高频电子线路课程设计-高频放大器.doc

高频电子线路课程设计题目： 高频放大器 班级： 2008级通信工程 姓名： 学号： 成绩： 一、 设计任务 要求设计一个调频电路中载波输入中的高频放大器（调谐放大器），由LC单回路构成集电极的负载，调谐于放大器的中心频率。调谐放大器的种类很多，按调谐回路分为单调谐、双调谐和参差调谐等放大器；而按电路联接方式又可分为共射、共基、共集三种放大器。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。双调谐回路谐振放大器主要技术指标：静态工作点、电压增益、通频带、矩形系数，将其与单调谐回路谐振放大器进行比较，得到对同一输入信号而言，双调谐回路谐振放大器比单调谐回路谐振放大器的电压增益有所增大、通频带显著加宽、矩形系数明显改善，高频小信号放大器主要应用于接收机的高频放大器和中频放大器中，目的是对高频小信号进行线性放大。 二、高频放大器方案分析 由于单调谐放大器的频带较窄,选择性较差。优点是线路简单,调整方便。通常当放大器的相对带宽B/ f 较小时(B/ f < 5 %) ,可以采用这种线路。双调谐放大器具有较好的选择性和较宽的通频带。它由两级调谐回路组成,分别称为初、次级回路,通过电容或电感耦合。其电路比较复杂,调整比较困难。单调谐放大器实验框图如下：输入信号直流偏置电路高频交流放大器 图中，直流偏置电路中包括基极分压式偏置电阻、发射机负反馈偏置电阻和旁路电容。高频交流放大电路包括输入回路、晶体管、输出回路（LC并联谐振回路，输出变压器和负载）。二、 电路工作原理及设计说明1、实验电路图 双调谐回路放大器具有较好的选择性、较宽的通频带，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，因而它被广泛地用于高增益、宽频带、选择性要求高的场合。但双调谐回路放大器的调整较为困难。双调谐回路放大器如图所示，图中由C3、C4、C5、C9、C10、L1、L2组成的双调谐回路。2、三极管输入输出特性(1)、Uce>0时的输入特性当Uce>0时，这时电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极、Uce>Ube，三极管处于放大状态。当Uce1V是的输入特性具有实用意义。Ib/uAIBUCEICVCCRbVBBcebRCV-+V-+mA-+-mAUBE0 三极管的输入特性 三极管共射特性曲线测试电路(2)、输出特性 Ic/mA Ic=f（Uce）|Ib=常数三极管的特性曲线划分为三个区：截止区、 放大区和饱和区。 4 100uA饱和区放大器 截止区：是Ib0的区域。 80uA Ib=0时，Ic=Iceo。硅管约等于1uA， 3 60uA锗管约为几十几百微安，两个发射结 2 40uA和集电结都处于反向偏置。 1 20uA 放大区：是Ube>0,Ubc<0的区域。 Ib=0截止区 发射结正向偏置，集电结反向偏置。 在放大区中，各条输出曲线比较平坦，近 0 5 10 Uce 似为水平线，且等间距。集电极电流和基 三极管输出特性曲线极电流体现放大作用，即 Ic=Ib 饱和区：是Ube>0,Ubc>0的区域。 发射结和集电结均正偏。在饱和区中，Ic基本上不随Ib而变化。在饱和区，三极管失去放大作用，IcIb。当Uce=Ube，即Ucb=0时，称临界饱和，Uce<Ube时称为过饱和。(3)、静态工作点的近似计算 Icq » b Ibq Uceq=Vcc-IcqRc (4)、电压增益 式中：n1、 n2 分别代表C4 、L1、C9与C5 、C10 、 L2组成的谐振回路接入系数。但=0时，则广义失调量 KQL：式中K为耦合因子，QL为有载品质因素。对耦合回路来讲，可分为临界耦合、强耦合及弱耦合。 >1 =1 < 1 O 临界耦合的条件 1,谐振曲线较平坦，在 （ =0）处，出现最大峰值。此时 = 强耦合条件 1,谐振曲线出现双峰，两个双峰点位置在此时 = 弱耦合条件 1，调谐曲线在 （ =0）处出现峰值。此时 =并联谐振回路调谐在放大器的工作频率上，则放大器的增益就很高；偏离这个频率放大器的放大作用就下降。可以测出的是(5)、通频带 指放大电路增益由最大值下降3db时对应的频带宽度。它相当于输入不变时，输出电压由最大值下降到0.707倍或功率下降到一半时对应的频带宽度，如图51所示。由于放大器放大的是已调信号，已调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带以便让必要的信号中的频谱分量通过放大器。 BW=与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路形式和回路的等效品质因数QL。此外放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄，并且通频带越宽，放大器的增益越小。(6)、谐振角频率 或、(7)、选择性放大器对通频带外干扰信号的衰减能力,有两种表征方法：其一，用矩形系数说明邻近波道选择性的好坏：矩形系数Kr0.1定义为：Kr0.1=2f0.1/(2f0.7)矩形系数Kr0.01定义为：Kr0.01=2f0.01/(2f0.7)式中2f0.2为相对电压增益（或相对电压输出幅度）下降到0.7时的频带宽度，即放大器的通频带B；2f0.1为相对电压增益下降到0.1时的频带宽度。