1、通信电子线路课程设计说明书高频小信号调谐放大器院、部电气与信息工程学院学生姓名指导教师职称副教授专业电子信息工程班级电子1201班学号1230340112完成时间2014年12月I摘要放大高频小信号（中心频率在几百KHZ到几百MHZ，频谱宽度在几KHZ到几十MHZ的范围内）的放大器，称为高频小信号放大器。这类放大器，按照所用器件可分为晶体管，场效应管和集成电路放大器；按照通过频谱的宽窄可分为窄带和宽带放大器；按照电路形式可分为单级和级联放大器；按照所用负载性质可分为谐振放大器和非谐振放大器。所谓谐振放大器，就是采用谐振回路作负载的放大器。根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有
2、较大的增益；对于远离谐振频率的信号，增益很小。所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。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。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，运用LC电路的谐振作为选频和滤波，利用三极管的放大作用来实现小信号放大的作用。关键字三极管；LC电路；放大器；高频小信号IIABSTRACTZOOMINHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALCENTERFREQUENCYINHUNDREDSOFKHZTOSEVERALHUNDREDMHZ,SPECTRU
3、MWIDTHINTHERANGEOFAFEWKHZTODOZENSOFMHZAMPLIFIER,KNOWNASTHEHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALAMPLIFIERTHISKINDOFAMPLIFIER,ACCORDINGTOTHEDEVICECANBEDIVIDEDINTOTHETRANSISTOR,FIELDEFFECTTUBEANDINTEGRATEDCIRCUITAMPLIFIERACCORDINGTOTHETHROUGHSPECTRUMWIDTHCANBEDIVIDEDINTONARROWBANDANDBROADBANDAMPLIFIERACCORDINGTOTHE
4、CIRCUITFORMCANBEDIVIDEDINTOSINGLESTAGEANDCASCADEAMPLIFIERACCORDINGTOTHENATUREOFTHELOADCANBEDIVIDEDINTORESONANCEAMPLIFIERANDTHERESONANTAMPLIFIERTHESOCALLEDRESONANCEAMPLIFIER,ISTOUSEASALOADRESONANCELOOPOFTHEAMPLIFIERACCORDINGTOTHEPROPERTIESOFTHERESONANTCIRCUIT,THERESONANCEAMPLIFIERFORCLOSETOTHERESONAN
5、TFREQUENCYOFTHESIGNAL,HAVEBIGGERGAINTOSTAYAWAYFROMTHERESONANCEFREQUENCYOFTHESIGNAL,GAINISSMALLSO,RESONANCEAMPLIFIERHASAMPLIFICATIONEFFECTNOTONLY,ANDALSOTOPLAYTHEROLEOFAFILTERORFREQUENCYSELECTIVEHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALTUNEDAMPLIFIERISWIDELYUSEDINCOMMUNICATIONSYSTEMSANDOTHERRADIOSYSTEMS,ESPECIALLYINT
6、HERECEIVINGENDOFATRANSMITTER,INDUCTIONFROMTHEANTENNASIGNALISVERYWEAK,THISNEEDSWITHTHEAMPLIFIERTOENLARGEITINTHISPAPER,BASEDONTHEORETICALANALYSIS,BASEDONTHEACTUALPRODUCTION,USINGTHELCRESONANCEFREQUENCYSELECTIVEANDFILTERINGCIRCUIT,TRIODEAMPLIFYINGFUNCTIONISUSEDTOREALIZETHEROLEOFSMALLSIGNALAMPLIFIERKEYW
7、ORDSTRIODELCCIRCUITAMPLIFIERHIGHFREQUENCYSMALLSIGNALIII目录1绪论111高频小信号调谐放大器的由来112高频小信号调谐放大器的用途及其功能12高频小信号放大器电路设计的原理221高频小信号调谐放大器的基本原理222高频小信号调谐放大器主要质量指标2221增益2222通频带2223选择性2224品质因素2225噪声系数223各元器件参数设计3231静态工作点的选择3232谐振回路的参数计算43电路仿真631电路仿真图632电路的输入与输出比较64调试与误差分析841电路板调试8411元件的焊接8412调试所用到的元器件8413调试步骤与波形图
