基于Multisim10的高频调谐放大电路1解读Word格式文档下载.docx

1、摘 要 :针对高频调谐放大电路传统分析方法较难的问题 , 采用 Multisi m 10, 可方便地 比较仿真数据和真实数据 。 , 大以得到调谐电容的方法 ; 对电路输出频率 、 、 的放大和选频 ; 分析了负载和结电容 C 。研 , 关键词 :Multisi. ; ; 高频电子线路 中图分类号 :A 文章编号 :1001-4551（2010 02-0107-04H i gh frequency resonan t am pli f i er ba sed on M ultisi m 10CU IW en 2hua（College of M echanical &Electrical Eng

2、ineering, J iaxing U niversity, J iaxing 314001, China Abstract:A i m ing at the high 2frequency tuned amp lifier circuit difficultly designed by traditi onal methods, the si m ulati on data and real data were easily compared by M ultisi m 10. The suitable components of the a mp lificati on were sel

3、ected by para metric scanning analysis . Tuning capacit or of the frequency 2selecti on was gotten by measuring the maxi m u m out put voltage . E mulati on analysis was conducted f or frequency, voltage gain and band 2pass, indicating that the multi 2input s mall signal a mp lificati on and frequen

4、cy selecti on were accomp lished . By analyzing l oad resistance and juncti on capacitance C bc , methods of high quality and stability were p r oposed . The results indicate that the design method is reas onable and perf or mance indicat ors meet the design re 2quire ments . Key words:Multisi m 10.

5、 0; tuned a mp lifier; para metric scanning; virtual experi m ent; high frequency circuits0 引 言高频小信号调谐放大电路应用十分广泛 , 主要用 于接收机前端部分 。该电路所需基础知识多 、 理论抽 象 、 概念复杂 、 数学公式和推导多 , 分析方法上多采用 非线性分析法进行动态分析 , 因此对该电路的性能分 析难度很大 。 Multisi m 10. 0是美国国家仪器公司下属 的 Electr onics Workbench Gr oup 发布的交互式 SP I CE 仿真和电路分析软件的最新版本

6、, 专门用于原理图捕 获 、 交互式仿真 、 PCB 设计和集成测试 , 它可以进行射 频 、 PSP I CE 、 VHDL 、 MCU 等方面的仿真 。该平台将虚 拟仪器技术的灵活性扩展到了电子设计者的工作台 上 , 弥补了测试与设计功能之间的缺口 。使用 Multi 2si m 10. 0对调谐电路分析能够非常方便地比较仿真数 据和真实数据 ,规避设计上的反复 , 减少原型错误并缩 短产品上市时间 。本研究主要探讨基于 Multisi m 10的高频调谐放大 电路的分析和设计 。1 高频调谐放大电路原理1. 1 电路组成框图高频调谐放大电路主要功能是从多高频信号中选 出并放大输出特定频率

7、的信号 , 因此该电路的设计主要 包含 3部分 :信号输入部分、 信号放大部分和选频输出 部分。 信号输入部分可采用天线加变压耦合产生多频 率的小信号 ; 放大部分采用高频小功率管 , 选择合适的 外围元件使晶体管工作于放大状态 ; 输出端采用部分接 入的抽头式选频回路作负载的放大器 , 选出有用信号抑 制无用频率并实现阻抗匹配。 组成框图如图 1所示。图 1 组成框图1. 2 电路仿真图信号输入部分 :V 1 V4为经过耦合变压之后产生的多高频小信号 ; 放大部分 :晶体管 Q1, R 5、 R 6为偏置电阻 , R3为直流负反馈电阻 , 起稳定静态工作点作用 , C 4为旁路电容 ; 选频

8、输出部分 :R 1为大电阻 , 避免自激振荡并减小回 路的 Q 值 , C和 变压器 构成 选频 回 路 1; 电源部分 :电源内阻容易影响高频电路的工作 , 电源下端要接去耦电路 , 以减少干扰 , 提高放大器的性 能 ; 仿真电路图如图 2所示 。图 2 高频调谐放大电路仿真图2 元件参数选择电路的放大和选频部分是设计的关键 , 元件参数 选择决定了该电路的功能能否实现 。 放大部分主要调 节阻值使晶体管工作于放大状态 , 选频部分调节可变 电容使电路处于谐振状态 。2. 1 放大部分元件选择该电路为放大电路 , 应选择合适的电阻使晶体管 静态工作点工作于放大状态 。首先 , 确定电阻 R

