【本科优秀毕业设计】无线数传模块中小信放大器的设计与仿真

毕业设计（论文）无线数传模块中小信号放大器的设计与仿真摘要本文主要应用高频小信号放大器的相关知识，分别设计了一种中频放大器和高频放大器的仿真电路，并完成了相应的仿真，讨论了中频放大电路的放大倍数选择和谐振回路的作用。首先是介绍本次设计课题的背景，其中包括课题的研究和相应技术的当前现状和发展趋势，并简单阐述了无线数传模块的特点，优势，以及数传模块的原理。之后对高频小信号放大器做了一个简单的介绍。然后简单叙述了高频小信号放大器的工作原理，其中主要叙述了高频小信号放大器的基本知识，等效电路，调谐电路，及增益，通频带等各项参数的作用。这里主要是参考了高频电子线路一书。在本次设计中，电路的仿真环境采用的是MULTISIM仿真，因此在第三章简单叙述了一下MULTISIM软件的仿真环境，各种元件库，仿真工具等。然后，分别详细阐述了中频放大器和高频放大器的设计电路图，及其相应的设计过程和详细叙述了中频放大电路的仿真过程和仿真结果，并在此基础上叙述了高频小信号放大电路的仿真结果。关键词无线数传放大器MULTISIM仿真ABSTRACTTHEARTICLEMAINLYAPPLYINGTHEKNOWLEDGEOFHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALAMPLIFIER,HASSEPARATELYDESIGNEDONEKINDOFINTERMEDIATEFREQUENCYAMPLIFIERANDTHERADIOFREQUENCYAMPLIFIERSIMULATIONELECTRICCIRCUIT,COMPLETEDTHECORRESPONDINGSIMULATION,ANDDISCUSSEDTHESUPERSONICAMPLIFICATIONELECTRICCIRCUITENLARGEMENTFACTORCHOICEANDTHERESONANTTANKFUNCTIONFIRST,THISPAPERINTRODUCEDTHEBACKGROUNDOFTHISDESIGNTOPIC,INCLUDINGTHETOPICRESEARCHANDTHECORRESPONDINGTECHNICALCURRENTPRESENTSITUATIONANDTHEDEVELOPMENTTENDENCY,ANDSIMPLYELABORATEDTHECHARACTERANDADVANTAGEOFTHEMODULEWITHOUTTHELINENUMBER,ASWELLASTHETHEPRINCIPLEOFNUMBERPASSESONTHEMODULETHISPAPERMADEASIMPLEINTRODUCTIONABOUTTHEHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALAMPLIFIER,ANDTHENSIMPLYNARRATEDTHEWORKINGPRINCIPLEOFHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALAMPLIFIER,MAINLYNARRATINGTHEELEMENTARYKNOWLEDGEOFHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALAMPLIFIER,ANDTHEFUNCTIONOFSOMEPARAMETERFOREXEMLE,EQUIVALENTCIRCUIT,TUNINGCIRCUIT,ANDGAIN,TONGPINDAIANDSOONTHISPAPERMAINLYREFERSTO“HIGHFREQUENCYELECTRONICCIRCUIT“INTHISDESIGN,THEELECTRICCIRCUITSIMULATIONENVIRONMENTUSESTHEMULTISIMSIMULATION,THEREFOREWESIMPLYNARRATEDTHEMULTISIMSOFTWARESIMULATIONENVIRONMENT,EACHKINDOFPARTSTOREHOUSE,SIMULATIONTOOLANDSOONINTHETHIRDCHAPTERTHEN,THEDISTINCTIONINDETAILELABORATEDTHEINTERMEDIATEFREQUENCYAMPLIFIERANDTHERADIOFREQUENCYAMPLIFIERDESIGNCIRCUITDIAGRAM,ANDITSTHECORRESPONDINGDESIGNPROCESSANDINDETAILNARRATEDTHESUPERSONICAMPLIFICATIONELECTRICCIRCUITSIMULATIONPROCESSANDTHESIMULATIONRESULT,ANDNARRATEDTHEHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALINTHISFOUNDATIONTOENLARGETHEELECTRICCIRCUITTHESIMULATIONRESULTKEYWORDSWIRELESSDATATRANSFERAMPLIFIERMULTISIMSIMULATION目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题背景1111无线数传模块的特点1112数传原理2113高频小信号放大器的作用312高频小信号放大器简介313本文结构3第2章高频小信号放大器工作原理521概述5211高频小信号放大器的功能5212高频小信号放大器的分类5213高频小信号放大器的主要性能指标522分析小信号放大器的有关知识6221串并联谐振回路的特性6222串并联阻抗的等效互换7223并联谐振回路的耦合联接与接入系数823晶体管高频小信号等效电路与参数9231共发射极混合型等效电路9232Y参数等效电路1324单级单调谐放大电路14241放大器电压增益15242放大器谐振功率增益17243放大器通频带19244放大器的选择性21245放大器稳定电压增益2225双调谐回路放大电路22251电压增益24252功率增益26253通频带和选择性27254多级双调谐回路放大器的级联2926本章小结31第3章MULTISIM概述3331EWB与MULTISIM3332MULTISIM元件库35321电源库35322基本元件库36323晶体管库3733虚拟仪器38331示波器的图标和面板38332连接39333面板操作4034本章小结42第4章仿真电路设计4341中频放大器电路4342高频放大器电路4543本章小结46第5章仿真结果及分析4751中频放大器仿真结果及分析47511仿真结果47512放大倍数及选频网络分析4852高频放大器仿真结果5053本章小结51结论53参考文献55附录157附录261附录365附录473致谢79第1章绪论11课题背景111无线数传模块的特点随着社会的发展，人民生活水平日益提高，业余生活日益丰富，人们的生活节奏也越来越快，对信息需求量也越来越高，传统的有线通信已经渐渐成为制约社会发展的瓶颈1。而无线通信的发展弥补了有线网络的不足，在现代社会生活中发挥出极大的作用。当代科学技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展，各种各样的制造业和通信业设备除了可以与计算机联机外，还可以互相联机，而实现设备间相互联机的最具发展潜力的方式就是无线通信2。与有线通信方式相比，无线通信具有一系列优点，特别适用于手持现场设备、电池供电设备、遥控遥测设备、水文气象监控设备、生物信号采集系统、工业数据采集系统等。本次设计是关于无线通信中的数传模块。无线数传模块是由射频模块及外围控制电路组成的在无线信道上进行数据传输的电路，结构如图1所示，在短距离无线数据传输应用方面具有接口方便，通信速率较快，成本低廉等优点。图11无线数传模块结构与有线连接方式不同,无线信道通信方式有几个特点1通信中串口数据的帧格式串口速率为一固定值,程序在这两个参数上应与模块一致，且所选模块传输速率要能满足实时语音通信码率要求。2有线通信为全双工方式,通信的双方分别在两个信道中完成各自的数据收与发。而无线通信为半双工方式，为实现在一个无线信道中收发数据，在数据收发时要进行收发状态的转换及时钟同步。同时，无线通信时设备A发出数据的时刻与设备B收到数据的时刻有一定延时。3数传模块在发送和接收两状态之间进行转换时需要数毫秒的转换调制解调器天线玛变换电器接口电平转换电路串口时间。112数传原理无线数传模块采用RS232C标准，它的最大传输速率为20KB/S。RS232C的电平与TTL电平的关系为3到15V对应TTL逻辑“1”电平；3到15V对应TTL逻辑“0”电平。采用温补频率基准，频率的瞬时及长期稳定度高；频率源采用VCO/PLL频率合成器,可方便灵活的通过串口设置频点。上位机与模块间的通信是通过异步串口来完成的。异步串口采用标准的串口格式即,一个起始位，八个数据位，一个停止位。传输速率为1200BIT/S。上位机与模块间的通信内容有两类，一类是数据，一类是命令。模块的发送过程当模块收到上位机的数据后，模块先通过DTR线判断收到的数据是命令还是发送数据，若是命令则执行相应的命令，若是发送数据则先将要发送的数据送到发送缓冲区，并同时将模块的状态由接收状态转换成发射状态，这个转换过程小于100MS，状态转换完成后启动发送打包程序，发送打包程序的功能是将缓冲区的数据打成适合无线发送的数据包，并将这个数据包的数据送到模块中的数据调制口以FSK的调制方式发射出去。模块的接收过程在接收状态下，接收机总是接收码流中的同步信息,一旦收到同步信息立刻进行位同步，获得位同步后进行码同步，码同步完成后接收数据，码同步完成后接收数据，收到数据后，按串口的格式传送给上位机。收发数据延时见图2。图2中T1100，为收发转换时间；T238，为同步时间。T1T2138，为数据接收延时时间。图12收发数据延时113高频小信号放大器的作用在无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。所以，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。而且，通过长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理25。