8、842误差分析9结束语10参考文献11附录一电路图12附录二PCB版图13附录三元件清单14IV附录四实物图1511绪论11高频小信号调谐放大器的由来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
9、当经过放大和限制干扰的处理。这就需要通过高频小信号调谐放大器来完成。12高频小信号调谐放大器的用途及其功能高频小信号放大在各个领域都有其应用，特别是在通信部分，作为调幅、调频电路的接收部分。如在话筒制作中，利用其选频与放大的作用，得到我们想要的信号。高频小信号放大器的作用是无失真的放大某一频率范围内的信号。高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。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。22高频小信号放大器电路设计的原理21高频小信号调谐放大器的基本原理小信号调谐放大器的作
10、用是有选择地对某一频率范围的高频小信号进行放大。所谓“小信号”，通常指输入信号电压一般在微伏毫伏数量级附近，由于信号小，从而可以认为放大器工作在晶体管的线性范围内。所谓“调谐”，主要是指放大器的集电极负载为调谐回路。这种放大器对谐振频率0F及附近频率的信号具有较强的放大作用，而对其它远离0F的频率信号，放大作用很差。22高频小信号调谐放大器主要质量指标221增益增益就是放大器输出电压与输入电压之比，用来表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力，用AU表示。在实验中，增益越大越好。222通频带通频带通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0707倍时，所对应的频率范围即为高频放大器的通频带，用B
11、07表示。223选择性选择性是指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。一般用B01表示，其值越大，回路选择性越好。224品质因素品质因素描述的是选频特性的好与差，用Q表示。Q值越大，回路损耗愈小，其选频特性就愈好。225噪声系数高频放大器由多级组成，降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声。因此，在设计前级放大器时，要求采用低噪声器件，合理地设置工作电流等，使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。用NF表示,其值越接近1越说明噪声越小，电路的性能越好。根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或
12、微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图21所示。该电路由晶体管VT7、选频回路CP2二部分组成。它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率FS10MHZ。R67、R68和射极电阻决定晶体管的静态工3作点。拨码开关S7改变回路并联电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带。拨码开关S8改变射极电阻，从而改变放大器的增益。L7,C72构成滤波电路，滤除直流源的干扰信号。J30信号输入接口，J31信号输出接口。图21高频小信号放大器23各元器件参数设计选择合适的静态工作点和10MHZ的中周是高频小信号谐振放大器制作中关键所在。我们采用的是CP2中周，实际上是由LC
13、并联构成变压器，其谐振频率在一定范围内可调。当在谐振点时有WCWL/1，通过此公式计算可以确定LC的值。231静态工作点的选择其直流通路如22所示图22直流通路4/676868RRRVVCCB（21）BEQBEVVV（22）EECERVII/（23）为了使三极管工资在放大区，则必须要满足EBCVVV。再通过公式计算，就可以确定静态工作点时，各元器件的参数。232谐振回路的参数计算其小信号模型如图23所示图23小信号模型小信号模型也为放大器在谐振时的等效电路，晶体管的4个Y参数分别如下输入导纳（24）输出导纳（25）正向传输导纳（26）反向传输导纳（27）式中为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为