9、7=1k , R 6=6. 8k , Multi 2 si m 10. 0提供参数扫描功能 2（Par mater s weep , 当元 件的值在一定范围内变化 , 对电路的直流工作点会产生影响 。 选择 R5作为分析对象 , 电阻的变化范围从 12k 20k 选择 8个点进行直流分析 , 观察基极 2点和发射极 3点的输出电压 , 仿真分析结果经整理如 表 1所示 。发射极电流 IE一般选择 1mA 左右 , 则发射极 3点电压 V 10310-3 1V, 根据参数扫描输出结果分析 , R 5 可以选择阴影部分的阻值 , 该电路选择 R 5的值为 17. 8k 。选定电阻值之后 , 通过

10、DC operati onpoint 分析该电路静态工作点 , 得仿真分析结果为 :V2=1. 62074, V 3=1. 05080, V 8=5. 00000V 。表 1 参数扫描输出结果R 5/V 2/VV 3/V120002. 12221. 54217 13142. 91. 999951. 42206 14285. 71. 891161. 31532 15428. 61. 79371. 21983 1641. 1. 13397 17311. 05632 . 1. 060. 98579558 1. 487960. 9214609结果分析 :BE=V 1-V 3=0. 57V, V CE

11、=V 8-V 3= 3. 9V, 说明晶体管发射结正极偏置 , 集电极正向偏置 ,工作于放大状态 , R的值满足设计要求。2. 2 选频部分元件选择该电路要求输出 46. 5MHz 的高频信号 , 当 LC 回 路的频率与输入信号频率相同时 , 为谐振状态 , 此时输 出信号振幅达到最大值 。选择 L=58. 3nH, 固定电容值为 180pF, 可变电 容的值为 30pF, 改变可变电容值 , 当可变电容百分比调节 为 51%时 , RL的 输 出 交 流 电 压 值 最 大 值 为 95. 738mV, 此时该电路处于谐振状态 。经上述调整 , 放大部分 R的值为 17. 8k , 工作

12、于放大状态 , 选频回路可变电容调节为 15. 3pF 时 , 工 作于调振状态 。3 性能分析电路中的电阻 、 电容 、 电感以及晶体管在高频电路 中会产生高频特性 3, 频率对电路的影响很大 , 因此 放大电路的技术用数学方法分析时非常复杂而且难 懂 , 通过仿真可直观地查看波形输出 , 测量中心频率 , 计算增益 、 通频带 、 选择性等技术指标 。3. 1 输出信号波形与增益图 3 输入 、 输出波形图 谐振时输入 、 输出波形如图 3所示 。输入信号为多个高频信号的叠加 , 有效值为 3. 57mV;输出信号为单一频率 , 有效值为 95. 738mV , 通过输入信号和输出信号的比

13、较可知该电路可以完成从多信号中选择单一信号的选频功能 ; 根据电压增益公式 A v =V输出/V 输入 =95. 738/3. 57=25. 5, 该8 机 电 工 程 第 27卷电路有放大功能 。由以上分析可知该电路可以完成选频与放大 功能 。 3. 2谐振频率通过频率波特图观察幅 频特性曲线 , 可得出输出增益最大 时 的 频 率 为 谐 振 频 率 , 幅频特性曲线图如图 4所示 。为了 准 确 估 算 谐 振 频 率 , 本研究选择扫频频率从 30MHz 起始 , 50MHz ,由图 4可知 :58d 时 , 输出信号频率为 46. 44546. 445MHz 的单一信号 。 3. 3

14、 通频带计算通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大 能力 。 当不同频率信号作用于电路时 , 产生的相位差 不同 , 回路的电压或者电流将会产生频率失真 , 为了减 小这种失真 , 必须使信号的频带处于谐振曲线变化比较均匀的部分 4。 通频带越宽 , 表明放大电路对不同 频率信号的适应能力越强 。 幅频曲线清单分析图如图 5所示 。图 5 幅频曲线清单分析规定输出最大振幅 0. 707（衰减 3d B 以内的频带 即为该谐振电路通频带。图 5中 , 谐振时最大输出 30. 58d B, y 1=27. 6068d B, y 2=27. 6454d B, y 1, y 2为衰减 3d B 的点 , 对应的 x 1为下限频率 46. 0920MHz, x 2为上限频率 46. 9486MHz, d x 为通频带 856. 6556kHz 。经分析可知 :46. 0920MHz 46. 9486MHz 的信 号可通过该电路 , 通频带为 0. 856MHz 。 3. 4 相频特性分析回路的电流或端电压对各个频率所产生的相移不 同 , 因高频电路元件的非线性原因容易对不同频率的 信号产生相位失真 。 相频特性描绘输出信号与输入信 号