通信电子电路课程设计小信号放大器

通信电子线路课程设计-- 高频小信号谐振放大器学校：姓名:学号:班级:指导老师:目录一、刖言 (3)二、电路基本原理................................................. .3三、主要性能指标及测量方法....................................... .51谐振频率 (7)2、电压增益 (7)3、通频带 (8)4、矩形系数 (9)四、设计方案 (10)1设置静态工作点 (10)2、计算谐振回路参数 (10)3、电路图、仿真图和PCB图 (11)五、电路装调与测试.......................................... ・・13六、心得体会................................................. ・・14七、参考文献............................................... ・・・15一、前言高频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。

其中最容易出现问题是自激震荡，同时频率选择和各级建阻抗匹配也恶化你难实现。

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通过《通信电子线路》的学习，使用Protel DXP 软件设计了一个高频小信号放大器。

二、电路的基本原理高频小信号放大器的功用就是五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。

如图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。

它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用， 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。

晶体管的静态工作点电阻 R BI 、R B 2及R E 决定，其计 算方法与低频单管放大器相同。

放大器在谐振时的等效电路如图所示，晶体管的 4个y 参数分别为输入导纳 y °e ： g ee ■ J 'C bc -r bb 9m9'.厂(1 r bb g be ) j Qbe r bbg be + J^C b ，e输出导纳 y ie ■(1+h b g be ) + j^C bU% b正向传输导纳 gmy fe(1* r b "b g b "e ) + JCb e r b b反向传输导纳g b cJ C b cy re-(1+ r b b g b e ) * j *"C b e r b*b式中g m 为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为g m ={I E }mA*S/26+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I E、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3DG100C的y参数g ie=i/rie=2mS g oe=1/roe=250mS |y fe|=40mSC=12pF C oe=4pF |y fe|=350如果工作条件发生变化，则上述参数值仅作参考。

因此，高频电路的设计计算一般采用工程估算方法。

如图所示等效电路中，p为晶体管的集电极接入系数，即P l = N l/N2式中，N2为电感L线圈的总匝数；P2为输出变压器T ro的副边与原边的匝数比，即P2二N3/N2式中，N3为副边的总匝数；g L为谐振放大器输出负载的电导，g L=1/G l c 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g L将是下一级晶体管的输出电导g ie2。

可见并联谐振回路的总电导：g ^ =p i A2g oe +p2A2g ie2+j三、主要性能指标及测量方法表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率f 。

、谐振电压放大倍数A vo 、放大器的通频带BW 及选择性等，采用图所示的 测试电路可以粗略的测试各项指标， 若要求测量准确，必要是应采用 精度较高的高频测量仪器。

图中输入信号Vs 由高频信号发生器提供， 高频电压表V i 、V 2分别用于测量放大器是 输入电压V i 与输出电压 V o 的值。

直流毫安表mA 用于测量放大器的集电极电流i c 的值，示波 器监测负载RL 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。

1谐振频率放大器的谐振回路谐振是所对应的频率 f o 称为谐振频率。

对于图 所示电，f 03 C+1/j 3 L+G 0高频谐振放大器的测试电路的表达式为：f°=1/2兀.LC 式中，L为谐振回路电感线圈的电感量； 6为谐振回路的总电容 Q的表达式为C= 8-p i A2C oe-p2A2C ie 式中，C oe为晶体管的输出电容；C ie为晶体管的输入电容。

谐振频率f o的测量步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为f o,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f o。

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A vo称为谐振放大器的电压增益。

A vo的表达式为：A vo = -V o/V i = -p i p2y fe/g^要注意的是，y fe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V。

与输入电压V i的相位差为(180+ ® f e)。

只有当工作频率较低时，® f e=0 , V o与V i的相位差才等于180.A ov 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V。

及输入端电压表V i的读数V i,则电压放大倍数A vo由下式计算：A vo=V o/V i3、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A v 下降到谐振电压放大倍数A vo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=f o/Q L。

式中，Q L 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A vo与通频带BW的关系为：A vo*BW=|y fe|/2n 6上式说明，当晶体管选定即y fe确定，且回路总电容C刀为定值时，谐振电压放大倍数A vo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f o及电压放大倍数A vo ,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A v。

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——------------------- 1图-1频率特性曲线IBW二仆-f L通频带越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y fe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路是总电容量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4、矩形系数谐振放大器的选择性可用谐曲线的矩形系数K r0.1来表示，女口图所示，矩形系数K r0.1为电压放大倍数下降到0.1A vo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707A vo时对应的频率偏移之比，即K r0.i=2 A f/2A f7上式表明，矩形系数K-越接近1,邻近波道的选择性越好，滤除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K r0.1 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K r0.1。

四、设计方案设计一个高频小信号谐振放大器。

设计参数：V cc=9V，晶体管为3DG100C, B =50查手册得卩'=70 00'=3pF。

当21mA 时，C b'=25pF。

L=4 卩H , 2=20 匝，p i =25p=0.25,RL=1k Q。

主要技术指标：谐振频率f0=10.7MHZ,谐振电压放大倍数A vo>=20dB, 通频带BW=1MHZ ，矩形系数K r0.1<1 0。

1、设置静态工作点取I EO=1MA，V EQ=1.5V，V CEO=7.5V,则R E=v EO/I EO=1.5K QR B2=v BQ/6IBQ=v BQ*B /6I CQ=18.3k Q ,取18k QR B1=(v CC-v BQ)*R B2/v BQ=55.6k QR B1可用30k Q电阻和100k Q电位器串联，以便调整静态工作点。

2、计算谐振回路参数g b'e={I E}mA*S/26 B =0.77mSg m={I E}mA*S/26 =38mSy ie=(g b'+ 3 C b')/{1+r b'(g be+j 3 C b')}=0.96mS+j1.5mS因为y二gie+j w 6，所以g ie =0.96mSr ie=1/g ie=1k QC ie=1.5mS/w =23pFy oe=j 3 C b'r「b g m/{i+r b'©'+j w 0')}+ j 3 O' =0.06mS+j0.5mS因为y°e二g°e+j 3 C oe，所以g oe=0.06mSC oe=0.5mS/3 =7pFy fe=g m/{1+r b'b (g b'e+j 3 C b'e)}=37mS-j4.1mS故模|y fe|=(37A2+4.1A2)A0.5=37mS总电容为：C E=1/ (2n f0) A2L=55.2pF回路电容C= C E-p i A2C oe-p2A2C ie=53.3pf 取标称值51pF求出耦合变压器的的一原边抽头匝数N i及副边匝数N3,即N1=p1N2=5 匝N3=p2N2=5 匝确定输入耦合回路放大器的输入耦合回路通常是指变压器耦合的谐振回路，由于输入变压器原边谐振回路的谐振频率与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合。