高頻電子線路課程設(shè)計(jì)--高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器設(shè)計(jì)與制作

1、<p>　　《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</p><p>　　高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器設(shè)計(jì)與制作</p><p>　　院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器在通信、廣播設(shè)備中有廣泛應(yīng)用，利用三極管、LC并聯(lián)諧振選頻，從而到達(dá)

2、放大信號(hào)的作用。三極管共射放大具有電壓增益大,輸出電壓與輸入電壓反向，低頻性能差的特點(diǎn)，適用于高頻電路。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)中，本人主要擔(dān)任PCB制作，實(shí)物焊接，以及與其他成員共同調(diào)試電路板的工作，由于第一次完成的實(shí)物無(wú)法實(shí)現(xiàn)作用，本組成員抓緊時(shí)間趕制第二塊實(shí)物板，經(jīng)調(diào)試結(jié)果較理想。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：三極管； LC諧振； 諧振頻率；諧振電壓放大倍數(shù)。</p

3、><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　High frequency small signal tuned amplifier in communications, radio devices are widely used, the use of triode, LC parallel resonant frequency selective

4、, so as to reach the function of signal amplification. Triode common shot amplification has voltage gain, output voltage and input voltage of reverse, the characteristics of the low frequency performance is poor, it is s

5、uitable for high frequency circuit. </p><p>　　This course design, I mainly responsible for PCB production, the real welding, as well as with other members to debug circuit board work, because the first compl

6、ete physical cannot achieve, members of this group to seize the time to make real plate second block, the ideal result by debugging.</p><p>　　Keywords: Triode; lc resonance; resonant frequency; resonance vol

7、tage amplification factor.</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章方案設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)任務(wù)1</p><p><b>　　1.2 方案11</b></p><p>&

8、lt;b>　　1.3 方案21</b></p><p>　　第2章 高頻小信號(hào)放大器原理介紹3</p><p>　　2.1高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)3</p><p>　　2.2高頻小信號(hào)放大器基本要求3</p><p>　　2.3 高頻等效電路4</p><p>　　2.4 小信號(hào)諧振放大器主

9、要技術(shù)指標(biāo)4</p><p>　　2.5 電路參數(shù)設(shè)計(jì)6</p><p>　　第3章 電路仿真7</p><p>　　3.1電路的仿真圖7</p><p>　　3.2電路的輸入與輸出比較7</p><p>　　第4章 電路板制作及調(diào)試9</p><p>　　4.1元件的焊接9<

10、;/p><p>　　4.2 實(shí)物調(diào)試及結(jié)果分析9</p><p>　　4.3 調(diào)試波形圖9</p><p>　　4.4 設(shè)計(jì)電路的性能評(píng)測(cè)10</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)12</b></p><p><b>　　致謝13</b></p><

11、p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　附錄一 原理圖15</p><p>　　附錄二 PCB圖16</p><p>　　附錄三 元件清單17</p><p>　　附錄四 實(shí)物圖18</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)</b>&l

12、t;/p><p>　　高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　已知條件：電源電壓，負(fù)載電阻。</p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率，電壓增益。</p><p><b>　　1.2 方案1</b></p><p>　　根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)課的高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)，畫出圖1-1電路</

13、p><p>　　圖1-1 方案1原理圖</p><p>　　小信號(hào)諧振放大器是通信機(jī)接收端的前端電路，主要用于放大高頻小信號(hào)和微弱信號(hào)。該電路由晶體管VT7、選頻回路CP2二部分組成。它具有放大、選頻的作用。本實(shí)驗(yàn)中輸入信號(hào)的頻率fs＝10MHz。R67、R68和射極電阻決定晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。Q值由撥碼開關(guān)S7改變并聯(lián)電阻控制，撥碼開關(guān)S8通過(guò)改變射極電阻改變放大器的增益。L7,C72構(gòu)成

14、濾波電路，濾除直流源的干擾信號(hào)。J30(XXH.IN)信號(hào)輸入接口，J31(XXH.OUT)信號(hào)輸出接口。</p><p>　　該電路原理圖用到中周、可變電容和撥碼開關(guān)等不易購(gòu)買的元器件，因此，經(jīng)商量，最后沒(méi)有按照此方案制作實(shí)物。</p><p><b>　　1.3 方案2</b></p><p>　　方案2中，采用固定電容和電感組成LC回路，

15、實(shí)現(xiàn)高頻小信號(hào)放大器的放大作用，本次課程設(shè)計(jì)中就頻帶寬度部分選用窄帶放大，也是最常用的一種，它具有阻抗變換和選頻濾波的功能。原理圖中LC并聯(lián)諧振回路不僅能放大信號(hào)還具有選頻作用。在高頻條件下，輸出信號(hào)的頻率和相位極其容易受自身和其他外界因素的影響。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻R1和R3以及R4決定。</p><p>　　圖1-2 方案2原理圖</p><p>　　LC回路中確定元件參量的方法

