高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真Word文件下载.docx
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Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB〔20倍〕。
时间安排：
第15周，安排任务〔鉴3-204〕
第16周，仿真、实物设计〔鉴主实验室〕
第17周，完成〔辩论，提交报告，演示〕
指导教师签名：
年月日
系主任〔或责任教师〕签名：
高频小信号谐振放大器
设计一高频小信号谐振放大器，所设计电路的性能指标如下：
谐振频率：
＝10.7MHz,
，
放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输出回路。
2.总体电路方框图
3单元电路设计
图〔1〕静态工作点设置
设置静态工作点
采用国产三极管3DG6,经万用表测得放大倍数为40倍，
由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流
一般在0.8－2mA之间选取为宜，
设计电路中取
，设
因为：
而
所以：
Vbe=4V;
（硅管的发射结电压
为0.7V）
Vbq=4.7V;
而
取
如此：
考虑调整静态电流
的方便，
用10KΏ电位器。
3.2选频网络
图〔2〕选频网络
选频网络参数设置
采用固定电感调电容的方法来达到10.7MHZ的谐振频率。
1）回路中的总电感L
L=4uh
2）回路电容的计算
如此:
采用以800pf的可调电容。
3〕求电感线圈N2与N1的匝数：
根据理论推导，当线圈的尺寸与所选用的磁心确定后，如此其相应的参数就可以认为是一个确定值，可以把它看成是一个常数。
此时线圈的电感量仅和线圈匝数的平方成正比，
即：
式中：
K-系数，它与线圈的尺寸与磁性材料有关；
N-线圈的匝数
一般K值的大小是由试验确定的。
当要绕制的线圈电感量为某一值
时，可先在骨架上（也可以直接在磁心上）缠绕10匝，然后用电感测量仪测出其电感量
，再用下面的公式求出系数K值：
式中：
-为实验所绕匝数，由此根据
和K值便可求出线圈应绕的圈数，即：
实验中，L采用带螺纹磁芯、金属屏蔽罩的10S型高频电感绕制。
在原线圈骨架上用0.08mm漆包线缠绕10匝后得到的电感为2uH。
由此可确定
要得到4uH的电感，所需匝数为
匝
最后再按照接入系数要求的比例，来绕变压器的初级抽头与次级线圈的匝数。
因有
，而
匝。
匝
4仿真结果
5实物制作与测试
测试结果：
输入信号幅值：
162mv;
输出信号幅值：
1.70V。
乘积型相位鉴频设计与仿真
鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。
按用途可以分为两类：
第一类用于调频信号的解调。
常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等。
对这类电路的要求主要是非线性失真小，噪声门限低。
第二类用于频率误差测量，如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。
对于这类电路的零点漂移限制较严，对非线性失真和噪声门限如此要求不高。
实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频——调幅变换型。
第二类是相依乘法鉴频型，这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化呈线性关系，然后将调相调频波与原调频波进展相位比拟，通过低通滤波器取出解调信号，因为相位比拟器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频；
第三类是脉冲均值型。
2.1鉴频特性（曲线）
指鉴频器的输出电压u0与输入电压瞬时频率f或频偏Δf之间的关系曲线。
理想鉴频特性曲线应是一条直线，但实际上往往有弯曲，呈S形，如如下图所示。
鉴频器的主要参数
1〕鉴频器的中心频率f0
鉴频器的中心频率f0对应于鉴频特性曲线原点处的频率。
通常，由于鉴频器中心与中频频率一样。
2〕鉴频带宽Bm
鉴频带宽Bm:
是指鉴频器能够不失真地解调所允许输入信号频率变化的最大X围。
3〕鉴频器的线性度
鉴频器的线性度：
是指鉴频特性曲线在鉴频带宽内的线性特性。
4〕鉴频跨导SD
鉴频跨导SD:
是指鉴频器在载频处的斜率，它表示单位频偏所能产生的解调输出电压。
鉴频跨导又叫做鉴频灵敏度。
用公式表示为：
跨导也可以理解为将输入频率转换为输出电压的能力或效率，因此又称为鉴频效率
是直接从调频信号的频率中提取原来调制信号的方法。
主要有脉冲计数鉴频法。
就是先对调频信号进展变换或处理，再从变换后的信号中提取原调制信号的鉴频方法。
又可分为振幅鉴频法、相位鉴频法两大类。
本设计采用相位鉴频法，原理如下：
相位鉴频器将输入的调频波UFM做变换，变换成调相调频波UPM/FM,在与调频波UFM叠加，在电路参数与信号参数匹配的情况下，得到幅度与调制信号呈线性关系的调幅调相调频波，最后经包络检波，解调出调制信号。
鉴相器是用来比拟两个同频输入电压U1〔t〕和U2（t）的相位，而输出电压U0（t）是两个输入电压相位差的函数，即
利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，其根本原理是：
