高频电路课程设计-LC谐振放大器.doc

高频电路课程设计实习报告lc谐振放大器 学校 福建工程学院 专业 通信工程 班级 通信 0902 学号 姓名 日期 2012年1月5号 目录一、设计课题2 1.1设计课题2 1.2 实践目的2 1.3 设计要求2 1.4 基本要求2 1.5 说明3二、总体设计思路4 2.1 设计思路4 2.2 方案的论证与比较4三、单元电路设计5 3.1 衰减电路设计5 3.2 甲类谐振放大器理论6 3.3 agc的设计9四、电路总体设计10五、系统测试11 4.1 测试主要仪器114.2 测试主要方法114.3 测试结果及分析11六、结论与心得12八、参考文献及附录14一、设计课题1.1设计课题lc谐振放大器1.2实践目的谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，如在发射设备中，为了有效地使信号通过信道传送到接收端，需要根据传送距离等因素来确定发射设备的发射功率，这就要用谐振放大器将信号放大到所需的发射功率；在接收设备中，从天线上感应到的信号是非常微弱的，一般在级，要将传送的信号恢复出来，需要将信号放大，这就需要用高频小信号谐振放大器来完成。本次设计要达到以下目的：1.2.1.进一步理解谐振放大器理论中，增益、通频带、谐振、功率、效率、晶体管工作状态等概念及相关的计算；1.2.2.掌握谐振放大器的设计与调试方法；1.2.3.学会多级级联谐振放大器电路的分析。1.3设计要求设计并制作一个低压、低功耗lc 谐振放大器，电路框图见图1。1.4 基本要求1.4.1 放大器指标：a） 谐振频率：f0 =15mhz；允许偏差100khz；b） 增益：不小于40db；c）3db 带宽：2f0.7 =300khz；带内波动不大于2db；d） 输入电阻：rin=50；e） 失真：负载电阻为500，输出电压1v 时，波形无明显失真。1.4.2 设计一个自动增益控制（agc）电路。agc 控制范围大于20 db。agc 控制范围为20log(vomin/vimin)20log(vomax/vimax)（db）。1.4.3 放大器使用5v 稳压电源供电（电源自备），尽可能减小功耗。1.4.4 在-3db 带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于60db。1.4.5 在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数kr0.1。1.5、说明1.5.1 图2 是lc 谐振放大器的典型特性曲线，矩形系数1.5.2. 所有项目均在放大器输出接500 负载电阻条件下测量。1.5.3功耗的测试：应在输出电压为1v 时测量。1.5.4.由于输入信号要求很小，可自行设计一个衰减器，让高频信号发生器的输出信号衰减后再输入调谐放大器。1.5.5.系统可采用全甲类多级级联实现，也可以考虑采用甲丙类级联。1.5.6. 文中所有电压值均为有效值。二、设计的总体方案2.1设计思路题目要求设计一个lc谐振放大器。设计分为衰减电路以及主要的谐振放大电路。电源部分采用直流稳压输出稳定的电源电压；衰减部分采用高精度的电阻拼接组成一个40db的固定衰减器插入到放大器的输入端，方便于测试；谐振放大电路以晶体管为核心，以 lc谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。但要注意的是放大电路是由输入信号的频带来确定，为了不放大地失真，要求放大电路的通频带应大于信号的频带。为了尽量地使lc谐振放大器达到低压、低功耗，必须采取有效的措施。2.2 方案的论证与比较2.2.1衰减模块的方案论证与选择方案一：采用特定的输入阻抗。将特定阻抗高的通过在输入端简单的串联一个电阻来实现对信号的衰减，如图 3所示，r用来衰减进入设备的信号电压，但是它导致从源端看进去的输入阻抗为图3 简单的衰减器方案二；电路在不改变等效阻抗的前提下实现对信号电压的衰减，图中增加的两个电阻可以保持等效电阻不变。其电路设计如图4所示图4 t型网络衰减器方案的选择：根据电路的分析，方案一的方法会让你容易会导致信号的不匹配，而方案二的电路可以在不改变等效阻抗的前提下就可以实现对信号电压的衰减，这种方法的衰减效果既好又可以达到题目要求。故本系统选用方案二。2.2.2谐振放大模块的方案论证与选择方案一：利用一个直流稳压电源电路为谐振放大电路提供电源，用低频放大实现电路的放大，高效率的输出，从而完成放大器的制作。方案二：同样利用直流稳压电源电路为谐振放大电路提供电源，利用lc振荡电路为辅助，来消除放大器的自激振荡和实现准确地频率选择，另加一些辅助电路，实现放大器的一些阻抗问题。方案的选择：由于低频功放的负载不能采用调谐负载，而要用电阻，变压器等非调谐负载。而高频功放的工作频率很高，可由几百千赫到几百兆赫，甚至几万兆赫，同时，在高频电路中利用lc振荡电路为辅助，还可以消除放大器的自激振荡和实现准确的频率选择。因此应该选择方案二的选频网络作为负载，实现谐振功率放大器。