16、是先確定一種，而后按振蕩器工作頻率再計(jì)算出另一種電抗元件量。從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應(yīng)取大一些，這有利于減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極間電容等變化的影響。但C不能過(guò)大，C過(guò)大，L就小，Q值就會(huì)降低，使振蕩幅度減小。</p><p>　　由LC組成的并聯(lián)諧振回路。由于LC并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨頻率而變的，在諧振頻率處其阻抗是純電阻，達(dá)到最大值。實(shí)物上我們用4.7uH的電感與51pF的電容并聯(lián)時(shí)，諧振頻率為10M

17、HZ左右。</p><p>　　第2章 高頻小信號(hào)放大器原理介紹</p><p>　　2.1高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)</p><p>　　高頻小信號(hào)放大器在通信設(shè)備中經(jīng)常被采用，信號(hào)的頻率很高，一般為幾百千赫至幾百兆赫，高頻小信號(hào)放大器的功能是將微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行放大且保持不失真，頻率亦相同，并要求其工作在線性放大狀態(tài)。</p><p>　　高

18、頻小信號(hào)調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)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(hào)是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號(hào)放大器理論非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際制作卻非常困難。本次設(shè)計(jì)中只能盡量減小不利因素，并不能完全達(dá)到理論上的結(jié)果。</p><p>　　2.2高頻小信號(hào)放大器基本要求</p><p>　?。?）增益要高，即放大倍數(shù)要大。</p><p&g

19、t;　?。?）頻率選擇性要好，即選擇所需信號(hào)和抑制無(wú)用信號(hào)的能力要強(qiáng)，通常用Q值來(lái)表示，其頻率特性曲線如圖2-1所示,帶寬BW=f2-f1= 2Δf0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=fo/2Δf0.7. </p><p>　　圖2-1 頻率特性曲線圖</p><p>　?。?）工作狀態(tài)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，為改善其功能

20、可加入負(fù)反饋，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 反饋導(dǎo)納對(duì)放大器諧振曲線的影響</p><p>　　常用的提高放大器穩(wěn)定性的方法</p><p>　　① 選用Yre（或 Cb’c ）小的晶體管</p><p>　?、?從電路上消除內(nèi)反饋的影響，有中和法和失配法</p><p>　?、?若為多級(jí)放大，前后級(jí)

21、之間的阻抗匹配，即把各級(jí)聯(lián)接起來(lái)之后仍有較大的增益，同時(shí)，各級(jí)之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。</p><p>　　2.3 高頻等效電路</p><p>　　高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器與低頻放大器的電路基本相同，變壓器的初級(jí)線圈為接收機(jī)前端選頻網(wǎng)絡(luò)的一部分，經(jīng)次級(jí)線圈耦合后作為放大器的輸入信號(hào)，輸出端也采用變壓器耦合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)選頻和輸出阻抗匹配。Cb與Ce為高頻旁路電容，使交流為通路。本放大器的高頻

22、等效電路（不含天線下斷的選頻網(wǎng)絡(luò)）如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 諧振放大器電路等效電路</p><p>　　2.4 小信號(hào)諧振放大器主要技術(shù)指標(biāo)</p><p><b>　　⑴ 諧振頻率</b></p><p>　　放大器的諧振回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為諧振頻率，的表達(dá)式為：</p>&

23、lt;p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量，C為電容。</p><p><b>　?、?電壓增益</b></p><p>　　放大器的諧振回路所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為諧振放大器的電壓增益.Avo的表達(dá)式為：</p><p>　

24、　Avo=Vo/Vi ,或Avo=20lg（Vo/Vi）dB （2-2）</p><p><b>　?、?通頻帶</b></p><p>　　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)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù)的0.707倍</p><p>　　時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻

25、率范圍稱為放大器的通頻帶BW，其表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　圖 2-4 放大器頻率特性曲線</p><p>　　式中，為諧振放大器的有載品質(zhì)因素。通頻帶越寬的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時(shí)又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少調(diào)諧回路的總電容

26、量。通頻帶BW 的測(cè)量方法：是通過(guò)測(cè)量放大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以是掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時(shí)的諧振頻率f0 及電壓放大倍數(shù)AV0， 然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓uS 不變），并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)AV0。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖2-4所示。</p><p><b>　?、?矩形系數(shù)&

27、lt;/b></p><p>　　諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1來(lái)表示，如圖2-4所示，矩形系數(shù)Kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，矩形系數(shù)Kr0.1越接近1，臨近波道的選擇性越好，濾除干擾信號(hào)的能力越強(qiáng)。</p><p><b>　　（2-4）</b></p&