在乘法器的一个输入端输入调频波
，设其表达式为：
式中，
——调频系数，
或
，其中
为调制信号的频偏。
另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波
，设其表达式为：
——移相网络的相频特性。
这时乘法器的输出
为
式中，第一项为高频分量，可以被低通滤波器滤掉。
第二项是所需要的频率分量，只要线性移相网络的相频特性
在调频波的频率变化X围内是线性的，当
因此鉴频器的输出电压
的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律一样，从而实现了相位鉴频。
用MC1496构成的乘积型相位鉴频器电路如图4-12所示。
图4--12MC1496构成的相位鉴频器
其中
与并联谐振回路
共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。
分析明确，该网络的传输函数的相频特性
的表达式为：
当
时，上式近似表示为：
式中
—回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等。
—回路品质因数。
—瞬时频率偏移。
相移
与频偏
的特性曲线如下列图。
由图可见：
在
即
的X围内，相位与频偏呈线性关系，从而实现线性移相
MC1496的作用是将调频波与调频调相波相乘，其输出端接集成运放构成的差分放大器，将双端输出变成单端输出，再经R0C0滤波网络输出。
可见：
的X围内，相位与频偏呈线性关系，从而实现线性移相。
相位鉴频器整体仿真电路图
仿真结果：
相位鉴频电路波形
1.首先测量鉴频器的静态工作点〔使电路工作在平衡状态〕，再调谐并联谐振回路，使其谐振〔谐振频率
MHz〕。
端输入
的载波〔不接相移网络，
〕，调节平衡电位器RP使载波抑制最优
3.然后接入移相网络，输入调频波
，其中心频率
，调制信号的频率
，最大频偏
，调节谐振回路
使输出端获得的低频调制信号
的波形失真最小，幅度最大。
鉴频特性曲线〔S曲线〕的测量方法
测量鉴频特性曲线的常用方法有逐点描迹法和扫频测量法
逐点描迹法的操作是：
用高频信号发生器作为信号源加到鉴频器的输入端
，先调节中心频率
，输出幅度
鉴频器的输出端
接数字万用表〔置于“直流电压〞档〕测量输出电压
值。
〔调谐并联谐振回路，使其谐振〕。
再改变高频信号发生器的输出频率〔维持幅度不变〕，记下对应的输出电压
值，并填入表4-5；
最后根据表中测量值描绘S曲线。
扫频测量法的操作是：
将扫频仪〔如ＢＴ－３型〕的输出信号加到鉴频器的输入端
，扫频仪的检波探头电缆换成夹子电缆线接到鉴频器的输出端
，先调节ＢＴ－３的“频率偏移〞、“输出衰减〞和“Ｙ轴增益〞等旋钮，使ＢＴ－３上直接显示出鉴频特性，利用“频标〞可绘出Ｓ曲线。
调节谐振回路电容
，平衡电位器ＲＰ可改变Ｓ曲线的斜率和对称性。
高频功率放大器
1.放大器电路分析
如下列图为高频功率放大器的根本电路。
为了使高频功率放大器有高效率地输出大功率，常常选择工作在丙类状态下工作。
我们知道，在一元件〔呈电阻性〕的耗散功率等于流过该元件的电流和元件两端电压的乘积。
由图可知基极直流偏压VBB使基极处于反向偏压的状态，对于NPN型管来说，只有在激励信号为正值的一段时间内才有集电极电流产生，所以耗散功率很小。
晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用，谐振回路中LC是晶体管的负载，电路工作在丙类工作状态。
图1高频功率放大器根本电路
如下图为谐振功率放大器各级电压和电流波形。
图2谐振功率放大器各级电压和电流波
2谐振功率放大器的动态特性
谐振功放的三种工作状态
在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：
①欠压工作状态：
集电极最大点电流在临界限的右方
②过压工作状态：
集电极最大点电流进入临界限之左的饱和区
③临界工作状态：
是欠压和过压状态的分界点，
集电极最大点电流正好落在临界限上。
如图2-4为电压、电流随负载变化的波形图。
i
c
3
2
1
I
m
180
︒
＜
90
半导通角
ω
t
B
A
C
D
负载增大
e
b
=e
bmaxmax
V
CC
Q
cmin
1.
欠压状态
2.
临界状态
3.
过压状态
R
p
图3电压、电流随负载变化波形
高频放大器的工作状态是由负载阻抗Rp、激励电压Vb、供电电压VCC、VBB等4个参量决定的。
为了说明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。
2.2谐振功率放大器的外部特性
（1）负载特性
如果VCC、VBB、Vb这几个参变量不变，如此放大器的工作状态就由负载电阻R决定。
此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。
①欠压状态：
B点以右的区域。
在欠压区至临界点的X围内，根据Vc=R*Ic1，放大器的交流输出电压在欠压区内必随负载电阻R的增大而增大，其输出功率、效率的变化也将如此。
②临界状态：
负载线和Ebmax正好相交于临界限的拐点。
放大器工作在临界限状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。
所以，高频谐振功率放大器一般工作于这个状态。
③过压状态：
放大器的
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