高频小信号单调谐振放大器_小信号谐振放大器

高频小信号单调谐振放大器由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“小信号谐振放大器”。

摘 要

本次电子线路设计对高频调谐小信号放大器，LC振荡器，高频功放电路设计原理作了简要分析，研究了各个电路的参数设置方法。并利用其它相关电路为辅助工具来调试放大电路，解决了放大电路中经常出现的自激振荡问题和难以准确的调谐问题。同时也给出了具体的理论依据和调试方案，从而实现了快速、有效的分析和制作高频放大器，振荡器和功放电路。

高频小信号谐振放大电路是将高频小信号或接收机中经变频后的中频信号进行放大，已达到下级所需的激励电压幅度。LC振荡器的作用是产生标准的信号源。高频功放的作用是以高的效率输出最大的高频功率。三部分都是通信系统中无线电收发信机所用到的技术，所以在现实生活中具有着相当广泛的应用。

关键词：高频小信号放大器；LC振荡器；高频功放电路；放大电路

I

ABSTRACT

The electronic circuit design of high-frequency tuned small-signal amplifier, LC oscillator, high-frequency power amplifier circuit design principles briefly analyzed to study the various circuit parameters to set methods.And to use other related tools to debug the circuit for the auxiliary amplifier circuit solve the amplifier circuit that often appear in self-oscillation problems and difficult to accurately tuning problems.Also given in detail the theoretical basis and debug programs in order to achieve a rapid, effective analysis and production of high-frequency amplifiers, oscillator and power amplifier circuits.High-frequency small-signal amplification circuit is the resonant frequency small-signal or a receiver through the frequency of IF signals, after amplification, has reached the lower the required excitation voltage amplitude.The role of the LC oscillator is to generate a standard signal source.The role of high-frequency power amplifier's efficiency is the largest high-frequency power output.Three parts are the communication systems used by the radio transceiver technology, so in real life, with a fairly wide range of applications.Key words: high-frequency small-signal amplifier;LC oscillator;high-frequency power amplifier circuit;amplifier circuit II

目 录设计任务与总体方案………………………………………………………………1 1.1设计任务…………………………………………………………………… 1 1.2总体方案简述……………………………………………………………… 2 2 电路的基本原理……………………………………………………………………3 2.1电路的基本原理………………………………………………………3 2.2 主要性能指标及测试方法……………………………………………5 3 电路的设计与参数的计算…………………………………………………………8 3.1电路的确定…………………………………………………………………8 3.2参数计算……………………………………………………………………8 4 电路的仿真………………………………………………………………………10 4.1 电路仿真……………………………………………………………………10 5实物的制作与调试………………………………………………………………12 5.1元件的焊接…………………………………………………………………12 5.2电路板的调试………………………………………………………………12 结束语………………………………………………………………………………13 致谢…………………………………………………………………………………14 参考文献……………………………………………………………………………15 附录 A电路原理图………………………………………………………………16 附录B PCB图………………………………………………………………………17 附录C 实物图…………………………………………………………………… 18 附录D 元器件清单…………………………………………………………………19设计任务与总体方案

1．1 设计任务

一．设计要求

要求有课程设计说明书，并制作出实际电路。

二．技术指标

已知条件：电源电压VCC12V，负载电阻RL1K。

。主要技术指标：中心频率

f010MHz，电压增益Au35dB(56倍)三．实验仪器设备

高频信号发生器

数字存储示波器

无感起子

数字万用表

1台 1台 1把 1台 1台 12V直流稳压电源

1.2 总体方案简述

高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，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;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，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。

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。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1.2．1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.（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。反馈导纳对放大器谐振曲线的影响如图1.2．2所示。

图1．2．1频率特性曲线 图1．2．2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。电路的基本原理

2.1 电路基本原理

图2．1．1所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。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RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

图2．1．1

放大器在谐振时的等效电路如图2．1．2所示，晶体管的4个y参数分别如下：

输入导纳：

(2-1)输出导纳：(2-2)正向传输导纳：(2-3)反向传输导纳： 式中，(2-4)为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：

