1、0琼州学院本科生课程设计 高频电子线路课程设计设计题目： 高频小信号谐振放大器 专 业： 09 通信工程 班 级： 2009 级通信工程班 学生姓名： 谢祥国 学 号： 09216046 起止日期： 2012 年 6 月 指导教师： 郝昕 2012 年 6 月1高频小信号谐振放大器谢祥国（琼州学院电子信息工程学院 海南 三亚 572022）摘要：在通信系统中，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。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
2、） ，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。关键词：三极管；谐振；品质因数；通频带。Abstract: In a communication system, high frequency small signal amplifiers are widely used in communication systems and other radio systems, especially in the transmitter receiver, from antenna induction signal is ver
3、y weak, it necessitates the use of amplifier amplify it. Wireless communication receiving apparatus receiving antenna of the receiving space came from the electromagnetic wave and the induction of high frequency signal voltage amplitude is ( V ) to a few millivolts ( mV ), and the receiving circuit
4、of the detector ( or frequency ) of the input voltage amplitude higher, preferably at about 1V. This requires the detection for high-frequency amplification and intermediate frequency amplification. Key words: triode; LC; resonator; quality factor; band pass.2LCf211.设计要求1.1 已知条件负载电阻 100 ，电源电压+ 12V。1
5、.2 主要技术指标谐振频率： 10.7MHz,of谐振电压放大倍数： ，dBAVO20通频带： ，MHzBw17.0矩形系数： 。.rK要求：放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输出回路2.原理分析2.1 小信号调谐放大器的主要特点晶体管集电极负载通常是一个由 LC 组成的并联谐振电路。由于 LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，理论上可以分析，并联谐振在谐振频率处呈现纯阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，输出增益减小。总之，调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用，同时也起着滤波和选频的作用。2.2 小信号调谐放大器的主要质量指标衡量小
6、信号调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面：2.2.1 谐振频率放大器调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，理论上，对于 LC 组成的并联谐振电路，谐振频率 的表达式为：式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量；C 为调谐回路的总电容。3.log10,0iPiA谐振频率的测试方法：放大器的调谐回路谐振时所对应的频率 称为放大器的谐振频率，可以用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，另外，也可以通过点频法改变输入信号频率，得到输出增益随频率变化的幅频特性曲线，电压谐振曲线的峰值即对应谐振频率点 。2.2.2 谐振增益（Av）放大器的谐振电压增益放大倍数指：放大器处在在谐振频率 f0 下，输出电压
7、与输入电压之比。 Av 的测量方法：当谐振回路处于谐振状态时，用高频毫伏表测量输入信号Vi 和输出信号 Vo 大小，利用下式计算： ， 。另外，iVv0dBVAiv)lg(20也可以利用功率增益系数进行估算：2.2.3 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=Vo/Vi 下降到谐振电压放大倍数 的 0.707 倍时所voA对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽 BW，通常用 2f0.1 表示，有时也称 2f0.1为 3dB 带宽。通频带带宽： 式中，Q 为谐振回路的ffBWLH07.2有载品质因数。当晶体管选定后，回路总电容为
