《高頻電路課程設(shè)計(jì)lc諧振放大器》

1、高頻電路課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告LC諧振放大器 學(xué)校 福建工程學(xué)院 專業(yè) 通信工程 班級 通信 0902 學(xué)號 姓名 日期 2012年1月5號 目錄一、設(shè)計(jì)課題2 2 1.2 實(shí)踐目的2 1.3 設(shè)計(jì)要求2 1.4 基本要求2 1.5 說明3二、總體設(shè)計(jì)思路4 2.1 設(shè)計(jì)思路4 2.2 方案的論證與比較4三、單元電路設(shè)計(jì)5 3.1 衰減電路設(shè)計(jì)5 3.2 甲類諧振放大器理論6 3.3 AGC的設(shè)計(jì)9四、電路總體設(shè)計(jì)10五、系統(tǒng)測試11 4.1 測試主要儀器114.2 測試主要方法114.3 測試結(jié)果及分析11六、結(jié)論與心得12八、參考文獻(xiàn)及附錄14一、設(shè)計(jì)課題LC諧振放大器諧振放大器廣泛應(yīng)用于通信系

2、統(tǒng)和其他電子系統(tǒng)中，如在發(fā)射設(shè)備中，為了有效地使信號通過信道傳送到接收端，需要根據(jù)傳送距離等因素來確定發(fā)射設(shè)備的發(fā)射功率，這就要用諧振放大器將信號放大到所需的發(fā)射功率；在接收設(shè)備中，從天線上感應(yīng)到的信號是非常微弱的，一般在級，要將傳送的信號恢復(fù)出來，需要將信號放大，這就需要用高頻小信號諧振放大器來完成。本次設(shè)計(jì)要達(dá)到以下目的：.進(jìn)一步理解諧振放大器理論中，增益、通頻帶、諧振、功率、效率、晶體管工作狀態(tài)等概念及相關(guān)的計(jì)算；.掌握諧振放大器的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法；.學(xué)會多級級聯(lián)諧振放大器電路的分析。設(shè)計(jì)并制作一個(gè)低壓、低功耗LC 諧振放大器，電路框圖見圖1。1.4 基本要求 放大器指標(biāo)：a） 諧振頻率：

3、f0 =15MHz；允許偏差100kHz；b） 增益：不小于40dB；c）3dB 帶寬：2f0.7 =300kHz；帶內(nèi)波動(dòng)不大于2dB；d） 輸入電阻：Rin=50；e） 失真：負(fù)載電阻為500，輸出電壓1V 時(shí)，波形無明顯失真。 設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)增益控制（AGC）電路。AGC 控制范圍大于20 dB。AGC 控制范圍為20log(Vomin/Vimin)20log(Vomax/Vimax)（dB）。 放大器使用5V 穩(wěn)壓電源供電（電源自備），盡可能減小功耗。 在-3dB 帶寬不變條件下，提高放大器增益到大于等于60dB。 在最大增益情況下，盡可能減小矩形系數(shù)Kr。1.5、說明1. 圖2 是LC

4、 諧振放大器的典型特性曲線，矩形系數(shù)1.5.2. 所有項(xiàng)目均在放大器輸出接500 負(fù)載電阻條件下測量。1.5.3功耗的測試：應(yīng)在輸出電壓為1V 時(shí)測量。.由于輸入信號要求很小，可自行設(shè)計(jì)一個(gè)衰減器，讓高頻信號發(fā)生器的輸出信號衰減后再輸入調(diào)諧放大器。.系統(tǒng)可采用全甲類多級級聯(lián)實(shí)現(xiàn)，也可以考慮采用甲丙類級聯(lián)。. 文中所有電壓值均為有效值。二、設(shè)計(jì)的總體方案題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)LC諧振放大器。設(shè)計(jì)分為衰減電路以及主要的諧振放大電路。電源部分采用直流穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的電源電壓；衰減部分采用高精度的電阻拼接組成一個(gè)40dB的固定衰減器插入到放大器的輸入端，方便于測試；諧振放大電路以晶體管為核心，以 LC諧振回路

