高频小信号调谐放大器课程设计

1、目录一、意义和目的1二、总体的电路方案 :2三、各个部分分析及功能 ：4四、电路参数选择 :8 五、实验结果与调试12六、结论与心得:：13七、参考文献：15一、 选题的意义和目的20 世纪末，电子通讯获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会 的各个领域， 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高， 同时也使现代电子 产品性能进一步提高， 产品更新换代的节奏也越来越快。 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

2、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。 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。高频调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端， 从天线上感应的信号是非常微弱的， 这就需要用放大器将其放大。 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。 ;高频小信号放大器是通信设备

3、中常用的功能电路， 它所放大的信号频率在数百千赫至数 百兆赫。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，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。高频小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器 ; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器 ;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器 ; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器 ;高频小信号放大器的特点：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故必须用选频网络小信号信号较小故工作在线性范围内 （甲类 放大器 ）即工作在线形放大状态 。 采

4、用谐振回路作负载，即对靠近谐振频率附近的信号有较大的增益，对远离谐振频率附近的信号其增益迅速下降，即具有选频放大作用。特别是在发射机其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中, 的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的， 这就需要用放大器将其放大。 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。二、总体的电路方案高频小信号调谐放大器简述

5、: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-f仁 2 f0.7，品质因数 Q=fo/2 A f0.7.A A几 厶I=7“I工7“ 图-1频率特性曲线L(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

6、入负反馈可以改善放大器的性能。图2-反馈导纳对放大器谐振曲线的影响(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。根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路：VCC图3-接受天线端及高频小信号放大器、各个部分分析及功能高频小信号调谐放大器与低频放大器的电路基本相同（如图-1所示）。其中变压器 T2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。如图-1所示，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

7、-3所示：YiYieYre* '/;e 1A1J 1 Y图，调谐放犬器的高频等效电路杆电路甲并联振荡回路两端间的阻抗为-时问十為-迟+jU 摘其中R是和电感串联的电阻，由于31»良因此有辛A! C _ R '-務)姿+-)则并联回路两端电压为：-T7 _ f Ecm_ 孑 mm所以，当3 C=1/ 3 L时Vm有最大值，即回路谐振时输出电压最大。实际制作中对基本电路的改进：由于高频电路放大电路常常会自激振荡，也容易受各种因素的干扰， 并且各级间很难实现阻抗匹配，所以要对基本电路进行适当的改进。放大器内部电路的改进及理论依据：如图-5所示，增加Re1形成交流负反馈，用以

8、改变放大倍数和改善输出波形，由于电源内阻容易影响高频电路的工作，所以电源下端要接LCn型网络作为电源去偶电路,以减少干扰，提高放大器的性能。另外还要特别注意的是，高频电路很容易产生自激 振荡，所以需要想办法消除，最常用的办法是在LC谐振回路中串联一小电阻或并联一大电阻，从而减小回路的Q值，消除自激振荡。实际制作过程及谐振频率的快速确定：高频放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3 C=1 3 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

9、选用5 25pF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。如图-7所示，此电路为共基组态的“考毕兹”振荡器，原理不再赘述，下面说明如何利用本电路：可调电容Cx选用和放大器电路中同一规格的，电感Lx是放大器中变压器接入谐振回路的电感值，由于本电路仅由Lx和Cx决定，但在实际电路中电容对电路的振荡频率 的影响远远 没有电感明显，因而先选定电容（5 20pF可调），则频率为33MHz时，电感需要4uH左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的Q值

10、一定要高，否则高频损耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产， 可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频 Q表测量其电感值大小， 不断改变其圈数，使Lx基本达到要求（4uH 左右），然后把绕制好的电感作为 Lx接入图-6所示的电路中，再用示波器测量此电路的震荡 频率，调节Cx,看振荡频率是否为 33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电 感）的圈数，直到其频率为所要求的为止，最后再按照要求的比例（常用3： 1）来绕变压器的次级线圈。L47mHcbtIFrexX 2 1 c c r = |一 丄图共基组态的“考毕兹振荡器四、电路参数选择1.电压増益&a

