晶体管中频小信号选频放大器设计高频电子线路课程设计.docx
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晶体管中频小信号选频放大器设计高频电子线路课程设计
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
电子1001班
指导教师：
韩屏工作单位：
信息工程学院
题目：
晶体管中频小信号选频放大器设计
初始条件：
具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。
要求完成的主要任务：
1.采用晶体管或集成电路完成一个调幅中频小信号放大器的设计；
2.放大器选频频率f0＝455KHz，最大增益200倍，矩形系数不大于5；
3.负载电阻RL＝1KΩ时，输出电压不小干0.5V，无明显失真；
4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。
时间安排：
1．2013年12月10日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。
2．2013年12月11日至2013年12月26日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。
3.2013年12月27日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要
本文对中频小信号选频放大器的工作原理进行了详细解析，通过对放大器的性能分析，确定最佳制作方案。
通过multisim的仿真分析，按照设计要求，来确定最佳参数，并利用其他相关电路来调试放大电路，解决了放大电路中自激振荡问题和调谐准确的问题。
本次设计中，自己设计制作了中频信号发生器，用来完成对选频放大器的实物的测试。
通过多次调整电路，掌握了准确调谐的方法。
关键词：
中频选频放大器multisim调谐
Abstract
Thispaperofintermediatefrequencysmallsignalfrequencyselectiveamplifierofworkingprincipleforadetailedanalysis,throughtheperformanceanalysisoftheamplifiertodeterminetheoptimalproductionplan,.Throughthesimulationanalysis,multisimaccordingtothedesignrequirements,todeterminetheoptimalparameters,anduseoftheotherrelevantcircuittodebugamplifyingcircuit,solvedamplifyingcircuitofself-excitedoscillationproblemandtunedaccurateproblem.Thisdesign,designmadeintermediatefrequencysignalgenerator,usedtofinishonfrequencyselectiveamplifierphysicaltest.Throughmultipleregulatingcircuit,graspedaccuratelytunedmethod.
Keywords:
intermediatefrequencyselectiveamplifiermultisimtuning
一、绪论
中频小信号放大器广泛用于通信系统和其他电子系统的接受设备中。
天线接受到的高频信号是很微弱的，一般在微伏级，需将传输的信号恢复出来，需要将信号放大，这就需要用高频小信号谐振放大器和中频小信号选频放大器来完成。
中频小信号选频放大器就与高频小信号谐振放大器中功能一样，只是工作在中频，工作波段相对较低，一般为几百千赫兹到几兆赫兹。
通信系统的信号接收原理框图如下图1所示。
图1通信系统信号接收原理框图
混频器是将高频信号变为中频信号，这样信号便于处理。
中频放大与滤波部分是决定信号杂波程度的关键。
由混频器出来的中频信号，由于依然很微弱，需要进行放大，另外，前级的干扰如果经过放大，则对后级影响更大，故在放大前需要将干扰滤除，得到需要的放大信号。
为此，中频小信号放大器的制作关键有两个：
增益系数足够高和频率选择性足够好。
这样，信号才能经过解调更好的恢复出来。
二、中频小信号放大器的工作原理
由于通信系统的接收设备所接收的无线电信号非常微弱，经过混频后，需要经过放大才能将原始信号恢复。
