《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)晶體管中頻小信號(hào)選頻放大器設(shè)計(jì)

《《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)晶體管中頻小信號(hào)選頻放大器設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)晶體管中頻小信號(hào)選頻放大器設(shè)計(jì)（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、武漢理工大學(xué)《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 電子0801班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：晶體管中頻小信號(hào)選頻放大器設(shè)計(jì) 初始條件： 具較扎實(shí)的電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對(duì)電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測(cè)。 要求完成的主要任務(wù)： 1.采用晶體管或集成電路完成一個(gè)調(diào)幅中頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)； 2.放大器選頻頻率f0＝455KHz，最

2、大增益200倍，矩形系數(shù)不大于5； 3.負(fù)載電阻RL＝1KΩ時(shí)，輸出電壓不小干0.5V，無(wú)明顯失真； 4.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)）。 時(shí)間安排： 1．2011年6月3日分班集中，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求；課設(shè)答疑事項(xiàng)。 2．2011年6月4日 至2011年6月9日完成資料查閱、設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。 3. 2011年6月10日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收和答辯。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名：

3、 年 月 日 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 2 中頻小信號(hào)放大器的工作原理 2 3 中頻放大器的性能分析 3 3.1 穩(wěn)定性分析 3 3.2 提高放大器穩(wěn)定性的方法 4 4 系統(tǒng)方案 5 4.1 中頻選頻放大 5 4.2 濾波器 6 4.3 信號(hào)負(fù)反饋 7 5 電路仿真與分析 7 5.1 multisim仿真軟件簡(jiǎn)介 7 5.2 中頻放大部分仿真 7 5.3 濾波器電路仿真 9 6 實(shí)物制作及調(diào)試 10 7 個(gè)人體會(huì) 11 參考文獻(xiàn) 12 附錄I 元件清單 13 附錄II總電路圖 14 武漢理

4、工大學(xué)《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 摘要 本文對(duì)中頻小信號(hào)選頻放大器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)解析，通過(guò)對(duì)放大器的性能分析，確定最佳制作方案。通過(guò)multisim的仿真分析，按照設(shè)計(jì)要求，來(lái)確定最佳參數(shù)，并利用其他相關(guān)電路來(lái)調(diào)試放大電路，解決了放大電路中自激振蕩問(wèn)題和調(diào)諧準(zhǔn)確的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)中，自己設(shè)計(jì)制作了中頻信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)完成對(duì)選頻放大器的實(shí)物的測(cè)試。通過(guò)多次調(diào)整電路，掌握了準(zhǔn)確調(diào)諧的方法。 關(guān)鍵詞：中頻 選頻放大器 multisim 調(diào)諧 Abstract This paper of int

5、ermediate frequency small signal frequency selective amplifier of working principle for a detailed analysis, through the performance analysis of the amplifier to determine the optimal production plan,. Through the simulation analysis, multisim according to the design requirements, to determine the o

6、ptimal parameters, and use of the other relevant circuit to debug amplifying circuit, solved amplifying circuit of self-excited oscillation problem and tuned accurate problem. This design, design made intermediate frequency signal generator, used to finish on frequency selective amplifier physical t

7、est. Through multiple regulating circuit, grasped accurately tuned method. Keywords: intermediate frequency selective amplifier multisim tuning II 1 緒論 中頻小信號(hào)放大器廣泛用于通信系統(tǒng)和其他電子系統(tǒng)的接受設(shè)備中。天線接受到的高頻信號(hào)是很微弱的，一般在微伏級(jí)，需將傳輸?shù)男盘?hào)恢復(fù)出來(lái)，需要將信號(hào)放大，這就需要用高頻小信號(hào)諧振放大器和中頻小信號(hào)選頻放大器來(lái)完成。中頻小信號(hào)選頻放大器就與高頻小信號(hào)諧振放大器中功能一樣，只是工作在中頻，

