丙類倍頻器說明書

學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院蘇學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：張松華職稱副教授專班學(xué)業(yè)：級：號：電子信息工程電子1402完成時間：2016年12月內(nèi)容及任務(wù)12VV，f12MHz075%主要參考資料教研室意見摘要采用一些簡單的電子元件組合而成，即它是由放大電路和諧振回路組成。利用三極管的放大作用和LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，選出合適的頻率信號，并且調(diào)諧在三次諧波頻率上，對于無用的頻率信號進(jìn)行濾除，減少失真。設(shè)計過程中，先在Multisim12電路仿真軟件上進(jìn)行了電路仿真，然后結(jié)合調(diào)試結(jié)果，輸出信號的頻率是輸入信號的三倍，且輸出功率大于500mW，集電極效率大于75%，并且電路工作在丙類狀態(tài)，說明設(shè)計成功。關(guān)鍵詞：丙類倍頻器；LC諧振回路；S9018目錄1緒論.............................................................1設(shè)計課題的研究意義...........................................1設(shè)計課題任務(wù)及要求說明.......................................1方案介紹.....................................................1主要性能指標(biāo).................................................2工作原理說明.................................................22丙類倍頻器電路的設(shè)計.............................................3丙類倍頻器的原理分析及總電路框圖.............................3丙類倍頻器的單元電路分析及參數(shù)計算...........................53丙類倍頻器的仿真.................................................6Multisim仿真軟件簡介........................................6仿真電路的建立...............................................6仿真結(jié)果分析.................................................74丙類倍頻器的結(jié)果及誤差分析.......................................8實(shí)物操作說明.................................................8調(diào)試數(shù)據(jù).....................................................8誤差分析.....................................................8設(shè)計結(jié)論.....................................................85設(shè)計總結(jié)與體會...................................................9參考文獻(xiàn)............................................................9致謝...............................................................10附錄...............................................................11附錄A電路原理圖和PCB圖.....................................11附錄B電路實(shí)物圖.............................................11附錄C元器件清單.............................................111設(shè)計課題的研究意義在無線電發(fā)射機(jī)、頻率合成器等電子設(shè)備中的中間級,常需要通過倍頻器使統(tǒng)中還可以擴(kuò)大頻偏。采用倍頻器一是可以降低電子設(shè)備的主振頻率,對提高設(shè)備的頻率穩(wěn)定度有5MHz。因此,當(dāng)發(fā)射機(jī)頻率高于5MHZ時,通常采用倍頻器。