这就需要通过高频小信号放大器来完成。这种小信号放大器是一种谐振放大器。12高频小信号放大器简介高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器可分为两类一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。其中以谐振回路为负载的谐振放大器由于其结构简单，易于实现，得到广泛应用，在本文中将详细介绍，中频放大器也是采用这种结构的电路。谐振放大器按调谐方式又可分为单调谐和双调谐两类5，在本文中采用的是单调谐的方式，采用了三级级联的方式达到题目要求。13本文结构本文主要阐述了无线数传模块中的小信号放大器电路的设计与仿真，在文章的开头先介绍了当前数传模块的现状和主要应用，及无线数传模块的特点和工作原理，并简单叙述了高频小信号放大器在无线数传模块中的作用。在论文的第章中介绍了高频小信号放大器的工作原理，分成五个小节进行阐述分别是高频小信号放大器概述，相关知识，等效电路，单调谐放大电路，双调谐回路放大电路。本文的电路仿真是在MULTISIM环境下进行的，为了叙述明确，因此在第章中，重点介绍了MULTISIM的操作环境，主要包括各种元件库，虚拟仪器。第4章和第5章主要阐述了本次设计的设计过程和设计结果，包括中频小信号放大器和高频小信号放大器的设计电路，仿真图形及结果分析。在论文的最后是本次设计的结论，和设计过程中的参考文献。第2章高频小信号放大器工作原理21概述211高频小信号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。小信号是指放大器输入信号小，可以认为放大器的晶体管（或场效应管）是在线性范围内工作。这样就可以将晶体管（或场效应管）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地放大。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完全相同的。212高频小信号放大器的分类高频小信号放大器按照所使用的器件可分为晶体管、场效应管和集成电路放大器；按照所放大信号的频谱宽窄可分为宽频带和窄频带放大器。按照所用负载的性质可分为谐振和非谐振放大器。213高频小信号放大器的主要性能指标衡量高频小信号放大器的主要指标是6一电压增益与功率增益电压增益（AU）等于放大器输出电压与输入电压之比；而功率增益（AP）等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。二通频带通频带的定义是放大器的电压增益下降到最大值的1/倍时，所对2应的频带宽度。用来自示。702F三矩形系数矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。而选择性是表示选取有用信号，抑制无信号的能力。理想的频带放大器应该对通频带内的频谱分量有同样的放大能力，而对通频带以外的频谱分量要完全抑制，不予放大。所以，理想的频带放大器的频率响应曲线应是矩形。但是，实际放大器的频率响应曲线与矩形有较大的差异，矩形系数用来表示实际曲线形状接近理想矩形的程度，通常用来表示。其定义为10RK（21）70FR式中为放大器的通频带；为放大器的电压增益下降至最大702F1值的01倍时所对应的频带宽度。四工作稳定性工作稳定性是指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元件参数等发生可能变化时，放大器主要性能的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。对于设计放大器来说应特别注意工作稳定性。五噪声系数噪声系数是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个参量。放大器本身产生的噪声越小越好，即要求噪声系数接近于1。高频小信号放大器在通信设备中主要用途是做接收机的高频放大器和中频放大器。本章重点分析晶体管单级谐振放大器。对于其它器件组成的放大器，只是所用器件的等效电路有所差别，总的分析方法是相同的。由于集成电路的迅速发展本章还介绍由集成放大电路和集中选择滤波器组成的高频小信号放大器的基本电路形式和特点。22分析小信号放大器的有关知识221串并联谐振回路的特性表21列出了串、并联谐振回路的特性，供分析电路时应用6。串联电路并联电路电路形式阻抗或导纳JRZCL11LCJGY谐振频率/品质因数RR1LRL1谐振电阻CLQCQFF0感抗容抗表21串、并联谐振回路的特性222串并联阻抗的等效互换图21是一个串联电路与并联电路的等效互换图。设串联电路是由与组成，等效后的并联电路是由与组成。所谓“等效”是指在XR2XR工作频率相同的条件下，AB两端的阻抗相等。也就是（22）221XJJRJXR所以，（23）21R1RX根据品质因数Q的定义，串联回路、的品质因数。代R11/RXQ人式（23）的值，得（24）1XR式中，为并联回路的品质因数。可见等效互换结果Q不变。即QQ2Q。