高频小信号调谐放大器

高频电子线路课程设计报告

题目： __ 高频小信号谐振放大器 __

院系：_xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx_

专业：____电子信息科学与技术

班级： xxxxxxxxxxx

姓名： xxxxxx

学号： _ xxxxxxxxxxxxxxx __

指导教师： xxxxxxxx

报告成绩：

2016年12月16日

目录

一设计目的 (1)

二设计思路 (1)

2.1 电路的功能 (1)

2.2 设计的基本要求 (1)

三设计过程 (1)

3.1 设计电路 (1)

3.2 测量方法 (4)

3.2.1谐振频率 (4)

3.2.2电压增益 (4)

3.2.3通频带 (5)

3.2.4矩形系数 (5)

四系统调试与结果 (6)

4.1 设置静态工作点 (6)

4.2 计算谐振回路参数 (6)

4.3 利用Multisim 对电路的仿真图 (7)

4.4 设计结果与分析 (8)

五主要元器件与设备 (10)

5.1 元器件与设备 (10)

5.2相关参数 (11)

六课程设计体会与建议 (11)

6.1 设计体会 (11)

6.2 设计建议 (12)

七参考文献 (12)

一设计目的

（1）了解LC谐振回路的选频原理和回路参数对回路特性的影响。

（2）掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理。

（3）掌握高频单特性放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计。

（4）掌握高频单调谐放大器的设计方案和测试方法。

二设计思路

2.1 电路的功能

所谓谐振放大器，就是采用谐振回路作负载的放大器。根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。高频小信号放大器的作用是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器。高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。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。

2.2设计的基本要求

(1)通过具体计算，选择器件给出电路设计电路

(2)给出最终实现电路

(3)进行仿真校验

(4)作出设计总结

三设计过程

3.1设计电路

图1高频小信号单极单调谐回路谐振放大器

图1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单极单调谐回路谐振放大器。它不仅放可以大高频信号，而且还有一定的选频作用，因此，晶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等会影响放大器射出信号的频率或相位。

放大器在谐振时的等效电路如图2所示，晶体管的4个y 参数分别为： 输入导纳：b

b e b e b b b e

b c b m

b b

c b ce oe r C j g r C j g g r C j g y ''''''''+++++≈ωωω)1(

输出导纳：b

b e b e b b b e

b e b ie r C j g r C j g y ''''''+++≈

ωω)1(

反向传输导纳：b

b e b e b b b c

b c b re r C j g r C j g y ''''''+++-

≈ωω)1(

式中m g 为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：

{}6

*

S m i g A e m =

图2谐振放大器的高频等效电路

晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流e i 、电流放大系数有关外，还与工作角频率有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在条件下测的2SC945的y 参数：

ms rie g ie 21==

ms roe

g oe 2501

== 40=fe y pF c ie 12= pF c oe 4= 350=fe y

如图所示等效电路中，1p 为晶体管的集电极接入系数，即：

2

1

1N N p =

式中，2n 为电感L 线圈的总匝数；2p 为输出变压器ro T 的副边与原边的 匝数比，即：

2

3

2N N p =

式中，3n 为副边的总匝数；L g 为谐振放大器输出负载的电导，1

1

G g L =。

通常小信号谐振放大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则L g 将是下一级晶体

管的输出电导2ie g 。

可见并联谐振回路的总电导：

o

ie oe g l

j c j g p g p g ++++=∑ωω1

22

221

3.2 测量方法

图中输入信号S V 由高频信号发生器提供，高频电压表1V 、2V 分别用于测量放大器是 输入电压i V 与输出电压O V 的值。直流毫安表mA 用于测量放大器的集电极电流c i 的值，示波器监测负载L R 两端的输出波形。谐振放大器的各项性能指标 及测量方法如下。

3.2.1 谐振频率

放大器的谐振回路谐振是所对应的频率0f 称为谐振频率。对于图所示电路，0f 的表达式为：LC

f π210=

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ie oe C P C P C C 2

22

1--=∑

式中，oe C 为晶体管的输出电容；ie C 为晶体管的输入电容。

LC 并联回路谐振时，直流毫安表mA 的 指示值为最小，电压表2V 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，这时视电压表的指示值达到最大时的状态为谐振回路处于谐振状态。

3.2.2电压增益

谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数VO A 称为谐振放大器的电压增益。

VO A 的测量电路如图4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2V 的读数O V 及输入端电压表1V 的读数1V ，则电压放大倍数VO A 由下式计算：i

o

VO V V A =

3.2.3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V A 下降到谐振电压放大倍数VO A 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： L

O

Q f BW =。式中，L Q 为谐振回路的有载品质因数。

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。21f f BW -=

图3频率特性曲线

3.2.4矩形系数

谐振放大器的 选择性可用谐曲线的矩形系数1.0r K 来表示，如图所示 ，矩形系数1.0r K 为电压放大倍数下降到VO A 1.0时对应的频率范围与电压放大倍数下降到VO A 707.0时对应的频率偏移之比，即