8、定值时，谐振电压放大倍数 与通频带 BW0f的乘积为一常数。频带 BW 的测量方法：根据概念，可以通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法主要采用扫频法，也可以是逐点法。扫频法：即用扫频仪直接测试。测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。逐点法：又叫逐点测量法，就是测试电路在不同频率点下对应的信号大小，4利用得到的数据，做出信号大小随频率变化的曲线，根据绘出的谐振曲线，利用定义得到通频带。具体测量方法如下： a、用外置专用信号源做扫频源，正弦输入信号的幅度选
9、择适当的大小，并保持不变； b、示波器同时监测输入、输出波形，确保电路工作正常（电路无干扰、无自激、输出波形无失真） ； c、改变输入信号的频率，使用毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值； d、描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。测试时，可以先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率及电压放大倍数 ，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压不0fvoA变） ，并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图 1 所示。图 1 放大器的通频带和谐振曲线2.2.4 增益带宽积增益带宽积 BWG 也是通信电子电路的一个重
10、要指标，通常，增益带宽积可以认为是一个常数。放大器的总通频带宽度随着放大级数的增加而变窄，BW 越大，增益越小。二者是一对矛盾。 不同电路中，放大器的通频带差异可能比较大。如：在设计电视机和收音机的中频放大器时，对带宽的考虑是不同的，普通的调幅无线电广播所占带宽是 9kHz，而电视信号的带宽需要 6.5MHz，显然，要获得同样的增益，中频放大器的带宽设计是完全不同的。5输 出 信 噪 比 ）输 入 信 噪 比 ）(0nSisiFPN2.2.5 选择性放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号，排除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。选择性的基本指标是矩形系数。其中，定义矩形系数 是电压放
11、大倍数下降到谐振时放大倍数 的 10所对应的频率偏移kv1.0 Av0和电压放大倍数下降为 0.707 时所对应的频率偏移 2f0.1 之比，即：v0。同样还可以定义矩形系数 ，即：7.01.1.02fKv kr01.，显然，矩形系数越接近 1，曲线就越接近矩形，滤除邻近.r波道干扰信号的能力愈强。2.2.6 噪声系数信噪比：用来表示噪声对信号的影响程度，电路中某处信号功率与噪声功率之比称为信噪比。信噪比大，表示信号功率大，噪声功率小，信号受噪声影响小，信号质量好。 越接近 1 越好。F3.整体构思3.1 给定条件回路电感 L=4H, ， ， ，晶体管用 9018，=50。01Q1p20.3查
12、手册可知，9018 在 、 时， ， ,VcemAIEsgieu86usgoe20， ， ， 。pfcoe7pfie1945fys.rey负载电阻 。电源供电 。KRL0Vc123.2 设计过程高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性:只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作6考虑即可. 下面讨论其步骤。3.2.1 选定电路形式依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调
13、谐回路谐振放大器，设计参考电路见图 2 所示。图 2 单调谐高频小信号放大器电原理图图中放大管选用 9018，该电路静态工作点 Q 主要由 和 、 、Re 与1bRw2b确定。利用 和 、 的分压固定基极偏置电位 ，如满足条件cV1bRw2b BQV：当温度变化 ，抑制了 变化，BQI1 CQIBVEICICQI从而获得稳定的工作点。由此可知，只有当 时，才能获得 恒定，故硅管应用时， BI1 BQ。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求 ，一BQII)05(1 BEQV般硅管取： 。BEV)53(3.2.2 设置静态工作点由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流 一般在CQI0.
14、82mA 之间选取为宜，设计电路中取 ，设 。mAIc5.1KRe1因为： 而 所以：EQeVIREQCI5EQVV因为： (硅管的发射结电压 为 0.7V) BBEQB所以： 1.50.72.因为： 所以：ECEQCEQ8.92.1因为： 而 取BQBbIVR)/(2 mAIB 035/BQI10则： 取标称电阻 8.2KKIBQb 3.70/2.10/27pfLfCo3.5)2(1KLNm因为： 21/)(bBQCbRVR则： ，考虑调整静态电流 的28.36.5KCQI方便， 用 22K 电位器与 15K 电阻串联。1b3.2.3 谐振回路参数计算1）回路中的总电容 C因为： 则:2）回