由式22可得（25）22211RXRR（26）2211XQRX所以（27）12R（28）/X若回路的品质因数较高，可得，12RQR1这个结果表明，串联电路转换为等效并联电路后，为串联电路的2R1R倍，而与串联电路相同，保持不变。2Q2X1223并联谐振回路的耦合联接与接入系数当并联谐振回路作为放大器的负载时，其联接的方式将直接影响放大器的性能。若将晶体管的集电极和下一级的负载都直接接入谐振回路，从交流等效电路来看，晶体管的输出电阻、输出电容和下一级晶体管的输入电阻、输入电容都与谐振回路并联。这样的联接方式一般来说是不适用的。因为晶体管的输出阻抗低，直接并联在回路面端会降低谐振回路的品质因数Q，不仅使放大器电压增益降低，而且还使选择性变坏8。同样，下一级负载的直接接人也会使Q下降。23晶体管高频小信号等效电路与参数231共发射极混合型等效电路晶体二极管由两个PN结组成，且具有放大作用，具结构如图21所示，如忽略集极和发射极体电阻和电路如图22所示，称为混合CRE型等效电路。这个等效电路考虑了结电容效应，因此它适用的频率范围可以到高频段。如果频率再高，引线电感和载流子渡越时间不能忽略，这个等效电路也就个适用了。一般来说它适用的最高频率约为。门5/TFF为晶体管的特征频率，可从晶体管手册中查得。图21晶体管内部电路图下面讨论混合型等效电路中各元件参数的物理意义基极体电阻，是基区纵向电阻，其值在几十欧姆到一百欧姆，甚至BR更大。图22混合型等效电路有效基极到发射极之间的电阻，是发射结电阻折合到基极回路的BERER等效电阻。流过的电流是发射极电流，但在等效电路中，流过其等效ERI电阻是基极电流，由此可以得到和间的关系是EBRBIEB（29）EEBRR001若把代入上式，则EEIR/26（210）EBEIR6100式中，为工作点射极电流，学位为MA。由于发射结正偏，值较EIER小因此值也不很大，一般在几十欧姆到几百欧姆之间。BER发射结电容，它包括发射结的势垒电容和扩散电容，由于EBCTCD发射结止偏，所以主要是指扩散电容，般在100500PF之间。D集电结电阻，由于集电结反偏，因此很大，约在10010EBREBRK之间。M集电结电容。也内势垒电容和扩散电容两总部分组成，因CBTD集电结反偏，所以主要是指势垒电容其一般为210PF。CC受控电源流，它模拟晶体管放大作用。当有效基极到发射极EMUGBE之间，加上交流电压时，集电极电路就相当于有一电源流B存在。GM称晶体管的跨导，它反映晶体管的放大能力，即EBCI（211）EBCMIG在低频情况下EEBEBBRRI1000（212）集射极间电阻它表示集电极电压对集电极电流的影响，一CRCEUCI般在几十千欧以上。集射极间电容，由引线或封装等结构的分布电容，这个电容很CEC小，一般在210PF之间。在高频段工作时，通常满足和，即将和忽CBCR1CELRRCBRE略，并入负载回路电容中，则可得简化的混合型等效电路，见图CEC23。图23简化混合型等效电路共发射极电路电流放大系数，定义为（213）0CUBI由简化电路图24，可求出（214）EBMCGI（215）1/CBEBBEBCR代入式（213）中/111JRJCRJGCBEBEBCBM式中2CBEBCF是当值随F上升而下降至低频电流放大系数的倍时，所F021对应的频率称为截小频率，如图25所示。当频率再高使下降至1时，称为特征频率，用表示，即TF（216）1/0FT图24，和频率F的关系FTF由于，故有1FT0（217）由式（216）、（217）可求出（218）EBEBCBEBTCRRCRF1200是晶体管个十分重要的频率参数，它表示晶体管丧失电流放大能TF力时的极限频率。另外，由式（215）可知20/1F当时并考虑到式（217）则1F或者（219）FFTTFT根据此式，管型选定后，使可估算出工作频率上的电流放大系数。当晶体管用做共基极联接时，其输出端交流短路的电流放大倍数也是随频率提高降低的。当降低到即时所对应的频率称为截止频率，20用表示。由于共基极短路电流放大倍数的近似表达式为F（220）01FJ因此，根据与的关系式（221）1可以求得的截止频率与截止频率的关系FF（222）00将式（217）代入式（222）得FFT0（223）比较（217）和（222）两式可知，的关系为FTF（224）T，是晶体管的三个重要频率参数。的两者分别代表和FTF下降至低频值和的0707倍时的频率，而则是下降到L时的频0F率。232Y参数等效电路图25是晶体管及其Y参数等效电路。设输入端有输入电压和输1U入电流输出1I图25晶体管Y等效电路端有输出电压和输出电流。根据二端口网络理论，若选输入电2UI压和输出电压为自变量，输入电流和输出电流为参变量，则得112I到Y参数系的方程组（225）112UYI（226）其中，称为输出短路时的输入导纳；0112/UIIY称为输入短路时的反向传输导纳；2R称为输出短路时的正向传输导纳；1/F称为输入短路时的输出导纳。02UOI根据式（225）和式（226）可得出如图25所示的Y参数等效电路。对于共发射极组态，其YBI1BE1CICEU2参数用、表示。对于共基极组态，IEYRFEYC1B1，其Y参数用、表示。对于共集电极CI2CBU2IRYFCY组态，其Y参数用、1C1EI2E2IC、表示。RCFC24单级单调谐放大电路晶体管谐振放大电路内晶体管和调谐问路两部分组成。