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1、高频电路原理与分析课程报告设计名称： 高频小信号发生器 学 院： 计算机科学与技术学院 班 级： 通 信 07-2班 学 号： 8 姓 名： 教 师： 2010 年 9 月 16 日目录目录I一、选题意义- 1 -二、设计要求- 1 -三、总体方案设计- 2 -3.1 高频小信号调谐放大器简述：- 2 -3.2 高频小信号谐振放大器工作原理- 3 -四、各部分设计及原理分析- 4 -4.1 放大器的性能分析- 4 -4.2 谐振回路的性能分析- 6 -五、调谐放大器的性能参数- 6 -六、参考电路及参数选择- 10 -七、实验结果与结论- 12 -八心得体会- 12 -九、参考文献- 13 -
2、附：高频小信号放大器完整电路图- 14 -一、选题意义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放大各种无线设备中的高频小信号，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，这里说的小信号是强调输入信号的电平较低，放大器工作在它的线性范围。高频小信号放大器的分类：1.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;2.按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;3.按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;4.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
3、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。 二、设计要求主要技术指标：谐振频率，谐振电压放大倍数，通频带宽为1MHz，矩形系数小于10。1、对设计的电路方案各部分电路进行分析；2、根据性能指标计算电路元件参数，选取合适的电路元件；3、画出完整电路图；三、总体方案设计3.1 高频小信
4、号调谐放大器简述： 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。例如，用于个汇总发接收机中的中频放大器，其电压放大倍数可达，及电压增益为80100dB，靠多级放大器才能实现。（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= 2f0.7，品质因数Q=fo/2f0.7. 图3.1 频率特性曲线（3）工作稳定可靠，这要求放大
5、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。 图3.2 反馈导纳对放大器谐振曲线的影响 （4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。 3.2 高频小信号谐振放大器工作原理图2.3是一个典型的高频小信号谐振放大器的实际电路，由图可知，直流偏执电路与低频放大电路完全相同，只是电容、对高频旁路，他们的电容值比低频中小的多。还有图中采用抽头谐振回路作为放大器负载，对信号频率谐振，即，完成阻抗匹配和选频滤波的功能。由于输入的是高频小信号，放大器工作在A（甲）类状态。 图3
6、.3 晶体管高频小信号放大器四、各部分设计及原理分析4.1 放大器的性能分析高频小信号调谐放大器与低频放大器的电路基本相同（如图3.4所示）。其中变压器T2的初级线圈为接收机前端选频网络的一部分，经次级线圈耦合后作为放大器的输入信号，输出端也采用变压器耦合方式来实现选频和输出阻抗匹配。放大器在高频情况下的等效电路如图3.4所示，晶体管的4个y参数，及分别为输入导纳 （1-1）输出导纳 （1-2）正向传输导纳 （1-3）反向传输导纳 （1-4）图3.4 放大器的高频等效回路式中，晶体管的跨导，与发射极电流的关系为 （1-5）发射结电导，与晶体管的电流放大系数及IE有关，其关系为 （1-6） 基极
7、体电阻，一般为几十欧姆；集电极电容，一般为几皮法；发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流，电流放大系数有关外，还与工作频率有关。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30MHz，=2mA，=8V条件下测得3DG6C的y参数为： 如果工作条件发生变化，上述参数则有所变动。因此，高频电路的设计计算一般采用工程估算的方法。4.2 谐振回路的性能分析图3.5 谐振回路图3.4中所示的等效电路中，为晶体管的集电极接入系数，与如上图3.5所示： （1-7）式中，为电感L线圈的总匝数。为输出变压器T的副边与原边的匝数比，即
8、（1-8）式中，为副边（次级）的总匝数。为调谐放大器输出负载的电导，。通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则将是下一级晶体管的输入导纳。由图1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为 （1-9） 式中，G为LC回路本身的损耗电导。谐振时L和C的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/G，并联谐振电抗为无限大，则jwC与1/（jwL）的影响可以忽略。五、调谐放大器的性能参数表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率，谐振电压放大倍数，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下：（1）谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频
9、率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），的表达式为 （1-10）式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；为调谐回路的总电容，的表达式为 （1-11） 式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容。谐振频率的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点。（2）电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数称为调谐放大器的电压放大倍数。的表达式为 （1-12） 式中，为谐振回路谐振时的总电导。因为LC并联回路在谐振点时的L和C的并联电抗为无限大，因此可以忽略其电导。但要注意的是本身