5、作為晶體管的負(fù)載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。但要注意的是放大電路是由輸入信號的頻帶來確定，為了不放大地失真，要求放大電路的通頻帶應(yīng)大于信號的頻帶。為了盡量地使LC諧振放大器達(dá)到低壓、低功耗，必須采取有效的措施。2.2 方案的論證與比較衰減模塊的方案論證與選擇方案一：采用特定的輸入阻抗。將特定阻抗高的通過在輸入端簡單的串聯(lián)一個(gè)電阻來實(shí)現(xiàn)對信號的衰減，如圖 3所示，R用來衰減進(jìn)入設(shè)備的信號電壓，但是它導(dǎo)致從源端看進(jìn)去的輸入阻抗為圖3 簡單的衰減器方案二；電路在不改變等效阻抗的前提下實(shí)現(xiàn)對信號電壓的衰減，圖中增加的兩個(gè)電阻可以保持等效電阻不變。其電路設(shè)計(jì)如圖4所示圖4 T型網(wǎng)絡(luò)衰減器方案的選擇：

6、根據(jù)電路的分析，方案一的方法會讓你容易會導(dǎo)致信號的不匹配，而方案二的電路可以在不改變等效阻抗的前提下就可以實(shí)現(xiàn)對信號電壓的衰減，這種方法的衰減效果既好又可以達(dá)到題目要求。故本系統(tǒng)選用方案二。諧振放大模塊的方案論證與選擇方案一：利用一個(gè)直流穩(wěn)壓電源電路為諧振放大電路提供電源，用低頻放大實(shí)現(xiàn)電路的放大，高效率的輸出，從而完成放大器的制作。方案二：同樣利用直流穩(wěn)壓電源電路為諧振放大電路提供電源，利用LC振蕩電路為輔助，來消除放大器的自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地頻率選擇，另加一些輔助電路，實(shí)現(xiàn)放大器的一些阻抗問題。方案的選擇：由于低頻功放的負(fù)載不能采用調(diào)諧負(fù)載，而要用電阻，變壓器等非調(diào)諧負(fù)載。而高頻功放的工作

7、頻率很高，可由幾百千赫到幾百兆赫，甚至幾萬兆赫，同時(shí)，在高頻電路中利用LC振蕩電路為輔助，還可以消除放大器的自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇。因此應(yīng)該選擇方案二的選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載，實(shí)現(xiàn)諧振功率放大器。三、單元電路設(shè)計(jì)3.1 衰減電路設(shè)計(jì)衰減電路的設(shè)計(jì)為諧振放大的測試提供了方便，同時(shí)為了達(dá)到3dB要求帶寬，特性阻抗保持50歐，設(shè)計(jì)電路圖采用精密電阻，以便有效提高衰減量精確度及減少溫漂影響。 根據(jù)電路分析，不改變等效阻抗的前提下就可以實(shí)現(xiàn)對信號電壓的衰減，其理論的計(jì)算及分析如下：設(shè)輸入電阻等于,則可得 （1）又根據(jù)電路輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系可得 （2）聯(lián)立方程（1）和（2），可解得和 單級甲類電路圖

8、圖3甲類諧振放大器 電壓增益、諧振頻率、品質(zhì)因素、通頻帶理論計(jì)算，其中由于與管子工作的靜態(tài)工作點(diǎn)等有關(guān)，而一般的管子又沒有給出具體參數(shù)，此外采用變壓器耦合的接入系數(shù)，根據(jù)耦合程度不同，互感會變化，而互感在一般情況下是未知的。因此在工程設(shè)計(jì)過程中，可以采用估算：諧振頻率估算電容C采用固定電容并微調(diào)電容的方法。電感L采用漆包線繞成線圈而成。通頻帶調(diào)節(jié)諧振回路并聯(lián)電阻Rp，通過調(diào)節(jié)Rp改變回路的品質(zhì)因素，進(jìn)而改變通頻帶帶寬，由于帶寬與電壓增益成反比，因而也可以通過Rp來調(diào)節(jié)電壓增益。在特定條件下，增益帶寬常數(shù)。品質(zhì)因素回路的品質(zhì)因素很難測量，可以通過Rp、變壓器初次級線圈的耦合程度、線圈繞的緊密程度

9、等改變。掃頻如 REF _Ref311843821 h * MERGEFORMAT 圖 3在Ui和Uo兩端，通過掃頻儀觀測電路的幅頻特性。可以觀測諧振點(diǎn)、通頻帶、電壓增益等。 靜態(tài)工作點(diǎn)圖 SEQ 圖 * ARABIC 4 9018 直流電流增益以9018高頻管為例，如 REF _Ref311844104 h * MERGEFORMAT 圖 4，由9018的數(shù)據(jù)手冊得到曲線圖可以看出，當(dāng)管子靜態(tài)工作電流時(shí)，電流放大倍數(shù)較為平坦。當(dāng)時(shí)，具有正向AGC特性，因此可以通過改變該管子的來調(diào)整管子的電壓增益。靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算如下：取，則取，則。（5）通頻帶調(diào)節(jié)對于窄帶放大器，應(yīng)盡量提高諧振回路品質(zhì)因素，變