28、gt;<p>　　2.5 電路參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　高頻小信號(hào)諧振放大器制作中最關(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。在前面方案二中已提及參數(shù)L、C選取的基本方法。但多次實(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(lái)確定放大器的諧振頻率。其中可用的是借助LC振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振。</p><p><b>　　設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)：<

29、;/b></p><p>　　由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài)，放大器工作電流一般在0.8－2mA之間，負(fù)載電阻為可調(diào)電位器。</p><p>　　設(shè)計(jì)電路中取Ieq=1.38mV，Veq=IeqRe=2.8V，Vceq=Vcc-Veq=2.7V，則</p><p>　　R4= Veq/ Ieq=2K</p><p>　　R2= Vbq

30、/(5-10)Ibq=Vbq/6Ibq=3K</p><p>　　R1=(Vcc-Vbq)R2/Vbq=10K</p><p><b>　　諧振回路參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　根據(jù)要求由諧振頻率選取電感L,中心頻率f0=10MHZ,取電容為51PF ,</p><p><b>　　因?yàn)椋?</

31、b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　則: </b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　得L=5.0uH，根據(jù)實(shí)物取L=4.7uH</p><p><b>　　

32、第3章 電路仿真</b></p><p><b>　　3.1電路的仿真圖</b></p><p>　　輸入高頻信號(hào)頻率fo=10MHz,幅度100mV,負(fù)載電阻R5=5KΩ。雙蹤示波器的通道A、B分別接輸入和輸出，仿真如圖3-1所示。</p><p>　　(1) 利用MULTISIM繪制出如圖3-1所示的仿真實(shí)驗(yàn)電路</p&

33、gt;<p>　　圖3-1 電路仿真圖</p><p>　　(2) 接入信號(hào)發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形。</p><p>　　函數(shù)信號(hào)發(fā)生器示數(shù)如圖3-2所示。</p><p>　　圖 3-2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器示數(shù)</p><p>　　3.2電路的輸入與輸出比較</p><p>　　設(shè)置好各元件參數(shù)后，

34、打開仿真開關(guān)，從示波器上兩個(gè)通道觀察輸出波形以及與輸入信號(hào)的關(guān)系。如圖3-3所示，輸入信號(hào)為10MHZ,，71.681mV，輸出信號(hào)為10MHZ,-3.624V。</p><p>　　放大倍數(shù)： Av=50.6。</p><p>　　圖3-3 信號(hào)輸入與輸出對(duì)照?qǐng)D</p><p>　　由仿真結(jié)果可看出，電路基本達(dá)到預(yù)期要的結(jié)果。</p><p&

35、gt;　　第4章 電路板制作及調(diào)試</p><p><b>　　4.1元件的焊接</b></p><p>　　焊接之前一定要檢查每個(gè)元器件是否完好，焊接時(shí)元件更不能接反，如三極管的引腳，電位器三個(gè)腳中有效的兩個(gè)腳都必須事先了解后才接入電路，焊接好后，還必須要用萬(wàn)用表確定線路是否連接好和仔細(xì)檢查是否有短路。</p><p>　　4.2 實(shí)物調(diào)試及

36、結(jié)果分析</p><p><b>　　(1) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　表一 仿真與實(shí)測(cè)靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)比</p><p><b>　　(2) 數(shù)據(jù)分析：</b></p><p>　　在誤差允許范圍內(nèi)，中心頻率的理論值與實(shí)際值一致，在放大器處于諧振狀態(tài)下，電壓放大倍數(shù)Avo放大倍數(shù)與理論

37、值有一定的差距。</p><p><b>　　產(chǎn)生誤差的原因：</b></p><p>　?、?實(shí)物的實(shí)際值與理論值有一定的差距。如電阻電容的理論值與標(biāo)稱值存在一些差異，并且電阻電容的標(biāo)稱值也有一定的誤差。 </p><p>　?、?電路調(diào)試過(guò)程中，為獲得某個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)不同元器件，但可供調(diào)節(jié)的元器件不同，獲得的信息也不同，并不能十分準(zhǔn)

38、確地獲得。</p><p>　　③ 實(shí)驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)生的誤差。實(shí)驗(yàn)室中部分儀器、設(shè)備等老化，對(duì)事物測(cè)試必定產(chǎn)生影響。</p><p>　?、?高頻電路本身極易受外界因素的影響，產(chǎn)生誤差在所難免。</p><p><b>　　4.3 調(diào)試波形圖</b></p><p>　　通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試，從實(shí)驗(yàn)臺(tái)上接入9.950MHZ，4

