高频小信号调谐放大器.docx
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高频小信号调谐放大器
高频小信号调谐放大器
1绪论……………………………………………………………………………2
…………………………………………………………………32电路设计方案
2.1高频小信号调谐放大器简述……………………………………………3
2.2电路原理图………………………………………………………………43电路的工作原理………………………………………………………………44主要性能指标及测量方法……………………………………………………7
4.1电压增益…………………………………………………………………7
谐振曲线…………………………………………………………………74.2
4.3放大器的通频带…………………………………………………………8
4.4放大器的矩形系数………………………………………………………85电路参数的设计………………………………………………………………9
5.1设置静态工作点………………………………………………………9
5.2计算谐振回路参数……………………………………………………96调试与仿真……………………………………………………………………9
6.1MultiSim）仿真软件简介……………………………………………10
6.2仿真测试的内容与步骤………………………………………………10
6.3仿真测试结果与误差分析……………………………………………10
6.3.1仿真原理图…………………………………………………………11
6.3.2仿真结果…………………………………………………………13
6.3.3仿真误差分析………………………………………………………167总结……………………………………………………………………………178鸣谢……………………………………………………………………………179参考文献………………………………………………………………………1810附录原理图……………………………………………………………………19
1绪论
20世纪末，电子通讯获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
在无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。
所以，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。
而且，通过长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理。
这就需要通过高频小信号放大器来完成。
这种小信号放大器是一种谐振放大器。
高频调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。
高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。
其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。
高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。
高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。
高频小信号放大器的特点
（1）频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度在几KHz到几十MHz，故必须用选频网络。
（2）小信号信号较小故工作在线性范围内（甲类放大器）即工作在线形放大状态。
（3）采用谐振回路作负载，即对靠近谐振频率附近的信号有较大的增益，对远离谐振频率附近的信号其增益迅速下降，即具有选频放大作用。
高频小信号放大器的分类:
（1）按元器件分为:
晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器;
（2）按频带分为:
窄带放大器、宽带放大器;
（3）按电路形式分为:
单级放大器、多级放大器;
（4）按负载性质分为:
谐振放大器、非谐振放大器;
其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。
高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。
其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。
本文以理论
分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择;另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。
2电路设计方案
2.1高频小信号调谐放大器简述:
高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。
按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。
对高频小信号放大器的基本要求是:
（1）增益要高，即放大倍数要大。
（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1=2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.
图2.1频率特性曲线
（3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器的性能。
图2.2反馈导纳对放大器谐振曲线的影响
（4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。
2.2电路原理图
根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路如下图2.3:
图2.3高频小信号放大器
3电路的工作原理
小信号调谐放大器是各种电子设备、发射和接收机中广泛应用的一种电压放大器。
其主要特点是晶体管的输入输出回路（即负载）不是纯电阻，而是由L、
C元件组成的并联谐振回路。
小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分:
有单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器。
按晶体管连接方法区分:
有共基极、共发射极和共集电极放大器。
前级电路如图3.1所示。
其为共射级放大电路，主要起放大信号的作用，从集电极输出，从函数信号发生器产生信号输入
图3.1前级放大电路
后级选频电路如图3.2所示。
图3.2放大选频电路
Cb，C8与Ce为高频旁路电容，使交流为通路。
本放大器的高频等效电路如图3.3所示:
图3.3调谐放大器的高频等效电路
RLR11,j,,jR，jL，，L,,L„„„„3.1CC,jC,,,Z,,1LCR,,1,,11j，,,R，jL,,,,,,R，jL，R,CR,C,,,,j,C
其中R是和电感串联的电阻，由于ωL>>R因此有:
L1C,„„„„„„„„„3.2,zCR1,,1,,,，C,j,,,jR，L,,,,LL,,C,,,则并联回路两端电压为:
IIIgmomomV,,,,m„„„„„„„3.3YG,G，B,BCR1,,,,,2C2，,,,,,,LL,,,,
所以，当ωC=1/ωL时Vm有最大值，即回路谐振时输出电压最大。
四主要性能指标及测量方法
4.1电压增益
放大器输出电压V（或功率P）与输入电压V（或功率P）之比，称OOii为放大器的增益或放大倍数，用Av（或Ap）表示（有时以dB数计算）。
电压增益:
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4.1.
功率增益:
„„„„„„„„„„„„„„4.2
分贝表示:
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4.3
„„„„„„„„„„„„„„„„„„4.44.2谐振曲线
放大器的谐振曲线是表示放大器的相对电压增益与输入信号频率的关系。
ppy112fe，,,,Avg,,,,Σ„„„„„„„„„„„4.50,,1jQ，,L,,,,0,,
由上式可得:
Au1,A,,„„„„„„„„„„„„„4.6ffu00,,1，jQ,L,,ff0,,
对谐振放大器来讲，通常讨论的f与f0相差不大，可认为f在f0附近变化，则:
Au1,„„„„„„„„„„„„„„„4.7,f2Au0，Q1jLf0
式中，，称为一般失谐。
f,f,f0
令，称为广义失谐。
代入上式得:
,QL2,f/f0
A1u,„„„„„„„„„„„„„„„„4.8Au01，j,
取模得:
uA1,„„„„„„„„„„„„„„„4.9u0A1，,,,
下图是并联谐振回路的单位谐振曲线:
|/R|/R|z|zpp00
11QQQQ,,1122QQ111/21/2QQ22
,,,0000
BW07.
