070304003双调谐高频小信号放大器

辽宁工业大学高频电子线路课程设计（论文）

题目：双调谐高频小信号放大器

院（系）：电子与信息工程学院

专业班级：___电子081班

学号： 080304003

学生姓名：钟源

指导教师杨恭威

教师职称：

起止时间：2010.7.3—2010.7.10

课程设计（论文）任务及评语

学号080304003 学生姓名钟源专业班级电子081班

课程设计

（论文）

题目

双调谐高频小信号放大器

课程设计（论文）任务设计内容：1．用EWB仿真，能够观察输入输出波形。

2．针对所设计的电路进行分析，并计算放大倍数。

3．采用双调谐做为负载。

4．采用三极管作为放大器

设计参数：输入信号频率10000HZ，电压100mV左右

放大倍数10左右。

设计要求：

1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 .确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

指

导

教

师

评

语

及

成

绩

成绩：指导教师签字：

年月日

第1章双调谐高频小信号放大器设计方案论证 (1)

1.1双调谐高频小信号放大器的应用意义 (1)

1.2双调谐高频小信号放大器设计的要求及技术指标 (1)

1.3 设计方案论证 (2)

1.4 总体设计方案框图及分析 (3)

第2章双调谐高频小信号放大器电路设计 (4)

2.1 双调谐高频小信号电路设计 (5)

2.2 电路仿真实现 (5)

2.3 电路仿真结果分析 (6)

2.4 电路参数计算 (7)

2.5 电路性能分析 (8)

第3章设计总结 (9)

参考文献 (10)

附录：器件清单

第一章双调谐高频小信号放大器设计方案论证

1.1双调谐高频小信号放大器的应用意义

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。

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。

高频小信号放大器主要用于放大高频小信号 , 属于窄带放大器。由于采用谐振回路作负载，解决了放大倍数、通频带宽、阻抗匹配等问题，高频小信号放大器又称为小信号放谐振放大器。就放大过程而言，电路中的晶体管工作在小信号放大区域中，非线性失真很小。一方面可以对窄带信号实现不失真放大，另一方面又对带外信号滤除 , 有选频作用

1.2双调谐高频小信号放大器设计的要求及技术指标要求：1．用EWB 仿真，能够观察输入输出波形。 2．针对所设计的电路进行分析，并计算放大倍数。 3．采用双调谐做为负载

4．采用三极管作为放大器

参数：输入信号频率10000HZ ，电压100mV 左右放大倍数10左右

技术指标： 1. 增益。

放大器输出电压（或功率）与输入电压（或功率）之比，称为放大器的增益或放大倍数，用Av （或Ap ）表示，放大器增益的大小，决定于晶体管，要求的通频带宽度，是否良好的匹配和稳定的工作。电压放大倍数0Au 由下式计算：

i o

uo u u A =

或 dB

u u dB A i o uo ||lg 20)(=

2.通频带:

放大器通频带表示放大器的电压增益Av 下降到最大值Avo 的0.7倍时所对

应的频带范围。常用7.02f ?来表示。有时也称7.02f ?为3dB 带宽。因为电压增益下降3dB ，即等于绝对值下降至

1。式中，l Q 为谐振回路的有载品质因数。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数0u A 与通频带bw f 的关系为

∑

?C y f A fe bW uo π2||

通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用fe y 较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量C 。如果放大器只用来放大来自接收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. 矩形系数

矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。其定义为:

Kr0.1=1.02f ?/7.02f ?式中，7.02f ? 为放大器的通频带；1.02f ?为放大器的电压增益下降至最大值的0.1倍时所对应的频带宽度。 4.工作稳定性：

指放大器的工作状态、晶体管参数、电路元件参数等发生可能变化时，放大器主要性能的稳定程度。 5.噪声系数：

是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个参量。噪声分为 1.热噪声。2.散粒噪声。3.分配噪声。4.闪烁噪声

1.3设计方案论证

单调谐高频小信号放大器的选择性差，通频带和增益之间矛盾较大的缺点，所以采用双调谐回路放大器。双调谐回路放大器具有频带宽和选择性好的优点，并能较好的解决增益与通频带之间的矛盾，从而在通信接收设备中广泛应用。对双调谐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=12f f -= 7.02f ?，品质因数Q=

.02f f o

?。

1.4总体设计方案框图及分析

输入信号放大电路输出信号第二章双调谐高频小信号放大器电路设计

2.1双调谐高频小信号电路设计

2.2电路仿真实现

2.3电路仿真结果分析

当接上信号源Ui 时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的A 、B 通道的灵敏度，即可看到如下图所示的输入、输出波形。

由波形可知输出波形与输入波形之间的放大倍数约为12左右，基本符合要求。但从波形可以看出输出正弦信号有一定的失真。双调谐放大器在临界耦合的条件下谐振电压增益是单调谐的1/2倍。矩形系数小于单调谐，选择性好。缺点是调谐不方便。

2.4电路参数计算

(一)确定静态工作点

根据晶体管的混合π参数已知条件可知：晶体管为3DG6C ，mA I EQ 1=，600=β，mA I I EQ BQ 60/1/0=≈β。为了稳定静态工作点，晶体管分压式偏置电阻上流过的电流一般需设置为(5~10)BQ I ，这里取10倍关系，并设V V EQ 5.1=，V V CEQ 5.7=，则