根据不向的要求，晶体管可以是双极型晶体管，也可以是场效应晶体管，或者是线性模拟集成电路。调谐回路可用单回路，也可以用双耦合问路。单级单调谐放人器是由品体管和并联谐振回路组成的10。图26是一个典型的单回路谐振放大电路。这种级联电路有时可多达56级。由于图26多级电路中各级的形式相同，因此，可以只分析其中一级的特性，其后利用级联的方法研究其多级总特性。图26多级单回路谐振放大器的部分电路白本级基极开始到下一级基级输人端的电路作为一级放大电路；前一级设为信号源，用电流源和输出导纳表示，后一级作为本级的负载，SISY用输入导纳表示。图27是一个单级谐振放大器的高频等效电路，图IEY中忽略了的影响，其中。R4/1RGP图27多级单回路谐振放大器部分等效电路241放大器电压增益设，则。0REYIEIEIICJGY放大器Y参数等效电路折合到A，BE两端如图26所示。图26晶体管Y等效电路令下本IEOECPC21（227）下本IEOEGG2021（228）式中本级放大器晶体管输出电容；本OEC本级放大器晶体管输出电导；本G本级放大器晶体管输入电容；下IE本级放大器晶体管输入电导；下本级放大器晶体管正向传编导纳。FEY再将图26进一步等效为图27所示的电路，图26晶体管Y等效简化电路回路谐振频率；LCF210回路空载品质因数；GQ00回路有载品质因数。LL01由图26可知1LCJGUYPIFEAB1GJGIFE（229）201PUJYIFE电压增益（230）120JGYAFEIU电压增益模值（231）21GYPFEU若放大器谐振电压增益0（232）YAFEU21式中，P1为本级放大器晶体管集电极接入系数，其大小为集屯权与线圈触点到地之间圈数同线圈总因数之比。P2为下级放大器晶体管基极接入系数，其大小为基极与线圈触点到地之间圈数同线圈总因数之比。242放大器谐振功率增益设PI为放大器输入功率；PO为放大器输出功率，则，放大器谐振功率增益（233）本下本下本下IEFIEUIEIOGYPAGUAO2122100为本级放大器晶体管输入电导。本IEG讨论一假设回路无损耗，即，且匹配时，0GQ下本IEOEGP212功率增益最大。放大器最大功串增益为22121MAXGYYPAIEOFIEIFPO本本本下本本本本下本本IEOFIEIOEOEFGPG24122124（234本本IEOFY4）上式表明当放大器负载回路无损耗，而且当匹配时，放大器最大功率增益完全由晶体管的参数决定，与负载回路元件参数无关。二假设回路无损耗，即，且不匹配0GQ下本IEOEGP221时，功率增益为（235）MAX22122144LAGPYGYPAPOIEOEOIEOFIEFPO（下本本下本本本下式中称为失配系数；本下OEIL21称为回路失配损耗。表明由于回路失141221下本本下（IEOEIGPL配（不匹配），同最大功率增益相比，放大器功率增益下降的倍数。假设回路有损耗，即，且不匹配时，0Q下本IEOEGP221功率增益为202MAX14GLAPO202MAX114LQLAPO（23622MAXOPOL）式中1称为回路插入损耗，表明由于回路存在插入损耗，21OLQ造成放大器功率增益降低11。因此，上述功率增益的公式具有普遍的意义，它包括回路失配损耗和插入损耗。243放大器通频带若，失谐时，放大器电压增益0（237）21GYPAFEU若，谐振时，放大器谐振电压增益0（238）YFEUO21因此，21UOA根据通频带定义，假设解得21UO1（239）01FQL（240）1201FQL式（239）减式（240）得（241）2201FL因此，放大器通频带为（242）LQFF01270由此可见，单级单调谐放大器通频带是由单谐振回路通频带是由单谐振回路通频带决定的。因为，所以，GCQL0LCG0故QYPALFEFEUO02121（243）CFFFEFEL7021021我们把与乘积称为带宽增益乘积，当晶体管和负载回路选定UOA702F后，为一常数。即。CYPFE21常数YPFFEUO2170从带宽增益乘积的公式来看，要想增加带宽必须降低增益12。反之，要想提高增益必须减小带宽。如果要增大带宽增益乘积，就必须选用大的晶体管，同时还要减FE小回路总电容，但是，减小是有限度的，这是因为，C（244）MIEOECP下本221式中，称为杂散电容，它包括元件引线及分布电容。和MC本OE分别是品体管的输出电容和输入电容。要使为最小，极限情况是下IE回路电容C0，这时回路总电容为（245）MIEOEP下本221而、及统称为不稳定电容，原因是本OEC下IEM从而造成放大器工作不稳定，由此看出，没有回路电容C绝对不可以。回路电容C是决定放大器工作频率的主要电容。若则C（510150）PFKHZF4650若则C（15050）PFM1若则C（5010）PFF3244放大器的选择性根据矩形系数定义。令102UOA所以102（246）2041FQL（247）12203FL式（246）减式（247），得（248）122034FQL因此，LFFF0234101故矩形系数（249）19610/220270110LQFFK由上式可看出，单级单调谐放大器的矩形系数是由单谐振回路所决定，其矩形系数远大于1。所以说，单级单调谐放大器选择性较差是单级单调谐放大器的主要缺点。