《高頻電子線路》課程設計晶體管中頻小信號選頻放大器設計

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1、武漢理工大學《高頻電子線路》課程設計說明書 課程設計任務書 學生姓名： 專業(yè)班級： 電子0801班 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目：晶體管中頻小信號選頻放大器設計 初始條件： 具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對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計能力及基本調試能力；能夠正確使用實驗儀器進行電路的調試與檢測。 要求完成的主要任務： 1.采用晶體管或集成電路完成一個調幅中頻小信號放大器的設計； 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.負載電阻RL＝1KΩ時，輸出電壓不小干0.5V，無明顯失真； 4.完成課程設計報告（應包含電路圖，清單、調試及設計總結）。 時間安排： 1．2011年6月3日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。 2．2011年6月4日 至2011年6月9日完成資料查閱、設計、制作與調試；完成課程設計報告撰寫。 3. 2011年6月10日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。 指導教師簽名： 年 月 日 系主任（或責任教師）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 信號負反饋 7 5 電路仿真與分析 7 5.1 multisim仿真軟件簡介 7 5.2 中頻放大部分仿真 7 5.3 濾波器電路仿真 9 6 實物制作及調試 10 7 個人體會 11 參考文獻 12 附錄I 元件清單 13 附錄II總電路圖 14 武漢理

4、工大學《高頻電子線路》課程設計說明書 摘要 本文對中頻小信號選頻放大器的工作原理進行了詳細解析，通過對放大器的性能分析，確定最佳制作方案。通過multisim的仿真分析，按照設計要求，來確定最佳參數(shù)，并利用其他相關電路來調試放大電路，解決了放大電路中自激振蕩問題和調諧準確的問題。本次設計中，自己設計制作了中頻信號發(fā)生器，用來完成對選頻放大器的實物的測試。通過多次調整電路，掌握了準確調諧的方法。 關鍵詞：中頻 選頻放大器 multisim 調諧 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 中頻小信號放大器廣泛用于通信系統(tǒng)和其他電子系統(tǒng)的接受設備中。天線接受到的高頻信號是很微弱的，一般在微伏級，需將傳輸?shù)男盘柣謴统鰜?，需要將信號放大，這就需要用高頻小信號諧振放大器和中頻小信號選頻放大器來完成。中頻小信號選頻放大器就與高頻小信號諧振放大器中功能一樣，只是工作在中頻，

8、工作波段相對較低，一般為幾百千赫茲到幾兆赫茲。通信系統(tǒng)的信號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 解調器 本地振蕩 中頻放大與濾波 圖1 通信系統(tǒng)信號接收原理框圖 混頻器是將高頻信號變?yōu)橹蓄l信號，這樣信號便于處理。中頻放大與濾波部分是決定信號雜波程度的關鍵。由混頻器出來的中頻信號，由于依然很微弱，需要進行放大，另外，前級的干擾如果經過放大，則對后級影響更大，故在放大前需要將干擾濾除，得到需要的放大信號。為此，中頻小信號放大器的制作關鍵有兩個：增益系數(shù)足夠高和頻率選擇性足夠好。這樣，信號才能經過解調更好的恢復出來。[1]

9、 2 中頻小信號放大器的工作原理 由于通信系統(tǒng)的接收設備所接收的無線電信號非常微弱，經過混頻后，需要經過放大才能將原始信號恢復。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對中頻起旁路作用。相對低頻來說，集電極采用LC網(wǎng)絡作為負載，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，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)等效電路來等效晶體管，典型應用電路進

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)工作點的電壓、電流值有關，而且與工作頻率有關，是頻率的復函數(shù)。當放大器工作在窄帶時，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諧振放大器沒有特別說明時，都是工作在窄帶，晶體管可以用Y參數(shù)等效。

11、 放大器的指標參數(shù): (1) 電壓放大倍數(shù)K (2) 輸入導納 (3) 輸出導納 (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，或反向傳輸導納的反饋，當該反饋在某個頻率相位上滿足正反饋條件，且足夠大，則會在滿足條件的頻率上產生自激振蕩， 致使放大器存在穩(wěn)定性的問題。[3] 當正反饋嚴重時，即Yir中的負電導使放大器輸入端的總電導為0或負值時， 即使沒有外加信號，放大器輸出端也會有輸出信號，產生自激,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：減小反向傳輸導納Yre，而Yre取決于集電結電容，選 擇集電結電容小的管子，減弱反饋作用。從電路結構著手：設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：通過在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路（中和電路）來抵消晶體管內部參數(shù)Yre的的反饋作用。 失配法：通過增大負載導納，進而增大總回路導納，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只能在某一個頻率點起到完全中和的作用， 對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 由于中頻小信號放大器制作關鍵在于高增益和頻率選擇性。課設要求200倍放大，一級放大一般無法實現(xiàn)，因為三極管的值一般為100到200之間。為了實現(xiàn)穩(wěn)定的放大，一級信號通過三極管的放大倍數(shù)不宜過高，否則就不穩(wěn)定了。另外為增強信號的頻率選擇性，在系統(tǒng)的前置預濾波，以及對電源進行濾波，最大限度減少干擾。另外，為了穩(wěn)定信號，采用閉環(huán)回路方案達到效果，通過負反饋使信號穩(wěn)定。整個系統(tǒng)原理框圖