8、工作波段相對(duì)較低，一般為幾百千赫茲到幾兆赫茲。通信系統(tǒng)的信號(hào)接收原理框圖如下圖1所示。 天線接收 高頻放大 混頻器 功率放大 解調(diào)器 本地振蕩 中頻放大與濾波 圖1 通信系統(tǒng)信號(hào)接收原理框圖 混頻器是將高頻信號(hào)變?yōu)橹蓄l信號(hào)，這樣信號(hào)便于處理。中頻放大與濾波部分是決定信號(hào)雜波程度的關(guān)鍵。由混頻器出來(lái)的中頻信號(hào)，由于依然很微弱，需要進(jìn)行放大，另外，前級(jí)的干擾如果經(jīng)過(guò)放大，則對(duì)后級(jí)影響更大，故在放大前需要將干擾濾除，得到需要的放大信號(hào)。為此，中頻小信號(hào)放大器的制作關(guān)鍵有兩個(gè)：增益系數(shù)足夠高和頻率選擇性足夠好。這樣，信號(hào)才能經(jīng)過(guò)解調(diào)更好的恢復(fù)出來(lái)。[1]

9、 2 中頻小信號(hào)放大器的工作原理 由于通信系統(tǒng)的接收設(shè)備所接收的無(wú)線電信號(hào)非常微弱，經(jīng)過(guò)混頻后，需要經(jīng)過(guò)放大才能將原始信號(hào)恢復(fù)。如圖1所示為一中頻放大器的典型電路。由圖2可知，直流偏置電路與低頻放大器電路完全相同，只是Cb、Ce對(duì)中頻起旁路作用。相對(duì)低頻來(lái)說(shuō)，集電極采用LC網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載，起選頻作用，并且完成阻抗匹配的功能。由于輸入的是小信號(hào)，放大器工作于甲類放大狀態(tài)。圖3為其交流等效電路。 圖2 中頻小信號(hào)典型電路 圖3 交流等效電路 為了便于分析，用Y型參數(shù)等效電路來(lái)等效晶體管，典型應(yīng)用電路進(jìn)

10、一步等效如圖4所示。[2] 圖4 晶體管等效電路 Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓、電流值有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)，是頻率的復(fù)函數(shù)。當(dāng)放大器工作在窄帶時(shí)，Y參數(shù)變化不大，可以將Y參數(shù)看作常數(shù)。我們討論的高頻小信號(hào)諧振放大器沒(méi)有特別說(shuō)明時(shí)，都是工作在窄帶，晶體管可以用Y參數(shù)等效。

11、 放大器的指標(biāo)參數(shù): (1) 電壓放大倍數(shù)K (2) 輸入導(dǎo)納 (3) 輸出導(dǎo)納 (4) 矩形系數(shù) 3 中頻放大器的性能分析 3.1 穩(wěn)定性分析 存在晶體管集基間電容的反饋，或反向傳輸導(dǎo)納的反饋，當(dāng)該反饋在某個(gè)頻率相位上滿足正反饋條件，且足夠大，則會(huì)在滿足條件的頻率上產(chǎn)生自激振蕩， 致使放大器存在穩(wěn)定性的問(wèn)題。[3] 當(dāng)正反饋嚴(yán)重時(shí)，即Yir中的負(fù)電導(dǎo)使放大器輸入端的總電導(dǎo)為0或負(fù)值時(shí)， 即使沒(méi)有外加信號(hào)，放大器輸出端也會(huì)有輸出信號(hào)，產(chǎn)生自激,圖5所示為反饋電

12、路。 圖5 反饋電路 3.2 提高放大器穩(wěn)定性的方法 從晶體管本身著手：減小反向傳輸導(dǎo)納Yre，而Yre取決于集電結(jié)電容，選 擇集電結(jié)電容小的管子，減弱反饋?zhàn)饔?。從電路結(jié)構(gòu)著手：設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法有中和法和失配法。 中和法：通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路（中和電路）來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)Yre的的反饋?zhàn)饔谩? 失配法：通過(guò)增大負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增大總回路導(dǎo)納，使輸出電路失配，圖6是利用中和電容Cn的中和電路。為了抵消Yre的反饋，從集電極回路取一反相的電壓，通過(guò)Cn反饋到輸入端。根據(jù)電橋平衡有 則中和條件為 圖6 反

