1、 北 方 民 族 大 学课程设计报告院（部、中心） 电气信息工程学院 姓 名 学 号 专 业 班 级 2 班 同组人员 课程名称 通信电路课程设计 设计题目名称 300KHZ 小信号谐振放大器的设计 起止时间 2011.10.302011.12.25 成 绩 指导教师签名 北方民族大学教务处制2摘要：我们知道，无线通信接收设备的接收天线接收从空间传来的电磁波并感应出的高频信号的电压幅度是（V）到几毫伏（mV） ，而接收电路中的检波器（或鉴频器）的输入电压的幅值要求较高，最好在 1V 左右。这就需要在检波前进行高频放大和中频放大。为此，我们就需要设计高频小信号放大器，完成对天线所接受的微弱信号进
2、行选择并放大，即从众多的无线电波信号中，选出需要的频率信号并加以放大，而对其它无用信号、干扰与噪声进行抑制，以提高信号的幅度与质量。在此，首先引入应用广泛的高频小信号谐振放大器。关键字： 谐振 选频放大 300KHz ABSTRACT：we know, wireless communication receiving equipment receiving antenna receive from space of electromagnetic induction and came out of the high frequency signal voltage amplitude is (
3、 V) to several millivolt (mV), and the detectors receiving circuit (or frequency of an ancient) input voltage amplitude of the demand is higher, had better be in 1 V or so.This needs in the detection of high frequency amplifier and before the medium frequency amplifier. for this, we need to design h
4、igh frequency small signal amplifiers and the completion of the antenna to choose a weak signal and amplified, that is, from many of the radio signal, elected as the frequency of the signal to need and amplification, and for other useless signal, interference and noise suppression on, in order to im
5、prove the amplitude of a signal and quality.Here ,we introduces application extensive high frequency small signal harmonic oscillator amplifier at first . Key words: resonance frequency selective amplification 300KHz 3一、课题要求 4二、试验目的 4三、 实验原理及电路图 53.1 设计原理介绍 .53.1.1 小信号谐振放大器的分类 63.1.2 调谐放大器的稳定性 .63.2
6、 主要性能指标 63.2.1 谐振频率 63.2.2 电压增益 73.2.3 选择性 73.2.4 通频带 73.2.5 矩形系数 83.3 实验电路仿真图 9四、相关元件的选择 94.1、确定 RE .94.2、确定 R1,R3.94.3、三极管的选择 10五、实验测试结果及分析 105.1 输入电压检测 .105.2 输出电压检测 .105.3 波形检测 .115.4 效率测试 .12六 小结： 12七 附录： 137.1 实验器材: 137.2 参考文献： .134一、课题要求设计 300KHz 小信号谐振放大器，要求：工作频率 300KHz；输出信号有效值 3V；总效率0.5；输入信号
7、有效值 30mV;Q 值为 50；电源电压12V。二、试验目的、了解小信号谐振放大器的工作原理。 2、熟悉通频带与回路 Q 值及电路谐振频率的关系。 3、熟悉小信号谐振放大器通频带与选频性能之间的关系。 4、计算小信号谐振放大器的带宽和矩形系数。三、 实验原理及电路图3.1 设计原理介绍1、高频小信号放大器的基本要求：（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= 2f0.7，品质因数 Q=fo/2f0.7. （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
8、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。（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5间不能产生明显的相互干扰。2、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。由以上知该电路不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶
9、体管的集电极负载为 LC 并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻 RB1 和 RB2以及 RE 决定，其计算方法与低频单管放大器相同。3、电路用途高频小信号放大器是用于无失真的放大某一频率范围的信号。按其频带宽度可分为窄带放大器与宽带放大器，而最常用的为窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻变换和选频滤波功能。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
10、号的频谱是相同的。以理论分析为依据，本设计以实际制作为基础，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。3.1.1 小信号谐振放大器的分类（1） 单级单调谐放大器单级单调谐放大器由晶体管和并联谐振回路组成。并联谐振回路作为晶体管的集电极负载，其谐振频率应调谐在输入有用信号的中心频率上。当输入信号频率等于 LC 谐振频率时，其增益最高；当两者不相等，即失调时，放大器的增益将下降。（2） 多级单调谐放大器6多级单调谐放大器的电压增益设放大器有级, 各级电压增益振幅分别为 Au1，Au2，Aun，则总电压增益振幅是各级电压增益振幅
