高頻小信號放大器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　高頻小信號放大器課程設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　題目：高頻小信號調(diào)諧放大器</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　專 業(yè)：電子信息</p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b

2、>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　完成時(shí)間：2010.12.10</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　20世紀(jì)末，電子通訊獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q

3、代的節(jié)奏也越來越快。在無線通信中，發(fā)射與接收的信號應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過調(diào)制處理過的高頻信號，這種信號具有窄帶特性。而且，通過長距離的通信傳輸，信號受到衰減和干擾，到達(dá)接收設(shè)備的信號是非常弱的高頻窄帶信號，在做進(jìn)一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過放大和限制干擾的處理。這就需要通過高頻小信號放大器來完成。這種小信號放大器是一種諧振放大器。</p><p>　　高頻調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)

4、和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號放大器理論非常簡單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。;</p><p>　　高頻小信號放大器是通信設(shè)備中常用的

5、功能電路，它所放大的信號頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對微弱的高頻信號進(jìn)行不失真的放大，從信號所含頻譜來看，輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是相同的。</p><p>　　高頻小信號放大器的分類：</p><p>　　按元器件分為：晶體管放大器、場效應(yīng)管放大器、集成電路放大器;</p><p>　　按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器;<

6、;/p><p>　　按電路形式分為：單級放大器、多級放大器;</p><p>　　按負(fù)載性質(zhì)分為：諧振放大器、非諧振放大器;</p><p>　　高頻小信號放大器的特點(diǎn)：</p><p>　　頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz頻帶寬度在幾KHz到幾十MHz，故必須用選頻網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　小信號信號較小故工

7、作在線性范圍內(nèi)(甲類 放大器)即工作在線形放大狀態(tài)。</p><p>　　采用諧振回路作負(fù)載，即對靠近諧振頻率附近的信號有較大的增益，對遠(yuǎn)離諧振頻率附近的信號其增益迅速下降，即具有選頻放大作用。</p><p>　　其中高頻小信號調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號放大器理論非常簡單，但實(shí)

8、際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 高頻小信號放大器原理………………...5</p&

9、gt;<p>　　第二章 高頻小信號放大器參數(shù)…………...........7</p><p>　　第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試……………………......12</p><p>　　結(jié)論與心得……………..........................13</p><p>　　元件清單....................................

10、..............14</p><p>　　附錄 A參考文獻(xiàn)………………………………......15</p><p>　　B鳴謝... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...15</p><p>　　第一章 高頻小信號放大器原理</p><p>　　高頻小信號調(diào)諧放大器簡述： <

11、/p><p>　　高頻小信號放大器的功用就是無失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號。按其頻帶寬度可以分為窄帶和寬帶放大器 ，而最常用的是窄帶放大器，它是以各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對高頻小信號放大器的基本要求是：</p><p>　?。?）增益要高，即放大倍數(shù)要大。</p><p>　　（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強(qiáng)，通常用

12、Q值來表示，其頻率特性曲線如圖-1所示,帶寬BW=f2-f1= 2Δf0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=fo/2Δf0.7. </p><p>　?。?）工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內(nèi)部噪聲要小，特別是不產(chǎn)生自激，加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能。</p><p>　　圖2-反饋導(dǎo)納對放大器諧振曲線的影響</p><p>　　（4

13、）前后級之間的阻抗匹配，即把各級聯(lián)接起來之后仍有較大的增益，同時(shí)，各級之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。 </p><p>　　根據(jù)上面各個(gè)具體環(huán)節(jié)的考慮設(shè)計(jì)出下面總體的電路：</p><p>　　圖3-接受天線端及高頻小信號放大器</p><p>　　第二章 高頻小信號放大器的參數(shù)</p><p>　　高頻小信號調(diào)諧放大器與低頻放大器的電路基本相

14、同（如圖-3所示）。其中變壓器T2的初級線圈為接收機(jī)前端選頻網(wǎng)絡(luò)的一部分，經(jīng)次級線圈耦合后作為放大器的輸入信號，輸出端也采用變壓器耦合方式來實(shí)現(xiàn)選頻和輸出阻抗匹配。</p><p>　　如圖-3所示，C2與Ce為高頻旁路電容，使交流為通路。本放大器的高頻等效電路（不含天線下斷的選頻網(wǎng)絡(luò)）如圖-5所示：</p><p><b>　　正向傳輸導(dǎo)納：</b></p&g

