小信号谐振放大器――湖南工程学院――刘正青

湖南工程学院课程设计课程名称高频课程设计课题名称高频功率放大器专业电子科学与技术班级1001学号姓名**志指导教师刘正青2013年3月8日1目录一、高频小信号谐振放大器原理………………….11、小信号调谐放大器的主要特点……………….....12、小信号调谐放大器的主要质量指标…………..…1二、电路具体设计计算………………………….....61、设计内容…………………………………..…...62、技术指标……………………………………….....63、设计电路过程及计算…………………………...6三、仿真结果及结论……………………………...101、实验原理电路图…………………………..…102、根据原理图画出的仿真图……………………...113、确定静态工作点时的仿真图……………......…..114、最终的仿真波形图………………………..…..125、通频带的测量………………………….......…..12四、设计体会……………………………………...14五、参考文献……………………………………...142一、高频小信号谐振放大器原理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。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：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：LCf21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。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和输出信号Vo大小，利用下式计算：3iovVVA/或者)/lg(20iovVVA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：QffffBwoLH/27.0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。4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）；c、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。5图1-1放大器的通频带和谐振曲线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。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，定义矩形系数是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数的10％所对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707时所对应的频率偏移2Δf0.1之比，即：7.01.01.02/2ffKv同样还可以定义矩形系数，即：67.001.001.02/2ffKr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。二、电路具体设计计算1、设计内容：设计一高频小信号谐振放大器设计目的：设计一个工作电压为9V，中心频率为20MHz的高频小信号谐振放大器，可用作接收机的前置放大器和中频放大器。2、技术指标：已知条件：负载电阻LR=1K，电源电压Vcc=9v。技术指标：1中心频率f=20M；2电压增益Ao=20dB；3通频带BW=2HZ；3、设计电路过程及计算高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性:7只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作考虑即可选定电路形式依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器，设计参考电路见图2-1所示。图2-1单调谐高频小信号放大器电原理图图中放大管选用2N222A，该电路静态工作点Q主要由1R和、2R、4R与Vcc确定。利用1R和2R的分压固定基极偏置电位BQV，8如满足条件BQII1：当温度变化CQI↑→BQV↑→BEV↓→BQI↓→CQI↓，抑制了CQI变化，从而获得稳定的工作点。由此可知，只有当BQII1时，才能获得BQV恒定，故硅管应用时，BQII)105(1。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求BEBQVV，一般硅管取：BEBQVV)53(。3.1设置静态工作点取EQI=1.0mA,EQV=1.0V,CEQV=8.0V,则ERKIVEQEQ0..1VVVEQBQ7.17.050mAIIEQCQ1KIVIVRCQBQBQBQ125.14662取标称值14KΩ1RKRVVVBQBQCC517.612取标称值61KΩ91R可用100kΩ滑动电阻器，调整静态工作点。3.2计算谐振回路参数mSmVIgmAEmSeb77.026}{}{mSmVIgmAEmSm3826}{}{pFCeb25'MHz20下面计算4个y参数，mSjmSCjgrCjgyebebbbebebie7.23.1)(1因为ieieieCjgy,所以mSgie4.1kgrieie77.01pFmSCie5.217.2mSjmSCjCjgrgrCjycbebebbbmbbcboe19.09.0)(1因为oeoeoeCjgy，所以mSgoe9.010pFmSCoe5.119.0mSjmSCjgrgyebebbbmfe2.75.34)(1故模mSyfe35||回路总电容为pFLfC211)2(120再计算回路电容因为25.021PP所以pFCpCpCCieoe56.2092221取标称值211pF设空载品质因数1000Q，谐振回路唯一电阻KLQRp8.300msRgp26.010msmsmsmsg8.12.135.026.0108.1355.0uoA101LgQoLMHzQfBLo211三、仿真结果及结论1、实验原理电路图:根据所学知识和所查资料画出的实验原理图电路如下高频小信号实验原理图电路2、根据原理图画出的仿真图12用mulitism软件画出的仿真图3、确定静态工作点时的仿真图确定静态工作点时的仿真图4、最终的仿真波形图13最终仿真波形图，通道A为输入，通道B为输出5、通频带的测量通频带的测量通常采用扫频法和逐点法来进行测量，在这里，因为已经计算出了所求电路的同频带宽BW=2MHZ，所以能使输出电压在最大电压的0.707倍的频率应该在19MHZ和21MHZ左右。在电路的仿真上，分别让函数发生器的频率在19MHZ和21MHZ时，所得结果如下图所示：14当输入频率为19MHz时，电压放大倍数约为7倍，因为谐振时放大倍数为10倍，所以满足要求。15当输入频率为20MHz时，电压放大倍数约为7倍，因为谐振时放大倍数为10倍，所以满足要求。所以，由上面两个图可知电路满足课题的条件，Bw大致等于2MHz。四、设计体会在这过去的两周里，我查了很多资料，修改了好几次，总是有些问题，不过在我的努力和坚持下，最终还是顺利了完成了这次课程设计，在这个课程设计过程中，我要感谢我的指导老师刘正青老师，你教给了我很多知识，谢谢你。通过这次课程设计，我的动手能力得到了很大的提高，基础理论方面的知识也更加的扎实了，对于mulitism这个强大的软件更加的熟悉了，对于words软件应用也更加的熟练了。总之，这次课程设计对我来说，受益匪浅。五、参考文献《高频电子线路》（第三版）高吉祥主编电子工业出版社《电子技术基础（模拟部分）》康华光主编高等教育出版社