13、饋電路 中和電路中固定的中和電容Cn只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用， 對(duì)其它頻率只能有部分中和作用。另外，如果再考慮到分布參數(shù)的作用和溫度變化等因素的影響，則中和電路的效果是很有限的。[4] 4 系統(tǒng)方案 由于中頻小信號(hào)放大器制作關(guān)鍵在于高增益和頻率選擇性。課設(shè)要求200倍放大，一級(jí)放大一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿龢O管的值一般為100到200之間。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放大，一級(jí)信號(hào)通過(guò)三極管的放大倍數(shù)不宜過(guò)高，否則就不穩(wěn)定了。另外為增強(qiáng)信號(hào)的頻率選擇性，在系統(tǒng)的前置預(yù)濾波，以及對(duì)電源進(jìn)行濾波，最大限度減少干擾。另外，為了穩(wěn)定信號(hào)，采用閉環(huán)回路方案達(dá)到效果，通過(guò)負(fù)反饋使信號(hào)穩(wěn)定。整個(gè)系統(tǒng)原理框圖

14、如下圖7所示。 信號(hào) 輸入 低通濾波 電源5V 信號(hào) 輸出 選頻 放大 前置 濾波 信號(hào)負(fù)反饋 供電 圖7 中頻小信號(hào)選頻放大器系統(tǒng)框圖 4.1 中頻選頻放大 圖8 中頻小信號(hào)選頻放大器 中頻選頻放大器硬件電路如圖8所示，由兩級(jí)放大電路組成，每級(jí)之間采用變壓器耦合。三極管選用9018，變壓器采用調(diào)諧頻率為465KHz的中周加電容微調(diào)至455KHz。資料介紹如下： 表1 三極管參數(shù)和中周參數(shù) 三極管9018H 中周TTF-11-01 97--146 圈數(shù)L12 65 1.1GHz 圈數(shù)L23 45 1.3pF 圈數(shù)L46

15、 6 -- -- 電容C13 330pF -- -- 諧振fo 465KHz 此三極管的增益系數(shù)、截止頻率都符合參數(shù)要求，由上分析，越小，系統(tǒng)穩(wěn)定性越高，故此三極管達(dá)到性能要求。 由于臨時(shí)買不到455KHz的諧振點(diǎn)的中周，選用465KHz的代替，另外在電路中配以可調(diào)電容，降低其頻率到455KHz。原電感可用以下公式計(jì)算得到： 其中，f0為465KHz，C為330pF，這樣求得電感值為355uH,所以為達(dá)到455KHz，所需電容值為344.7pF，故另外并聯(lián)一個(gè)14.7pF的電容即可。本次選用微調(diào)電容0-18pF，達(dá)到要求。 由于兩個(gè)三極管都工作在甲類放大狀態(tài)，選取靜

16、態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)時(shí)，將Vce設(shè)定為VCC/2，為減小功耗，使Ic不要太大，選0.5mA,Rb11和Rb12上流過(guò)0.1mA的電流，通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)，確定Rb11為20,Rb12為16.8，Re12取100，Re11為2。動(dòng)態(tài)工作時(shí)，由于頻率為455KHz，需使得Re11>>，取C為0.1uF適合。 4.2 濾波器 電源濾波采用簡(jiǎn)單的RC低通濾波器，取兩個(gè)電容，一個(gè)電解電容10uF和一個(gè)瓷片電容0.1uF可以達(dá)到很好的濾波效果。 前置低通濾波器采用LC濾波，如圖9所示。 圖9 前置低通濾波器 傳輸函數(shù)，這樣，，其中，f=455KHz， 取L1=2.2uH，C1=0.1uF滿足要求。 4.

17、3 信號(hào)負(fù)反饋 信號(hào)負(fù)反饋是通過(guò)中和法中反饋電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本次設(shè)計(jì)中采用可微調(diào)電容0-20pF來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。由下公式 ，其中N1=6，N2=45。. 5 電路仿真與分析 5.1 multisim仿真軟件簡(jiǎn)介 鑒于仿真的方便，采用NI公司的multisim10.1，由于豐富的元件庫(kù)，電路原理圖設(shè)計(jì)非常方便，另外，該軟件可采用AC Analysis來(lái)分析設(shè)計(jì)的合理性，也可采用內(nèi)部的各種虛擬儀器來(lái)分析，豐富的儀器使得分析也非常方便。[5] 5.2 中頻放大部分仿真 電路原理圖由multisim設(shè)計(jì)如圖10，由于變壓器參數(shù)難以設(shè)置，采用單級(jí)調(diào)試。 圖10 仿真電路 用虛擬