二是在通信機(jī)的主振器工作工作在～3)MHz,在其后采用放大倍頻級,該級在波段開關(guān)控制下,既能工作在放大狀態(tài),又能工作在二倍頻或四倍頻狀態(tài)。這樣,隨波段開關(guān)的改變,發(fā)射機(jī)輸出級就可獲得～3)MK(3～6)MK和(6～12)ＭＨＺ三個波段的輸出。三是在調(diào)頻和調(diào)相發(fā)射機(jī)中,采用倍頻器可加大頻移或相移,即可加深調(diào)制深度。放大器工作原理的丙類倍頻器，效率高、失真小。本課題將就丙類倍頻器的工作原理、參數(shù)計算、元件選取、電路仿真、電路調(diào)試等做詳細(xì)的介紹和說明。設(shè)計課題任務(wù)及要求說明（一）設(shè)計任務(wù)V12VP500mWO提供電源電壓，設(shè)計一個輸出功率，利用示波器產(chǎn)生一個輸出頻率f12MHz，效率的丙類倍頻器。75%0（二）設(shè)計要求制作實(shí)際電路和仿真電路并成功調(diào)試。方案介紹丙類倍頻器設(shè)計是利用晶體管的非線性電阻效應(yīng)，基于丙類放大器工作原理。丙類放大器晶體管集電級電流脈沖中含有豐富的諧波分量，如果集電極調(diào)諧回路諧振在二次或三次諧波頻率上，放大器就主要有二次或三次諧波電壓輸出。這樣丙類放大器就成了二倍頻器或三倍頻器。在本次設(shè)計當(dāng)中，需圖1主要性能指標(biāo)（一）變頻增益三倍頻器輸出電壓振幅Vim與高頻輸入信號電壓振幅Vsm壓增益或變頻放大倍數(shù)，表示如下：變頻電壓增益另一種表示方法為顯然，變頻增益更高高對提高接收機(jī)的靈敏度有利。（二）失真和干擾互相調(diào)制、阻塞和易倒混頻干擾。這些是三倍頻器產(chǎn)生的特有干擾。（三）選擇性接收有用信號，排除干擾信號的能力決定于高頻輸出回路的選擇性是否良好。（四）噪聲系數(shù)求很好的選擇所用器件和工作點(diǎn)電流。工作原理說明丙類倍頻器與丙類諧振功率放大器的工作原理基本相同。在于丙類倍頻器的集電極諧振回路是對輸入頻率f的n倍頻諧對f中的n次諧振通過諧振回路獲得最大電壓，而基波不同之處ic和其它諧波被濾除。本次設(shè)計的三倍頻器的諧振回路的f為3f，所以，io回路可以選出三次諧波、輸出頻率為3f的電壓信號，并濾除基波和其它i諧波信號。2丙類倍頻器電路的設(shè)計丙類倍頻器的原理分析及總電路框圖丙類倍頻器與丙類諧振功率放大器的工作原理基本相同，只是在輸為輸入頻率的倍頻。如圖2所示，基極電路的電壓有以下關(guān)系：vvVVcoswtVb參看圖3，可知ic為：igVcoswtVV),VcoswtVVcc集電極電流流通角滿足：c因而有：VVVc將式（3）代入式（2）得：igV2πcccc集電極電流i的最大值為：cigV1cos)ccc利用傅里葉級數(shù)分解，i可表示為：cwt）（）（）IIiIcIc1CCm0cCm1cCmncc和兩個參數(shù)確定。由圖3可以看出，iIcc1中集電極經(jīng)過LC諧振回路接到VCC，，若諧振回路在功放工作時諧振于某諧波頻率，因而諧振回路對諧波的正弦電壓，諧振功率放大器就成了倍頻器。圖2圖3圖4倍頻器的集電極效率可表示為：12()1g()nc()2cnc(7)0c式中n為倍數(shù)，從式(7)可知需適當(dāng)選取的值，使也盡可能大，不同的倍cnc頻次數(shù)最佳流通角也是不同的。最佳值可用120/n計算。0c由余弦脈沖分解系數(shù)可知，無論導(dǎo)通角為何值，均小于，即在其他n1數(shù)n的增大而迅速降低。為了提高倍頻器的輸出功率和效率，要選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通角。由圖4可得，該電路最佳導(dǎo)通角為40°。總電路框圖如圖5所示：圖5丙類倍頻器的單元電路分析及參數(shù)計算小信號放大電路電流、功率均放大。從圖6晶體管進(jìn)行信號放大。三極管選用了放大倍數(shù)在100-200倍之間的BC547A，在實(shí)物制作時用了差不多放大倍數(shù)的S9018。R、R和可調(diào)電阻串聯(lián)的射極電23阻決定了晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。而且改變的大小可以改變放大器的增益，實(shí)現(xiàn)電阻可調(diào)，靜態(tài)工作點(diǎn)可調(diào)，使三極管工作在放大區(qū)。電路如圖6所示；圖6單元電路元器件參數(shù)說明：6的基極電路的直流供電電路進(jìn)行變換并簡化。如圖7所示；圖7RR?R在圖7中，VV?RV12V2，12，RRRRB1212根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，取R2=,R3=，為使靜態(tài)工作點(diǎn)可調(diào)，加入可調(diào)電阻R4，所得到VVBB的和C3L1=10mH,C3=47μF。不能太低，又要使三極管工作在非線性區(qū)，故選1V。諧振回路路它具有選擇信號及阻抗變換，兩個或更多個諧振回路串聯(lián)可以構(gòu)成帶通濾波f。本次課題仿真設(shè)計選用LC并聯(lián)012器。