通信电子线路

1、第1章 高频小信号调谐放大器的设计任务及方案1.1设计说明已知条件：电源电压VCC=+12V，负载电阻。主要技术指标：中心频率，电压增益。课程设计要求：要求有课程设计说明书，并制作出实际电路。1.2 方案1根据我们实验课的高频小信号调谐放大器实验，画出如下电路图1 方案1原理图小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1所示。该电路由晶体管VT7、选频回路CP2二部分组成。它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fs10MHz。R67、R68和射极电阻决定晶体管的静态工作点。拨码开关S7改变回路并联电阻，即

2、改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带。拨码开关S8改变射极电阻，从而改变放大器的增益。L7,C72构成滤波电路，滤除直流源的干扰信号。J30(XXH.IN)信号输入接口，J31(XXH.OUT)信号输出接口。因为我们实验用到了可变电容和中周，还有拨码开关，能对电路进行调谐，并可观察负载电阻对谐振回路的影响，由于实际的元件店铺一般没有中周买，虽然最终我们根据电路做出了板子，可我们第一套方案没能实现其功能。1.3 方案2(单调谐回路放大器)方案2中，我们采用固定电容和电感组成LC回路，实现高频小信号放大器的无失真的放大某一频率范围内的信号功用。高频小信号放大器按其频带宽度可以分为窄带和宽带放

3、大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路做负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。它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R1和R3以及R4决定，其计算方法与低频单管放大器相同。图 2 方案2原理图回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C和总电感L两部分。确定这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于

4、减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C不能过大，C过大，L就小，Q值就会降低，使振荡幅度减小。由LC组成的并联谐振回路。由于LC并联谐振回路的阻抗是随频率而变的，在谐振频率处其阻抗是纯电阻，达到最大值。实物上我们用4.7uH的电感与51pF的电容并联时，谐振频率为10MHZ左右，当我们用10uH的电感与51pF的电容并联时，谐振频率为7MHZ左右，因此，用并联谐振回路作集电极负载的调谐放大器在回路的谢振频率上具有最大的放大电压增益。第2章 高频小信号放大器原理介绍2.1高频小信号放大器的特点与分类高频小信号放大器就是放大高频小信号的放大器。它的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真

5、的放大，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相同的。频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度在几KHz到几十MHz，它广泛地应用于广播、电视、通信、雷达等的接收机中。高频小信号放大器主要由“放大部分+选频滤波部分”按“级联”方式构成。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。分类：1.按所用的材料分类：晶体管（BJT)、场效应管（FE

6、T)、集电电路（IC)2、按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器3、按电路形式：单级放大器和多级放大器4、按负载性质：谐振放大器（以谐振电路作为负载）、非谐振放大器（以阻容耦合电路作为负载）2.2高频小信号放大器基本要求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。（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

7、质因数Q=f0/2f0.7. 图 3 频率特性曲线图（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，如图2所示。 图 4 反馈导纳对放大器谐振曲线的影响谐振回路阻抗特性剧烈变化的特性更使这种内反馈随频率变化而剧烈变化，使放大器的频率特性发生变化，增益、通频带、选择性等都发生变化，导致放大器工作不稳定。严重时会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。频率越高，回路Q值越大，放大器工作越不稳定。提高谐振放大器稳定性的方法:1 选用Yre（或 Cbc ）小的晶体管；2 从电路上消除内反馈的影响，有中和

8、法和失配法；3 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。（4）噪声系数，与低频放大器一样，选频放大器的输出噪声也来源于输入端和放大电路本身。通常用信噪比来表示噪声对信号的影响，电路中某处信号功率与噪声功率之比称信噪比。信噪比越大，信号质量越好。噪声系数是用来反映电路本身噪声大小的技术指标。其定义为输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值。噪声系数越接近于1，说明放大器的抗噪能力越强，输出信号的质量越好。2.3 高频等效电路高频小信号调谐放大器与低频放大器的电路基本相同，变压器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

9、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。Cb与Ce为高频旁路电容，使交流为通路。本放大器的高频等效电路（不含天线下断的选频网络）如图4所示： 图5 谐振放大器电路等效电路2.4 小信号谐振放大器主要技术指标2.4.1 谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率。的表达式为： （3-1）式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量。谐振频率的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。2.4.2增益：（放大系数）放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达

10、式为： Avo=Vo/Vi ,或Avo=20lg（Vo/VI）dB （3-2） 2.4.3 通频带放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/2）倍时，上、下限频率之间的频率范围称为放大器的通频带，用B=2f0.7表示。也称为3dB带宽。放大器的通频带BW表达式为 （3-3）图 6 放大器频率特性曲线式中，为谐振放大器的有载品质因素。通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总电容量。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

11、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f0 及电压放大倍数Avo 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Avo。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6所示。2.4.4 矩形系数谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示，表示与理想滤波特性的接近程度。如图6所示，矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707 时对应的频率偏移之比，矩形系数Kr0.1越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。 （3-4）2.5 电路参数设计高频小信号谐振放