图4.2放大器的谐振曲线
4.3放大器的通频带
放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/）倍时，所对应的频率
=2Δ表示，如图2-1。
2Δ也称为3分范围称为放大器的通频带，用BWff0.70.7贝带宽。
由于放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，以便让必要的信号中的频谱分量通过放大器。
与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数Q。
此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄。
并且，通频带愈宽，L
放大器的增益愈小。
图4.3高频小信号放大器的通频带
4.4放大器的矩形系数
矩形系数的定义:
2f0.1„„„„„„„„„„„„„„4.10K,r0,12,f0.7
2,f0.1Au其中，是时所对应的频带宽度，即,0.1Au0
A1,,0.1„„„„„„„„„„„„„4.11A,,1，,
2,f0.1„„„„„„„„„„4.12,,QL,100,10f
故
2,f0.1,99f0/QL„„„„„„„„„„„4.13根据矩形系数的定义得:
„„„„„„„„„„„4.14K,99r0,1
5电路参数的设计
5.1设置静态工作点
取Ieq=1.38mA,Veq=2.8V,Vceq=2.7V,则
R4=Veq/Ieq=2KΩ„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5.1
R3=Vbq/（6Ibq）=3KΩ„„„„„„„„„„„„„„„„5.2
R1=（Vcc-Vbq）R3/Vbq=10KΩ„„„„„„„„„„„„„5.3同理可得R5=10KΩ,R6=3KΩ,R7=2KΩ,取R2=4KΩ
5.2计算谐振回路参数
根据要求应由谐振频率选取电感L，中心频率f0=20MHz取电容为52Pf,由电容C6=52Pf,微调电容C9=5PF.
由公式
1L,„„„„„„„„„„„„„„5.42,C,0（2f）
得L1=1.2Uh,取隔直电容C1=10nf,C4=10nF，C7=1uF，旁路电容为C2=10nF，C5=1nF，C7=1uF，C8=100nF，C3=1nF，L2=330uH。
6电路仿真与性能分析
6（1MultiSim仿真软件简介
电子工作平台MultiSim软件是加拿InteractiveImageTechnologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件,其特点如下:
（1）采用直观的图形界面创建电路:
在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取;
（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。
（3）MultiSim软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。
（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。
（5）MultiSim还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。
与其他电路仿真软件（Protel99）相比，具有界面直观、操作方便等优点。
他改变了一般电路仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，创建电路选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中直接选取。
电子电路的分析、设计与仿真工作蕴含于轻点鼠标之间，不仅为电子电路设计者带来了无尽的乐趣，而且大大提高了电子设计工作的质量和效率
6（2仿真测试的内容与步骤
用Multisim软件连接电路图，修改参数。
观察示波器的输入、输出波形，求电压增益。
观察扫描仪的波形，求频带宽度。
6（3仿真测试结果与分析
6.3.1仿真原理图如图6.3.1
如图6.3.1
图中，各元件的名称及标称值下表所示:
序号元件名称及标号标称值1信号源Ui10mV/20MHz2上偏置电阻R110kΩ3下偏置电阻R33kΩ4集电极电阻R24kΩ5发射极负反馈电阻R42kΩ
6信号源耦合电容C11nF7谐振回路电容C652pF8谐振回路微调电容C95pF9电源滤波电容C210nF10发射极旁路电容C31nF11谐振回路电感L1.2uH12晶体管Q12N2222（3DG6）13晶体管Q22N2329（3DG6）14旁路电容C31nF15电源滤波电感L2330uH16电源滤波电容C810nF17隔值电容C710uF18隔值电容C410nF19旁路电容C51nF20上偏置电阻R510K21下偏置电阻R65K22发射极负反馈电阻R72kΩ23谐振阻尼电阻R8100kΩ24负载电阻R9100
6.3.2仿真结果
a.函数发生器参数如图6.3.2
图6.3.2
b.波特图示如图6.3.3
图6.3.3
c.示波器输出
第一级仿真放大图如图6.3.4
图6.3.4
第二级仿真放大图如图6.3.5
图6.3.5
联合仿真图如图6.3.6
图6.3.6
6.3.3仿真误差分析
由图分析可知中心频率为20MHZ,分贝为34dB?
30dB满足要求，而第一级放大为2倍，第二级放大为35倍，一共放大70倍左右，联合放大为69倍，误差为70-69/69×100?
=1.45?
很小，可能为读数误差，即满足要求。
7总结
通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。
同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。
在制作当中遇到了许多以前没遇到的困难。
我们利用许多的方法去解决所遇到的问题。
制作好以后，虽然基本符合设计要求，但我们总觉得欠缺点什么。
这次设计，让我感受最深恶的是，如果书本知识不过关要制作设计是很困难的。
所以一定不能忽视书本知识的重要性。
还有就是我们一定要具备一定的检查、排除电路故障的能力。
我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。
最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。
在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，由于这次的电路并不是很复杂，所以在焊接阶段并不是很难。
最难的是参数的计算和电路的设计。
调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧～培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。
包括:
学会自己分析解决问题的方;对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律;能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障;能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。
这次课程设计，我非常感谢张老师给我们的悉心指导，能使我们更好的完成课程设计。
8鸣谢
感谢张松华老师的耐心指导;
感谢同学的共同努力;
感谢湖南工学院电信系实验老师的大力支持;
9参考文献
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北京大学出版社，2006
[6]谢自美.电子线路设计?
实验?
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华中科技大学出版社，
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10附录原理图
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