并聯(lián)諧振回路的諧振頻率為：諧振回路，但在考慮到LC回路在現(xiàn)實(shí)中不方便調(diào)諧，故而實(shí)物制作時我們選用了10MHz的中周代替。電路如圖8所示；圖8單元元器件參數(shù)說明：由于要選出三倍頻，RC回路的振蕩頻率為3w,故113wl，lc3wc3?f（8）為12MHz。電容C4的目的是隔直通交,所以選取C4=47uf。3丙類倍頻器的仿真Multisim仿真軟件簡介Multisim是一個完成原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它的有較先進(jìn)的電路分析功能，可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，存儲測試點(diǎn)所有數(shù)據(jù)。它具有以下突出的特點(diǎn)：(1)設(shè)計與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；(2)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)用的元器件，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實(shí)驗(yàn)；(3)可以方便的對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析；(4)可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；(5)實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，種類和數(shù)量不受限制，速度快，效率高；(6)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)成功的電路可直接在產(chǎn)品中使用。仿真電路的建立使用Multisim4MHz12MHz的丙類倍頻電路。根據(jù)丙類倍頻器電路原理，在Multisim軟件平臺選取相應(yīng)的元器件，并選好參數(shù)。設(shè)計的仿真原理圖如圖9所示：圖9仿真結(jié)果分析L2和電容C5均設(shè)計為可調(diào)的電感電容。在仿真過程中，改變可調(diào)電容的大小，觀察頻譜儀XSC1使輸出信號頻率的最大值在12MHzV1為4MHz算L2和C5構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路應(yīng)調(diào)諧在三倍頻12MHz。因?yàn)樽罴褜?dǎo)通角40，所以有cos0.766，（）0.147，（）。0.1650cc0c3c選用的三極管BC547A的參數(shù)f300zf4MHz時計算的電流放大Tbf倍數(shù)為Tfb量得知，仿真輸入波形的周期為，如圖10所示；輸出波形的周期為，如圖11V1.4V,假設(shè)基極體電阻r20Ω，所以：'V1-bm）（9）(10)(11)Ibm.38cr'bbII1228.5mA1.228AmII0.2026Ac33因?yàn)閁5.5V，所以:1PIUW500mW(12)2Oc3cm（）1UV（13）??75%3（）2c0由此可知，設(shè)計的丙類倍頻器可以進(jìn)行三倍頻，達(dá)到設(shè)計要求。圖10圖114丙類倍頻器的結(jié)果及誤差分析實(shí)物操作說明頻信號，接入輸入端J1，使用直流穩(wěn)壓源提供+12V電壓接J3端口，示波器接電路的輸出端J4，觀察波形和頻率。調(diào)試數(shù)據(jù)R4時基極電壓為4V左右。此時觀察示波器，輸入信號為正弦波，頻率約為，如圖12所示；輸出波形如圖13所示：圖圖誤差分析VVcc設(shè)計要求中，要求提供電源電壓P500mW，設(shè)計一個輸出功率，利用波形發(fā)生器產(chǎn)生一個輸出頻率f12MHz，效率的75%O0丙類倍頻器。因?yàn)閷?shí)際電路使用的是10MHz的中周，當(dāng)輸入為，輸出約為，存在誤差。分析導(dǎo)致誤差的原因如下：(1)實(shí)物的實(shí)際值與理論值有一定的差距。實(shí)際買來的電阻、電容與仿真要求的值有也差異。(2)性能指標(biāo)參數(shù)的測量方法存在一定的誤差。在調(diào)試過程中，我們通過直不穩(wěn)定。從而導(dǎo)致測量誤差。(3)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的老化等也會導(dǎo)致電路調(diào)試過程出現(xiàn)誤差。設(shè)計結(jié)論P(yáng)500mW類倍頻器，輸出功率當(dāng)輸入信號為f=，輸出信號。i75%Of約為10MHzo夠達(dá)到設(shè)計要求。5設(shè)計總結(jié)與體會較簡單的課題，但對于初次接觸高頻課程設(shè)計的人來說，這是一個不小的挑戰(zhàn)。丙類倍頻器的工作原理也有一定的分析和研究。丙類倍頻器主要由兩部分組成，放大器的基礎(chǔ)上，通過諧振回路選出合適的諧波分量。牢固了。不僅如此，也學(xué)