《高频电子线路》课程设计-晶体管中频小信号选频放大器设计.doc

武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电子0801班 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目：晶体管中频小信号选频放大器设计初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务： 1.采用晶体管或集成电路完成一个调幅中频小信号放大器的设计；2.放大器选频频率f0455khz，最大增益200倍，矩形系数不大于5；3.负载电阻rl1k时，输出电压不小干0.5v，无明显失真；4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。时间安排：12011年6月3日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。22011年6月4日 至2011年6月9日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3. 2011年6月10日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘要iabstractii1 绪论12 中频小信号放大器的工作原理23 中频放大器的性能分析33.1 稳定性分析33.2 提高放大器稳定性的方法44 系统方案54.1 中频选频放大54.2 滤波器64.3 信号负反馈75 电路仿真与分析75.1 multisim仿真软件简介75.2 中频放大部分仿真75.3 滤波器电路仿真96 实物制作及调试107 个人体会11参考文献12附录i 元件清单13附录ii总电路图14武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书摘要本文对中频小信号选频放大器的工作原理进行了详细解析，通过对放大器的性能分析，确定最佳制作方案。通过multisim的仿真分析，按照设计要求，来确定最佳参数，并利用其他相关电路来调试放大电路，解决了放大电路中自激振荡问题和调谐准确的问题。本次设计中，自己设计制作了中频信号发生器，用来完成对选频放大器的实物的测试。通过多次调整电路，掌握了准确调谐的方法。 关键词：中频 选频放大器 multisim 调谐abstractthis paper of intermediate frequency small signal frequency selective amplifier of working principle for a detailed analysis, through the performance analysis of the amplifier to determine the optimal production plan,. through the simulation analysis, multisim according to the design requirements, to determine the optimal parameters, and use of the other relevant circuit to debug amplifying circuit, solved amplifying circuit of self-excited oscillation problem and tuned accurate problem. this design, design made intermediate frequency signal generator, used to finish on frequency selective amplifier physical test. through multiple regulating circuit, grasped accurately tuned method.keywords: intermediate frequency selective amplifier multisim tuningii1 绪论中频小信号放大器广泛用于通信系统和其他电子系统的接受设备中。天线接受到的高频信号是很微弱的，一般在微伏级，需将传输的信号恢复出来，需要将信号放大，这就需要用高频小信号谐振放大器和中频小信号选频放大器来完成。中频小信号选频放大器就与高频小信号谐振放大器中功能一样，只是工作在中频，工作波段相对较低，一般为几百千赫兹到几兆赫兹。通信系统的信号接收原理框图如下图1所示。天线接收高频放大混频器功率放大解调器本地振荡中频放大与滤波图1 通信系统信号接收原理框图 混频器是将高频信号变为中频信号，这样信号便于处理。中频放大与滤波部分是决定信号杂波程度的关键。由混频器出来的中频信号，由于依然很微弱，需要进行放大，另外，前级的干扰如果经过放大，则对后级影响更大，故在放大前需要将干扰滤除，得到需要的放大信号。为此，中频小信号放大器的制作关键有两个：增益系数足够高和频率选择性足够好。这样，信号才能经过解调更好的恢复出来。12 中频小信号放大器的工作原理由于通信系统的接收设备所接收的无线电信号非常微弱，经过混频后，需要经过放大才能将原始信号恢复。如图1所示为一中频放大器的典型电路。由图2可知，直流偏置电路与低频放大器电路完全相同，只是cb、ce对中频起旁路作用。相对低频来说，集电极采用lc网络作为负载，起选频作用，并且完成阻抗匹配的功能。由于输入的是小信号，放大器工作于甲类放大状态。图3为其交流等效电路。 图2 中频小信号典型电路 图3 交流等效电路为了便于分析，用y型参数等效电路来等效晶体管，典型应用电路进一步等效如图4所示。2图4 晶体管等效电路y参数不仅与静态工作点的电压、电流值有关，而且与工作频率有关，是频率的复函数。当放大器工作在窄带时，y参数变化不大，可以将y参数看作常数。我们讨论的高频小信号谐振放大器没有特别说明时，都是工作在窄带，晶体管可以用y参数等效。 放大器的指标参数:(1) 电压放大倍数k(2) 输入导纳(3) 输出导纳(4) 矩形系数3 中频放大器的性能分析3.1 稳定性分析存在晶体管集基间电容的反馈，或反向传输导纳的反馈，当该反馈在某个频率相位上满足正反馈条件，且足够大，则会在满足条件的频率上产生自激振荡，致使放大器存在稳定性的问题。