(1)Ω===k mA V I V EQ EQ 11/5.1/R e ；

(2) Ω=?+=+=k mA V I V V R BQ BEQ EQ b 2.13)1060/1/()7.05.1()10/()(2，取整数值13Ωk ，得到实际的流过偏执电阻上的电流为mA k V R V V I b BEQ EQ R b 17.013/)7.05.1(/)(22≈Ω+=+=

(3) Ω=+-=--=k mA V I V V Vcc R b R BEQ EQ b 4017.0/)7.05.19()/)(21。二、计算谐振回路参数 (一)计算谐振回路总电容

由图可知谐振回路的总电容为

L o oe C P C C P C 22

12++=∑ (1-5)

式中，13121/N N P =,，13452/N N P =，C C C T o +=。

选取6.01=P ，3.02=P ，pF C o 18=，pF C L 0=，则有谐振回路总电容为

pF C P C C P C L o oe 628.200*09.0183.7*36.022

12=++=++=∑，为了计算方便，可通过调节可变电容CT 使pF C 20=∑。 (二)根据谐振频率选取电感L

由公式

∑=C f L )2(1

π可得：uH L 16.3= (三)计算回路损耗电导∑g 和阻尼电阻Rt

根据中心频率MHz f o 20=可得回路的损耗电导

L o LQ g ω1

∑ (1-6) 其中有载品质因数54/20)2/(7.0==?=f f Q o L ，故

LQ g L o 504.05*16.3*20*21

1===∑πω

由图1-4可知回路损耗电导

oe T

o g P g P R g g 2

2211+++=∑ (1-7) 式中，o g 为空载传输电导，其表达式为

o o o LQ g ω1

(1-8)

若取回路空载品质因数100=o Q ，则有mS g o 025.0=。

在式(1-7)中代入mS g oe 185.0=，mS g L 1=，6.01=P ，3.02=P 可得

mS R R g T

504.009.0067.01

025.0 13.0185.06.01

025.022=+++

=?+?++=∑

解得Ω=k R T 1.3。 2.6电路性能分析（1）通频带

由于放大器所放大的一般都是已调制的信号。如以后要讨论的，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小品质因数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，放大器的增益愈小。（2）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,排除有害信号的能力,称为放大器的选择性.在选择性中又有矩形系数,抑制比,工作稳定性,噪声系数.

矩形系数Kr0.1=1.0

2f?/7.0

2f?,抑制比d=Avo/Av。

（3）动态特性

测放大器的动态范围V

i ━V

（在谐振点）

选R=5.1K，R

680Ω。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接电

压表，选择正常放大区的输入电压Vi, 调节频率f使其为10.7MHZ，调节C

使回路谐振，使输出电压幅度为最大。

重复上述过程，根据不同的Ic得出不同的动态曲线，并进行比较和分析。（4）测量放大器的频率特性

当回路电阻R=5.1K时，选择正常放大区的输入电压Vi，将高频信号发生器

输出端接至电路输入端，调节频率f使其为10.7MHZ，调节C

使回路谐振，使输

出电压幅度为最大，此时的回路以谐振频率f

=10.7MHZ为中心频率，然后保持输入电压Vi不变，改变频率f由中心频率向两边逐点偏离，测得在不同频率f

时对应的输出电压V

0。计算f

=10.7MHZ时的电压放大倍数及回路的通频带和Q

值。

第4章设计总结

通过这次高频课程设计，使我感觉收获很大，虽然这不是我第一次做课程设计，但这却是我第一次利用EWB软件做高频课程设计。本课程的课程设计感觉与以往大不一样，因为这次利用 EWB软件仿真出图形来，使我有理论与实践融合的感觉. 通过这次高频课程设计，不仅使我对高频电子线路的设计方法有了基本的掌握，而且使我对 EWB软件有更进一步的了解，也深深感受到了它给我带来的极大方便。而且在这次课设的过程中，我在不断查阅资料的同时对高频电子线路这门学科也有了更进一步的了解。总之，这次课程设计给我留下了深刻的印象，使我自己的理论知识及实际动手能力都有了一定的提高，我在这次的高频电子课程设计颇有收获！

参考文献

[1] 徐亲知，陈淑华.石油经济学.第二版.哈尔滨：黑龙江人民出版社，1988: 38-135

[2] 米契尔·卡特，罗德尼·马多克.合理预期理论.余永定译.北京：中国金融出版社，1988：

43-85

[3] 齐中英，叶元煦.对我国能源问题的回顾与思考.邱大雄.市场经济与中国能源

发展战略论文集.北京：原子能出版社，1992：53-58

[5] 黄良君.大庆地区经济发展战略研究.哈尔滨工业大学硕士学位论文.1994。2 附录：器件清单

信号源Ui100mV/10000Hz

上偏置电阻R1 5.1 kΩ

下偏置电阻R2 20 kΩ

谐振回路电容C3 3.3pF

谐振回路电容C9 3.3pF

发射极负反馈电阻R32 kΩ

发射极旁路电容Ce0.01uF

谐振回路耦合电容C71uF

晶体管Q1 3DG6

电源滤波电容C11 0.1uF

谐振回路微调电容C2 0.28 uF

谐振回路微调电容C10 0.28 uF

谐振回路电感L 1.3uH