高频课程设计报告.docx

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高频课程设计报告

前言

电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为高频信号发生器。

高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电气特性。

例如，测试各类高频接收机的工作特性，便是高频信号发生器一个重要的用途。

在电路结构上，高频信号发生器和高频发射机很相似。

高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波，故电路主要是由高频振荡电路构成。

振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。

为此，振荡器是电子技术领域

中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。

常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。

按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。

其中LC振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波。

正反馈放大器既可以由晶体管、场效应管等分立器件组成，也可以由集成电路组成。

1、电路原理图

2、反馈振荡器的工作原理

2.1反馈振荡器产生振荡的基本原理

2.2平衡条件

2.3起振条件

2.4正弦波振荡部分原理图

2.5仿真波形

3高频功率放大器

3.1高频功率放大器原理分析

3.2功率放大部分原理图

3.3功率放大的分析

4结束语

4.1设计体会

1、电路原理图

图1.1高频小信号功率放大电路

1

2、反馈振荡器的工作原理

2.1反馈振荡器产生振荡的基本原理

反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正弦振荡的电路。

这种电路由两部分组成，一是放大电路，二是反馈网络，图1.1所示为反馈振荡器构成方框图及相应电路。

由图可知，当开关S在1的位置，放大器的输入端外加一定频率和幅度的正弦波信号Ui，这一信号经放大器放大后，在输出端产生输出信号Uo，若Uo经反馈网络并在反馈网络输出端得到的反馈信号Uf与Ui不仅大小相等，而且相位也相同，即实现了正反馈。

若此时除去外加信号，将开关由1端转接到2端，使放大器和反馈网络构成一个闭环系统，那么，在没有外加信号的情况下，输出端仍可维持一定幅度的电压Uo输出，从而实现了自激振荡的目

图1.1反馈振荡器的组成方框图

为了使振荡器的输出Uo为一个固定频率的正弦波，图1.1所示的闭合环路内必须含有选频网络，使得只有选频网络中心频率的信号满足Uf与Ui相同的条件而产生自激振荡，对其他频率的信号不满足Uf与Ui相同的条件而不产生振荡。

选频网络可与放大器相结合构成选频放大器，也可与选频网络相结合构成选频反馈网络。

如上所述，反馈振荡器是把反馈电压作为输入电压，以维持一定的输出电压的。

那么，振荡的产生是否就需要在开始的一瞬间外加一个输入信号Ui，等到产生了输出信号Uo，又反馈一部分回来，再把输入信号拿走呢？

实际上，在电源接通振荡器时，电路内必然会存在微弱的电扰动，如晶体管电流的突增、电路中的热噪声等等，这些电扰就构成原始的输入信号。

又由于这些电扰动信号频率范围很宽，经过振荡电路中的选频网络，只将其中某一频率的信号反馈到放大器的输入端，而其他频率的信号将抑制掉。

被放大后的某一频率分量经反馈加到输入端，幅度得到增大。

这一“反馈——放大”的过程是一个循环的过程某一频率分量的信号将不断增长，振荡由小到大而建立起来。

2.2平衡条件

振荡建立起来之后，振荡幅度会无限制地增长下去吗？

不会的，因为随着振荡幅度的增长，放大器的动态范围就会延伸到非线性区，放大器的增益将随之下降，振荡幅度越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大而进入平衡状态。

由于放大器开环电压增益A和反馈系数F的表示式分别为

且振荡器进入平衡状态后UfUi，此时根据式（1-1）可得反馈振荡器的平衡条件为

式中，A、ΦA分别为电压增益的模和相角；F、ΦF分别为反馈系数的模和相角。

式（1-2）又可分别写为

式（1-3）和（1-4）分别称为反馈振荡器的振幅平衡条件和相位平衡条件。

作为一个稳态振荡，式（1-3）和（1-4）必须同时得到满足，它们对任何类型反馈振荡器都是适用的。

平衡条件是研究振荡器的理论基础，利用振幅平衡条件可以确定振荡幅度，利用相位平衡条件可以确定振荡频率。

必须指出，这里的A是指放大器的平均增益。

因为振荡器处于平衡状态时，放大器乙不工作在甲类状态，而工作在非线性的甲乙类、乙类或丙类状态，所以这时放大器乙不能用小信号甲类状态的增益来表示了。

下面以图1.2所示变压器反馈LC振荡电路为例确定一下平衡条件与放大器、反馈网络参数间的关系。

振荡器处于平衡状态时，放大器进入了非线性区。

根据折线分析法可知，集电极电流将变成脉冲状。

由图1.2可得放大器开环电压平均增益表示式为

式中，Uc为负载谐振回路上的基波电压，Rp为谐振回路谐振电阻。

2.3起振条件

式（1-2）是维持振荡的平衡条件，是针对振荡器进入稳态而言的。

为了使振荡器在接

通直流电源后能够自动起振，则要求反馈电压在相位上与放大器输入电压同相，在幅度要

Uf>Ui，即

（1-12）

（1-13）

式中，A0为振荡器起振时放大器工作于甲类状态时的电压放大倍数。

式（1-12）和（1-13）分别称为振荡器起振的相位条件和振幅条件。

由于振荡器的建立过程是一个瞬态过程，而式（1-12）和（1-13）是在稳态下分析得到的，所以从原则上来说，不能用稳态分析研究一个电路的瞬态过程，因而也就不能用式（1-12）和（1-13）来描述振荡器从电源接通后的振荡建立过程，而必须通过列出振荡器的微分方程来研究。

