高频谐振放大器设计(电容耦合输出)

课程设计报告课程名称: 高频电路设计系别：工程技术系专业班级：电信0901学号：姓名：课程题目：高频谐振放大器设计（电容耦合输出）完成日期：指导老师：设计过程：1.确定电路形式。

2.设置静态工作点。

3.计算谐振回路的参数。

4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。

5.电路的安装与调试。

课程设计（论文）课题任务书系：工程技术系专业：电子信息工程设计任务说明一、设计目的1. 了解LC 串联谐振回路和并联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. 掌握高频单调谐放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计；4. 掌握高频单调放大器的设计方案和测试方法。

二、主要技术指标及要求1. 技术指标已知：电源电压V V cc 12+=，负载电阻Ω=K R L 1条件下要求： 1) 中心频率MHz f 40= 2) 电压增益：75dB 2. 设计要求1) 设计高频小信号谐振放大电路；2) 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； 3) 拟定测试方案和测试步骤； 4) 写出设计报告。

目录第1章简述 (4)1.1 论述 (4)第2章总体方案 (5)2.1 设计要求 (5)2.2总体方案简述 (5)第3章电路的基本原理及电路的设计 (6)3.1主要性能指标及测试方法 (6)3.2电路的设计与参数的计算 (8)3.2.1电路的确定 (11)3.2.2参数计算 (11)第4章电路的仿真与调试 (13)4.1 电路仿真 (13)4.2 电路的安装与调试 (14)第五章心得体会 (15)5.1 心得体会 (15)附录元件清单 (16)第一章简述1.1 论述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。

高频小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;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。

第2章 总体方案2.1 设计要求已知条件：电源电压V V cc 12+=，负载电阻Ω=K R L 1，高频三极管9013 主要技术指标：中心频率MHz f 40=，电压增益)75(75倍dB A u =∑，通频带MHz f 820=∆。

课程设计要求：要求有课程设计说明书，并制作出实际电路。

2.2 总体方案简述高频小信号放大器的功用就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 ，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。

对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=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.（3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器的性能。

（4）阻抗匹配。

第三章电路的基本原理及电路的设计3.1 电路基本原理图3-1-1所示电路为共发射极接法的晶体管小信号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会影响放大器的输出信号的频率或相位。

晶体管的静态工作点由电阻RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

图3-1-1放大器在谐振时的等效电路如图3-1-2所示，晶体管的4个y参数分别如下：输入导纳：输出导纳：正向传输导纳：反向传输导纳：式中，为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为为基极体电阻，一般为几十欧姆；为集电极电容，一般为几皮法；为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。

图3-1-2晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流，电流放大系数有关外，还与工作角频率w有关。

晶体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。

图3-1-2所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即式中，N3为副边总匝数。

为谐振放大器输出负载的电导，。

通常小信号谐振放大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则将是下一级晶体管的输入电导。

由图3-1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为式中，为LC回路本身的损耗电导。

3.2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，谐振电压放大系数Avo，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用电路可以粗略测各项指标。

输入信号由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用于测量输入信号与输出信号的值。

直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流的值，示波器监测负载两端输出波形。

谐振放大器的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时所对应的频率称为谐振频率。

的表达式为：式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；为谐路的总电容，的表达式为：式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。

谐振频率的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。

LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表指示值达到最大，且输出波形无明显失真。

这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。

2.电压增益放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达式为：的测量电路如图3-2-1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。

计算公式如下：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下降到谐振电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为：式中，为谐振放大器的有载品质因素。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带BW的关系为：上式说明，当晶体管确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。

通频带的测量电路如图3-2-1所示。

可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。

采用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，记下此时的与，然后改变高频信号发生器的频率（保持Vs不变），并测出对应的电压放大倍数Av，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3-3-2所示：图3-2-2由BW得表达式可知：通频带越宽的电压放大倍数越小。

要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总电容量。

4.矩形系数谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示，如图3-2-2所示，矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707 时对应的频率偏移之比，即上式表明，矩形系数Kr0.1越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。

可以通过测量图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数Kr0.1。

3.2.1 电路的确定 3.2.2参数计算已知参数要求与晶体管9013参数。

(1) 设置静态工作点取 EQ I =1mA, EQ V =1.5V , CEQ V =7.5V , 则 =E R Ω=K I V EQEQ 5.1=2B R Ω=∙≈K I V I V CQBQ BQBQ 3.1866β , 取标称值18K Ω=1B R Ω=-K R V V V B BQBQCC 1021B R 可用10K Ω电阻以便调整静态工作点。

(2) 计算谐振回路参数 mS mVI g mAE mS e b 77.026}{}{==''βm S m VI g mAE mS m 3826}{}{==下面计算4个y 参数， mS j mS C j g r C j g y e b e b b b eb e b ie 5.196.0)(1+≈+++='''''ωω因为ie ie ie C j g y ω+=, 所以 mS g ie 96.0=，Ω≈=k g r ie ie 11，pF mS C ie 2.25.1==ωmS j mS C j C j g r g r C j y c b e b e b b b mb bc b oe 5.006.0)(1+≈+++=''''''ωωω因为oe oe oe C j g y ω+=，所以 mS g oe 06.0=，pF mSC oe 75.0==ωmS j mS C j g r g y e b e b b b mfe 1.437)(1-=++='''ω故模 mS mS y fe 371.437||22≈+= 回路总电容为nF Lf C 1)2(120==∑π再计算回路电容nF C p C p C C ie oe 12221=--=∑，取标称值1nF(3) 确定输入耦合回路及高频滤波电容高频小信号谐振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Tri 原边谐振回路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，高频耦合电容一般选择瓷片电容。

第4章 电路的仿真与调试4.1电路的仿真(1)利用MULTISIM绘制出如图4-1-1所示的仿真实验电路图4-1 -1 仿真电路(2)按图设置各元件的参数，打开仿真开关，从示波器上两个通道观察输出波形以及与输入信号的关系。

如4-1-2图所示。

图4-2-2 输出波形⑴在无信号输入，仅有直流激励的情况下用电流表测量三极管发射极极电流，测I约为1mA。