245放大器稳定电压增益放大其稳定电压增益可简单表示为（250）REFSUOCSYA02式中S稳定系数，通常取S（510）；晶体关内部反馈电容。REC要提高放大器稳定电压增益，尽量选用大，小的晶体管另一方FEYRE面还要考虑降低工作频率。0在实际工作中，只有，才能使放大器处于稳定工作状态。SUOA如果，放大器工作不稳定，严重时会出现自激。这时的放SUOA大器已经变成振荡器了。25双调谐回路放大电路采用两个互相辐合的调谐回路作放大器的负数可以改善矩形系数。这种放大器称为双调谐凹路放大器。图27是双调涪回路放大器的电路图。团中调谐回路之间为互感耦合，有时也采用电容耦合。和单调谐回路放大器相似，本级晶体管与下级晶体管都是部分接入回路的，接入系数分别为P1和P2。图中的和分别表示初级回路和次级回路线圈的总电感。1L2图28为交流等效电路图，图中的晶体管已用其Y参数等效电路代替。分析时暂不考虑反向传输导纳的影响。因已假设前后级用同一型号IEY的晶体管、故两管的等效电路参数相同。图中和分别代表初级和次1OG2级回路的空载电导。图27双调谐回路放大器原理电路图28双调谐回路放大器等效电路将所有的参数均折合到回路的两端，得到图29所示的等效电路。图中（251）12UYPIGFEZZOE2021PCPIEIO分别把初、次级回路的电导和电容合并，进一步简化成图210的电路。图中（252）021IEOGG21IEOC图29双调谐回路放大器简化等效电路图210双调谐回路放大器合并后的简化等效电路在实际应用中，初、次级回路均调谐于同一个中心频率。同时，为0F了分桥方便，假设两个回路的各元件参数均相同，即；L21；。则C21G21（253）LGCQRR021001251电压增益有了以上的简化电路后，分析电压增益就方便了。对于简化电路图29，图中的为初级回路两端的电压。1U列出初、次级回路的电流方程式（254）LJMJUYYPFE101（255）JLJ0式中JCJGY1解联立方程式（254）及（255）。为此，将式（254）乘以因子得LJM/（256）LJMJULJYJMUYPFE011式（255）变换后得（257）2010J式（256）减式（257），并进行简单变换，得（258）201YLJMUJYPFE当失谐不大时，可得GQC/21221210QJGMUYPJLYJUYPYLJFEEFEF（259）式中为耦合系数；LMK21为耦合因数；EQ为广义失谐。002FE由式（259）可求出等效输出电压的模值（260）214GUYPFE电压增益为（261）22102104GYPUAFE谐振时，则电压增益为（262）221GYPFEUO可见，谐振电压增益与耦合因数有关。若调节初、次级之间的AUA耦合系数K，使放大器处于临界耦合状态，即，则达到最大值，1OA其值为（263）GYPFEO21式中。若初、次级调谐回路是无耗的，1UREOEG即从；并适当选择接入系数和，则G可写为021OUG12PREOG（264）REREOG代入式（263）得到的最大值0UA（265）REOFGY2MAX与单调谐回路放大器的最大谐振电压增益表达式相比较可见，当选用同样的晶体管时，两者完全一致。这是晶体管所能提供的最大电压增益。从以上分析可知，双调谐放大器在临界耦合，而且回路无耗以及匹配时，其谐振电压增益为最大。否则，电压增益均将减小。252功率增益设为本级放大器的输入功率，其值为IP（266）2IEIGUPP。为输出功率，其值为（267）221204GUYPGPIRFEIR所以功率增益为（268）22104GYPGFEP谐振及临界耦合时，则（269）214GYPFRPG若回路是无耗的，则（270）REOREOG21212代入式（269），得到最大功率增益（271）IEOFPYG4MAX0或（272）AX0UA这就是双调谐放大器的最大功率增益。式（271）与（249）晶体管最大功率增益是一致的。253通频带和选择性从式（261）电压增益的一般表达式及式（269）临界谐振点的电压增益表达式，可得双调谐回路放大器的谐振曲线表达式（273）22041CRUVA242201CRUV（274）422根据式（274），可以画出双调谐回路放大器的谐振曲线，如图211所示。当时，称弱耦合，这时谐振曲线为单峰。当1EQK/时，称强耦合，这时谐振1EK/图210双调谐回路放大器的谐振曲线曲线出现双峰。当时，称临界耦合。由图可见，临界耦合1EQK/与强耦合的峰值相等。在临界耦合时的谐振曲线表达式为（275）40CRUA为了说明单、双调谐回路放大器的谐振曲线的不同，将式单调谐回路放大器的谐振曲线表达大改写为（276）01UA将式（275）双调谐回路放大器谐振曲线表达式改写为（277）410CRU比较式（276）和（277）可见，双调谐回路放大器在失谐较小（很小）时，曲线比单回路放大器的谐振曲线平坦；而当失谐较大时，曲线很快下降。因此，双回路放大器具有较宽的通频带和较小的矩形系数。令，代入式（275），求得临界耦合时双回路放大器10CRUA的通频带为（278）CQFBW0由此可见，双调谐回路放大器的通频带为单调谐回路的14倍，即增加40。再求双调谐回路放大器的矩形系数。