例子高頻小信號(hào)諧振放大器的設(shè)計(jì)

1、高頻課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：高頻電子線路設(shè)計(jì)題目：高頻小信號(hào)諧振放大器的設(shè)計(jì)院系：機(jī)械與電子信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：電子信息工程小組成員：指導(dǎo)老師：羅大鵬日期：2010年12月高頻諧振放大電路關(guān)鍵詞：1.諧振頻率2 .電壓增益3 .通頻帶-4 .矩形系數(shù)學(xué)生應(yīng)完成的工作：要求有課程設(shè)計(jì)說明書，并對(duì)總個(gè)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，說明書中要有仿真結(jié)果和調(diào)試環(huán)節(jié)。0工作計(jì)劃：1 .確定電路形式。2 .設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。3 .計(jì)算諧振回路的參數(shù)。4 .確定輸入耦合回路及高頻濾波電容。5 .電路的安裝與調(diào)試。課程設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書指導(dǎo)教師羅大鵬學(xué)生姓名蔣慧專業(yè)：電子信息工程系：電氣與信息工

2、程2課題名稱高頻小信號(hào)諧振放大器內(nèi)容及任務(wù)已知條件：電源電壓Vcc=+12V,負(fù)裁電阻Rl=10。主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率f°=10MHz,電壓增益Auw=35dB（56倍）。課程設(shè)計(jì)要求：要求后課程設(shè)計(jì)說明書，并制作出實(shí)際電路。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：高頻信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)示波器1臺(tái)無感起子1把數(shù)字力用表1臺(tái)12V直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)進(jìn)起止日期工作內(nèi)容備注度安排主要參考資料設(shè)計(jì)任務(wù)說明、設(shè)計(jì)目的1,了解LC串聯(lián)諧振回路和并聯(lián)諧振回路的選頻原理和回路參數(shù)對(duì)回路特性的影響；2,掌握高頻單調(diào)諧放大器的構(gòu)成和工作原理；3,掌握高頻單調(diào)諧放大器的等效電路、性能指標(biāo)要求及分析設(shè)計(jì)；4

3、,掌握高頻單調(diào)放大器的設(shè)計(jì)方案和測(cè)試方法。、主要技術(shù)指標(biāo)及要求1 .技術(shù)指標(biāo)已知：電源電壓Vcc=+12V,負(fù)載電阻RL=1KC條件下要求：1）中心頻率fo=10MHz2 ）電壓增益：35dB;2.設(shè)計(jì)要求1）設(shè)計(jì)高頻小信號(hào)諧振放大電路；2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)；3）在萬用板或面包板上制作一個(gè)單級(jí)（或雙級(jí)）小信號(hào)調(diào)諧放大電路；4）擬定測(cè)試方案和測(cè)試步驟；5）寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。第1章簡(jiǎn)述11.1論述1第2章總體方案12.1 設(shè)計(jì)要求12.2 總體方案簡(jiǎn)述2第3章電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)33.1 電路的基本原理33.2 主要性能指標(biāo)及測(cè)試方法53.3 電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)的計(jì)

4、算83.3.1 電路的確定83.3.2 參數(shù)計(jì)算8第4章電路的仿真與調(diào)試104.1 電路仿真104.2 電路的安裝與調(diào)試11第五章心得體會(huì)135.1心得體會(huì)13參考文獻(xiàn)14致謝16附錄A元件清單17附錄B電路圖18第一章簡(jiǎn)述1.1論述高頻小信號(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)放大器的分類：按元器件分為：晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)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；000000000000000000

5、00000000第2章總體方案2.1 設(shè)計(jì)要求已知條件：電源電壓Vcc=+l2V,負(fù)載電阻R=1KC,高頻三極管3DG6主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率fo=10MHz,電壓增益A史=35dB（56倍），通頻帶2頌=4MHz。課程設(shè)計(jì)要求：要求有課程設(shè)計(jì)說明書，并制作出實(shí)際電路。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量高頻信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)示波器1把無感起子1把數(shù)字力用表1臺(tái)12V直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)2.2 總體方案簡(jiǎn)述高頻小信號(hào)放大器的功用就是無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。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的基本要求是：(

6、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)和抑制無用信號(hào)的能力要強(qiáng)，通常用Qfi來表示，其頻率特性曲線如圖-1所示，帶寬BW=f2-f1=2Af0.7,品質(zhì)因數(shù)Q=fo/2Af0.7.(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)阻抗匹配。第三章電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)3.1 電路基本原理圖3-1-1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。它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L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，

7、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。Y7Ci'!FVcc圖3-1-1OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO3.2 主要性能指標(biāo)及測(cè)量方法表征高頻小信號(hào)諧振放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率諧振電壓放圖3-2-1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3-2-1所示電路可以粗略測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。輸入信號(hào)V.由高頻小信號(hào)發(fā)生器提供，高頻電壓表一，分別用于測(cè)量輸入信號(hào)與輸出信號(hào)寸口的值。直流毫安表

8、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。諧振放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法如下。1.諧振頻率放大器的諧振回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率f稱為諧振頻率。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：（7='+力"；十戶久工式中，廣為晶體管的輸出電容；（工為晶體管的輸入電容。諧振頻率f口的測(cè)試步驟是，首先使高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率為f。，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V2指示值達(dá)到最大，且輸出波形無明顯失真。這時(shí)回路

9、諧振頻率就等于信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率。10I八一八V。圖3-2-2由BW馬表達(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3味較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少調(diào)諧回路的總電容量。4.矩形系數(shù)3.3電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.3.1 電路的確定電路形式如圖3-3-1所示。113.3.2 參數(shù)計(jì)算已知參數(shù)要求與晶體管3DJ6參數(shù)。(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