（2-5）

为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及

有关，其关系为

(2-6)为基极体电阻，一般为几十欧姆；为集电极电容，一般为几皮法；为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。

图2.1.2 晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流测试条件一定的情况下测得的。

图2.1.2所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即，电流放大系数有关外，还与工作角频率w有关。晶体管手册中给出了的分布参数一般是在(2-7)式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即

(2-8)式中，N3为副边总匝数。为谐振放大器输出负载的电导。通常小信号谐振放大器的。下一级仍为晶体管谐振放大器，则将是下一级晶体管的输入电导的表达式为 由图2.1.2可见，并联谐振回路的总电导

式中，为LC回路本身的损耗电导。

2.2主要性能指标及测量方法

表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率所示电路可以粗略测各项指标。，谐振电压放大系数Avo，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用2.2.图2.2.1 输入信号输入信号如下。

由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用于测量与输出信号的值。直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流两端输出波形。谐振放大器的性能指标及测量方法的值，示波器监测负载

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：

(2-10)式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；的表达式为：

(2-11)

式中，谐振频率为晶体管的输出电容；

为晶体管的输入电容。，输出电压

为谐路的总电容，的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。

2.电压增益

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的表达式为：

(2-12)的测量电路如图2.2.1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。计算公式如下：

(2-13)

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，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为：

(2-14)的0.707倍 7

式中，为谐振放大器的有载品质因素。

与通频带BW的关系为：

(2-15)分析表明，放大器的谐振电压放大倍数上式说明，当晶体管确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。

通频带的测量电路如图2.2.1所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。采用逐点法的测量步骤是：先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的与，然后改变高频信号发生器的频率（保持Vs不变），并测出对应的电压放大倍数Av，由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图2.2.2所示：

图2.2.2 由BW得表达式可知：(2-16)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，除了选用调谐回路的总电容量。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，如图2．2.2较大的晶体管外，还应尽量减少 8

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，即

(2-17)上式表明，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。可以通过测量图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数Kr0.1。电路的设计与参数计算

3.1 电路的确定

电路形式如图2.3.1所示。

图2.3.1

3.2参数计算

静态工作点的确定

由于设计要求中心频率

f010MHz，电压增益Au35dB(56倍)，且电压增益不是很大，选用晶体管9018在性能上可以满足需要。晶体管选定后，根据高频小信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下，IEQ应尽量小些以减小静态功率损耗。值得注意的是，IEQ变化会引起Y参数的变化。

这里采用IEQ等于1mA进行计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。晶体管用9018，β=50。查手册可知，9018在Vcegoe200us10VIE、2mAgie时，2860us，,coe7pf，cie19pf，yfe45ms，yre0.31ms。

(1)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 ICQ一般在0.8－2mA 之间选取为宜。

设计电路中取:ICQ因为：VEQIEQReVBQVEQVBEQ1.5mA 任取合适的Re的值。

(2-18)(2-19)(2-20)VCEQVCCVEQ R2而 IBQVBQICQ5~10IBQ(2-21)CC(2-22)VBQR2VBQ因为：R1V(2-23)则R1可用30kΩ电阻和100kΩ电位器串联,以便调整静态工作点。

(2)计算谐振回路参数

根据要求应由谐振频率选取电感L，中心频率即电容C6 50pFfo10MHz取电容为50pF,.L1(2f0)C2由公式

得L25uH。

(2-24)

(3)确定输入耦合回路及高频滤波电容

高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是 指变压器耦合的谐振回路。由于输入变压器Tri原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，高频耦合电容一般选择瓷片电容。

