高频小信号的matlab实现

高频小信号的matlab实现演讲：曾淼PPT制作：潘方琦武汉理工大学信息工程学院电信1204班2014年5月17日目录•高频小信号介绍与原理说明•主要性能指标•matlab软件仿真•小结与参考文献一二三四一、高频小信号介绍与原理说明•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，实现放大器与前后级的阻抗匹配1.高频小信号介绍器简介一、高频小信号介绍与原理说明•实验电路图•上图所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。2.高频小信号原理说明一、高频小信号介绍与原理说明•3.交流等效电路图一、高频小信号介绍与原理说明•输入导纳：••输出导纳：（gm为晶体管跨导，•且gm=IE(mA)/26mV)gb'E为发射结电导，且•正向传输导纳：••反向传输导纳：(rb'c为集电极电容，一般为•几皮法，Cb'e为发射结电容，一般为几十皮法甚至几百皮法）4.晶体管的四个Y参数一、高频小信号介绍与原理说明图1-2所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即•P1=N1/N2=2/3•式中，N2为电感L线圈的总匝数；•p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即•P2=N3/N2=1/3•式中，N3为副边总匝数。Σ•gL为谐振放大器输出负载的电导，gL=1/Rl。通常小信号谐振放大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则将是下一级晶体管的输入电导。•由图1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为•gΣ=go+p1^2*goe+p2^2*gie•式中，为LC回路本身的损耗电导。•go=1/(Qo*wo*L)5.参数计算二、主要性能指标•放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率。的表达式为：•1.谐振频率二、主要性能指标•放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达式为：•2.电压增益二、主要性能指标•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下降到谐振电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为：••式中，为谐振放大器的有载品质因素。•通频带可通过放大器的频率特性曲线来求。放大器的频率特性曲线如图1-3•由BW得表达式可知：•通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，•除了选用较大的晶体管外，还应尽量减•少调谐回路的总电容量。3.通频带二、主要性能指标•矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707时对应的频率偏移之比，即•上式表明，矩形系数Kr0.1越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。可以通过测量图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数Kr0.1。4.矩形系数三、MATLAB软件仿真•function[]=done()•C=3e-12;%电容3PF•L=1.5e-6;%电感1.5uH•R=7.07;%电感的阻值3.16欧，计算得到此时空载品质因素为100(看第16行)•RL=1000;%负载阻值•gl=1/RL;%负载导纳•p1=2/3;%N1/N•p2=1/3;%N2/N•yfe=(58.26-3)-(2.24e-3)*i;%书上例题,(P30)•gie=1.2e-3;•cie=12e-12;•goe=400e-6;•coe=9.5e-12;•yre=(6.49e-6)-(309.93e-6)*i;•w0=1/sqrt(L*C);%谐振频率•Q0=w0*L/R;%回路空载品质因数•go=1/(Q0*w0*L);%电路的自损电阻•gn=go+p1*p1*goe+p2*p2*gl;%回路的总电导•QL=1/(w0*L*gn);%谐振频率的有载品质因素•w=0.01*w0:w0/100:2*w0;%频率扫描范围0.7-1.4w，这里没有考虑完全对称•n=length(w);•s=QL*2*(w-w0)/w0;%s为失谐因子,即ζ，这里符号不能做变量•forj=1:n•Au(j)=-p1*p2*yfe/(gn*(1+i*QL*2*(w(j)-w0)/w0))•end•Auo=-p1*p2*yfe/gn;•figure;•plot(s,abs(Au/Auo));%以s为X轴，Au、Auo为Y轴•title('放大器的幅频特性曲线');•xlabel('广义失谐因子ζ');%横坐标变量名•ylabel('相对电压增益▏Au/Auo▕');%纵坐标变量名•figure;•plot(w/w0,abs(Au));•title('幅频特性曲线');•xlabel('w/w0');•ylabel('Au');•m=abs(Au/Auo);•figure;•plot(w/w0,m);•title('相对电压增益');•xlabel('w/w0');•ylabel('Au/Au0');•forj=1:n•YL2(j)=go+p2*p2*gl+w(j)*C*i+1/(i.*w(j)*L);•end•YL1=1/(p1*p1)*YL2;•yie=gie+i.*w*cie;•yoe=goe+i.*w*coe;•Yi=yie-yre*yfe./(yoe+YL1);•figure(2);•subplot(231)•plot(w/w0,Yi);•title('输入导纳实部曲线');•xlabel('w/w0');•ylabel('real(Yi)');•x1=imag(Yi);•subplot(232);•plot(w/w0,x1);•title('输入导纳虚部曲线');•xlabel('w/w0');•ylabel('imag(Yi)');1.源代码文件三、MATLAB软件仿真••分析：由图片可以看出，当角速度达到wo时（频率达到谐振频率fo时），相对电压增益最大，且曲线陡峭，具有很好的选频特性。2.matlab仿真结果三、MATLAB软件仿真图2相对电压增益与w/wo关系图图3电压增益--w/wo关系图•这2个图与第一个图大同小异，所表现的基本也差不多。当频率达到谐振时，电压增益最大。2.matlab仿真结果三、MATLAB软件仿真•从上图导纳模的曲线可以看出，在靠近fo小于fo的地方输入导纳最大，电路阻抗最小，特别值得注意的是，在某些情况下，电导g，可能为负值(参看图4)。负电导意味着不但不消耗能量，还能向回路提供能量。当负的导纳向回路提供的能量足以抵消回路原有电导纳所消耗的能量时，则输入回路的总电导为零，反馈能量抵消了回路损耗的能量。2.matlab仿真结果四、小结与参考文献通过本次大作业，我们对高频小信号放大器也有了更深刻地理解。放大器的设计及制作在所有课题里是相对简单的，但实际做起来并没有我们想的那么容易。在利用matlab我们遇到了很大的困难，特别是在参数设置时，相对低频放大，高频放大的参数设置要复杂的多，但经过我们组的成员共同努力，我们才顺利完成任务。1.小结四、小结与参考文献[1]杨杰《电脑与信息技术》武汉职业技术学院，湖北武汉430074•[2]曹才开，姚屏，曾屹，周细凤.高频电子线路原理与实践.中南大学2010•[3]曾兴雯陈健刘乃安.《高频电子线路辅导》西安电子科大出版社2009•[4]王卫东《高频电子电路(第2版)》电子工业出版社2009•[5]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）.华中科技大学2006.2.参考文献谢谢聆听·