14、如下圖7所示。 信號 輸入 低通濾波 電源5V 信號 輸出 選頻 放大 前置 濾波 信號負反饋 供電 圖7 中頻小信號選頻放大器系統(tǒng)框圖 4.1 中頻選頻放大 圖8 中頻小信號選頻放大器 中頻選頻放大器硬件電路如圖8所示，由兩級放大電路組成，每級之間采用變壓器耦合。三極管選用9018，變壓器采用調諧頻率為465KHz的中周加電容微調至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，故此三極管達到性能要求。 由于臨時買不到455KHz的諧振點的中周，選用465KHz的代替，另外在電路中配以可調電容，降低其頻率到455KHz。原電感可用以下公式計算得到： 其中，f0為465KHz，C為330pF，這樣求得電感值為355uH,所以為達到455KHz，所需電容值為344.7pF，故另外并聯(lián)一個14.7pF的電容即可。本次選用微調電容0-18pF，達到要求。 由于兩個三極管都工作在甲類放大狀態(tài)，選取靜

16、態(tài)工作點參數(shù)時，將Vce設定為VCC/2，為減小功耗，使Ic不要太大，選0.5mA,Rb11和Rb12上流過0.1mA的電流，通過參數(shù)調節(jié)，確定Rb11為20,Rb12為16.8，Re12取100，Re11為2。動態(tài)工作時，由于頻率為455KHz，需使得Re11>>，取C為0.1uF適合。 4.2 濾波器 電源濾波采用簡單的RC低通濾波器，取兩個電容，一個電解電容10uF和一個瓷片電容0.1uF可以達到很好的濾波效果。 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 信號負反饋 信號負反饋是通過中和法中反饋電容來實現(xiàn)的，本次設計中采用可微調電容0-20pF來實現(xiàn)負反饋。由下公式 ，其中N1=6，N2=45。. 5 電路仿真與分析 5.1 multisim仿真軟件簡介 鑒于仿真的方便，采用NI公司的multisim10.1，由于豐富的元件庫，電路原理圖設計非常方便，另外，該軟件可采用AC Analysis來分析設計的合理性，也可采用內部的各種虛擬儀器來分析，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設計如圖10，由于變壓器參數(shù)難以設置，采用單級調試。 圖10 仿真電路 用虛擬

18、萬用表來測量靜態(tài)工作點，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)工作點仿真測試 圖12 輸出仿真結果 控制Vce在2V到3V之間可以達到很好的輸出效果。單級輸入給予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 運用multisim中的波特儀可以仿真出濾波器的幅頻響應曲線，波特儀接線電路如圖13所示。 圖13 濾波器仿真電路 圖14 仿真結果 幅頻響應的3dB點對應的頻率在700KHz左右，這樣，455KHz的輸入信號可以粗略選出，更高頻的會衰減很大。[6]

19、 6 實物制作及調試 經過長時間的精心制作，完成了硬件電路的制作，熟悉使用中周等元件，并且在硬件制作過程中，注意到理論設計的不足，而加以完善，如電源部分加上顯示，兩級放大電路分開以便測試，中間加上排陣排帽來控制通斷。另外，為了便于靜態(tài)工作點的最佳調試，電阻采用可變式方便調試。 調試過程中，發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)達不到理論設計，要求最大達到200，實際達到170，繼續(xù)調節(jié)靜態(tài)工作點，輸出電壓加大，但漸漸出現(xiàn)失真。為了使諧振點在455KHz，電路中緩慢調節(jié)中周和并聯(lián)可調電容，使在455KHz時輸出電壓達到最大。另外，調試時發(fā)現(xiàn)電源干擾很大，電源紋波一般有100mV,這樣，輸入信號將成干擾，出現(xiàn)“門限效

20、應”，電源部分設計加的濾波達不到穩(wěn)定要求，必須選擇穩(wěn)定的電源才行，這是對小信號處理所需注意的最重要一點。 7 個人體會 通過此次中頻小信號選頻放大器的設計，我收獲頗豐。首先，通過調試三極管，復習了以前模電所學的知識，在設計中的出現(xiàn)了各種各樣的錯誤，在不斷修正中掌握了以前模糊知識。另外，為了使選頻足夠精確，不斷調試中周，懂得實際調試來彌補理論的不足。 感謝學校給我們這次機會，鍛煉了我們的動手能力。通過這次課設讓我明白了理論和實際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識到自己在高頻上有很多的知識漏洞，以后應該多鉆研一下。

21、 參考文獻 [1] 曾興雯．高頻電路原理與分析（第四版）．西安：西安電子科技大學出版社，2007.7 [2] 吳友宇．模擬電子技術基礎．北京：清華大學出版社，2009.5 [3] 鈴木雅臣．晶體管電路設計(上)．北京：科學出版社，2004.9 [4] J.卡爾?約瑟夫．射頻電路設計．北京：科學出版社，2007.8 [5] 朱彩蓮．Multisim電子電路仿真教程．西安：西安電子科技大學出版社，2007.9 [6] 邱關源．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 三極管9018 2個 電感2.2uH 1個 微調電容0到18pF 4個 電位器50K 4個 電容0.1uF 若干 電容10uF 1個 電阻100，2K，1K 若干 附錄II總電路圖 圖15總電路圖 14 本科生課程設計成績評定表 姓 名 金才 性 別 男 專業(yè)、班級 電子科學與技術0801 課程設計題目： 晶體管中頻小信號選頻放大器設計 課程設計答辯或質疑記錄： 成績評定依據(jù)： 最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定） 指導教師簽字： 年 月 日