39、8.4mV的信號(hào)源，如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 輸入波形圖</p><p>　　將9.950MHZ，48.4mV的信號(hào)源接入實(shí)物輸入端，輸出信號(hào)信號(hào)如圖4-2所示，因?yàn)閷?shí)物的實(shí)際值與理論值有一定的差距，導(dǎo)致我們制作的板子輸出信號(hào)的放大倍數(shù)沒(méi)有達(dá)到十分完美的效果。</p><p>　　圖4-2 輸出波形圖</p><p>　

40、　4.4 設(shè)計(jì)電路的性能評(píng)測(cè)</p><p><b>　?。?）諧振頻率</b></p><p>　　定義：放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。 </p><p><b>　　獲取方法：</b></p><p>　　調(diào)節(jié)示波器的調(diào)頻旋鈕，至旋鈕向左調(diào)和向右調(diào)，幅值都減小，此時(shí)即為諧振頻率點(diǎn)點(diǎn)。本次獲

41、取的值為9.7MHZ左右。</p><p><b>　?。?）電壓放大增益</b></p><p><b>　　的測(cè)量方法：</b></p><p>　　在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí)，用高頻電壓表測(cè)量輸出信號(hào)及輸入信號(hào)的大小，則電壓增益為</p><p><b>　　（4-1）</b&

42、gt;</p><p>　　根據(jù)我們從實(shí)物測(cè)得的數(shù)據(jù)，輸入電壓48.4mV,輸出電壓為1.58V,則放大倍數(shù)為32.6倍。</p><p><b>　?。?）通頻帶</b></p><p>　　通頻帶的測(cè)量方法是通過(guò)測(cè)量放大器的諧振曲線來(lái)求通頻帶。測(cè)量方法可以是掃頻法，或逐點(diǎn)法。 </p><p>　?。?）選擇性——矩

43、形系數(shù) </p><p>　　調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)來(lái)表示， 矩形系數(shù)為電壓增益下降到0.1時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即</p><p>　　K= （4-2）</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p

44、>　　本次課程設(shè)計(jì)的完成，收獲很多。一方面，鞏固和加深了從實(shí)際操作的角度加深了對(duì)高頻電子線路基本知識(shí)的理解，提高了綜合運(yùn)用課堂所學(xué)知識(shí)的能力，特別是更加熟悉了解了小信號(hào)諧振放大器的基本工作原理，掌握了單級(jí)諧振電路主要性能指標(biāo)的測(cè)量方法和調(diào)整方法，另一方面，通過(guò)設(shè)計(jì)電路原理圖、繪制PCB圖及焊接電路板一系列步驟，重新練習(xí)和更加熟練了仿真軟件和部分電路元器件的基本性質(zhì)，提高了電路元器件的焊接能力，最重要的是增強(qiáng)了動(dòng)手能力和根據(jù)自己所學(xué)

45、需要查閱資料的能力，以及自己分析和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，首先在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖時(shí)未采用中周，改用4.7uH電感，但在調(diào)試實(shí)物時(shí)，放大倍數(shù)過(guò)小，頻率不穩(wěn)定，第一塊板子效果不理想,在用各種方法彌補(bǔ)無(wú)效后重新完成一塊新板子,這次將PCB布局范圍變小，經(jīng)過(guò)在實(shí)驗(yàn)室再次調(diào)試，終于達(dá)到了理想的效果，在此過(guò)程中，自學(xué)能力也得到提升，本次課程設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)物調(diào)試能力的鍛煉十分明顯。</p>

46、<p><b>　　致謝</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是在**老師的指導(dǎo)下完成的，在本次課程設(shè)計(jì)中本組成員與其他選擇此課題的同學(xué)一起交流，共同探討，從設(shè)計(jì)原理圖到實(shí)物的測(cè)試，通過(guò)對(duì)比與選擇，最終各自修改完成了本次的課程設(shè)計(jì)，雖然開始并沒(méi)有達(dá)到理想的效果，但最終收獲了經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)得來(lái)的勝利果實(shí),同時(shí),在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試板子卻讓我明白了團(tuán)結(jié)協(xié)作的重大作用，再次感謝同樣在實(shí)驗(yàn)室一起調(diào)試

47、板子的同學(xué)對(duì)本組成員的幫助，本次課程設(shè)計(jì)坎坷多時(shí)間短，但本組全體成員都盡力為此次課程設(shè)計(jì)提供自己的看法，并解決遇到的問(wèn)題。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)此次課程設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)本人的老師、同學(xué)，以及參考過(guò)的書籍的作者。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分[M

48、].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第三版）[M].武漢： 華中科技大學(xué)出版社， 2006.</p><p>　　[3] 胡宴如. 高頻電子線路[M]. 北京：高等教育出版社，2012.</p><p>　　[4] 邱光源. 電路（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社，2011.