3当正反馈严重时，即yir中的负电导使放大器输入端的总电导为0或负值时，即使没有外加信号，放大器输出端也会有输出信号，产生自激,图5所示为反馈电路。图5 反馈电路3.2 提高放大器稳定性的方法从晶体管本身着手：减小反向传输导纳yre，而yre取决于集电结电容，选择集电结电容小的管子，减弱反馈作用。从电路结构着手：设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法和失配法。中和法：通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路）来抵消晶体管内部参数yre的的反馈作用。失配法：通过增大负载导纳，进而增大总回路导纳，使输出电路失配，图6是利用中和电容cn的中和电路。为了抵消yre的反馈，从集电极回路取一反相的电压，通过cn反馈到输入端。根据电桥平衡有则中和条件为 图6 反馈电路中和电路中固定的中和电容cn只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其它频率只能有部分中和作用。另外，如果再考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响，则中和电路的效果是很有限的。44 系统方案由于中频小信号放大器制作关键在于高增益和频率选择性。课设要求200倍放大，一级放大一般无法实现，因为三极管的值一般为100到200之间。为了实现稳定的放大，一级信号通过三极管的放大倍数不宜过高，否则就不稳定了。另外为增强信号的频率选择性，在系统的前置预滤波，以及对电源进行滤波，最大限度减少干扰。另外，为了稳定信号，采用闭环回路方案达到效果，通过负反馈使信号稳定。整个系统原理框图如下图7所示。信号输入低通滤波电源5v信号输出选频放大前置滤波信号负反馈供电图7 中频小信号选频放大器系统框图4.1 中频选频放大图8 中频小信号选频放大器中频选频放大器硬件电路如图8所示，由两级放大电路组成，每级之间采用变压器耦合。三极管选用9018，变压器采用调谐频率为465khz的中周加电容微调至455khz。资料介绍如下：表1 三极管参数和中周参数三极管9018h中周ttf-11-0197-146圈数l12651.1ghz圈数l23451.3pf圈数l466-电容c13330pf-谐振fo465khz此三极管的增益系数、截止频率都符合参数要求，由上分析，越小，系统稳定性越高，故此三极管达到性能要求。由于临时买不到455khz的谐振点的中周，选用465khz的代替，另外在电路中配以可调电容，降低其频率到455khz。原电感可用以下公式计算得到： 其中，f0为465khz，c为330pf，这样求得电感值为355uh,所以为达到455khz，所需电容值为344.7pf，故另外并联一个14.7pf的电容即可。本次选用微调电容0-18pf，达到要求。由于两个三极管都工作在甲类放大状态，选取静态工作点参数时，将vce设定为vcc/2，为减小功耗，使ic不要太大，选0.5ma,rb11和rb12上流过0.1ma的电流，通过参数调节，确定rb11为20,rb12为16.8，re12取100，re11为2。动态工作时，由于频率为455khz，需使得re11，取c为0.1uf适合。4.2 滤波器电源滤波采用简单的rc低通滤波器，取两个电容，一个电解电容10uf和一个瓷片电容0.1uf可以达到很好的滤波效果。前置低通滤波器采用lc滤波，如图9所示。图9 前置低通滤波器传输函数，这样，其中，f=455khz， 取l1=2.2uh，c1=0.1uf满足要求。4.3 信号负反馈 信号负反馈是通过中和法中反馈电容来实现的，本次设计中采用可微调电容0-20pf来实现负反馈。由下公式 ，其中n1=6，n2=45。.5 电路仿真与分析5.1 multisim仿真软件简介鉴于仿真的方便，采用ni公司的multisim10.1，由于丰富的元件库，电路原理图设计非常方便，另外，该软件可采用ac analysis来分析设计的合理性，也可采用内部的各种虚拟仪器来分析，丰富的仪器使得分析也非常方便。55.2 中频放大部分仿真电路原理图由multisim设计如图10，由于变压器参数难以设置，采用单级调试。图10 仿真电路用虚拟万用表来测量静态工作点，虚拟示波器查看输出波形，观察到的现象如图11、图12所示。图11 静态工作点仿真测试图12 输出仿真结果控制vce在2v到3v之间可以达到很好的输出效果。单级输入给予2mv峰峰值，输出30mv峰峰值，放大15倍左右，双极将输出225倍输入电压，满足要求。5.3 滤波器电路仿真 运用multisim中的波特仪可以仿真出滤波器的幅频响应曲线，波特仪接线电路如图13所示。图13 滤波器仿真电路图14 仿真结果幅频响应的3db点对应的频率在700khz左右，这样，455khz的输入信号可以粗略选出，更高频的会衰减很大。66 实物制作及调试经过长时间的精心制作，完成了硬件电路的制作，熟悉使用中周等元件，并且在硬件制作过程中，注意到理论设计的不足，而加以完善，如电源部分加上显示，两级放大电路分开以便测试，中间加上排阵排帽来控制通断。另外，为了便于静态工作点的最佳调试，电阻采用可变式方便调试。调试过程中，发现放大倍数达不到理论设计，要求最大达到200，实际达到170，继续调节静态工作点，输出电压加大，但渐渐出现失真。为了使谐振点在455khz，电路中缓慢调节中周和并联可调电容，使在455khz时输出电压达到最大。另外，调试时发现电源干扰很大，电源纹波一般有100mv,这样，输入信号将成干扰，出现“门限效应”，电源部分设计加的滤波达不到稳定要求，必须选择稳定的电源才行，这是对小信号处理所需注意的最重要一点。7 个人体会通过此次中频小信号选频放大器的设计，我收获颇丰。首先，通过调试三极管，复习了以前模电所学的知识，在设计中的出现了各种各样的错误，在不断修正中掌握了以前模糊知识。另外，为了使选频足够精确，不断调试中周，懂得实际调试来弥补理论的不足。感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在高频上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。参考文献1 曾兴雯高频电路原理与分析（第四版）西安：西安电子科技大学出版社，2007.72 吴友宇模拟电子技术基础北京：清华大学出版社，2009.53 铃木雅臣晶体管电路设计(上)北京：科学出版社，2004.94 j.卡尔约瑟夫射频电路设计北京：科学出版社，2007.85 朱彩莲multisim电子电路仿真