15、t;<p><b>　　反向傳輸導(dǎo)納：</b></p><p>　　其中，為晶體管的夸導(dǎo)，與發(fā)射極的電流關(guān)系為</p><p>　　為發(fā)射極電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)及有關(guān)，其關(guān)系為</p><p>　　為基極體電阻，一般為幾十歐姆;集電極電容，一般為幾十皮法；為發(fā)射極電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。</p>&l

16、t;p>　　諧振頻率 放大器的諧振回路諧振時(shí)所對應(yīng)的頻率稱為諧振頻率。對圖3所示電路，的表達(dá)式為</p><p>　　式中，L為諧振回路電感線圈的電感量；的表達(dá)式為</p><p>　　式中，為晶體管的輸出電容；為晶體管的輸入電容。</p><p>　　電壓增益放大器的諧振回路諧振時(shí)所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)稱為諧振放大器的電壓增益。的表達(dá)式為</p>

17、<p>　　通頻帶 由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)下降到諧振電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶BW，其表達(dá)式為</p><p>　　式中，為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。</p><p>　　分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶的關(guān)系為</p><p>　　

18、上式說明，當(dāng)晶體管選定即確定，且回路總電容為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。</p><p>　　實(shí)際制作中對基本電路的改進(jìn)： </p><p>　　由于高頻電路放大電路常常會自激振蕩，也容易受各種因素的干擾，并且各級間很難實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，所以要對基本電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。</p><p>　　放大器內(nèi)

19、部電路的改進(jìn)及理論依據(jù)： </p><p>　　如圖-6所示，增加Re1形成交流負(fù)反饋，用以改變放大倍數(shù)和改善輸出波形，由于電源內(nèi)阻容易影響高頻電路的工作，所以電源下端要接LCπ型網(wǎng)絡(luò)作為電源去偶電路，以減少干擾，提高放大器的性能。另外還要特別注意的是，高頻電路很容易產(chǎn)生自激振蕩，所以需要想辦法消除，最常用的辦法是在LC諧振回路中串聯(lián)一小電阻或并聯(lián)一大電阻，從而減小回路的Q值，消除自激振蕩。</p>

20、<p><b>　　圖-6</b></p><p>　　實(shí)際制作過程及諧振頻率的快速確定： </p><p>　　高頻放大器制作中最關(guān)鍵也是最難的就是選取恰當(dāng)?shù)碾姼泻碗娙葜担闺娐分C振。諧振時(shí)有ωC=1/ωL，通過計(jì)算可以確定LC的值，但實(shí)際電路與理論計(jì)算往往相差很大，甚至能相差十幾倍到幾十倍，這就需要一定的操作技巧。以33MHz放大器為例，經(jīng)計(jì)算得電感為

21、4.7uH時(shí)選用5—25pF的可調(diào)電容完全可以達(dá)到諧振頻率，但接好電路后很少能夠調(diào)到30MHz。多次實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際振蕩頻率一般小于計(jì)算的頻率，這就要用其它辦法來確定放大器的諧振頻率。一個(gè)比較好的辦法就是借助LC振蕩電路來實(shí)現(xiàn)諧振。</p><p>　　如圖-7所示，此電路為共基組態(tài)的“考畢茲”振蕩器，原理不再贅述，下面說明如何利用本電路:可調(diào)電容Cx選用和放大器電路中同一規(guī)格的，電感Lx是放大器中變壓器接入諧振回

22、路的電感值，由于本電路僅由Lx和Cx決定，但在實(shí)際電路中電容對電路的振蕩頻率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn) 沒有電感明顯，因而先選定電容（5—20pF可調(diào)），則頻率為33MHz時(shí)，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否則高頻損耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產(chǎn)，可把繞好的做樣品），繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻Q表測量其電感值大小，不斷改變其圈數(shù)，使Lx基本達(dá)到要求（4uH左右），然后把繞制好的電感作為

23、Lx接入圖-7所示的電路中，再用示波器測量此電路的震蕩頻率，調(diào)節(jié)Cx,看振蕩頻率是否為33MHz,若不是，則相應(yīng)的減少或增加變壓器（即接入的電感）的圈數(shù)，直到其頻率為所要求的為止，最后再按照要求的比例（常用3：1）來繞變壓器的次級線圈。</p><p>　　第三章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試</p><p>　　電容對電路的振蕩頻率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有電感明顯，因而先選定電容（5—20pF可調(diào)），則頻率為3