10、也是一个复数，所以谐振时输出电压u0与输入电压ui相位差为（180o+ ）。的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中RL两端的电压u0及输入信号ui的大小，则电压放大倍数由下式计算： 或 dB (1-13)（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下降到谐振电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为 (1-14)式中，QL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与通频带BW的关系为 (1-15)上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容C为
11、定值时，谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率及电压放大倍数然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压uS不变），并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图5示。 0.7BW0.1 2f0.1图5.1谐振曲线由式（1-14）可得 (1-16)通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益
12、，由式（1-15）可知，除了选用较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量。如果放大器只用来放大来自接收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）选择性矩形系数调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数时来表示，如图（1-3）所示的谐振曲线，矩形系数为电压放大倍数下降到0.1时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707时对应的频率偏移之比，即 （1-17）上式表明，矩形系数越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的
13、谐振曲线来求矩形系数。六、参考电路及参数选择图6.1调谐放大器（1）主要技术指标：谐振频率=10.7MHz，谐振电压放大倍数2，通频带BW=1MHz，矩形系数10。因fT比工作频率大（510）倍，所以选用3DG12C，选=50，工作电压为12V，查手册得=70, =3PF，当=1.5mA时为25PF，取L1.8H，变压器初级N2=23匝，次级为10匝。P1=0.43, P2=0（2）确定电路为单级调谐放大器，如上图1-4。（3）确定电路参数。a、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ICQ一般选取0.82mA为宜，现取=1.5mA，=2.25V，=9.75V。则 则=1
14、.5K取流过的电流为基极电流的7倍，则有： 取10 K则 则取=5.1K，选用47的可调电阻以便调整静态工作点。b、计算谐振回路参数 由式（1-6）得 由式（1-5）得 由式（1-1）（1-4）得4个y参数由于则有 =1.373ms 因 则有 计算回路总电容，由（1-10）得由（1-11）得则有CA3=119pF，取标称值120pF c、确定耦合电容及高频滤波电容高频电路中的耦合电容及滤波电容一般选取体积较小的瓷片电容，现取耦合电容=0.01F，旁路电容=0.1F，滤波电容=0.1F七、实验结果与结论电容对电路的振荡频率的影响远远没有电感明显，因而先选定电容（520pF可调），则频率为33MH
15、z时，电感需要4uH左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否则高频损耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产，可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频Q表测量其电感值大小，不断改变其圈数，使Lx基本达到要求（4uH左右），然后把绕制好的电感作为Lx接入图-7所示的电路中，再用示波器测量此电路的震荡频率，调节Cx,看振荡频率是否为33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电感）的圈数，直到其频率为所要求的为止，最后再按照要求的比例（常用3：1）来绕变压器的次级线圈。多次的实验表明，用本方法来确定变压器初级线圈的圈数，既准确又方便，一旦把变压器
16、的圈数确定下来，整个高频放大器就很好制作了，也可以把做好的变压器作为样品从而实现大批量的生产制作。当然，也有其它可行的方法来确定谐振回路的频率，如：可以在放大器输入端加一幅度恒定的信号，然后改变其频率，用示波器观察输出信号在哪一频率下最大，从而找到谐振频率。这一方法思路简单，可行性也较强，但是，如果放大器的工作频率过高，那么许多种类的高频信号源就很难输出恒定的正弦波，频率升高时，信号源的输出电压幅度明显的下降，甚至波形严重失真。在这种情况下，借助于LC振荡器可以很容易的找到谐振频率，从而确定变压器初级线圈的电感量及圈数。 本文通过对实际电路的分析，结合实际实验，并利用其它电路作为辅助，提出了一
17、种制作高频小信号调谐放大器的有效方法，解决了在制作高频放大器时经常出现的自激振荡、频率难以确定以及电路中各级间阻抗不匹配问题。八心得体会通过课程设计，每个人都把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出很大的努力，不断的去思考自己所遇到的问题，不断的去改善自己。生活当中，我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的，但是我们面对问题时候的态度是非常重要的，而不是一个人的能力到底有多强，态度决定一切，端正的态度和明确的目标是我们解决问题的关键，这最终决定结果成功与否.做课程设计过程中出现了无法解决的问题，所以我也查阅了大量相关资料、书籍以及通过网络查询相关资料，这也是获取知识最重要的途径之
18、一，吸取前人的经验也是解决问题的很好途径。整个设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。课程设计完成之际，在此对我提供无私帮助的同学以及老师表以诚挚的感谢，由其苏玉娜老师的谆谆教诲，将使我终身受益！九、参考文献 1 张肃文，高频电子线路（第四版），北京：高等教育出版社，20042 高吉祥，易凡，丁文霞，电子技术基础实验与课程设计，北京：电子工业出版社，20023 曾兴雯，刘乃安，陈健，高频电路原理与分析（第四版），北京：西安电子科技大学出版社，2009 4 周晓宁. 音频功率放大电路. 中国科技论文在线(),附：高频小信号放大器完整电路图