为此，令，代入100CRUA式（275）得（279）10244FQ解上式得（280）1630247110FKR相单调谐回路放大器相比，双调谐回路放大器的矩形系数较小，前者要用56级，矩形系数才等于31，而后者只需一级，就可得到同样的矩形系数。以上的分析是临界耦合时的情况。这种情况应用较多。弱耦合时，双调谐回路放大器的谐振曲线与单调谐回路放大器相似，通频带较窄，选择性也较差，而且增益也低。强耦合时，通频带显著加宽，矩形系数好，但谐振曲线顶部出现凹陷，调整较麻烦。强耦合只是在要求放大器的通频带较宽时才采用。例如电视接收机的中放部分，往往来用一级强耦合的双调谐回路放大器，再用一二级单调谐放大器，利用单调谐回路的谐振曲线中间的单峰把双回路谐振曲线的下凹部分补平，就可以使总的谐振曲线在通频带内较为平坦。254多级双调谐回路放大器的级联当有N级相同的双调谐回路放大器级联时，如果都是临界耦合，则总的谐振曲线方程式为（281）NNCRUA402N级放大器的通频带为（282）140417022BWQFFBWNENN式中为一级双调谐回路放大器的通频带。式中的称为缩减因1子。再看矩形系数。为此，令式等于1/10，则（283）1042N解之得（284）ENNQFF041102所以（28541701102NRFK）将缩减因子、矩形系数与级数N的关系，列于表22。总结以上分析，双调谐回路放大器与单调谐回路放大器相比较，有以下的一些优点在相同的时，一级双调谐回路放大器的通频带为一级单调谐的EQ倍，可展宽40。双调谐回路放大器的带宽缩减因子大。级联后，带2宽下降比单调谐时慢。表22多级双调谐回路放大器缩减因子、矩形系数与级数N的关系（3）双调谐回路放大器的矩形系数比单调谐小得多，因而选择性好。级数N123456784/12108071066062059057055NRK03222195185178176172172当然，双调谐回路放大器的线路较复杂，调整比较麻烦14。因此，多用在要求较高的场所。图211为收音机中放级电路图。图中为中放1VI，为中放。前后共用了五个中周，即两个双调谐和一个单调谐。这2V就保证了良好的选择性和足够宽的通频带。通频带为8KH；，选择性为30DB以上。T1T5用的是TTF35、TTF36、TTF37、TTF38和TTF39型中用。它们的外配电容数值已注明在图上。T1、，T2和T3，T4均为电容耦合，铜合电容为68PF。R3C3为自动增益控制滤波电路，C8和C15为中和电容，R7可使工作稳定。2V图211双调谐回路放大器的电路图26本章小结本章主要介绍了高频小信号放大器的相关知识，介绍了电压增益与功率增益、通频带、矩形系数、工作稳定性、噪声系数等指标，并分别介绍了单调谐和双调谐两类谐振放大器。第3章MULTISIM概述从上世纪八十年代开始，随着计算机技术的飞速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大变革，PSPICE、EWB等一大批各具特色的优秀电子设计自动化（EDA）软件的出现，改变了以定量估算和电路实验为基础的电路设计方法。熟练学握些电路仿真软件己成为当今电子电路分析和设计人员所必需具备的基本技能之一。31EWB与MULTISIMELECTRONICSWORKBENCH（简称EWB）是HT公司早于上世纪八十年代后期推出的用于电路仿真与设计的EDA软件16。与其他电路仿真软件相比，EWB具有如下一些优点一系统高度集成，界面直观，操作方便EWB将原理图的创建，电路的测试分析和结果的图表显示等，全部集成到同一个电路窗口中。整个操作界面就像一个实验T作台有存放仿真元件的元件箱，有存放测试仪表的仪器库，有进行仿真分析的各种操作命令。测试仪表和某些仿真元件的外形与实物非常接近，操作方法也基本相同，因而该软件易学易用。二具有数字、模拟及数字/模拟混合电路的仿真能力在电路窗口中既可以分别对数字或模拟电路的进行仿真，件连接在一起仿真分析。也可以将数字元件和模拟元件连接在一起仿真。三电路分析手段完备EWB除了用7种常用的测试仪表用来对仿真电路进行测试之外，还提供了电路的直流工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声和失真分析等14种常用的电路仿真分析方法。这些分析方法基本能满足一股电子电路的分析设计要求。四提供了多种输入输出接口可以输入由PSICE等其他电路仿真软件所创建的SPICE网表文件，并自动形成相应的电路原理图。也可以把EWB环境下创建的电路原理图文件输出给PROTEL等常见的PCB软件进行印刷电路设计。为了拓宽EWB软件的PCB功能，IIT也推出了自己的PCB软件E1ECTRONICSWORKBENCHLAYOUT，可使EWB电路图文件更直接方使地转换成PCB。正因为如此，EWB一经推出即受到广大电路设计人员的喜爱，特别是在教育领域得到了更广泛应用。随着技术的发展，EWB也经过了多个版本的衍变，目前国内常见的版本有40D和50C。从60版本开始EWB进行了较大规模的改动，仿真设计的模块改名为MULTISIM，E1ECTRONICS曲WORKBENCHLAYOUT模块更名为ULTIBOARD，这是以从荷兰收购来的ULTIMATE软件为核心开发的新的PCB软件。为了加强ULTIBOARD的布线能力，EWB还开发了一个ULTIROUTE布线引擎。