三、单元电路设计3.1 衰减电路设计衰减电路的设计为谐振放大的测试提供了方便，同时为了达到3db要求带宽，特性阻抗保持50欧，设计电路图采用精密电阻，以便有效提高衰减量精确度及减少温漂影响。 根据电路分析，不改变等效阻抗的前提下就可以实现对信号电压的衰减，其理论的计算及分析如下：设输入电阻等于,则可得 （1）又根据电路输入电压和输出电压的关系可得 （2）联立方程（1）和（2），可解得和3.2甲类谐振放大器理论 3.2.1单级甲类电路图图3甲类谐振放大器3.2.2 电压增益、谐振频率、品质因素、通频带理论计算，其中由于与管子工作的静态工作点等有关，而一般的管子又没有给出具体参数，此外采用变压器耦合的接入系数，根据耦合程度不同，互感会变化，而互感在一般情况下是未知的。因此在工程设计过程中，可以采用估算：1) 谐振频率估算电容c采用固定电容并微调电容的方法。电感l采用漆包线绕成线圈而成。2) 通频带调节谐振回路并联电阻rp，通过调节rp改变回路的品质因素，进而改变通频带带宽，由于带宽与电压增益成反比，因而也可以通过rp来调节电压增益。在特定条件下，增益带宽常数。3) 品质因素回路的品质因素很难测量，可以通过rp、变压器初次级线圈的耦合程度、线圈绕的紧密程度等改变。4) 扫频如图在ui和uo两端，通过扫频仪观测电路的幅频特性。可以观测谐振点、通频带、电压增益等。3.2.3 静态工作点图 1 9018 直流电流增益以9018高频管为例，如图 1，由9018的数据手册得到曲线图可以看出，当管子静态工作电流时，电流放大倍数较为平坦。当时，具有正向agc特性，因此可以通过改变该管子的来调整管子的电压增益。静态工作点计算如下：取，则取，则。（5）通频带调节对于窄带放大器，应尽量提高谐振回路品质因素，变压器可以采用带磁心的线圈。对于宽带放大器，级间耦合可以考虑采用传输线，或者采用双调谐耦合。通频带的调节通过扫频仪进行观测。（5）稳定性调节由于b-c之间结电容的存在，导致输出信号反馈到输入端，为此在输出端通过信号反相，接中和电容反馈到输入端，抵消bc结电容反馈信号的影响。具体做法：在晶体管的输出端和输入端之间连接一个电容，通过一个反相耦合变压器，使得通过的外部电流和通过的内部反馈电流相位相差，从而能互相抵消。应该注意的是，完全中和很难达到。因晶体管的是随频率变化的。中和电容一般为几pf，可以采用小电容，也可以采用绝缘电线按照如下图自己绕制。3.3 agc的设计agc也叫自动增益控制，其主要的作用是使设备的输出电平保持一定的数值，因此也称为自动电平控制alc电路。正常使用的时候三极管的b极电压为2.3左右。三极管不处于放大区。当b极电压超过2.3时候，三极管就处于放大状态，发射极会有电平升高。从而影响一级放大的b极，从而改变放大的增益。agc里面三极管的b极电压越大，放大区第一级三极管的b极电压也会越高，导致放大增益越小。电路刚开始工作时，agc处于截止状态，当输入信号经过二级放大后且增益达到40db后agc电路的三极管导通，从而由发射级将输出信号反馈到一级放大的基极影响一级三极管的静态工作点，从而影响它的增益，当输入信号增大时，使放大器的增益下降，当信号减弱时，使增益增大，从而使放大输出的信号保持稳定。电路中二极管的起检波的作用，再通过rc回路滤波，滤掉交流分量。三极管的发射级与集电极间的电阻可以用可变电阻替代，相当于一个手动agc,通过观察输出波形的变化确定agc最佳工作状态。4、 电路总体设计五、系统测试4.1 测试主要仪器 a、万用表b、数字示波器c.函数信号发生器4.2 测试的主要方法4.2.1部分的测试方法对各个电路进行测试，达到要求后拼接在一起4.2.2 整体的测试方法将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项性能指标。4.3 测试结果及分析 第一级放大第二级放大基极电压1.7v3v发射极电压0.96v2.3v集电极电压12v12v 增益为45db和第一级放大的发射极电流约为9.6ma,第二级放大的发射极电流为12.5ma，故满足设计要求。六、结论与心得 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，提出了一种制作写真了放大器的有效方法，解决了再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。这次电路设计主要是对谐振放大电路这部分知识的应用。通过设计高频小信号放大器，进一步将理论转化成实践，并在实践中检验理论。本次的设计，是设计甲类谐振放大器。通过分析最大输出功率与输出阻抗的关系从而确定匹配网络，进而确定电路中的参数，从而设计出甲类谐振放大器的电路图。在设计完电路之后，再用仿真软件去仿真设计完的电路，通过观察输出的电压的波形与幅值进一步求出输出功率，验证是否与理论值相一致。通过观察不同输出电阻时的输出功率，来了解输出电阻对输出功率的影响，并验证理论当中输出负载对输出功率的影响。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了收音机的构造及原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及