18、萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)，虛擬示波器查看輸出波形，觀察到的現(xiàn)象如圖11、圖12所示。 圖11 靜態(tài)工作點(diǎn)仿真測(cè)試 圖12 輸出仿真結(jié)果 控制Vce在2V到3V之間可以達(dá)到很好的輸出效果。單級(jí)輸入給予2mV峰峰值，輸出30mV峰峰值，放大15倍左右，雙極將輸出225倍輸入電壓，滿足要求。 5.3 濾波器電路仿真 運(yùn)用multisim中的波特儀可以仿真出濾波器的幅頻響應(yīng)曲線，波特儀接線電路如圖13所示。 圖13 濾波器仿真電路 圖14 仿真結(jié)果 幅頻響應(yīng)的3dB點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率在700KHz左右，這樣，455KHz的輸入信號(hào)可以粗略選出，更高頻的會(huì)衰減很大。[6]

19、 6 實(shí)物制作及調(diào)試 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的精心制作，完成了硬件電路的制作，熟悉使用中周等元件，并且在硬件制作過(guò)程中，注意到理論設(shè)計(jì)的不足，而加以完善，如電源部分加上顯示，兩級(jí)放大電路分開(kāi)以便測(cè)試，中間加上排陣排帽來(lái)控制通斷。另外，為了便于靜態(tài)工作點(diǎn)的最佳調(diào)試，電阻采用可變式方便調(diào)試。 調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)達(dá)不到理論設(shè)計(jì)，要求最大達(dá)到200，實(shí)際達(dá)到170，繼續(xù)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，輸出電壓加大，但漸漸出現(xiàn)失真。為了使諧振點(diǎn)在455KHz，電路中緩慢調(diào)節(jié)中周和并聯(lián)可調(diào)電容，使在455KHz時(shí)輸出電壓達(dá)到最大。另外，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)電源干擾很大，電源紋波一般有100mV,這樣，輸入信號(hào)將成干擾，出現(xiàn)“門限效

20、應(yīng)”，電源部分設(shè)計(jì)加的濾波達(dá)不到穩(wěn)定要求，必須選擇穩(wěn)定的電源才行，這是對(duì)小信號(hào)處理所需注意的最重要一點(diǎn)。 7 個(gè)人體會(huì) 通過(guò)此次中頻小信號(hào)選頻放大器的設(shè)計(jì)，我收獲頗豐。首先，通過(guò)調(diào)試三極管，復(fù)習(xí)了以前模電所學(xué)的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中的出現(xiàn)了各種各樣的錯(cuò)誤，在不斷修正中掌握了以前模糊知識(shí)。另外，為了使選頻足夠精確，不斷調(diào)試中周，懂得實(shí)際調(diào)試來(lái)彌補(bǔ)理論的不足。 感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會(huì)，鍛煉了我們的動(dòng)手能力。通過(guò)這次課設(shè)讓我明白了理論和實(shí)際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識(shí)到自己在高頻上有很多的知識(shí)漏洞，以后應(yīng)該多鉆研一下。

21、 參考文獻(xiàn) [1] 曾興雯．高頻電路原理與分析（第四版）．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.7 [2] 吳友宇．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：清華大學(xué)出版社，2009.5 [3] 鈴木雅臣．晶體管電路設(shè)計(jì)(上)．北京：科學(xué)出版社，2004.9 [4] J.卡爾?約瑟夫．射頻電路設(shè)計(jì)．北京：科學(xué)出版社，2007.8 [5] 朱彩蓮．Multisim電子電路仿真教程．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.9 [6] 邱關(guān)源．電路（第五版）．北京：高等教育出版社，2006.12 附

22、錄I 元件清單 元件 數(shù)量 中周TTF-11-01 2個(gè) 三極管9018 2個(gè) 電感2.2uH 1個(gè) 微調(diào)電容0到18pF 4個(gè) 電位器50K 4個(gè) 電容0.1uF 若干 電容10uF 1個(gè) 電阻100，2K，1K 若干 附錄II總電路圖 圖15總電路圖 14 本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 姓 名 金才 性 別 男 專業(yè)、班級(jí) 電子科學(xué)與技術(shù)0801 課程設(shè)計(jì)題目： 晶體管中頻小信號(hào)選頻放大器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄： 成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)： 最終評(píng)定成績(jī)（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定） 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日