高频小信号谐振放大器设计(湖南工程学院)

湖南工程学院课程设计课程名称高频电子线路课程设计课题名称高频小信号谐振放大器设计专业电子科学与技术班级1202班学号姓名指导教师刘正青2014年12月31日等级:湖南工程学院课程设计任务书课程名称高频电子线路课程设计题目高频小信号谐振放大器设计专业班级电科1202班学生姓名学号指导老师刘正青审批任务书下达日期：2014年12月22日星期一设计完成日期：2015年01月2日星期五设计内容与设计要求一、设计内容：设计高频小信号谐振放大器：+Vcc=+9V，晶体管为3DG100C，β=50，查手册得rb,b=70Ω,Cb,c=3pF。当IE=1mA时，Cb,e=25pF，L≈4uH，测得N2=20匝，p1=0.25，p2=0.25，RL=1kΩ。技术指标：谐振频率fo=10.7MHz，谐振电压放大倍数AVO≥20dB，通频带BW=1MHz二、设计要求：1、通过具体计算，选择器件给出设计电路；2、给出最终实现电路；3、进行仿真效验4、写出设计报告；主要设计条件提供计算机和必要的实验仪器说明书格式1．课程设计报告书封面；2．任务书；3．说明书目录；4．电路具体设计计算；5．仿真结果及结论；6．最终电路的确定；7．设计体会；8．参考文献。进度安排第一周：星期一：安排任务、讲课；星期二～星期五：查资料、设计；第二周：星期一～星期二：实验系统调试；星期三～星期四：写总结报告星期五：答辩。参考文献《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中科技大学出版《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目录1电路的基本原理.....................................11.1电路结构......................................11.2高频小信号放大电路等效电路....................12主要性能指标及测量方法.............................32.1谐振频率......................................32.2电压增益......................................32.3通频带........................................33计算参数...........................................43.1设置静态工作点................................43.2计算谐振回路参数..............................44电路仿真与调试.....................................54.1电路仿真图....................................54.2调试方法与注意事项............................64.3结果分析......................................6参考文献............................................911电路的基本原理1.1电路结构如图所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单级调谐回路谐振放大器，它不仅要放大高频小信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集成电极负载为LC并联谐振回路。晶体管的静态工作点由电阻1BR，2BR，及ER决定，其计算方法与低频单管放大器相同。图1高频小信号单级调谐回路谐振放大电路1.2高频小信号放大电路等效电路高频小信号放大电路等效电路图如下：2图2谐振放大器的高频等效电路晶体管的4个y参数分别为输入导纳)(1ebebbbebebiecjgrcjgy输出导纳ebebebbbmbbcboecjcjgrgrcjy)(1正向传输导纳)(1ebebbbmfecjgrgy反向传输导纳)(1rebebbbcbecjgrcjy式中，mg为晶体管的跨导，与发射极电流关系为sIgmAEm26}{gbe为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及EI有关，其关系为sIrgmAEbebe26}{1bbr为基极电阻，一般为几十欧姆；cbc为集电极电容，一般为几十皮法；ebc为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。P1为晶体管的集成电极接入系数，即211NNp3P2为输出变压器oTr的副边与原边的比，即232/NNp2主要性能指标及测量方法2.1谐振频率放大器的谐振回路谐振是所对应的频率0f称为谐振频率。0f的表达式为：LCf210式中，L为谐振回路电感线圈的电感量；C为谐振回路的总电容,C的表达式为ieoeCPCPCC2221。式中，oeC为晶体管的输出电容；ieC为晶体管的输入电容。LC并联回路谐振时，直流毫安表mA的指示值为最小，电压表2V的指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这时回路的谐振频率就等于信号发生器的输出频率。2.2电压增益谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数VOA称为谐振放大器的电压增益。2.3通频带4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VA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通频带BW，其表达式为：LOQfBW。式中，LQ为谐振回路的有载品质因数。3计算参数3.1设置静态工作点取mAIEQ1，VVEQ5.1，VVCEQ5.7，则kIVREQEQE5.1kIVIVRCQBQBQBQB3.18662取标称值18kKRVVVRBBQBQCCB6.55213.2计算谐振回路参数mSSmAIgEm3826mSSmAIgEeb77.026下面计算4个y参数，mSjmSjwCgrjwCgyebbbbbebebie5.196.0)(1因为ieieieCjgy，所以5mSgie96.0kgrieie11pFmsCie235.1mSjmSCjCjgrgrCjycbebebbbmbbcboe5.006.0)(1因为oeoeoeCjgy，所以mSgoe06.0pFmSCoe75.0mSjmSCjgrgyebebbbmfe1.437)(1故模mSmSyfe371.43722。先由下式计算求回路电容pFLfC2.55)2(120再求回路电容pFCpCpCCieoe3.532221取标称值pF51求出输出耦合变压器oTr的原边抽头匝数1N及副边匝数3N，即5211NpN匝5223NpN匝4电路仿真与调试4.1电路仿真图将元件参数值进行安装。先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。6图3高频小信号放大器测试电路图4.2调试方法与注意事项调整静态工作点，不加输入信号，将1C的左端接地，将谐振回路的电容C开路，这时用万用表测量电阻ER两端的电压，调整电阻1BR使VVBQ5.1。在放大器处于谐振状态下测量各项技术指标，若将这些指标的测量值与设计要求相差较远，则根据它们的表达示进行分析。如果电压放大倍数VOA较小，则可以通过调整静态工作点Q或接入系数P1使VOA增大或更换较大是晶体管。4.3结果分析以下是利用Multisim软件仿真高频谐振放大器电路的效果图。7输入输出波形：Auo=20lg(vo/vi)=20*lg(205.478/13)=24db=20db波特图测试：谐振频率f0=10.67MHz8Bw=(11.104—10.201)MHZ=0.903MHz根据以上可知设计符合要求。5心得体会为期两周的课程设计结束了，在这两周的时间我收获了许多。刚开始拿到课题头脑里毫无思绪，通过看书查资料，把一些知识弄清楚后，知道了电路的原理，同时对理论知识有了更深刻的理解：高频小信号放大器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。仿真过程中也遇到了许多麻烦，首先不熟悉软件的使用，找不到各种元件等，但我还是慢慢地摸索，渐渐的熟悉软件的使用。在仿真的过程中，发现谐振频率不是10.7MHz，相差较大；通频带宽也太窄，不符合要求，通过询问老师，才恍然大悟，将C变成可变电容，通过调节电容使谐振频率出现在10.7MHz。每当出现问题，老师都会根据理论分析：是什么导致了问题的出现，如通频带B=f0/Q,而谐振回路R值和Q相关，并一个可变电阻即可使通频带符合要求。听了老师的指导，我懂得了要利用课堂所学理论知识调整电路，理论联系实践。在做课程设计的过程中，遇到困难的时候不要退缩，坚持下去就能成功。9参考文献《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中科技大学出版《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电气信息学院课程设计评分表项目评价优良中及格差设计方案合理性与创造性（10%）开发板焊接及其调试完成情况*（10%）硬件设计或软件编程完成情况（20%）硬件测试或软件调试结果*(10%)设计说明书质量(20%)答辩情况(10%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)出勤情况(10%)综合评分指导教师签名：________________日期：________________注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。