小信号谐振放大器.docx

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小信号谐振放大器

课程设计

课程高频电子线路

题目小信号谐振放大器

院系精仪学院

专业班级

学生姓名

学生学号

2016年12月16日

一．设计内容

设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为：

（1）谐振频率

；

（2）谐振电压放大倍数

；

（3）通频带

；

（4）矩形系数

。

（5）电源供电为Vcc=12V

二．电路原理图及分析

图1

1.谐振频率

放大器的谐振回路谐振时所对应的频率

称为谐振频率。

的表达式为：

式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；

为谐路的总电容，

的表达式为：

式中，

为晶体管的输出电容；

为晶体管的输入电容。

谐振频率

的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为

，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。

LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表

指示值达到最大，且输出波形无明显失真。

这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。

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：

的测量电路如图3-2-1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。

计算公式如下：

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

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：

式中，

为谐振放大器的有载品质因素。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数

与通频带BW的关系为：

上式说明，当晶体管

确定，且回路总电容

为定值时，谐振电压放大倍数

与通频带BW的乘积为一常数。

通频带的测量电路如图3-2-1所示。

可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。

采用逐点法的测量步骤是：

先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的

与

，然后改变高频信号发生器的频率（保持Vs不变），并测出对应的电压放大倍数Av，由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图1所示：

图2

由BW得表达式可知：

通频带越宽的电压放大倍数越小。

要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用

较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总电容量。

4.矩形系数

谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示，如图2所示，矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707

时对应的频率偏移之比，即

上式表明，矩形系数Kr0.1越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。

可以通过测量图1所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数Kr0.1。

三.电路参数计算

由于设计要求中心频率

，电压增益

，选用晶体管2N2219在性能上可以满足需要。

晶体管选定后，根据高频小信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下，

应尽量小些以减小静态功率损耗。

值得注意的是，

变化会引起Y参数的变化。

这里采用

等于1mA进行计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。

已知晶体管2N2219的参数为

，

，

，

，

。

据此可求得：

1.设置静态工作点

取

=1mA,

=1.5V,

=10.5V,则

—

在11kΩ到22kΩ之间，故取标称值18KΩ

可用38kΩ电阻和50kΩ电位器串联,以便调整静态工作点。

2.计算谐振回路参数

下面计算4个y参数，

因为

所以

，

，

因为

，所以

，

故模

回路总电容为

再计算回路电容

，取标称值51pF

输出耦合变压器Tr0的原边抽头匝数N1及副边匝数N3,即

匝，

匝

3.确定输入耦合回路及高频滤波电容

高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是指变压器耦合的谐振回路。

由于输入变压器Tri原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，高频耦合电容一般选择瓷片电容。

四．调试过程

按照原理图搭好电路后，先调整放大器的静态工作点，然后在调谐振回路使其谐振

调整静态工作点的方法是，不加输入信号（Vi=0），这时用万用表测量电阻R1两端的电压，调整电阻R4使Veq=1.5V（Ie=1mA）。

记下此时电路的R4值及静态工作点Vbq、Vceq、Veq、及Ieq。

调谐振回路使其谐振的方法是，按照图3所示的测试电路接入高频电压表V2、V3，直流毫安表A1及示波器。

再将信号发生器的输出频率置于fi=6.5MHZ，输出电压Vi=5mV。

为避免谐振回路失谐引起的高反向电压损坏晶体管，可先将电源电压+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。

调输出耦合变压器的磁芯使回路谐振，即电压表V2的指示值达到最大，毫安表mA为最小且输出波形无明显失真。

回路处于谐振状态后，再将电源电压恢复至+12V。

图3

谐振频率

的测量与调谐方法是：

用扫频仪为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，幅频特性曲线的峰值对应的频率即为放大器的谐振频率

；若测出的谐振频率

与规定的谐振频率

不符，可调节变压器

的磁芯和谐振电容，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点

上

五．仿真及仿真结果分析

1.仿真电路图

谐振频率为6.5MHz

2.输入6.5MHz的10mv的正弦波，输出100mv的正弦波，放大10倍（20db）

达到放大倍数要求20dB

3.在6.25Mhz和6.75Mhz的图像如下，大概放大7倍，达到通频带要求

4.在f=4.1MHz和f=8.9Mhz的输入时，放大倍数1倍，

满足矩形参数

的要求

六．心得体会

这次的高频课程设计，加深了我对电子电路理论知识的理解，具备了高频电路的基本设计能力和基本调试能力。

整个设计过程历时2周，期间，我遇到过各种问题。

但经过我的耐心思考和查阅资料，我都一一解决，也让我收获良多。

首先，我在三极管的选型问题上犹豫不定。

我们既要考虑其高频通带是否符合要求，还要判断其发大倍数是否合适。

经过细心的挑选，我最终选择了2N2219。

其次，在计算Y参数时，我必须先算出混合

等效电路的参数。

为此，我查阅各种资料，发现有些参数是在静态工作点选好以后，算出来的，如

。

还有一些是常数最终在晶体管的手册中和Multisim的元器件editmodel菜单中查到。

第三个难点，在Multisim中没有自耦变压器-变压器耦合，但我用普通变压器组合等效代替。

第四个难点，在实际调试过程中，我发现输出的波形总是会有噪声，而且有的地方会失真，经过各种仪器检查。

发现还是发射级电容选择的不合适。

又经过一番计算，我终于算出合适的电容值，得出平滑的波形。

最后，虽然我经过正确的计算，但是最后的电路示波器的显示结果总会和理论计算值有误差。

经过查阅资料，我发现由于分布参数的影响，晶体管手册中给出的分布参数一般都是在测试条件一定的情况下测得的。

且分布参数还与静态工作电流及电流放大系数有关。

放大器的各项技术指标满足设计要求后的元器件参数值与设计计算值有一定的偏离。

这次试验的最大收获就是锻炼了我独立思考的能力，由于参数的计算有点复杂，需要自己独立思考各个参数的意义和各个参数之间的联系，这就要求我在设计过程中必须认真思考，决不能马虎，否则，算出来的可能就是错误的答案。

同时，整个设计过程，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到的知识。

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，只有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，才能真正学到属于自己的知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。