如图1所示为一中频放大器的典型电路。
由图2可知，直流偏置电路与低频放大器电路完全相同，只是
、
对中频起旁路作用。
相对低频来说，集电极采用LC网络作为负载，起选频作用，并且完成阻抗匹配的功能。
由于输入的是小信号，放大器工作于甲类放大状态。
图3为其交流等效电路。
图2中频小信号典型电路图3交流等效电路
为了便于分析，用Y型参数等效电路来等效晶体管，典型应用电路进一步等效如图4所示。
[2]
图4晶体管等效电路
Y参数不仅与静态工作点的电压、电流值有关，而且与工作频率有关，是频率的复函数。
当放大器工作在窄带时，Y参数变化不大，可以将Y参数看作常数。
我们讨论的高频小信号谐振放大器没有特别说明时，都是工作在窄带，晶体管可以用Y参数等效。
放大器的指标参数:
（1）电压放大倍数K
（2）输入导纳
（3）输出导纳
（4）矩形系数
三、中频选频放大器的设计方案
3.1稳定性分析
存在晶体管集基间电容的反馈，或反向传输导纳的反馈，当该反馈在某个频率相位上满足正反馈条件，且足够大，则会在满足条件的频率上产生自激振荡，
致使放大器存在稳定性的问题。
[3]
当正反馈严重时，即Yir中的负电导使放大器输入端的总电导为0或负值时，
即使没有外加信号，放大器输出端也会有输出信号，产生自激,图5所示为反馈电路。
图5反馈电路
3.2提高放大器稳定性的方法
从晶体管本身着手：
减小反向传输导纳Yre，而Yre取决于集电结电容，选
择集电结电容小的管子，减弱反馈作用。
从电路结构着手：
设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法和失配法。
中和法：
通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路）来抵消晶体管内部参数Yre的的反馈作用。
失配法：
通过增大负载导纳，进而增大总回路导纳，使输出电路失配，图6是利用中和电容Cn的中和电路。
为了抵消Yre的反馈，从集电极回路取一反相的电压，通过Cn反馈到输入端。
根据电桥平衡有
则中和条件为
图6反馈电路
中和电路中固定的中和电容Cn只能在某一个频率点起到完全中和的作用，
对其它频率只能有部分中和作用。
另外，如果再考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响，则中和电路的效果是很有限的。
[4]
3.3中频选频放大
由于中频小信号放大器制作关键在于高增益和频率选择性。
课设要求200倍放大，一级放大一般无法实现，因为三极管的
值一般为100到200之间。
为了实现稳定的放大，一级信号通过三极管的放大倍数不宜过高，否则就不稳定了。
另外为增强信号的频率选择性，在系统的前置预滤波，以及对电源进行滤波，最大限度减少干扰。
另外，为了稳定信号，采用闭环回路方案达到效果，通过负反馈使信号稳定。
整个系统原理框图如下图7所示，电路原理图如下图8所示。
图7中频小信号选频放大器系统框图
图8中频小信号选频放大器
中频选频放大器硬件电路如图8所示，由两级放大电路组成，每级之间采用变压器耦合。
三极管由于在仿真软件的元件库中无法找到9018，所以用了功能和9018相近的D42C11代替，变压器采用调谐频率为465KHz的中周加电容微调至455KHz。
资料介绍如下：
表1三极管参数和中周参数
三极管9018H
中周TTF-11-01
97--146
圈数L12
65
1.1GHz
圈数L23
45
1.3pF
圈数L46
6
--
--
电容C13
330pF
--
--
谐振fo
465KHz
此三极管的增益系数、截止频率都符合参数要求，由上分析，
越小，系统稳定性越高，故此三极管达到性能要求。
由于临时买不到455KHz的谐振点的中周，选用465KHz的代替，另外在电路中配以可调电容，降低其频率到455KHz。
原电感可用以下公式计算得到：
其中，f0为465KHz，C为330pF，这样求得电感值为355uH,所以为达到455KHz，所需电容值为344.7pF，故另外并联一个14.7pF的电容即可。
本次选用微调电容0-18pF，达到要求。
由于两个三极管都工作在甲类放大状态，选取静态工作点参数时，将Vce设定为VCC/2，为减小功耗，使Ic不要太大，选0.5mA,Rb11和Rb12上流过0.1mA的电流，通过参数调节，确定Rb11为20
Rb12为16.8
，Re12取100
，Re11为2
。
动态工作时，由于频率为455KHz，需使得Re11>>
，取C为0.1uF适合。
3.4信号负反馈
信号负反馈是通过中和法中反馈电容来实现的，本次设计中采用可微调电容0-20pF来实现负反馈。
由下公式
，其中N1=6，N2=45。
.