但可利用式（1-12）和（1-13）来推断振荡器能否产生自激振荡。

因为在起振的开始阶段，振荡的幅度还很小，电路尚未进入非线性区，振荡器可以通过线性电路的分析方法来处理。

综上所述，为了确保振荡器能够起振，设计的电路参数必须满足A0F>1的条件。

而后，随着振荡幅度的不断增大，A0就向A过渡，直到AF=1时，振荡达到平衡状态。

显然，A0F越大于1，振荡器越容易起振，并且振荡幅度也较大。

但A0F过大，放大管进入非线性区的程度就会加深，那么也就会引起放大管输出电流波形的严重失真。

所以当要求输出波形非线性失真很小时，应使A0F的值稍大于1

2.4正弦波振荡部分原理图

2.5电路的分析与计算

因振荡频率为f=1MHZ,L设为110uH,则可得C=231uF,再设反馈系数为3/10,则可得C1=300pF,C2=1000pF。

分析振幅起振情况：

故满足振幅起振条件。

2.6仿真波形

3高频功率放大器

3.1高频功率放大器原理分析

高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器。

利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，这是无线电发射机中的重要组成部分。

根据放大器电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。

电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。

如甲类功放的θ=180，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的θ<90º，效率η可达到80%，甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。

丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

丙类谐振功率放大器原理电路

3.2功率放大部分原理图

3.3功率放大的分析

谐振功率放大器的工作原理

1、丙类谐振功率放大器电路

电路图如4-1所示

图3-1丙类谐振功率放大器

LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。

谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。

作用：

滤波、匹配。

VBB:

基极直流电压

作用:

保证三极管工作在丙类状态。

VBB的值应小于放大管的导通电压Uon；通常取VBB≤0。

VCC：

集电极直流电压

作用：

给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。

2、丙类谐振功率放大器的工作原理

ui→uBE→iB→iC→uC

ui为余弦电压，可表示为ui=UimCOSωct

则：

uBE=VBB+ui=VBB+UimCOSωct

根据三极管的转移特性可得到集电极电流iC，为余弦脉冲波，如图4-2所示：

图3-2iC波形

根据傅立叶级数的理论，iC可分解为：

ic=Ico+iC1+iC2+iC3+………+iCn+………

式中：

Ico为直流电流分量

iC1为基波分量；iC1=Icm1COSωct

iC2为二次谐波分量；iC2=Icm2COS2ωct

iCn为n次谐波分量；iCn=IcmnCOSnωct

其中，它们的大小分别为：

Ico=iCmax·α0（θ）

Icm1=iCmax·α1（θ）

Icmn=iCmax·αn（θ）

iCmax是ic波形的脉冲幅度。

αn（θ）的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。

Ic信号的导电角可以用下面的公式进行计算

当iC信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降为：

uc=RIcm1COSωct=UcmCOSωct

uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct

各信号的波形如图4-3所示：

图3-3波形图

3、功率关系

直流功率：

PV=VCCICO

输出功率：

PO=Icm1Ucm

放大管功耗：

PT=PV-PO

效率：

η=PO/PV

３．４　仿真波形

4电路分析及仿真调试

4.1数据分析与处理

本次所设计的电路基本达到了任务书的要求，部分地方发生失真。

尤其是高频功率放大失相对比较大。

此外本次所设计电路的仿真水平，离设计指标所要求的还一段距离。

出现这些原因主要有以下四点：

（1）设计电路时选择元件不同会产生误差；

（2）电路的参数设置会产生误差；

（3）本身电路设计存在问题有待改进；

（4）各级电路接在一起时互相干扰。

6结束语

6.1设计体会

紧张而又繁忙的高频电子线路课程设计过去了，通过这次的课程设计是我受益匪浅。

这次课程设计，使我真正的意识到自己对高频电子线路相关知识的缺乏以及动手能力的欠缺。

没有实践，再好的理论也是没有用。

设计电子线路最重要的一个方就是要认真，其次是要有耐心，勇于克服困难，不断解决问题，面对困难要用不退缩，迎难而上；再次是要有清晰的思维，能够理清各个元器件之间的关系，明确各个器件的功能；最后还要和同学多交流合作，多参考书籍。

通过这次高频电子线路课程设计，我了解并发现很多设计电路的方法，而且懂得了如何处理错误的方法。

拥有足够的耐心和信心，对课程设计每一步的顺利进行极其重要。

至今我仍感慨颇多，的确，从选题到设计完成，从理论到实践，在这段日子里。

可以说是苦多于甜。

但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，至于理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说是困难重重，难免遇到各种各样的问题，最后在老师和同学的帮助下顺利完成这次任务。

感谢老师为我们进行耐心的讲解，通过本次的课程设计，我们已经能过掌握高频电子线路制作的基本知识，尤其是接收、解调这一块。

总之，这次的课程设计为我们今后的学习与工作打下了坚实的基础

参考文献

[1]《电子线路设计·实验·测试》，第三版，谢自美主编，华中科技大学出版

社

[2]《高频电子线路实验与课程设计》，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社

[3]《高频电路设计与制作》，何中庸译，科学出版社

[4]《通信电子线路》，第三版，高如云主编，西安电子科技大学出版社

[5]《模拟电子技术》。

胡宴如主编，高等教育出版社

[6]《电子技术基础实验与课程设计指导》，第二版，高吉祥，主编，电子工业出

附录1