最近IIT公司又推出了一个专门用于通信电路分析与设计的模块COMMSIM。MULTISIM、ULTIBOARD、ULTIROUTE及COMMSIM是现今EWB的基本组成部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。但它们彼此相互独方，可以分别使用。目前，这4个EWB模块个最具特色的仍首推EWB仿真模块MULTISIM。与EWB50C相比较，MULTISIM继承了EWB的诸多优点，并且在功能和操作方法上有较大改进增加了射频电路仿真功能，这是目前众多通用电路仿真软件所不具备的。极大地扩充了元件数据库仿真电路的实用件。特别是大量新增的与现实元件对应的元件模型，增强了仿真电路的实用件。新增的元件编辑器给用户提供了白行创建或修改所需元件模型的工具。为了扩充电路的测试功能，增加了瓦特计、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等新的测试仪表，而且所有仪表都允许多台同时调用。改进了元件之间的连接方式，允许连线任意走向。专业版的MULTISIM还支持VHDL和VERILOG语言的电路仿真与设计。2001年IIT公司又推出了MULTISIM的最新版本MULTISIM2001，它对先前的版本又进行了许多改进，主要有重新验证了元件库中所有元件的信息和模型允许用户自定义元器件的属性。提高数字电路仿真的速度。允许把子电路当作个入器件使用，从而增大了电路的仿真规模。根据电路图形的大小，程序能自动调整电路窗口尺寸，不再需要人为设置。32MULTISIM元件库MULTISIM含有4个种类的器件库，执行VIEW/COMPONENTBARS命令即可显示如图31所示的下拉菜单。图31VIEW/COMPONENTBARS的下拉菜单图31中的MULTISIMDATABASE也称为MULTISIMMASTER，用来存放软件自带的元件模型。随着版本的不同，该数据库中包含的仿真元件的数量也不一样。CORPORATEDATABASE仅对专业版有效，为多人协同开发项目时建立的共用器件库。USERDATABASE用来存放用户使用MULTISIM编辑器自行创建的元器件模型。EDAPARTSBAR为用户提供通过因持网进入EDAPARTSCOM网站，下载有关元器件的信息和资料。MULTISIM2001的MULTISIMDATABASE中含有14个器件库（即COMPONENTTOOLBAR），每个器件库中又含有数量不等的元件箱（又称之为FAMILY），共有6000多个元器件，各种元器件分门别类地放在这些器件箱中供用户调用。USERDATABASE在开始使用时是空的，只有在用户创建或修此了元件并存放于该库后才能有元件供调用。321电源库3211VCC电压源直流电压源的简化符号，常用于为数字元件提供电能或逻辑高电平。双击其符号，打开DIGITALPOWER对话框可以对其数值进行设置，正和负值均可。但应注意如下几点同一个电路只能有一个VCC。，如有另一个数字电源，可打开DIGITALPOWER对话框，修改其REFERENCEID项，如改为VCC1。VCC用于为数字元件提供能源时，可以示意性地放置于电路中，不必与任何器件相连。但如电路中已有与电路相接的VCC，这个示意性VCC则不必再设。也可以当作直流电源作用于模拟电路。3222因正弦交流电流源这是一个正弦交流电流源，仅量纲与交流电压源不同，其余类似。322基本元件库基本元件库小包含现实元件箱18个，每个现实元件箱中又存放着若干个与现实几件一致的仿真元件供选用。还有7个虚拟元件箱，其中的元件不需要选择，而是直接调用，然后再通过具属性对话框设置其参数值。不过，在选择元件时还是应法尽量到现实元件相中去选取，这不仅是因为选用现实元件能使仿真更接近于现实情况，还在于现实的元件都有元件封装标准，可将仿真后的电原理图直接转换成PCB文件16。但在选取不到某些参数，或要进行温度扫描或参数扫描等分析时，就要选用虚拟元件。3221电阻电阻是电路中使用最多的元件，该现实电阻箱中的电阻一般在市面上都能买到。除非改动模型，否则该类电阻的电阻值一般不能随便改变。尽管如此，还要注意MULTISIM中的现实电阻是非常精确的，没有考虑误差和温度特性。另外，虽然MULTISM中现实电阻电气参数中有耗散功率一项，但由于在仿真中无法显示其影响，这一点与实际情况也不同。3222虚拟电阻虚拟电阻的阻值可以任意设置。不仅如此，还可以设置其温度特性，其表达式为202010TCTR其中R电阻阻值R0在T0温度时的电阻阻值T0常温27TC1一阶温度系数TC2二阶温度系数T电阻温度另外，还可设置电阻的容差和工作温度等，详见其属性对话框。3223电容该电容相中的电容都是元极性的，其参数值只能选用，不能改动，而且非常精确，没有考虑误差，也未考虑耐压大小。3224虚拟电容虚拟电阻类似，参数值也要通过其属性对话框设置，还考虑温度特性和容差等。3225电位器电位器为可调节电阻。元件符号旁所显示的数值如100K_LIN指两个固定端子之间的阻值，而百分比如70，则表示滑动点下方电阻占总R值的百分比。电位器滑动点的移动则通过按键盘上的某个字母进行，小写字母表示减少百分比，大写字母表示增加百分比。字母的设定可在该元件属性