高频小信号谐振放大器课程设计实验报告

xx工程学院
课程设计
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目录
第一章设计总体思路及其计算 (1)
1.1 电路的功能 (1)
1.2 电路的基本原理 (1)
1.3 设计思路及测量方法 (3)
(1)谐振频率 (3)
(2) 电压增益 (4)
(3)通频带 (4)
(4)矩形系数 (4)
第二章仿真结果及其说明 (5)
2.1 设置静态工作点 (5)
2.2计算谐振回路参数 (5)
2.3 利用Multisim 对电路的仿真图 (6)
2.4 设计结果与分析 (7)
第三章设计体会 (8)
第四章参考文献 (9)
高频小信号谐振放大器设计
第一章 设计总体思路及其计算
1.1 电路的功能
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。

1.2 电路的基本原理
图1晶体管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(
正向传输导纳：b b e b e b b b m
fe r C j g r g y ''''++≈
ω)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，11G 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
1.3 设计思路及测量方法
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。

(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， 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
221--=∑
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。

(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)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
(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 。

第二章 仿真结果及其说明
2.1 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。

2.2计算谐振回路参数
{}{}(){}
ms j ms C j g r C g y ms
S mA I g ms S
mA 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。