高频小信号谐振放大器第二个.doc

东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 高频电子线路 题 目 小信号调谐放大器 院 系 电子科学学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年 2月 24日大庆石油学院课程设计任务书课程 高频电子线路题目 小信号谐振放大器设计专业 电子信息工程 姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容 根据高频电子线路课程所学内容，设计一个小信号谐振放大器。通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，掌握小信号谐振放大器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。2、基本要求 设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为： (1) 谐振频率； (2) 谐振电压放大倍数； (3) 通频带； (4) 矩形系数。3、主要参考资料 1 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006. 2 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000. 4 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.完成期限 2月20日-2月24日 指导教师 专业负责人 2012 年 2 月 17 日一、电路基本原理1高频小信号谐振放大器的功能高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路。所谓高频，是指被放大信号的频率在数百千赫至数百兆赫。由于频率太高，放大器的晶体管的极间电容的作用不能忽略。小信号是指放大器输入信号小，可以认为放大器的晶体管是在线性范围内工作，这样就可以将晶体管看成为线性元件，分析电路时可将其等效为二端口网络。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。2电路基本原理高频小信号谐振放大器的作用、电路组成、及工作原理，与低频小信号放大电路是基本一致的。不同的是：一是在高频小信号谐振放大器中，所放大信号的频率远比低频放大电路信号频率高；二是高频小信号谐振放大器的频宽是窄带（要求只放大某一中心频率的载波信号）。因此，首先在电路组成上应将低频放大电路中的低频三极管换成具有更高截止频率的高频三极管，将集电极负载换成了LC选频网络；再是在电路分析与设计中，应重点考虑电路的高频特性与选频特性。高频小信号谐振放大器的核心元件是高频小功率晶体管和LC并联谐振回路。高频小信号放大器的基本要求：（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，其频率特性曲线如下图所示,带宽BW=f2-f1= 2f0.7，品质因数Q=fo/2f0.7. （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） 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。 二、设计方案1.电路原理图下图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。其等效电路如下图。本电路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。谐振放大器的电路谐振放大器电路的等效电路2.小信号放大器电路3.参数的选择按照电路原理图，先调静态工作点，由于设计要求中心频率，通频带， 矩形系数，电压增益，且电压增益不是很大，选用晶体管在性能上可以满足需要。晶体管选定后，根据高频小信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下，应尽量小些以减小静态功率损耗。值得注意的是，变化会引起Y参数的变化。这里采用等于1mA进行计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。然后再调谐振回路。(1)按照电路原理图连接器件将器件用连接器连好，按下开关J2，接通12V 电源，此时LED1 点亮。(2)调整晶体管的静态工作点在不加输入信号（即ui=0），将测试点接地，用万用表直流电压档（20V档）测量电阻RA4 的电压，调整可调电阻WA1，使uEQ=2.25V（IE=1.5mA），记下此时的uBQ，uCEQ，uEQ 及IEQ 值。 (3)调谐放大器的谐振回路使它谐振在6.5MHz方法是用BT-3 频率特性测试仪的扫频电压输出端和检波探头，分别接电路的信号输入端TTA1 及测试端TTA2，通过调节y 轴，放大器的“增益”旋纽和“输出衰减”旋纽于合适位置，调节中心频率度盘，使荧光屏上显示出放大器的“幅频谐振特性曲线”，根据频标指示用绝缘起子慢慢旋动变压器的磁芯，使中心频率f0=6.5MHz 所对应的幅值最大。如果没有频率特性测试仪，也可用示波器来观察调谐过程，方法是：在TTA1 处用高频信号发生器注入频率为6.5MHz，大小为25mV 的信号，用示波器探头在TTA2 处测试（在示波器上看到的是正弦波），调节变压器磁芯使示波器波形最大（即调好后，磁芯不论往上或往下，波形幅度都减小）。(4)测量电压增益AV0用频率特性测试仪测AV0.在测量前，先要对测试仪的y 轴放大器进行校正，即零分贝校正，调节“输出衰减”和“y 轴增益“旋纽，使屏幕上显示的方框占有一定的高度，记下此时的高度和此时“输出衰减”的读数N1dB，然后接入被测放大器，在保持y 轴增益不变的前提下，改变扫频信号的“输出衰减”旋纽，使谐振曲线清晰可见。记下此时的“输出衰减”的值N2dB，则电压增益为AV0 =（N2-N1）dB或者在TTA1 处用高频信号发生器注入频率为6.5MHz，大小为25mV 的信号,使调谐回路处于谐振状态，用高频毫伏表测量RL(RAS) 两端的电压uo, 并利用式来计算AV0.若用示波器测，则为输出信号的大小比输入信号的大小之比。如果AV0 较小，可以通过调静态工作点来解决（即IE 增大）。 (5)测量通频带BW 用扫频仪测量BW先调节“频率偏移”（扫频宽度）旋纽，使相邻两个频标在横轴上占有适当的格数，然后接入被测放大器，调节“输出衰减”和y 轴增益，使谐振特性曲线在纵轴占有一定高度，测出其曲线下降3dB 处两对称点在横轴上占有的宽度，根据内频标就可以近似算出放大器的通频带BW=B0.7=100kHz （宽度）或者利用描点法来测量。(6)测量放大器的选择性放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数Kr0.1 表示。用同样的方法测出B0.1 即可。由于处于高频区，分布参数的影响存在，放大器的各项技术指标满足设计要求后的文件参数值与设计计算值有一定的偏差，所以在调试时要反复仔细调整才能使谐振回路处于谐振状态。在测试要保证接地良好。(7)调谐放大器的稳定性主要是晶体管内反馈的影响。在高频调谐放大器中，由于晶体体管集电结电容的内部反馈，形成了放大器的输出电路与输入电路之间的相互影响。它使高频调谐放大器存在工作不稳定的问题，主要表现在以下两种现象：首先，当高频调谐放大器装配完毕后，进行输出回路（集电极负载回路）和输入回路（基极信号源一端的前级回路）调整时，由于的内部反馈作用，放大器的输入阻抗和输出阻抗相互影响，使得高频调谐放大器的调谐和阻抗匹配需要反复进行，使得高频调谐放大器的调整变的十分麻烦。其次，放大后的输出信号通过内部反馈，把一部分信号电压反馈到输入端。反馈电压反馈到输入端又放大，放大后再反馈，如此循环不已，在一定条件下，放大器也能在某些频率上自激振荡，使得放大器的功能完全破坏，而丧失了放大器的作用。此外，晶体管的内部反馈随频率而不同，在某些频率上是正反馈，在某些频率上是负反馈，正、负反馈的强弱也随频率而异，使得高频调谐放大器的输出电压或增益随频率变化的特性将受到影响。三、电路调试与仿真分析1.电路调试将上述设计的元器件参数值按照图所示电路进行安装。先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。调整静态工作点的方法是，不加输入信号（Vi=0），将C1的左端接地，将谐振回路的电容C开路，这时用万用表测量电阻Re两端的电压，调整电阻R2使Veq=0.5V(Ie=1mA)。记下此时电路的R2值及静态工作点Vbq、Vceq、Veq、及Ieq。 调谐振回路使其谐振的方法是，按照原理图所示的测试电路接入高频电压表V1、V2，直流毫安表mA及示波器。再将信号发生器的输出频率置于fi=20MHZ，输入电压Vi=200mV。为避免谐振回路失谐引起的高反向电压损坏晶体管，可先将电源电压+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。调输出耦合变压器的磁芯使回路谐振，即电压表V2的指示值达到最大，毫安表mA为最小且输出波形无明显失真。回路处于谐振状态后，再将电源电压恢复至+12V。在放大器处于谐振状态下测量各项的技术指标，如电压放大倍数Avo、通频带BW及矩形系数Kr0.1，其测量方法如前所述。若这些指标的测量值与设计要求值相差较远，则应根据它们的表达式进行分析。如果电压放大倍数Avo较小，则可以通过调整静态工作点Q或接入系数P1、使Avo增大或更换较大的晶体管。由于分布参数的影响，放大器的各项技术指标满足设计要求后的元器件参数值与设计计算值有一定的偏离，需要反复调整输出耦合变压器的磁芯位置才能使谐振回路处于谐振状态。采用图所示的测量方法判断回路的谐振状态不太准确，易产生测量误差，较好的方法是采用扫频测量仪测量回路的谐振曲线。由于工作频率较高，高频小信号放大器容易受到外界各种信号的干扰，特别是射频干扰。通常采取的措施是把放大器装入金属屏蔽盒内。2.总体设计电路高频小信号谐振放大器电路3.电路仿真按要求所做 multisim仿真图如下图：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基极电流，调节R2下方电阻RP1使Ic=2mA,此时RP152k。接入信号发生器，观察示波器输入输出波形，按照设计要求调节中周。利用仪器测得各指标如下：f0=6.8MHzvo18dB在误差允许范围里，仿真测量所得数据符合要求。在误差允许范围内，中心频率的理论值与实际值一致，在放大器处于谐振状态下电压放大倍数Avo放大倍数与理论值有一定的差距。分析设计总结导致误差的原因如下：（1）实物的实际值与理论值有一定的差距。如电阻电容的理论值与标称值存在一些差异，并且电阻电容的标称值也有一定的误差。如：通过计算RB2要买18k的电阻，市场里没有就只好算个范围买个20k的，而买回来测只有19k多点。（2）晶体管数据为查表所得，而由于分布参数的影响，晶体管手册中给出的分布参数一般都是在测试条件一定的情况下测得的。且分布参数还与静态工作电流及电流放大系数有关。放大器的各项技术指标满足设计要求后的元器件参数值与设计计算值有一定的偏离。（3）性能指标参数的测量方法存在一定的误差。如在调谐过程中，我们通过直接观察波形的输出值的大小来确定电路是否调谐。这样调谐频率的测量值存在误差的同时，放大倍数的测量值也会产生误差。这属于系统误差，也许可以通过使用别的电路可以减小误差。（4）实验仪器设备的老化等也会导致电路调试过程中出现一定的误差。四、总结及体会在这一周的努力设计中，我又更加的了解了一些高频课程方面的知识，这次高频课程设计小信号谐振放大电路,更加熟悉了解了小信号谐振的工作原理, 掌握了谐振电路主要性能指标的测量方法和主要参数的调整方法。此次设计不但锻炼了我最基本的高频电子线路的设计能力，更重要的是让我更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用。更进一步的掌握用PROTEL绘制原理图和PCB图，以及熟练使用muitisim仿真软件来进行仿真测试，使我们对高科技软件的应用更加熟练。这次课程设计锻炼了我的设计实践能力和分析解决实际问题的能力，在此次设计时我也遇到了不少的困难和问题，但我都努力的去查资料最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。在今后的学习中我会更加努力，是自己的能力进一步的提高。参考文献1 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006.2 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993.3 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000.4 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.大庆石油学院课