显然，理想矩形系数应为1，实际矩形系数均大于1。双调谐回路谐振功率放大器的矩形系数：、频率带宽：Ao/Au=0.1 、给定相对插入损耗的通带带宽：2f0.7=BW3.16其二，用抑制比来说明对外带某一特定干扰频率fn信号抑制能力的大小，其定义为中心频率上功率增益Kp(f0)与特定干扰频率fn上的功率增益之比。 也可以表示为：d=AV0/An 用分贝表示，则为 d(dB)=20lg(AV0/An) (8)、电路参数选择与元件作用、电路的元器件 信号源、电感、电容、电阻、三极管等。、三级管的作用直流电压源Vcc应大于Vbb，从而使电路满足放大的外部条件： 发射结正向偏置，集电极反向偏置。改变可调电阻Rb，基极电流IB，集电极电流Ic 和发射极电流IE都会发生变化，由测量结果可以得出以下结论：IE IB IC ( 符合克希荷夫电流定理）。IC IB ×? （ ?称为电流放大系数，可表征三极管的电流放大能力）。 IC IB ×?。由上可见，三极管是一种具有电流放大作用的模拟器件。、电感的作用电感是用绝缘导线(例如漆包线,沙包线等)绕制而成的电磁感应元件。a.电感的作用：通直流组交流这是简单的说法，对交流信号进行隔离，滤波或与电容器，电阻器等组成谐振电路。b.调谐与选频电感的作用：电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等，则回路的感抗与容抗也相等，于是电磁能量就在电感、电容之间来回振荡，这就是LC回路的谐振现象。谐振时由于电路的感抗与容抗等值又反向，因此回路总电流的感抗最小，电流量最大(指f=f0的交流信号)，所以LC谐振电路具有选择频率的作用，能将某一频率f的交流信号选择出来。、电容的作用电容的基本工作原理就是充电放电， 当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和 夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。电容的用途非常多，主要有如下几种：a、隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。b、旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。c、耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。d、滤波：这个对DIY而言很重要，显卡上的电容基本都是这个作用。e、温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。f、计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。g、调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。h、整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。i、储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。上述中放电路结构简单，回路损耗小，调试方便，所以应用广泛。但很难同时满足选择性和通频带两方面的要求，所以只能用在要求不太高的收音机上。(9)、工作稳定性 指在电源电压的变化或器件参数变化时，增益、同频带、选择性三参数的稳定程度。一般的不稳定现象是增益的变化，中心频率偏移、通频带变窄等，不稳定状态的极端情况是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。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。5-3图为 对fn的抑制能力。 (10)、噪声系数放大器的噪声性能可用噪声系数NF表示 噪声系数=输入信号噪比/输出信号噪比用数学公式表示为： NF=(Psi/P ni)/( Pso/P no) 其中NF越接近1越好在多级放大器中，前两级的噪声对这整个放大器的噪声起决 定作用，因此要求他的噪声系数应尽量小。三、仿真电路电路原理图：仿真时的输入信号：仿真后的输出信号：三、 性能比较1、对于双调谐回路放大器的谐振回路工作在谐振频率条件下，其通频带比单调谐回路放大器的通频带宽，选频作用明显；2、与单调谐回路放大器的最大谐振电压增益比较而言，在选用同样的晶体管时，两者的电压增益完全一致，都是晶体管所能提供的最大电压增益；3、功率增益：由双调谐回路的RF特性可得，与前面所学习的单调谐回路的RF特性相比较而言，二者完全一样的，这是由于晶体管的最大功率增益是一致的；4、通频带与选择性：双调谐回路放大器在失谐较小的情况下，曲线比单调谐回路放大器的谐振曲线平坦，当失谐较大时，曲线下降很快，因此，双调谐回路放大器具有较宽的通频带；5、矩形系数：当给定相对插入损耗的通带带宽相同时，单调谐回路的通频带比双调谐回路放大器的通频带窄，所以双调谐回路放大器的矩形系数比单调谐回路放大器的矩形系数小；对于同一参考量而言，双调谐回路放大器的矩形系数比单调谐回路放大器的矩形系数小5-6级。四、总结通过本次课程设计，使我对高频电子线路当中双调谐回路放大器和单调谐回路放大器有更深的了解。五、附录设计电路总图如下：