，即欠壓、臨界和過壓。當(dāng)諧振功放的靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入信號、負(fù)載發(fā)生變化，諧振功率放大器的工作狀態(tài)將發(fā)生變化。

24、 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(shè)=700。查表得：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(shè)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： 集電極的效率為： (滿足設(shè)計(jì)要求) 已知： 即則：輸入功率： 基極余弦脈沖電流的最大值（設(shè)3DA1的=10） 基極基波電流的振幅為： 得基極輸入的電壓振幅為：4.2.2基極偏置電路計(jì)算因 則有 ：因 則有 ：取高頻旁路電容4.2.3計(jì)算諧振回路與耦合線圈的參數(shù)圖4.2.1 諧振回路的計(jì)算