11、mp;2根据定义，4从等效关寿可知斗通常，在电路计算时，电压增益用其模表示，即Mm!可表示为卩2 谐振曲线3放大器的谐振曲线是表示放大器的相对电压增益与输入信号频率的-PPiy血T5+阀）4 =1+I丿衣主 血1+丿1Ao1+屉厶由上式可得.q _1_1Ao +jQl 1+JQl £-鲁Wo 3丿Vo J丿对谐振放大器来讲，通常讨论的f与f 0相差不大，可认为f在f 0附近变化，则“14o ZjQi罕JO p式中，=称为一般失谐令"°z 2A/o ,称为广义失谐。代入上式得,3 放大器的通频带'通频带的定义是卩% =1朋时所对应的聲为放大器的通频带。根据定

12、义徘故"2A/o.7 = WQl (2-32)4.放大器的矩形系数a矩形系数的定义是心K _ 2矶.1ArO.l _-A/o.7其中，200.1是 Au /AuQ = 0.1时所对应的频带宽度，即卩"九 _1_ 1Ao10 = Ql 2% = Vl 00-14 _ 一 1J1 + 护 -/2 = QL 2*7faA/o.7 =九/Qz (2-32)2Vo.i = 799/0/ez根据矩形系数的定文得4五、实验结果与调试电容对电路的振荡频率的影响远远没有电感明显，因而先选定电容（5 20pF可调）,则频率为33MHz时，电感需要4uH左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的Q值一

13、定要高, 否则高频损耗太大，放大器就不能放大） ，然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产，可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频Q表测量其电感值大小，不断改变其圈数，使Lx基本达到要求（4uH左右），然后把绕制好的电感作为Lx接入图-7所示的电路中，再用示波器测量此电路的震荡频率，调节Cx看振荡频率是否为 33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电感） 的圈数， 直到其频率为所要求的为止， 最后再按照要求的比 例（常用 3：1）来绕变压器的次级线圈。多次的实验表明，用本方法来确定变压器初级线 圈的圈数，既准确，又方便可行，效果很好，一旦把变压器的圈数确定下来，整个高频放大

14、器就很好制作了，同时，也可以把做好的变压器作为样品从而实现大批量的生产制作。当然， 也有其它可行的方法来确定谐振回路的频率， 如：可以在放大器输入端加一幅度 恒定的信号， 然后改变其频率， 用示波器观察输出信号在哪一频率下最大， 从而找到谐振频 率。这一方法思路简单，可行性也较强，但是，如果放大器的工作频率过高，那么许多种类 的高频信号源就很难输出恒定的正弦波，频率升高时，信号源的输出电压幅度明显的下降， 甚至波形严重失真。在这种情况下，借助于LC振荡器可以很容易的找到谐振频率，从而确定变压器初级线圈的电感量及圈数。六、结论与心得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

15、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。本次课程设计不但锻炼了我么最基本的高频电子线路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用。还是有书到用时方恨少的感觉呀。不像我们刚开始在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题， 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， 所以我们必须自己查找相关资料， 利用图书馆和网络， 这是一个比较辛苦和漫长 的过程， 你必须从无数的信

16、息中分离出对你有用的， 然后加以整理， 最后才学习到变为自己 的并用到设计中的问题去。 也正是在这个查找与整理的过程中， 使我们初步学会了如何去找 到于自己有用的资源。 因为在信息高度发达的现代社会， 一个人要想获得成功， 除了自己的 努力外， 还必须学会利用更多其他人的知识， 这样我们才能快速的掌握知识和能力。 当然这 个过程是一个积累的过程， 当你做的多了以后你就会积累相当多的经验， 会注意在设计的过 程中要注意那些问题， 那些方法可以使设计一次完成而不用再不断的返工。的时候什么都不知道， 真的就是凭着自己上课的一点知识来做的。当然设计会有很多不合理的地方，需要在后期的工作中去修改和完善。课程设计很快就过去啦， 但这次对于我来说意义是不同的， 真的让我学到了不少的东西， 当然这次对于我来说也是非常痛苦的。因为如果一个事情没有完成的话，我会无法静下心来去做另一件事。但这次的课程设计却不是那么轻而易举可以完成的。所以我必须花全部的精力完成它。不过这也算是我的一个优点了，什么事情都是尽全力去完成。我想在以后的工作中它一定会对我有很大的帮助的。七、参考文献：1 谢嘉奎，电子线路 非线形部分(第四版) ，北京：高等教育出版社， 1996。2 高吉祥，易凡，丁文霞，陆珉