[理学]通信电子电路课程设计.doc
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1、课 程 设 计设计题目 通信电路设计与实践学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 20 年 月 日 设计题目 通信电子电路课程设计 成绩(教师填写)课程设计主要内容 (1)高频小信号调谐放大器电路设计与实践;(2)高频谐振功率放大器电路设计与实践。指导教师评语建议:从学生的工作态度、工作量、设计(论文)的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。(教师填写)签名: 2012年 月 日课程设计任务书设计题目 通信电路设计与实践学生姓名 学 号 专业班级 指导老师 工作单位 要求完成的主要任务:1. 每人要提交一份设计报告,格式按照课程设计的样式2. 报告内容包括:1) 高频小信号调谐放大
2、器电路设计与实践;2) 高频谐振功率放大器电路设计与实践。时间安排:理论讲解,老师布置课程设计题目,学生根据选题开始查找资料; 课程设计时间为2周。1) 确定技术方案、电路,并进行分析计算,时间3天;2) 选择元器件、安装与调试,仿真设计与分析,时间5天;3) 总结结果,写出课程设计报告目 录第一章 高频小信号调谐放大器第 1节 设计目的 61.1设计要求61.2 主要技术指标及要求6第2节 简述6第3节 总体方案7 3.1 设计要求7 3.2总体方案简述7第4节 电路的基本原理及电路的设计84.1电路的基本原理84.2 主要性能指标及测试方法114.3 电路的设计与参数的计算14第5节 电路
3、的仿真与调试16 5.1 电路仿真165.2 电路的安装与调试17第6节 实验结果19第二章 高频谐振功率放大器第1节 设计目的211.1设计目的 211.2 主要技术指标及要求 21第2节 简述21第3节 电路的基本原理及电路的设计223.1高功放电路原理图 223.2 高频功率放大器原理分析223.3功率放大的分析233.4仿真电路图 27第三章 心得体会31参考文献31第一章 高频小信号调谐放大器第 1节 设计目的1.1 设计目的1. 了解LC串联谐振回路和并联谐振回路的选频原理和回路参数对回路特性的影响;2. 掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理;3. 掌握高频单调谐放大器的等效电路、
4、性能指标要求及分析设计;4. 掌握高频单调放大器的设计方案和测试方法。1.2 主要技术指标及要求1. 技术指标 已知:电源电压,负载电阻条件下要求:1) 中心频率2) 电压增益:10-20倍;2. 设计要求1) 设计高频小信号谐振放大电路;2) 根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数;3) 在万用板或面包板上制作一个单级(或双级)小信号调谐放大电路;4) 拟定测试方案和测试步骤;5) 写出设计报告。第2节 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
5、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
6、频率选择;另加其它电路,实现放大器与前后级的阻抗匹配。第3节 总体方案3.1 设计要求已知条件:电源电压,负载电阻,高频三极管3DG6D。主要技术指标:中心频率,电压增益,通频带。表3-1-1 实验仪器及设备 实验仪器设备 数量 高频信号发生器 1台 数字存储示波器 1台 无感起子 1把 数字万用表 1台 12V直流稳压电源 1台3.2 总体方案简述 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
7、)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。 (4)阻抗匹配。 第4节 电路的基本原理及电路的设计4.1 电路基本原理 图4-1-1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
8、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4-1-1 高频小信号放大器基本原理图图电路中,晶体管直流偏置电路与低频放大器电路相同,由于工作频率高,旁路电 容Cb.、Ce可远小于低频放大器中旁路电容值。调谐回路的作用主要有两个:第一、选频作用,选择放大的信号频率,抑制其它频率信号。 第二、提供晶体管集电极所需的负载电阻,同时进行阻抗匹配变换。 高频小信号频带放大器的主要性能指标有: (1)中心频率 :指放大器的工作频率。它是设计放大电路时,选择有源器件、计算 谐振回路元件参数的依据。 (2)增益:指放大
9、器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和 功率增益。 电压增益 功率增益 式中 、分别为放大器中心频率上的输出、输入电压幅度, 、分别为放大器中心频率上的输出、输入功率。增益通常用分贝表示。 (3)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。(4)选择性:指放大器对通频带之外干扰信号的衰减能力。通常有两种表征方法:其一,用矩形系数说明邻近波道选择性的好坏。 其二,用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率 信号抑制能力的大小,其定义为中心频率上功率增益 与特定干扰频率上的
10、功率增益 之比: 还有其它一些性能指标参数,如工作稳定性,噪声系数等。 放大器在谐振时的等效电路如图4-1-2所示: 图4-1-2 交流等效电路图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,电流放大系数有关外,还与工作角频率有关。晶体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。图3-3所示的等效电路中,p1为晶体管的集电极接入系数,即式中,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: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。由图3-3可见,并联谐振回
11、路的总电导的表达式为:式中,为LC回路本身的损耗电导。4.2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,谐振电压放大系数,放大器的通频带BW及选择性(通常用矩形系数Kr0.1),采用4-2-1所示电路可以粗略测各项指标。图4-2-1 接入信号源输入信号由高频小信号发生器提供,高频电压表,分别用于测量输入信号与输出信号的值。直流毫安表用于测量放大器的集电极电流的值,示波器监测负载两端输出波形。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。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:式中,L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量;为谐路的总电容,的表达式为:
12、 式中,为晶体管的输出电容;为晶体管的输入电容。 谐振频率的测试步骤是,首先使高频信号发生器的输出频率为,输出电压为几毫伏;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。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. 的表达式为: 的测量电路如图3-2-1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: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
13、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,为谐振放大器的有载品质因素。通频带的测量电路如图3-2-1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(保持不变),并测出对应的电压放大倍数,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3-3-2所示:图4-2-2 通频带图示由的表达式可知: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,除了选用较大的晶体管外,还应尽
14、量减少调谐回路的总电容量。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3-2-2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: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。4.3 电路的设计与参数计算4.3.1 电路的确定电路形式如图4-3-1所示。 图 4-3-1电路 4.3.2参数计算已知参数要求与晶体管3DG6D参数。(1) 设置静态工作点 取 =1mA, =
15、2.25V, =9.05V, 则 , 取标称值4K 可用4k电阻和20k电位器串联,以便调整静态工作点。(2) 计算谐振回路参数 下面计算4个y参数, 因为, 所以 , 因为,所以 , 故模 回路总电容为 再计算回路电容 ,取标称值51pF输出耦合变压器Tr0的原边抽头匝数N1及副边匝数N3,即 匝,匝(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。 第5节 电路的仿真与调试5.1电路的仿真(1)利用MULTISIM绘制出
16、如图5-1-1所示的仿真实验电路5-1 -1 multisim仿真出来的电路示意图(2) 按图设置各元件的参数,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,通道A为输出信号,通道B为输入信号。如5-1-2图所示: 图5-1-2 输出波形在无信号输入,仅有直流激励的情况下用电流表测量三极管发射极极电流,测得约为1mA。接入信号发生器,观察示波器输入输出波形,按照设计要求调节中周。利用仪器测得各指标如下:=465kHz20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。5.2电路的安装与测试 将上述设计的元器件参数值按照图2-1所示电路进行安装。先调整放大器的静
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