四电路仿真与分析
4.1multisim仿真软件简介
鉴于仿真的方便，采用NI公司的multisim11.0，由于丰富的元件库，电路原理图设计非常方便，另外，该软件可采用ACAnalysis来分析设计的合理性，也可采用内部的各种虚拟仪器来分析，丰富的仪器使得分析也非常方便。
4.2中频选频放大部分仿真
电路原理图由multisim设计如图9，由于变压器参数难以设置，因此在仿真时采用单级调试。
图9仿真电路
用虚拟电压表来测量静态工作点，虚拟示波器查看输出波形，观察到的现象如图10、图11所示。
图10静态工作点仿真测试
图11输出仿真结果
由图10的静态工作点测试结果可以看到，三极管满足发射结正偏集电结反偏的工作要求，三极管工作在正常放大状态。
由图11的输入输出波形仿真结果可以看到，当输入波形在50mV/Div档而输出波形在1V/Div档时，输入输出波形基本重合，表明整个电路确实放大了200倍。
电路仿真达到了预期的要求。
五、实物制作及调试
经过长时间的精心准备和电路板的焊接，完成了硬件电路的制作，最后做好的硬件电路如图12所示。
图12制作完成的硬件电路
由于在购买元件时未能买到中周这一重要元件，所以在电路制作时使用了330uH的定值电感和330pF的定值电容来代替中周的作用，并使用0~18pF的可调电容来与电感耦合使电路的谐振频率达到455KHz。
同时取消了二级放大电路，使用的是单级放大电路，预测最后实物的放大倍数可能会达不到预期的要求。
最后测试时当输入信号峰峰值为50mV，输入频率分别为455KHz、300KHz和700KHz时的输出结果分别如图13、图14和图15所示。
图13输入频率为455KHz时的输出波形
图14输入频率为300KHz时的输出波形
图15输入频率为700KHz时的输出波形
对比图13、图14和图15的输出波形可以看出，只有当输入信号的频率在455KHz左右时输出波形的峰峰值才最大，即此时电路的放大倍数为最大，当输入信号的频率远离455KHz时输出波形的峰峰值都会显著变小。
由此可以得出该电路达到了选频频率为455KHz的功能。
同时可以看到当输入信号频率为455KHz时输出信号的峰峰值也只有560mv，此时电路的放大倍数也只达到了11倍左右，没有达到要求的200倍放大倍数，这是因为硬件电路使用的是一级放大，并没有采用设计时的二级放大电路，所以才导致放大倍数没有达到要求。
六、个人体会
通过此次中频小信号选频放大器的设计，我收获颇丰。
首先，通过调试三极管，复习了以前模电所学的知识，在设计中出现了各种各样的错误，在不断修正中掌握了以前理解比较模糊的知识。
另外，为了使选频足够精确，不断调试电感和电容的参数，懂得实际调试来弥补理论的不足。
感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。
通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间的差距，而且也让我很明确得意识到自己在高频上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。
参考文献
[1]曾兴雯．高频电路原理与分析（第四版）．西安：
西安电子科技大学出版社，2007.7
[2]吴友宇．模拟电子技术基础．北京：
清华大学出版社，2009.5
[3]铃木雅臣．晶体管电路设计（上）．北京：
科学出版社，2004.9
[4]J.卡尔•约瑟夫．射频电路设计．北京：
科学出版社，2007.8
[5]朱彩莲．Multisim电子电路仿真教程．西安：
西安电子科技大学出版社，2007.9
[6]邱关源．电路（第五版）．北京：
高等教育出版社，2006.12
附录I元件清单
元件
数量
中周TTF-11-01
2个
三极管9018
2个
电感2.2uH
1个
微调电容0到18pF
4个
电位器50K
4个
电容0.1uF
若干
电容10uF
1个
电阻100，2K，1K
若干
附录II总电路图
图16总电路图
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
男
专业、班级
电子科学与技术1001班
课程设计题目：
晶体管中频小信号选频放大器设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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