12、大器制作中最关键也是最难的就是选取恰当的电感和电容值，使电路谐振。谐振时有C=1/L，通过计算可以确定LC的值，但实际电路与理论计算往往相差很大，甚至能相差十几倍到几十倍，这就需要一定的操作技巧。以33MHz放大器为例，经计算得电感为4.7uH时选用525pF的可调电容完全可以达到谐振频率，但接好电路后很少能够调到30MHz。多次实验表明，实际振荡频率一般小于计算的频率，这就要用其它办法来确定放大器的谐振频率。一个比较好的办法就是借助LC振荡电路来实现谐振。设置静态工作点由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流一般在0.82mA之间。负载电阻为可调电位器。设计电路中取Ieq=1.38m

13、V，Veq=IeqRe=2.8V，Vceq=Vcc-Veq=2.7V，则R4= Veq/ Ieq=2KR2= Vbq/(5-10)Ibq=Vbq/6Ibq=3K(Vcc-Vbq)R2/Vbq=10K谐振回路参数计算根据要求由谐振频率选取电感L,中心频率f0=10MHZ,取电容为51PF 因为： （3-5） 则: （3-6）得L=5.0uH，根据实物取L=4.7uH第3章 电路仿真3.1电路的仿真图输入高频信号频率fo=10MHz,幅度（峰-峰值）100mV,负载电阻RL=5K。双踪示波器的通道接B输出，通道A接输入，仿真如图7所示。(1)利用MULTISIM绘制出如图7所示的仿真实验电路图 7

14、 电路仿真图(2)接入信号发生器，观察示波器输入输出波形。函数信号发生器示数如图8所示。图 8 函数信号发生器示数3.2电路的输入与输出比较按图设置各元件的参数，打开仿真开关，从示波器上两个通道观察输出波形以及与输入信号的关系。如图9所示，通道A为输入信号，通道B为输出信号，输入信号为10MHZ,，100mV，输出信号为10MHZ,5V。放大倍数： AV=5V/100mV=50图 9 信号输入与输出对照图由仿真结果可看出，电路基本达到预期要的结果，接上电源电压Vcc=12V，输入中心频率10MHZ,，幅度（峰-峰值）100mV的信号源,可输出中心频率10MHZ,，幅度（峰-峰值）5V的信号，电

15、压增益基本能达到35dB。第4章 电路板制作及调试4.1元件的焊接对每一个元件检查确保都能正常工作后，开始元件的焊接。在焊接过程中要注意元件不能接反，如中周的引脚，电位器三个脚中有效地两个脚都必须事先了解后才接入电路，焊接好连号导线后，还必须要用万用表确定线路是否连接好。确保板子能正常工作。4.2 实物调试及结果分析实验数据：表一 仿真与实测静态工作点对比VbVeVcVbe仿真2.742V2.201V12V0.541V实测6.84V6.21V12V0.63V数据分析：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

16、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C3要买51pF的电容，市场里没有就只好买个47pF常用的电容。 （2）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。（3）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。（4）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，

17、电路调试环境条件有限。（5）由于在调试过程中各种由于连接的导线较长，有一定的损耗。4.3 调试波形图通过在实验室进行调试，由于从实验箱上没有调出完整不是真的10MHz,100mv的信号，我们从实验箱上接入9.950MHZ，48mV的信号源，如图10所示。图 10 输入波形图将9.615MHZ，204mV的信号源接入到我们做的板子上，输出信号如图11所示，因为实物的实际值与理论值有一定的差距，导致我们制作的板子输出信号的放大倍数没有达到预期的效果，存在较大的误差。图11 输出波形图4.4 设计电路的性能评测4.4.1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率。 谐振频率的测量

18、与调谐方法是：调节示波器的调频旋钮，使电压谐振曲线的峰值出现最大，即向左调和向右调，幅值都减小，此时即为谐振频率点点。从示波器上我们读出谐振频率为10MHZ左右。4.4.2电压放大增益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增益。的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量输出信号及输入信号的大小，则电压增益为 AU0=20Lgu0uidB (3-7) 根据我们从实物测得的数据，输入电压100mV,输出电压为200mV,则放大倍数为2倍。4.4.3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，放大器的电压增益下降，习惯上称电压增益下降到谐振电

19、压增益的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW。 通频带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。 4.4.4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来表示， 矩形系数为电压增益下降到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 K0.1=BW0.1BW0.7 (3-8)结束语通过的本次课程设计，我收获颇多。首先，通过本次课程设计巩固和加深了对通信电子线路基本知识的理解，提高了我对理论知识运用的能力。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调整方法。其次，通

20、过与实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等环节，让我们学会初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。最重要的是在对板子进行调试的过程中增强了动手能力和根据自己所学需要查阅资料的能力，以及自己分析和解决问题的能力。在整个课程设计完成的过程中，我们小组三个成员团结协作，让我感受到了团结的力量。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。在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，经过不断的调试使问题得到了改善。虽然说还是没有到达较理想的效果，但在同伴们的共同努力下，辛苦的去专研去学习，最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。其中遇到的问题很多都是在书上不能找到的，所以我们