11、的乘积，即：AnAu1Au2Aun 如果每一级放大器的参数结构均相同，根据上式，则总电压增益振幅An=(Au1)n3.1.2 调谐放大器的稳定性影响调谐放大器稳定性的主要因素是三极管内部反馈及负载的变化。三极管的内部反馈对放大器的影响有两个方面：一方面是给安装调试带来很多麻烦，另一方面，使放大器的频率特性、通频带及选择性都受到影响。为了减小内部反馈对放大器稳定性的影响，应尽量选用结电容 Cbc 小的三极管。此外，也可在电路上采取措施，常用的方法是中和法及失配法。3.2 主要性能指标3.2.1 谐振频率放大器的谐振回路谐振是所对应的频率 f0 称为谐振频率。对于图所示电，f0 的表达式为：fo=
12、1/2 LC式中，L 为谐振回路电感线圈的电感量；C为谐振回路的总电容,C的表达式为 C= C-p12Coe-p22Cie式中，Coe 为晶体管的输出电容；Cie 为晶体管的输入电容。谐振频率 f0 的测量步骤是，首先使高频信号发生器的 输出频率为 f0，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变 C 或电感线圈 L 的磁芯位置使回路谐振。LC 并联回路谐振时，直流毫安表 mA 的 指示值为最小，电压表 V2的指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这是回路的谐振频率就等于信号发生器的 输出频率。由于分布参数的 影响，有时谐振回路的 输出电流的最小值与输出电压的最大值不一定同时出现，这时视电压表
13、的指示值达到最大时的状态为谐振回路处于谐振状态。如用扫频仪测量谐振放大器是否谐振，应使电压谐振曲线的 峰值出现周期规定的谐振频率点 f0。3.2.2 电压增益放大器是谐振回路谐振时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：Avo=-Vo/Vi=-p1p2yfe/g7要注意 的是，yfe 本身也是一个复数，所以谐振时输出电压 Vo 与输入电压 Vi的相位差为（180+fe） 。只有当工作频率较低时， fe=0，Vo 与 Vi 的相位差才等于 180.Aov 的测量电路如图所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态，当回路谐振时分别记下输出端电压表 V2 的读数
14、 V0 及输入端电压表 V1 的读数V1，则电压放大倍数 Avo 由下式计算：Avo=Vo/Vi3.2.3 选择性选择性是指放大器从各种不同频率的信号中选出有用信号而抑制干扰信号的能力。1抑制比。抑制比为谐振电压增益与通频带以外某一特定频率上的电压增益之比值，用 d 表示。d 值越大，放大器的选择性越好。2矩形系数。3.2.4 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 Avo 的 0.707倍时所对应的 频率范围称为放大通频带 BW，其表达式为：BW=f0/QL。式中，QL 为谐振回路的有载品质因数。分
15、析表明，放大器的谐振电压放大倍数 Avo 与通频带 BW 的关系为： Avo*BW=|yfe|/2C上式说明，当晶体管选定即 yfe 确定，且回路总电容 C为定值时，谐振电压放大倍数 Avo 与通频带 BW 的 乘积为一常数的概念是相同的。通频带 BW 的测量电路如图所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。测量方法有扫频法和逐点法，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，记下此时的谐振频率 f0 及电压放大倍数 Avo，然后改变高频信号发生器的频率，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所示 8BW=fh-fL通频带越
16、宽放大器的电压放大倍数就越小。要想得到一定宽度的通频带，同时有能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用 yfe 较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路是 总电容量 C。如果放大器只用来放大来自接受天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。3.2.5 矩形系数谐振放大器的 选择性可用谐曲线的矩形系数 Kr0.1 来表示，如图所示 ，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 0.707Avo 时对应的频率偏移之比，即Kr0.1=2f0.1/2f0.7上式表明，矩形系数 Kr0.1 越接近 1，邻近波道的选择性越好，滤除
17、干扰信号的能力越强。一般单极谐振放大器的选择性较差，因其矩形系数 Kr0.1 远大于，为提高放大器的选择性，通常采用多级放大器，可以通过测量谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形系数 Kr0.1。93.3 实验电路仿真图电路原理图四、相关元件的选择4.1、确定 RE已知参数：工程上，一般取发射极直流电压 为电源电压的 0.2 倍左右。实际取 1k.4.2、确定 R1,R3一般，从稳定静态工作点来说，其值越小越好，但会使电源的损耗增大，所以一般取流过 的电流为 ，为了三级管工作在甲类状态，则要求发射结反偏，集电结正偏。则要求 Ube 0，Ubc 0.5；输入信号 30mV（有效值）；电源电压+12V
18、 都达到了题目所要求的条件，本次设计我们还需要大量的以前没有学到过的知识。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。有时候，我们会发现，一个看是简单的问题，其实是很复杂的问题。所以涉及到具体问题的时候，我们绝对不能眼高手低，要认认真真的，踏踏实实的学习，做工程的我们
19、理应静下心来踏踏实实的学习。由于设计水平的有限和时间的仓促，本文中难免有错误和不妥之处，请给予批评指正。7附录：7.1 实验器材:12V直流稳压电源 个NPN 三极管 2sc2655 1 个电容： 33uF 2 个， 20nF 1 个带中间抽头的匝数比为 10 的变压器 个电阻：1K、10K、11K、80K 各 1 个示波器 1 台频率计 1 台万用表 1 块功率表 2 块函数信号发生器 1 台7.2 参考文献：1、 高频电子线路 胡宴如，耿苏燕编 高等教育出版社142、 通信电子线路李树德编著，人民邮电出版社 3、 非线性电子线路 杨金法编 电子工业出版社4、 高频电路 沈伟慈编 西安电子科技大学出版社5、朱力恒，电子技术仿真实验教程，北京：电子工业出版社，2003.7 ，第一版。6、 通信电子线路 高如云编著 西安电子科技大学出版社15