4电路的仿真与结果

4.1电路的仿真与结果

(1)利用MULTISIM绘制出如图4.1.1所示的仿真实验电路

图4.1.1 仿真电路

(2)设置函数信号发生器的参数，如4.1.2图所示。

图4.1.2

（3）设置好参数后，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4.1.3图所示。

图4.1.3输出波形

按照设计要求调节中周。利用仪器测得各指标如下：

f0=10MHz Ａvo＝34dB 仿真数据分析：在误差允许范围里，仿真测量所得数据与理论值相等。

5实物的制作及调试

5.1 元件的焊接

经过仿真后，根据原理图将元件一一通过检测之后焊接在面包板上，然后正确连上导线。

焊接之前一定要确定每个元件都要能正常工作，元件更不能接反，如可变电容的引脚，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。焊接完成后，还要检查是否有短路。

5.2 电路板的调试

先在实验箱上调试出一个号。

调节可变电容和定位器可以调节频率及放大倍数，当调节可变电容或定位器频率没有变化时，很可能是晶体管坏了或者是某电容坏了，用万用表测试并检查电路，可以找出问题所在。如果信号的频率偏大或偏小，可以调节可变电容或者可变电感使频率达到10MHz。如果放大倍数太大或太小，可以调节定位器改变放大倍数，以达到要求的放大倍数。

若电路没有问题，调节可变电容及定位器后，在输出端可以得到一个频率为10MHz左右，放大倍数为56倍左右的信正弦波号。

f010MHz，Vpp100mV的信号。再将电路板接通+12V的电源，并接入调试好的输入信号，在显示器上可以看到一个正弦波信

结束语

不知不觉本次课程设计已接近尾声，通过这一课程设计，我掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力，使自己无论在今后的学习中还是工作中遇到困难的时候都能自己将其解决。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。

完成这一课设后，我对高频小信号放大器也有了更深刻地理解。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.高频小信号调谐放大器是高频电子线路中的基本单元电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。在本次课设中，我了解了高频小信号放大器的特点： ① 放大小信号,晶体管工作在线性范围内(甲类放大器)② 信号的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,为频带放大器,故必须用选频网络。

在测试过程中，我不断利用课堂所学理论知识调整电路，并最终实现设计目的过程使自己从另一个层面更形象地理解了理论，对于理论与实践的关系也有了新的认识。曾经的学习只停留在书本上，但课程设计使我更充分的接触到了实际。

致 谢

本次课程设计，能够顺利的完成，多亏老师和同学的指导和帮助。放大器的设计及制作在所有课题里是相对简单的，但实际做起来并没有我们想的那么容易。从原理图与参数的设计到面包板的制作。我们遇到了很大的困难，特别是在参数设置时，相对低频放大，高频放大的参数设置要复杂的多，在使用MULTISIM进行仿真时，我们遇到了许多的问题，经过我们组的成员共同努力，和同学们的交流和耐心的指导，我们才顺利完成任务，在此我我们向他表示我们衷心的感谢。

课程设计的完成，还要感谢实验室老师的耐心指导以及老师给我们提供的各种参考文献，在老师的严格要求下，这次的实际操作让我学到了很多从书本上学不到却终身受益的知识，良好的学习习惯，端正的学习态度。这为我以后的学习和工作打下了良好的基础，更好的去面对社会，适应社会，在此，再次向老师献上我们最真诚的谢意，“老师您辛苦了”！

在此特别感谢张松华老师一学期来对我们的的耐心教学及环环引导让我们对高频电子线路设计的学习变得生动有趣！

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础 模拟部分(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2006 [2] 谢自美.电子线路设计·实验·测试(第三版)[M].武汉：华中科技大学出版社，2006 [3] 邱光源.电路(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2011 [4] 胡宴如，耿苏燕.高频电子线路 [M].北京：高等教育出版社，2012

附录A 电路原理图

附录B PCB图

附录C 实物图

附录D 元器件清单

元件名称 元件大小 元件数量 电阻 62K 一个 电阻 33K 一个 电阻 50K 电阻 1K 电位器 10K 电位器 50K 电容 100nF 电容 10nF 电容 100pF 可变电容 30pF 电感 470uH 中周 三级管3DJ6 20

一个 一个 一个 一个 一个 三个 一个 一个 一个 一个 一个