课程设计 报告书

课程设计任务书学生姓名：刘毅专业班级：电子0801班指导教师：李成军工作单位：信息工程学院题目：晶体管中频小信号选频放大器设计初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务：1.采用晶体管或集成电路完成一个调幅中频小信号放大器的设计；2.放大器选频频率f0＝455KHz，最大增益200倍，矩形系数不大于5；3.负载电阻RL＝1KΩ时，输出电压不小于0.5V，无明显失真；4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。时间安排：1．2011年6月3日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。2．2011年6月4日至2011年6月9日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3.2011年6月10日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日前言随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。电子学是一门应用很广泛的科学技术，发展及其迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。在无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。所以，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。而且，通过长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理。这就需要通过中频小信号选频放大器来完成。这种小信号放大器是一种谐振放大器。中频小信号选频放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。它的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。中频调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。中频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时由于实际买到的元器件与理论的参数有差异，导致频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本课程设计以耦合谐振振荡电路为负载，来实现较准确的频率选择，同时满足阻抗变换。摘要中频小信号选频放大器是组成超外差接收机的一种。它以电容器和电感器组成的谐振回路为负载，当这种回路被调谐到中心频率上，此时调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很大，所以放大器可得到很大的电压增益，而在偏离谐振频率较远的频率点上，放大器的输出增益则迅速减小。因而调谐放大器通常是一种增益高同时具有选频的功能的窄带放大器。调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。为了得到较好的频率特性，本课程设计采用电容耦合双调谐回路。关键词：谐振频率，谐振阻抗，耦合双谐振回路，Abstractintermediatefrequencysmall-signalamplifierisoneofsuperheterodynereceivers.Itcomposedofcapacitorsandinductorstotheloadresonantcircuit,.Whenthisloopistunedtothecenterfrequency,theresonantimpedanceofresonantcircuithavethegreatestresistance,Sothevoltagegainoftheamplifieraregreatnow,Whilethefrequencydeviatesfromtheresonantfrequency,thegainoftheamplifieroutputdecreasesrapidly.Tunedamplifierisusuallyahighgainfunctionofbothnarrow-bandfrequencyselectiveamplifier.Theintermediatefrequencyamplifier‘stuningcircuitcanbesingle-tunedcircuitorcanbetwodouble-looptuningcircuit.Togetabetterfrequencycharacteristics,thiscurriculumdesignusescapacitivecouplingofthedouble-tunedcircuit.Keywords:resonantfrequency,resonantimpedance,coupledtwo-resonantcircuit1中频放大器的特点及各模块工作原理1.1中频小信号选频放大器的特点输入为小信号，故工作在线性范围内(甲类放大器)即工作在线形放大状态。中频小信号选频放大器广泛地应用于广播、电视、通信、雷达等的接收机中。这里的“中频”和“小信号”指的是：放大信号的中心频率在几十千赫到几兆赫，放大信号强调电平较低，其振幅在微伏和毫伏量级。中频小信号放大器的功能是实现对微弱的中高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。小信号频率放大器的作用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。最常用的是窄带放大器，窄带放大器通常被放大的信号是窄带信号，信号的带宽只有中心频率的百分之几，甚至千分之几。