高频小信号谐振放大器设计报告

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:高频小信号谐振放大器设计课程设计目的：①巩固和运用在《高频电子线路》课程中所学的理论知识和实验技能；②基本掌握常用高频电子电路的一般设计方法；③提高设计能力和实验技能，通过动脑、动手解决实际问题；④为以后从事通信电路设计、研制电子产品打下基础。课程设计内容和要求1.掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；2.熟悉谐振回路的调谐方法及放大器动态工作状态的测试方法；2.掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法。初始条件：①电路板及元件，参数；②高频，电路等基础知识；③EWB仿真软件。时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为1周。（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间1天；（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天；（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要.......................................................................IAbstract....................................................错误!未定义书签。1高频小信号调谐放大器的原理分析............................................11.1小信号调谐放大器的主要特点.........................................11.2小信号调谐放大器的主要质量指标.....................................11.2.1谐振频率.......................................................11.2.2谐振增益（Av）.................................................11.2.3通频带.........................................................21.2.4增益带宽积.....................................................31.2.5选择性.........................................................31.2.6噪声系数.......................................................41.3晶体管高频小信号等效电路与分析方法.................................41.3.1单级单调谐回路谐振放大器电路原理...............................51.3.2多级单调谐回路谐振放大器.......................................61.4自激...............................................................71.5多级放大器的设计原则...............................................81.6集成宽带放大电路...................................................92高频小信号调谐放大器的设计与制作.........................................102.1主要技术指标........................................................102.2给定条件............................................................102.3设计过程............................................................102.3.1选定电路形式..................................................102.3.2设置静态工作点................................................112.3.3谐振回路参数计算..............................................122.3.4确定耦合电容与高频滤波电容....................................133高频小信号谐振放大器电路仿真实验.........................................143.1仿真电路图..........................................................143.2测量并调整放大器的静态工作点........................................143.3谐振频率的调测与技术指标的测量......................................154总结（心得体会）.........................................................17参考文献...................................................................18武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告I摘要放大高频小信号（中心频率在几百KHZ到几百MHZ，频谱宽度在几KHZ到几十MHZ的范围内）的放大器，称为高频小信号放大器。这类放大器，按照所用器件可分为晶体管，场效应管和集成电路放大器；按照通过频谱的宽窄可分为窄带和宽带放大器；按照电路形式可分为单级和级联放大器；按照所用负载性质可分为谐振放大器和非谐振放大器。所谓谐振放大器，就是采用谐振回路作负载的放大器。根据谐振回路的特性，谐振放大器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。所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。高频小信号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。高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，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告II武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告1高频小信号谐振放大器设计1高频小信号调谐放大器的原理分析1.1小信号调谐放大器的主要特点晶体管集电极负载通常是一个由LC组成的并联谐振电路。由于LC并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，理论上可以分析，并联谐振在谐振频率处呈现纯阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，输出增益减小。总之，调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用，同时也起着滤波和选频的作用。1.2小信号调谐放大器的主要质量指标衡量小信号调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面：1.2.1谐振频率放大器调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，理论上，对于LC组成的并联谐振电路，谐振频率的表达式为：式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；C为调谐回路的总电容。谐振频率的测试方法：放大器的调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，可以用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，另外，也可以通过点频法改变输入信号频率，得到输出增益随频率变化的幅频特性曲线，电压谐振曲线的峰值即对应谐振频率点。1.2.2谐振增益（Av）放大器的谐振电压增益放大倍数指：放大器处在在谐振频率f0下，输出电压与输入电压之比。Av的测量方法：当谐振回路处于谐振状态时，用高频毫伏表测量输入信号Vi和输出武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告2信号Vo大小，利用下式计算：另外，也可以利用功率增益系数进行估算：1.2.3通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av=Vo/Vi下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW，通常用2Δf0.1表示，有时也称2Δf0.1为3dB带宽。通频带带宽：式中，Q为谐振回路的有载品质因数。当晶体管选定后，回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数fo与通频带BW的乘积为一常数。频带BW的测量方法：根据概念，可以通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法主要采用扫频法，也可以是逐点法。扫频法：即用扫频仪直接测试。测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。逐点法：又叫逐点测量法，就是测试电路在不同频率点下对应的信号大小，利用得到的数据，做出信号大小随频率变化的曲线，根据绘出的谐振曲线，利用定义得到通频带。具体测量方法如下：a、用外置专用信号源做扫频源，正弦输入信号的幅度选择适当的大小，并保持不变；b、示波器同时监测输入、输出波形，确保电路工作正常（电路无干扰、无自激、输出波形无失真）；武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告3c、改变输入信号的频率，使用毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值；d、描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。测试时，可以先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率fo及电压放大倍数Avo，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压不变），并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-1所示。图1-1放大器的通频带和谐振曲线1.2.4增益带宽积增益带宽积BW•G也是通信电子电路的一个重要指标，通常，增益带宽积可以认为是一个常数。放大器的总通频带宽度随着放大级数的增加而变窄，BW越大，增益越小。二者是一对矛盾。不同电路中，放大器的通频带差异可能比较大。如：在设计电视机和收音机的中频放大器时，对带宽的考虑是不同的，普通的调幅无线电广播所占带宽是9kHz，而电视信号的带宽需要6.5MHz，显然，要获得同样的增益，中频放大器的带宽设计是完全不同的。1.2.5选择性放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号，排除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。选择性的基本指标是矩形系数。其中，定义矩形系数kv1.0是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数Av0的10％所对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707Av0武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告4时所对应的频率偏移2Δf0.1之比，即：同样还可以定义矩形系数kr01.0，即：显然，矩形系数越接近1，曲线就越接近矩形，滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。1.2.6噪声系数NF越接近1越好。1.3晶体管高频小信号等效电路与分析方法高频小信号放大器由于输入信号幅值小，可以认为晶体管工作在线性区，经常采用有源线性四端网络进行分析。如图1-2，1-3所示，Y参数等效电路和混合π等效电路是描述晶体管高频小信号下工作状况的重要模型。图1-2混合π等效电路图图1-3y参数等效电路Y参数等效电路与混合π等效电路参数的转换，用混合π参数表示的Y参数：武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告5其中。1.3.1单级单调谐回路谐振放大器电路原理图1-4单级单调谐回路谐振放大器图1-4是一个单级单调谐回路谐振放大器的原理图，理论上分析，谐振时电压增益：放大器的增益可用带