15、路电容 C因有 21()oep所以 5.3748.3FpF取 C 为标称值 30pf,与 5-20Pf 微调电容并联。3）求电感线圈 N2 与 N1 的匝数：根据理论推导，当线圈的尺寸及所选用的磁心确定后，则其相应的参数就可以认为是一个确定值，可以把它看成是一个常数。此时线圈的电感量仅和线圈匝数的平方成正比，即： 式中：K-系数，它与线圈的尺寸及磁性材料有关； N-线圈的匝数一般 K2KNL值的大小是由试验确定的。当要绕制的线圈电感量为某一值 时，可先在骨架上( 也可以m直接在磁心上)缠绕 10 匝，然后用电感测量仪测出其电感量 ，再用下面的公式求出系数OK 值： 2/o式中： -为实验所绕匝
16、数，由此根据 和 K 值便可求出线圈应绕的圈即：ON实验中，L 采用带螺纹磁芯、金属屏蔽罩的 10S 型高频电感绕制。在原线圈骨架上用 0.08mm 漆包线缠绕 10 匝后得到的电感为 2uH。由此可确定2628/10/10/OKLNH匝8要得到 4 uH 的电感，所需匝数为匝 最后再按照接入系数要求的比例，来绕变压器的初级抽头与次级线圈的匝数。因有 ，而 匝。则： 匝。21Np1425.413.01N3.2.4 确定耦合电容与高频滤波电容耦合电容 C1、C2 的值，可在 1000 pf0.01uf 之间选择 ，一般用瓷片电容。旁路电容 、C3、C4 的取值一般为 0.01-1F，滤波电感的取
17、值一般为eC220-330uH。4.具体实现4.1 仿真电路图用 EWB 电子工作平台软件构建如图 3 所示设计实验电路，如下所示：图 3 仿真电路总图4.2 测量并调整放大器的静态工作点仿真条件：晶体管用理想库（defauit）中的（ideal）器件。电感线圈用固定电感 L1=2.8uH、L2=1.2uH，中间抽头。其余元件参数参见图 2-1。调整静C230.1uR415KW3100KC139pQ13DG130DT1T601J41TH1C50.1uC60.1uTP31TH2J1+12VC20.1uR5470入入入入R2210K9态工作点的方法是：不加输入信号，将 C1 的左端接地，将谐振回路
18、的电容 C5开路，记下此时电路的静态工作点 BQV， CE， Q及 EI。4.3 实验测量的结果实测计算 根据 VCE 判断V 是否工作在放大区原因VBQEIQCE是 否3.7V 2.25V 1.5 mA9.75V 是因为 = CEQ9.75V 为较大的电压， = VE3.7V , 大Q于晶体管的门限电压 0.6V，所以晶体管工作在放大区)(MHZf11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15)(VO13.20 14.80 16.60 17.20 19.60 20.80 21.00 20.80 20.00AV28.847.0BW6 MHZ1.28 MHZ.0K0.214
19、3测 量 计 算 Q2.3333104.4 实验的输入与输出波形图 4 单调谐小信号放大器输入信号的波形11图 5 单调谐小信号放大器输出信号的波形5.各部分定性说明以及定量计算5.1 电压增益由图可知，输入 ，输出为 U0=200mV，由示波器可知二者的输出mVUi10波形反向。放大倍数为： ，即 =20lg2020, 谐振频率20ivoAvoA=10. 7MHz。0f5.2 通频带调整输入信号频率使输出幅度为 0.7UomaxF0.7l=10.21MHZ F0.7h=11.31通频带 BW0.7= - =1.1MHZ 略大于要求 误差为 10%。hf15.3 矩形系数调整调整输入信号频率使
20、输出幅度为 0.1UomaxF0.1l=6.8Mhz F0.1h=14.8MHZ矩形系数 Kr0.1=（14.8-6.8）/BW0.7=7.2710以上均能够满足设计要求。6.在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施6.1 实物的实际值与理论值有一定的差距。如电阻电容的理论值与标称值存在一些差异，并且电阻电容的标称值也有一定的误差。如：通过计算 要买2RB18k 的电阻，市场里没有就只好算个范围买个 20k 的，而买回来测只有 19k 多点。6.2 晶体管数据为查表所得，而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12流及电流放大
21、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6.3 性能指标参数的测量方法存在一定的误差。如在调谐过程中，我们通过直接 观察波形的输出值的大小来确定电路是否调谐。这样调谐频率的测量值存在误差的同时，放大倍数的测量值也会产生误差。这属于系统误差，也许可以通过使用别的电路可以减小误差。6.4 实验仪器设备的老化等也会导致电路调试过程中出现一定的误差。7.设计小结 完成这一课设后，我对高频小信号放大器也有了更深刻地理解。高频小信号放大器广泛用于广播,电视,通信,测量仪器等设备中.高频小信号放大器可分为两类:一类是以谐振回路为负载的谐振放大器;另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器.它们的主要功能都是从接收的众多电信号中,选出有用信号并加以放大,同时对无用信号,干扰信号,噪声信号进行抑制,以提高接收信号的质量和抗干扰能力。通过这一课程设计，我掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力，使自己无论在今后的学习中还是工作中遇到困难的时候都能自己将其解决。8.参考文献1谢自美. 电子线路设计实验测试M 第三版. 华中科技大学出版社.2杨翠娥. 高频电子线路实验与课程设计M. 哈尔滨工程大学出版社.3何中庸 高频电路设计与制作J. 科学出版社.4谢沅清. 模拟电子线路M. 成都电子科大.5张肃文. 高频电子线路M 第三版. 高教出版社.
