高频小信号放大器课程设计

高频小信号放大器课程设计说明书 题目：高频小信号调谐放大器 指导教师： 专 业：电子信息 班 级：0803 学生姓名： 完成时间：2010.12.10 前言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。 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。 目录第一章 高频小信号放大器原理.5第二章 高频小信号放大器参数.7第三章 实验结果与调试.12第4章 结论与心得.13第5章 元件清单.14附录 A参考文献.15 B鸣谢. . . . . . . . . . . .15 第一章 高频小信号放大器原理高频小信号调谐放大器简述： 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，品质因数Q=fo/2f0.7. （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。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：图3-接受天线端及高频小信号放大器 第二章 高频小信号放大器的参数 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-3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-3所示，C2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-5所示：正向传输导纳：反向传输导纳： 其中，为晶体管的夸导，与发射极的电流关系为为发射极电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为为基极体电阻，一般为几十欧姆;集电极电容，一般为几十皮法；为发射极电容，一般为几十皮法至几百皮法。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。对图3所示电路，的表达式为式中，L为谐振回路电感线圈的电感量；的表达式为式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。电压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谐振放大器的电压增益。的表达式为通频带 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下降到谐振电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为式中，为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带的关系为上式说明，当晶体管选定即确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数与通频带的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。 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-6所示，增加Re1形成交流负反馈，用以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LC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。 图-6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。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（520pF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。第三章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（520pF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。 第四章 心得与体会 通过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告辛苦的完成了这次课程设计，我的理论结合实践能力得到了提高。 我始终认为实践出真理，实践对我们大学生的学习能力非常重要。因为在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但通常仿真和电路实物结果并不是完全一致的。 反思自己的这次高频课程设计，我从中学会了以下重要的几点：（1）使我认识到了实践的重要性，特别是对于工科技术的学生。如果只知道理论，而做不出具体实物，那正如纸上谈兵，没有实际意义。我们平时大部分时间都是用来学习理论知识，而忽略了实践动手能力。经过自己买元器件、找资料、画电路图及仿真、焊接实物。我才知道自己的动手能力是那么的差劲，以后我一定要多动手实践，真正做到理论与实践的结合。（2让我意识到团队精神的重要性，因为人各有所长，加之资源都掌握在人手上，一个人的能力和资源是有限的，我们只有充分利用别人的才跟容易完成，不是有三个就皮匠赛过一个诸葛亮。课程设计要求4人组队，集体计算成绩，这就要求4个人必须互相信任、互相配合、分工合作，老师这样布置任务我认为非常好。实践中我们四个人互相配合，分工完成每一个小部分，加之在老师发的课程设计指导书的作用下，使我们的工作效率很高，只用了一个星期就完成了这次课程设计任务。 第五章 元件清单电阻10k2电阻68k1电阻1k1电阻24k1电感470u1电容1033电容1011电容30p2电容1021中周1附录 A参考文献1、 曹才开等.高频电子线路原理与实践.长沙:中南大学出版社,20102、 谢自美等.电子线路设计实验测试.武汉：华中科技大学出版社.2006 B鸣谢 在本次课程设计过程中，得到了张松华老师的关键性的指导，谨致以衷心感谢！