高频小信号调谐放大器设计-要点

《高频电子线路》课程设计说明书高频小信号调谐放大器设计与制作院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称副教授专业：通信工程班级：通信1103班完成时间：2013年12月16日摘要高频小信号调谐放大器是为了对一些幅度比较小的高频信号进行有目的放大，在广播和通信设备中有广泛的应用,通常用于各种发射机的接收端。本设计围绕高频小信号调谐放大器设计工作进行研究和实现，详细介绍了高频小信号调谐的整体结构，硬件设计，系统方案，单元电路模块和仿真情况的具体实现，介绍了一种利用三极管放大，LC并联谐振选频将特定的信号进行放大和选出相对应频率的信号，达到了设计要求，该设计适用于高频电路发射机的接收端。关键词高频小信号；LC谐振；放大器；谐振电压放大倍数1ABSTRACTHighfrequencysmallsignalforsomesmalleramplitudetunedamplifieristohaveapurposeonhighfrequencysignalamplification,widelyusedinradioandcommunicationequipment.Thisdesignaroundthehighfrequencysmallsignaltunedamplifierdesignworkforresearchandimplementation,introducesindetailtheoverallstructureofthehighfrequencysmallsignaltuning,hardwaredesign,systemsolutions,unitcircuitmoduleandtheconcreterealizationofthesimulationconditions,thepaperintroducesausingtriodeamplifier,LCparallelresonantfrequencyselectivespecificsignalamplificationandtoselectthecorrespondingfrequencyofthesignal,meetthedesignrequirements,thedesignissuitableforhftransmittercircuitatthereceivingend.KeywordstriodeHighfrequencysmallsignal;LCresonance;Amplifier;Resonantvoltagemagnification2目录1高频小信号放大器的设计1.1高频小信号放大器简介高频小信号放大器是用于无失真的放大某一频率范围的信号。按其频带宽度可分为窄带与宽带放大器，而最常用的为窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻变换和选频滤波功能。高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的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。调谐放大主要用于无线电接收系统中高频和中频信号的放大。其中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。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高频小信号放大器的分类按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器；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；2高频小信号放大器的特点频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度在几KHz到几十MHz，故必须用选频网络，本设计中采用10M的中周，小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)即工作在线形放大状态，采用谐振回路作负载，即对靠近谐振频率附近的信号有较大的增益，对远离谐振频率附近的信号其增益迅速下降，即具有选频放大作用。32高频小信号放大器设计原理2.1高频小信号放大器的基本要求（1）增益要高，即放大倍数要大。（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽0.712f2f-fBW,品质因数0.7ffo/2Q图2-1频率特性曲线图2-2反馈导纳对放大器谐振曲线影响（3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器的性能。（4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。（5）根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图2-3所示。该电路由晶体管VT7、选频回路CP2二部分组成。它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fs＝10MHz。R67、R68和射极电阻决定晶体管的静态工作4点。拨码开关S7改变回路并联电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带。拨码开关S8改变射极电阻，从而改变放大器的增益。L7,C72构成滤波电路，滤除直流源的干扰信号。J30信号输入接口，J31信号输出接口。图2-3高频小信号谐振放大器原理图2.2小信号谐振放大器主要技术指标1谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率0f称为谐振频率。0f的表达式为：LCf2/10(2-1)式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量。谐振频率0f的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为0f，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。