7

.01

.01.022f f K r ??=

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1.0r K 。

四 系统调试与结果 4.1 设置静态工作点

1b R 可用30ΩK 电阻和100ΩK 电位器串联，以便调整静态工作点。

4.2 计算谐振回路参数

{}{}(){}

m s j m s C j g r C g y m s

S m A I g m s S

m A I g e b e b b b e b e b ie E m E e b 5.196.0)(1382677.026

''''''+=+++==*==*ωωβ

因为 ie ie ie C j g y ω+=，所以

{}ms

j ms C j C j g r g r C j y pF

ms C K g r ms g e b e b e b b b m b b c b oe ie ie

ie ie 5.006.0)(1235.111

96.0''''''+=+++===Ω

===ωωωω

因为 oe oe oe C j g y ω+=，所以

{}ms

j ms C j g r g y pF

ms C ms y e b e b b b m

fe oe oe 1.437)(175.006.0'''-=++=

===ωω

故模ms y fe 37)4137(5.022=+= 总电容为： pF L f C o 2.55)2(1

2

=?=∑πC ∑=1/（2πf0）^2L=55.2pF

回路电容pF C P C P C C ie oe 3.532

22

1=--=∑ 取标称值51pF

求出耦合变压器的的一原边抽头匝数1N 及副边匝数3N ，即

5211=?=N P N 匝

5322=?=N P N 匝

4.3 利用Multisim 对电路的仿真图

将元件参数值进行安装。先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。图4是高频谐振放大器的测试电路设计图。

V1

100mVrms 10.7MHz 0°

VCC 9V Q1

2SC945

L1

100mH

R2

18kΩ

R160kΩ

R41.5kΩ

R31kΩ

C1100mF

C2

100mF C3100pF

C450pF IC=5V

C61mF

C5

50pF

Key=A

60%

XBP1

IN

OUT

XSC2

A B

Ext Trig

+

+

_

_

+_

3

4

5VCC

9

16

80

2

U1

TS_MISC_25_TO_1

图4高频谐振放大器电路图

调整静态工作点，不加输入信号，将1C 的 左端接地，将谐振回路的电容C 开路，这时用万用表测量电阻E R 两端的电压，调整电阻1B R 使V V BQ 5.1=。记下此时电路的1B R 值及静态工作点BQ V 、CBQ V 、EQ V 及BQ I 。

谐振回路使其谐振的，按图4所示的电路接入高频电压表1V 、2V ，直流毫安表mA 及示波器。再将信号发生器的输入频率置于i f =10.7MHz ，输出电压

i V =5mV 。为避免谐振回路失谐引起的高反向电压损坏晶体管，可先将电源电压

+CC V 降低，如使+CC V =+6V 。调输出耦合变压器的磁芯使回路谐振，即电压表2V 的指示值达到最大，毫安表mA 的指示值为最小且输出波形无明显失真。回路处于谐振状态后，再将电源电压恢复至+9V 。

由于分布参数的影响，放大器的各项技术指标满足设计要求后的元件参数值与设计计算值有一定偏离。需要反复调整输出耦合变压器的磁芯位置才能使谐振回路处于谐振状态。

4.4 设计结果与分析

以下是利用Multisim 软件仿真高频谐振放大器电路的效果图。图5和图6 分别是利用示波器对电源、负载电阻所测的效果图，通过两个图的比较可以看出电路的确达到了放大的作用。

图5 示波器对电源测试效果图

Auo=20lg(vo/vi)=20*lg(1.955/0.09)=26.77>=20db 波特图测试如下

(a)中心频率f0

（b）f1

(c)f2

(d)f L

（e）f H

图6谐振曲线

通频带Bw=7.967—7.438=0.529MHz

矩形系数K r0.1=2Δf0.1\2Δf0.7=10.618MHz

通过上图的比较可以看出放大电路的确起到放大作用。

图7 电流源配置图

五主要元器件与设备

5.1元器件与设备

信号源，电阻，电容，电感，晶体管，变压器，示波器，波特图示仪

图8元器件设备相关参数

5.2相关参数

+Vcc=+9V，晶体管为3DG100C，β=50，查手册得rb,b=70Ω,Cb,c=3pF。当IE=1mA时，Cb,e=25pF，L≈4uH，测得N2=20匝，p1=0.25，p2=0.25，RL=1kΩ。

六课程设计体会与建议

6.1设计体会

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，。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。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.

高频小信号调谐放大器是高频电子线路中的基本单元电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。在本次课设中，我了解了高频小信号放大器的特点：

①放大小信号,晶体管工作在线性范围内(甲类放大器)

②信号的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,

为频带放大器,故必须用选频网络。

在测试过程中，我不断利用课堂所学理论知识调整电路，并最终实现设计目的过程使自己从另一个层面更形象地理解了理论，对于理论与实践的关系也有了新的认识。曾经的学习只停留在书本上，但课程设计使我更充分的接触到了实际。

6.2 设计建议

（1）增益要高，即放大倍数要高。

（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。

（3）电路工作要稳定可靠。

七参考文献

[1]谢自美.《电子线路设计·实验·测试》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》. 哈尔滨工程大学出版社

[3]何中庸《高频电路设计与制作》. 科学出版社

[4]谢沅清.《模拟电子线路》Ⅱ. 成都电子科大

[5]张肃文.《高频电子线路》第三版. 高教出版社

[6]曾兴雯陈健刘乃安.《高频电子线路辅导》. 西安电子科大出版社武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告