窄带放大器以各种选频电路作负载，根据选频回路的特性，对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益，对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。窄带放大器同时具有放大与选频的作用，也可以理解为窄带放大器是宽带放大器加选频电路。中频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。按元器件分为：晶体管放大器（JBT）、场效应管放大器（FET）、集成电路放大器（IC）;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，谐振回路具有放大、滤波和选频的作用。非谐振由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。1.2中频放大器的工作原理1.2.1放大器的中高频性能分析中高频小信号放大器是线性放大电路，要分析和说明其性能，首先要考虑晶体管在中高频时的等效电路。晶体管在中高频线性运用时常采用两种等效电路进行分析,一是混合π型等效电路,一是Y参数等效电路。混合π型等效电路:从模拟晶体管的物理机构出发,用集中参数元件R、C和受控源来表示管内复杂关系。优点是各元件参数物理意义明确,在较宽的频带内元件值基本上与频率无关。缺点是随器件不同而有不少差别,分析和测量不方便。适合于分析宽频带小信号放大器。Y参数等效电路:从测量和使用的角度出发,把晶体管作为一个有源线性双口网络,用一组网络参数构成其等效电路。优点是导出的表达式具有普遍意义,分析和测量方便。缺点是网络参数与频率有关。高频小信号谐振放大器相对频带较窄,一般仅需考虑谐振频率附近的特性,因而采用这种分析方法较合适。晶体管的Y参数不仅与静态工作点的电压，电流值有关，而且与工作频率有关。当放大器工作在窄带时，Y参数变化不大，可以将Y参数看作常数，可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程biebrecIYUYUcfeboecIYUYU实际设计中将晶体管用Y参数等效电路进行等效，信号源用电流源Is表示，Ys是电流源的内导纳，负载导纳为Yo，它包括谐振回路的导纳和负载电阻Rl的等效导纳，忽略管子的内部反馈，即令Yre=0，由图1可得bssbIIYUcocIYU由以上公式可得中高频小信号放大器的主要性能指标。图1中高频小信号放大器的中频等效电路电压放大倍数K：fecboeoYUKUYY输入导纳Yi：febiboeoYIYUYY其中第一项为晶体管的输入导纳，第二项是反向传输导纳Yre引入的输入导纳。输出导纳Yo：refecooecsieYYIYYUYY第一项为晶体管的输出导纳，第二项也与Yre有关。通频带B：0.707oLfBQ式中，of为谐振频率，并且满足12oZfLC，L为回路电感，ZC为回路的总电容，LQ为有载品质因数，其中1LoZQwLg，Zg为回路的总电导。1.2.2放大器的稳定性存在晶体管集基间电容的反馈，或反向传输导纳的反馈，当该反馈在某个频率相位上满足正反馈条件，且足够大，则会在满足条件的频率上产生自激振荡，致使放大器存在稳定性的问题。将反向传输导纳Yre引入的输入导纳，记做Yir，忽略rbb的影响，则由公式femYgreuYjwC将Yoe归入负载中，并考虑谐振频率oW附近情况，有则当正反馈严重时，即Yir中的负电导使放大器输入端的总电导为0或负值时，即使没有外加信号，放大器输出端也会有输出信号，产生自激。提高放大器稳定性的方法：(1)体管本身着手：减小反向传输导纳Yre，而Yre取决于集电结电容，选择集电结电容小的管子，减弱反馈作用。(2)结构着手：设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法和失配法。中和法：通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路）来抵消晶体管内部参数Yre的的反馈作用。失配法：通过增大负载导纳，进而增大总回路导纳，使输出电路失配，输出电压相应减小，对输入端的影响也就减小。0(12)oeLLLYYGjQ00''00(12)(12)mmirLLLLjCgCgYjGjQGjQ000iririrYYY时，为一电容；时，的电导为正，是负反馈；时，的电导为负，是正反馈，引起放大器不稳定1.3选频模块电路1.3.1单调谐选频电路串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻的情况或低阻抗的电路。对于信号源内阻和负载比较大，且频率不是非常高的情况下，宜采用并联谐振回路。结构特点：电感线圈、电容C、外加信号源相互并联，如图2。图2并联谐振回路的并联阻抗为定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率ω0，令Zp的虚部为零，求解方程的根就是ω0，可得在高Q条件下，11()()11prjLrjLjCjCZrjLrjLjCC2011CrLLC变换成导纳形式，有当电纳为0时发生谐振，谐振频率为1owLC回路在谐振时的阻抗最大，其值为并联回路通常用于窄带系统，此时ω与ω0相差不大，式（2-13）可进一步简化为由以上公式得：当ωω0时，X0，│Zp│R0，回路呈感性；当ωω0时，X0，│Zp│R0，回路呈容性。当ω=ω0时，X=0，│Zp│=R0，回路呈纯电阻。谐振电阻为感抗或者容抗的Q倍，当Q很大时，这个电阻值是很大的。工作在谐振频率的频率具有最大的阻抗，所以对外产生高增益。但本课程设计要求较高的频率特性，矩形系数不大于5，所以单级的单调谐回路的矩形系数接近10，频率特性无法满足，所以要采用单级双调谐回路做负载，通过查资料，双调谐的矩形系数有3.15，小于要求的5，所以本课程设计采用电容耦合双调谐回路。1111pLrrjLjCLCZrCrjLCrjLCjCLL11pp