2电压增益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：dBVo/Vi20lgAvo,Vo/ViAvo（2-2）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下降到谐振电压放大倍数voA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：LQffBW/207.0（2-3）52.3电路参数设计高频小信号谐振放大器制作中最关键也是最难的就是选取恰当的电感和电容值，使电路谐振。我们采用的是CP2中周，实际上是由LC并联构成变压器，其谐振频率在一定范围内可调。谐振时有Lc1/，通过计算可以确定LC的值。图2-4直流通路1设置静态工作谐振频率选取中周为10MHZ中周，实际上是一个中频变压器与电容构成选频回路，将输出中10MHZ的信号选出来。VVRRRVccbbbbq36.6/212AVIIbqeqcq127.0R/eVRIVVccqccceq65.5Re63电路仿真3.1电路的仿真图输入高频信号频率fo=10MHz,幅度（峰-峰值）100mV,负载电阻LR=1KΩ。双踪示波器的通道接B输出，通道A接输入，仿真如图2-5所示。(1)利用MULTISIM绘制出如图3-1所示的仿真实验电路图3-1电路仿真图(2)接入信号发生器，观察示波器输入输出波形。函数信号发生器示数如图3-2所示。图3-2函数信号发生器示数73.2电路的输入与输出比较按图设置各元件的参数，打开仿真开关，从示波器上两个通道观察输出波形以及与输入信号的关系。如图3-3所示，通道A为输入信号，通道B为输出信号，输入信号为10MHZ,，100mV，输出信号为10MHZ,5V。放大倍数：AV=5V/100mV=50图3-3信号输入与输出对照图由仿真结果可看出，电路基本达到预期要的结果，接上电源电压Vcc=12V，输入中心频率10MHZ,，幅度（峰-峰值）100mV的信号源,可输出中心频率10MHZ,，幅度（峰-峰值）5V的信号，电压增益基本能达到35dB。84电路板制作及调试4.1元件的焊接焊接之前一定要确定每个元件都要能正常工作，元件更不能接反，如中周的引脚，电位器三个脚中有效地两个脚都必须事先了解后才接入电路，焊接好连号导线后，还必须要用万用表确定线路是否连接好。4.2实物调试及结果分析1实验数据表4-1仿真与实测静态工作点对比VbVeVcVbe实测10.18V9.46V11.82V0.72V4.3调试波形图通过在实验室进行调试，从实验台上接入10MHZ，50mV的信号源，如图4-1所示。图4-1输入波形图将10MHZ，50mV的信号源接入到我们做的板子上，输出信号信号如图4-2所示，输出频率为10MHZ，幅值为1.68V。图4-2输出波形图9如图4-1和图4-2所示，输入信号为：10MHZ，50mV，输出信号为：10MHZ，1.68V，发达倍数为33.6倍。与设计要求50倍有一定的差距，但是，本设计的电路可调参数已经达到最优。。10结束语到这个时候，高频的课程设计就要结束了，本次课程设计的完成，收获颇多，首先，巩固和加深了对电子线路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力。更加熟悉了解了小信号谐振的工作原理，掌握了谐振电路主要性能指标的测量方法和调整方法，其次，通过与实际电路方案的分析比较，让我们学会初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。最重要的是增强了动手能力和根据自己所学需要查阅资料的能力，以及自己分析和解决问题的能力。从电路的设计到文档的处理以及电路板的制作，我们小组成员们紧密合作让我感受到了团结的力量。还值得一提的是，让我由衷感慨，高频的课程设计虽然原理图很简单，高频小信号调谐放大器工作原理也不难，容易搞懂，但是整个实物的调试过程中真的是异常的艰难，稍微一动频率和增益就变了，让我们调试过程中花费了大量的时间，还有就是，调节三极管的静态工作点的时候，费了很大的劲，首先调试的时候，三极管一直没有工作在放大区，经过改变影响静态工作点的电阻，才最终将Vbe的电压调到0.72，让我们很是激动，最后在此基础上，我们终于调试成功了，到时与课程设计任务书的要求还是有一定的差距，我们的放大倍数只有35倍。11参考文献[1]康华光.《电子技术基础》模拟部分[M].北京：高等教育出版社,2006[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.[3]胡宴如.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2012[4]邱光源.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，201112致谢这次的课程设计，所谓是一波三折啊。但终于还是完成了!这个历史性时刻的来临，要感谢的人太多太多!首先衷心地感谢我的指导老师张松华老师。本文从选题到完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，无处不饱含着张老师的心血。张老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，使我受益匪浅，在此论文完成之际，谨向张老师致以深深的谢意和崇高的敬意。有了她的谆谆教诲，处处提点，我才得以成功的完成。是她在课堂上将高频小信号调谐放大器的原理及设计思路详细讲解给我们听，也是张老师一次次给我们指出实物制作及调试时候的注意事项，让我们在调试了千百次之后还是没有放弃，最终基本达到课程设计的要求。老师在课堂上严格要求我们，这是对我们的负责，毕竟严师出高徒。而我自由散漫的性格弱点也说明了我需要这样的老师来对我进行督促和鞭策，我学到的不仅仅只有书本上的知识，还有做人的道理。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。其次，是我亲爱的小伙伴，如果没有他们的对我的帮助和关照还有鞭策，我想，我是调试不出来的。。谢谢你们！13附录一原理图14附录二PCB图15附录三元件清单名称位号数值电容C591000pFC60100pFC6110000pFC7010000pFC7210000pF电感L72