10、容。第4章電路的仿真與調(diào)試4.1 電路的仿真(1)利用MULTISIM繪制出如圖4-1-1所示的仿真實(shí)驗(yàn)電路12VCCL2GND圖4-1-1仿真電路(2)按圖設(shè)置各元件的參數(shù)，打開仿真開關(guān)，從示波器上兩個(gè)通道觀察輸出波形以及與輸入信號(hào)的關(guān)系。如4-1-2圖所示。圖4-2-2輸出波形在無信號(hào)輸入，僅有直流激勵(lì)的情況下用電流表測(cè)量三極管發(fā)射極極電流，測(cè)13得Ieq約為1mA。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。利用儀接入信號(hào)發(fā)生器,器測(cè)得各指標(biāo)如下:f0=10MHzAvo=34dB仿真數(shù)據(jù)分析：在誤差允許范圍里，仿真測(cè)量所得數(shù)據(jù)與理論值相等。4.2 電路的安裝與測(cè)試將上述設(shè)計(jì)的元器件參數(shù)

11、值按照?qǐng)D2-1所示電路進(jìn)行安裝。先調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后再調(diào)諧振回路使其諧振。調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)的方法是，不加輸入信號(hào)(Vi=0),將C1的左端接地，將諧振回路的電容C開路，這時(shí)用萬用表測(cè)量電阻Re兩端的電壓，調(diào)整電阻Rb1使Veq=1.5V(Ie=1mA)0記下此時(shí)電路的Rb1值及靜態(tài)工作點(diǎn)Vbq>Vceq、Veq、及Ieq。調(diào)諧振回路使其諧振的方法是，按照?qǐng)D5-1所示的測(cè)試電路接入高頻電壓表V1、V2,直流毫安表mA及示波器。再將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率置于fi=10MHZ,輸出電壓Vi=5mV0為避免諧振回路失諧引起的高反向電壓損壞晶體管，可先將電源電壓+Vcc降低，如使+Vcc=+

12、6V。調(diào)輸出耦合變壓器的磁芯使回路諧振，即電壓表V2的指示值達(dá)到最大，毫安表mA為最小且輸出波形無明顯失真。回路處于諧振狀態(tài)后，再將電源電壓恢復(fù)至+12V。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：f0=9.7MHzAvo=28dB數(shù)據(jù)分析：在誤差允許范圍內(nèi)，中心頻率的理論值與實(shí)際值一致，在放大器處于諧振狀態(tài)下，電壓放大倍數(shù)Avo放大倍數(shù)與理論值有一定的差距，導(dǎo)致誤差的原因有如下幾點(diǎn)：(1)實(shí)物的實(shí)際值與理論值有一定的差距。如電阻電容的理論值與標(biāo)稱值不一致，并且電阻電容的標(biāo)稱值也有一定的誤差。14(2)由于分布參數(shù)的影響，晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般都是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。且分布參數(shù)還與靜態(tài)工作電流及電流放大系數(shù)

13、有關(guān)。放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后的元器件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏離。(3)性能指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量方法存在一定的誤差。如在調(diào)諧過程中，我們通過直接觀察波形的輸出值的大小來確定電路是否調(diào)諧。這樣調(diào)諧頻率的測(cè)量值存在誤差的同時(shí)，放大倍數(shù)的測(cè)量值也會(huì)產(chǎn)生誤差。(4)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的老化等也會(huì)導(dǎo)致電路調(diào)試過程中出現(xiàn)一定的誤差。(5)由于工作頻率較高，高頻小信號(hào)放大器容易受到外界各種信號(hào)的干擾，特別是射頻干擾。通常采取的措施是把放大器裝入金屬屏蔽盒內(nèi)(屏蔽盒與地線應(yīng)接觸良好)。但電路調(diào)試環(huán)境條件有限。第五章心得與體會(huì)5.1心得與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的完成，收獲頗多，首先，鞏固和加深了對(duì)電子線路基本知識(shí)的

14、理解，提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。其次，通過與實(shí)際電路方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算，元件選取，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，讓我們學(xué)會(huì)初步掌握了簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。最重要的是增強(qiáng)了動(dòng)手能力和根據(jù)自己所學(xué)需要查閱資料的能力，以及自己分析和解決問題的能力。從電路的設(shè)計(jì)到文檔的處理以及電路板的制作，我們小組成員們緊密合作讓我感受到了團(tuán)結(jié)的力量。在這次課程設(shè)計(jì)過程中最深刻的感觸是光有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須懂一些實(shí)踐中的知識(shí)，比如，元器件的參數(shù)在設(shè)置時(shí)盡量選擇與標(biāo)稱值相等或相近的(如電阻和電容值的選擇)；元器件的等效替換(實(shí)際電路板上，我們使用中周代替變壓器調(diào)諧)；電路板的調(diào)試。實(shí)踐中，我們應(yīng)將課堂所學(xué)與實(shí)驗(yàn)課結(jié)合起來，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際動(dòng)手能力。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐,實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?，課程設(shè)計(jì)在我們努力下基本達(dá)到了預(yù)期目的，所制的產(chǎn)品在功15能上基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且在工藝上也已經(jīng)盡可能的做到了經(jīng)濟(jì)，美觀。在制作中遇到的一些問題，雖然盡大家的能力解決了一些，但還是存在一些缺陷，望老師及讀者諒解。參考文獻(xiàn)1謝自美.電子線