单调谐高频小信号放大器

沈阳航空航天大学北方科技学院

课程设计说明书

课设题目单调谐高频小信号放大器设计

专业通信工程

班级 B141211

学号 B14121137

学生姓名杨一凡

指导教师李秀人

日期 2013.12

沈航北方科技学院

课程设计任务书

教学系部信息工程系专业通信工程

课程设计题目单调谐高频小信号放大器设计

班级B141211学号姓名

课程设计时间: 2013 年12 月16 日至2013 年12 月29 日

课程设计的内容及要求：

（一）主要内容

本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个单调谐高频小信号放大器，要求根据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达到任务书的指标要求，最后撰写课设报告。报告内容参照课设报告文档模版要求，主要包括有关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析。

技术指标：谐振频率6MHz，谐振增益≥20dB，通频带≥0.5MHz。输入高频小信号（峰－峰值）100mv。Vcc＝12V，R L=1KΩ。

（二）基本要求

根据题目及基本要求（技术指标）查阅相关资料和书籍，设计（计算）电路，确定元器件参数（3天）。

待电路设计完成后，上机进行电路仿真（使用Multisim）。仿真过程中用到的仪器、调试方法、排故过程及电路技术指标的测量要做记录，最终写到报告中（4天）。报告正文按目录要求撰写，其他内容见格式说明（3天）。

（三）主要参考书

[1] 高如云等.通信电子线路(第三版). 西安电子科技大学出版社，2007，11

[2] 赵春华等. Multisim9电子技术基础仿真实验. 机械工业出版社，2007，05

[3] 华永平.电子线路课程设计—仿真、设计与制作.东南大学出版社，2002

（四）评语

（五）成绩

指导教师年月日

摘要

本文主要叙述的是单调谐高频小信号放大器的设计过程，高频小信号谐振放大电路是将高频小信号或接收机中经变频后的中频信号进行放大，已达到下级所需的激励电压幅度。过程中用到了multisim仿真软件进行仿真验证，并成功完成实验，撰写实验报告。

关键词：谐振频率、谐振增益、通频带、峰—峰值、示波器。

目录

1、绪论 (3)

2、方案的确定 (4)

3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算 (5)

4、总体电路设计和仿真分析 (7)

5、心得体会 (8)

参考文献 (9)

附录 (10)

附录Ⅰ电路总图 (10)

附录Ⅱ元器件清单 (10)

一绪论

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，有力的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微弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理。这就需要通过单调谐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。

其中高频小信号单调谐放大器广泛应用于通信系统和其他无线电系统中，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；另外其他电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。

本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个单调谐高频小信号放大器，要求根据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达到任务书的指标要求，最后撰写课设报告。报告内容按照课设报告文档模板要求进行，主要包括有关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析等。

主要技术指标：谐振频率6MHZ，谐振增益≧20dB，通频带≧0.5MHZ。输入高频小信号（峰-峰值）100mv。Vcc=12v，Rl=1KΩ

二方案的确定：

高频小信号调谐放大器是接收机和各种电子设备中广泛应用的一种电压放大器。它的中心频率在几百 kHz到几百 MHz，频谱宽度在几kHz 到MHz 的范围，它的主要特点是晶体管的集电极（共发射极电路）负载不是纯电阻，而是由L、C组成的并联谐振回路。调谐放大器具有较高的电压增益，良好的选择性，当元件器件性能合适和结构布局合理时，其工作频段可以做得很高。

小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分。由单调谐回路，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。实用上，构成形式根据设计要求而不同。以电容器和电感器组成的回路为负载，增益和负载阻抗随频率而变的放大电路。这种回路通常被调谐到待放大信号的中心频率上。由于调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很大，所以放大器可得到很大的电压增益；而在偏离谐振点较远的频率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速减小。因而调谐放大器通常是一种增益高和频率选择性好的窄带放大器。调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。在接收机中，主要用来对小信号进行电压放大；在发射机中主要用来放大射频功率。调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。可以通过互感与下一级耦合，也可以通过电容与下一级耦合。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。典型的单调谐放大器电路如图所示。图中LC并联谐振回路为晶体管的集电极负载，由于LC回路有带阻作用，即对带内信号阻抗较大，输入信号Us经电容器C1耦合到be“基射”之间。放大后再耦合到外接负载导纳YL上。