24、3MHz時(shí)，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否則高頻損耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產(chǎn)，可把繞好的做樣品），繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻Q表測量其電感值大小，不斷改變其圈數(shù)，使Lx基本達(dá)到要求（4uH左右），然后把繞制好的電感作為Lx接入圖-7所示的電路中，再用示波器測量此電路的震蕩頻率，調(diào)節(jié)Cx,看振蕩頻率是否為33MHz,若不是，則相應(yīng)的減少或增加變壓器（即接入的電感）的

25、圈數(shù)，直到其頻率為所要求的為止，最后再按照要求的比例（常用3：1）來繞變壓器的次級線圈。多次的實(shí)驗(yàn)表明，用本方法來確定變壓器初級線圈的圈數(shù)，既準(zhǔn)確，又方便可行，效果很好，一旦把變壓器的圈數(shù)確定下來，整個(gè)高頻放大器就很好制作了，同時(shí)，也可以把做好的變壓器作為樣品從而實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)制作。</p><p>　　當(dāng)然，也有其它可行的方法來確定諧振回路的頻率，如：可以在放大器輸入端加一幅度恒定的信號，然后改變其頻率，用示

26、波器觀察輸出信號在哪一頻率下最大，從而找到諧振頻率。這一方法思路簡單，可行性也較強(qiáng)，但是，如果放大器的工作頻率過高，那么許多種類的高頻信號源就很難輸出恒定的正弦波，頻率升高時(shí)，信號源的輸出電壓幅度明顯的下降，甚至波形嚴(yán)重失真。在這種情況下，借助于LC振蕩器可以很容易的找到諧振頻率，從而確定變壓器初級線圈的電感量及圈數(shù)。 </p><p><b>　　第四章 心得與體會</b></p&g

27、t;<p>　　通過查資料、選方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告辛苦的完成了這次課程設(shè)計(jì)，我的理論結(jié)合實(shí)踐能力得到了提高。 </p><p>　　我始終認(rèn)為實(shí)踐出真理，實(shí)踐對我們大學(xué)生的學(xué)習(xí)能力非常重要。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)電路中,往往是先仿真后連接實(shí)物圖,但通常仿真和電路實(shí)物結(jié)果并不是完全一致的。 反思自己的這次高頻課程設(shè)計(jì)，我從中學(xué)會了以下重要的幾點(diǎn)：（1）使我認(rèn)識到了實(shí)踐的

28、重要性，特別是對于工科技術(shù)的學(xué)生。如果只知道理論，而做不出具體實(shí)物，那正如紙上談兵，沒有實(shí)際意義。我們平時(shí)大部分時(shí)間都是用來學(xué)習(xí)理論知識，而忽略了實(shí)踐動手能力。經(jīng)過自己買元器件、找資料、畫電路圖及仿真、焊接實(shí)物。我才知道自己的動手能力是那么的差勁，以后我一定要多動手實(shí)踐，真正做到理論與實(shí)踐的結(jié)合。</p><p>　?。?讓我意識到團(tuán)隊(duì)精神的重要性，因?yàn)槿烁饔兴L，加之資源都掌握在人手上，一個(gè)人的能力和資源是有限

29、的，我們只有充分利用別人的才跟容易完成，不是有三個(gè)就皮匠賽過一個(gè)諸葛亮。課程設(shè)計(jì)要求4人組隊(duì)，集體計(jì)算成績，這就要求4個(gè)人必須互相信任、互相配合、分工合作，老師這樣布置任務(wù)我認(rèn)為非常好。實(shí)踐中我們四個(gè)人互相配合，分工完成每一個(gè)小部分，加之在老師發(fā)的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的作用下，使我們的工作效率很高，只用了一個(gè)星期就完成了這次課程設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p><b>　　第五章 元件清單</b><

30、;/p><p><b>　　附錄 A參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　曹才開等.高頻電子線路原理與實(shí)踐.長沙:中南大學(xué)出版社,2010</p><p>　　謝自美等.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試.武漢：華中科技大學(xué)出版社.2006 </p><p><b>　　B鳴謝 </b&