10、壓器可以采用帶磁心的線圈。對于寬帶放大器，級間耦合可以考慮采用傳輸線，或者采用雙調(diào)諧耦合。通頻帶的調(diào)節(jié)通過掃頻儀進(jìn)行觀測。（5）穩(wěn)定性調(diào)節(jié)由于B-C之間結(jié)電容的存在，導(dǎo)致輸出信號反饋到輸入端，為此在輸出端通過信號反相，接中和電容反饋到輸入端，抵消BC結(jié)電容反饋信號的影響。具體做法：在晶體管的輸出端和輸入端之間連接一個(gè)電容，通過一個(gè)反相耦合變壓器，使得通過的外部電流和通過的內(nèi)部反饋電流相位相差，從而能互相抵消。應(yīng)該注意的是，完全中和很難達(dá)到。因晶體管的是隨頻率變化的。中和電容一般為幾pF，可以采用小電容，也可以采用絕緣電線按照如下圖自己繞制。3.3 AGC的設(shè)計(jì)AGC也叫自動(dòng)增益控制，其主要的作

11、用是使設(shè)備的輸出電平保持一定的數(shù)值，因此也稱為自動(dòng)電平控制ALC電路。正常使用的時(shí)候三極管的b極電壓為2.3左右。三極管不處于放大區(qū)。當(dāng)b極電壓超過2.3時(shí)候，三極管就處于放大狀態(tài)，發(fā)射極會有電平升高。從而影響一級放大的b極，從而改變放大的增益。AGC里面三極管的b極電壓越大，放大區(qū)第一級三極管的b極電壓也會越高，導(dǎo)致放大增益越小。電路剛開始工作時(shí)，AGC處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)輸入信號經(jīng)過二級放大后且增益達(dá)到40dB后AGC電路的三極管導(dǎo)通，從而由發(fā)射級將輸出信號反饋到一級放大的基極影響一級三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而影響它的增益，當(dāng)輸入信號增大時(shí)，使放大器的增益下降，當(dāng)信號減弱時(shí)，使增益增大，從而使放

12、大輸出的信號保持穩(wěn)定。電路中二極管的起檢波的作用，再通過RC回路濾波，濾掉交流分量。三極管的發(fā)射級與集電極間的電阻可以用可變電阻替代，相當(dāng)于一個(gè)手動(dòng)AGC,通過觀察輸出波形的變化確定AGC最佳工作狀態(tài)。電路總體設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)測試4.1 測試主要儀器 a、萬用表b、數(shù)字示波器4.2 測試的主要方法部分的測試方法對各個(gè)電路進(jìn)行測試，達(dá)到要求后拼接在一起 整體的測試方法將各模塊電路連起來，整機(jī)調(diào)試，并測量該系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。4.3 測試結(jié)果及分析 第一級放大第二級放大基極電壓3V發(fā)射極電壓集電極電壓12V12V 增益為45dB和第一級放大的發(fā)射極電流約為9.6mA,第二級放大的發(fā)射極電流為12.5m

13、A，故滿足設(shè)計(jì)要求。六、結(jié)論與心得 通過對實(shí)際電路的分析，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)，并利用其它電路作為輔助，提出了一種制作寫真了放大器的有效方法，解決了再制作高頻放大器時(shí)經(jīng)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。這次電路設(shè)計(jì)主要是對諧振放大電路這部分知識的應(yīng)用。通過設(shè)計(jì)高頻小信號放大器，進(jìn)一步將理論轉(zhuǎn)化成實(shí)踐，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)理論。本次的設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)甲類諧振放大器。通過分析最大輸出功率與輸出阻抗的關(guān)系從而確定匹配網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而確定電路中的參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出甲類諧振放大器的電路圖。在設(shè)計(jì)完電路之后，再用仿真軟件去仿真設(shè)計(jì)完的電路，通過觀察輸出的電壓的波形與幅值進(jìn)一步求出輸出功率，驗(yàn)證是否與理論

14、值相一致。通過觀察不同輸出電阻時(shí)的輸出功率，來了解輸出電阻對輸出功率的影響，并驗(yàn)證理論當(dāng)中輸出負(fù)載對輸出功率的影響。通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)高頻電子線路方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指

15、導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路

16、的性能等等，掌握了焊接的方法和技術(shù)，通過查詢資料，也了解了收音機(jī)的構(gòu)造及原理。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情?；仡櫰鸫苏n程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。實(shí)驗(yàn)過程中，也對團(tuán)隊(duì)精神的進(jìn)行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。此