三 工作原理，硬件电路的设计或参数的计算： 工作原理：

电路原理图

图1 电路原理图

参数的计算：

在初级设计时,大致以此特性作考虑即可. 基本步骤是: 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谐回路谐振放大器，设计参考电路见图1所示。

图中放大管选用9018，该电路静态工作点Q 主要由R b1和Rw1、R b2、Re 与Vcc 确定。利用1b R 和1w R 、2b R 的分压固定基极偏置电位BQ V ，如满足条件BQ I I >>1：当温度变化CQ I ↑→BQ V ↑→BE V ↓→BQ I ↓→CQ I ↓，抑制了CQ I 变化，从而获得稳定的工作点。

由此可知，只有当BQ I I >>1时，才能获得BQ V 恒定，故硅管应用时， BQ I I )105(1-=。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求BE BQ V V >，一般硅管取：BE BQ V V )53(-=

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CQ I 一般在0.8－2mA 之间选取为宜，设计电路中取 mA I c 5.1=，设Ω=K R e 1

因为：EQ EQ e V I R = 而EQ CQ I I ≈ 所以： 1.51 1.5EQ V mA K V =?Ω= 因为：BQ EQ BEQ V V V =+(硅管的发射结电压BEQ V 为0.7V) 所以： 1.50.7 2.2BQ V V V V =+=

因为：EQ CC CEQ V V V -= 所以：V V V V CEQ 8.92.212=-=

因为：BQ BQ b I V R )105/(2-= 而mA mA I I CQ BQ 03.050/5.1/===β 取BQ 12I 则：

2/102.2

/0.366.1b B Q B Q R V I V K ===Ω 取标称电阻6.2K ?

因为：21]/)[(b BQ BQ CC b R V V V R -=

则：1[(12 2.2)/2.2] 6.227.6b R V V V K K =-*Ω=Ω，考虑调整静态电流CQ I 的方便，1b R 用22K ?电位器与15K ?电阻串联。

3）谐振回路参数计算 ① 回路中的总电容C ∑ 因为：1

2o f LC π∑

=

则:

pf L

f C o 3.55)2(1

2

==

∑π ②回路电容C

因有 21()oe C C p C ∑=-*

所以255.3(17)48.3C pF pF pF =-*= 取C 为标称值30pf,与5-20Pf 微调电容并联。

四总体电路设计和仿真分析

电路设计仿真图如图所示

接入信号发生器，观察示波器输入输出波形，通过调节C4大小来使谐振频率在6MHz左右，C4=20pF。利用仪器测得各指标如下：

V o=13.96v；Vi=5.485mv。

Avo=68dB。

示波器波形如下：

谐振频率6MHZ, 输入高频小信号（峰—峰值）100mv

五 心得体会：

（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RB2要买18k 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。

（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流及电流放大系数有关。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。

（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。

这次高频电子线路课程设计时间虽然很短暂，但是让我又一次重新温习了大三所学过的高频课程的主要内容，整个的知识体系。在课程设计过程中，我特别的学习和研究了高频小信号调谐放大器的设计方法，掌握高频单调谐放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计，掌握中心频率0f 和电压增益 u A 的测试方法。在实施课程设计的过程中我加深了对Multisim 软件的使用，电路图的绘制以及仿真测试。在设计过程中也会遇到很多问题，通过自己查阅资料和同组同学相互探讨，克服困难。最终，顺利的完成了课程设计。

参考文献

[1] 高如云等.通信电子线路(第三版). 西安电子科技大学出版社，2007，11

[2] 赵春华等. Multisim9电子技术基础仿真实验. 机械工业出版社，2007，05

[3] 华永平.电子线路课程设计—仿真、设计与制作.东南大学出版社，2002

附录

附录Ⅰ电路总图

附录Ⅱ元器件清单