14、为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为5BBR为基极体电阻，一般为几十欧姆；CBC为集电极电容，一般为几皮法；EBC为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。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EI，电流放大系数有关外，还与工作角频率W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。在实验中，我们还用到了可变电容CT4，可变范围为520PF，其目的就是中和EBC的反馈，从而提高调谐放大器的稳定度。63电路仿真31电路仿真图XFG1为函数信号发生器，用以输入频率为FO10MHZ,幅度为100MV的高频小信号。XMM1为万用表，用来测量静态工作点BV
15、、EV、CEV的电压。XSC1为双踪示波器，用来观察输入、输出的波形，通道B接输出，通道A接输入，仿真如图31所示图31电路仿真图32电路的输入与输出比较设置各元件的参数以后，打开MULTISIM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。如图32所示，通道A为输入信号，通道B为输出信号，输入信号为10MHZ,，100MV，输出信号为10MHZ,76V。放大倍数AV76V/100MV76。7图32信号输入与输出对照图由MULTISIM仿真可看出，仿真的结果增益AU的倍数大于设计指标，这是由于在仿真软件中，线路无损耗，各元器件的参数准确且无误差，由LC并联回路构成的中周基本上达
16、到了谐振状态所致。84调试与误差分析41电路板调试411元件的焊接经过仿真后，根据原理图将元件一一通过检测之后焊接在面包板上，然后真确连上导线。焊接之前一定要确定每个元件都要能正常工作，元件更不能接反，如中周的引脚，电位器三个脚中有效地两个脚都必须事先了解后才接入电路，焊接好连号导线后，还必须要用万用表确定线路是否连接好。412调试所用到的元器件实验仪器设备高频信号发生器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413调试步骤与波形图（1）调试步骤第一步断开短路快J27，将开关S8的2,3,4分别置于“ON”，开关S7全部置于断开状态，此时就可以测量对应的静态工作点
17、。第二步将频率为10MHZ、幅度为92MV的高频小信号接入到J30中，连接短路快J27。调节CT4或者中周CP2，使回路振荡。当观察到输出信号J31最大时，此时即为最佳谐振状态，（2）波形图输入波形图如41所示图41输入波形图9输出波形如42所示图42输出波形图从波形图可以看出，输入波形的频率和幅度分别为10MHZ、92MV，输出波形的频率为927MHZ,幅度为127V，则AU13/IOVV。42误差分析实验值为F0945MHZVO13仿真值得F0102MHZVO50设计指标F010MHZVO56数据分析在误差允许范围内，中心频率的理论值与实际值一致，在放大器处于谐振状态下，电压放大倍数AVO
18、放大倍数与理论值有一定的差距。分析设计总结导致误差的原因如下（1）实物的实际值与理论值有一定的差距。如电阻电容的理论值与标称值存在一些差异，并且电阻电容的标称值也有一定的误差。如通过计算R67要买62K的电阻，而买回来测只有60K多点。（2）晶体管数据为查表所得，而由于分布参数的影响，晶体管手册中给出的分布参数一般都是在测试条件一定的情况下测得的。且分布参数还与静态工作电流及电流放大系数有关。放大器的各项技术指标满足设计要求后的元器件参数值与设计计算值有一定的偏离。（3）性能指标参数的测量方法存在一定的误差。如在调谐过程中，我们通过直接观察波形的输出值的大小来确定电路是否调谐。这样调谐频率的测
19、量值存在误差的同时，放大倍数的测量值也会产生误差。这属于系统误差，也许可以通过使用别的电路可以减小误差。（4）理论值设定的谐振点为10MHZ，即此时的增益达到最大。但是在实物图制作中，谐振点不是10MHZ而是在其周围。所以这也是最大的因素影响电路的增益。（5）实验仪器设备的老化等也会导致电路调试过程中出现一定的误差。10结束语此次课程设计从开始到结束，时间也比较紧张，设计电路简单且为通信电子线路实验指导书上的内容，在最终调试方面仍有欠缺。但是我在做课程设计的这一段时间里全身心的投入了，从电路的布局、元件的选择、电路板的制作到电路板的调试我都尽心尽力。在尽力的同时却发现了许多电路板上问题，比如对
20、元件市场的熟悉程度，长期对网络上得来的知识的深信，却忽视了自己周围的条件环境因素，一些元件网上有的看但是在自己身边的原件市场不一定有的买或者买的是否正确，就比如我们买的10MHZ的中周就有问题，害我们在不知情的情况下，老是以为是电路图和电感的问题，到最后幸好有老师的帮助，我们才完成了板子的制作与调试。所以，以后买元器件，最好还是问问周围的人，这样少走弯路。在本次课程设计中虽然坎坷多时间短，但是我们都学到了许多在课本上难得到的东西，同时也解决了一些平时在课本上不是很了解甚至忽略了的问题。让我受益颇多，在此我由衷感谢老师及其他帮我的人虽然我们的电路增益远不及课题要求的，但我们在后续工作中一定会努力
21、学习。11参考文献1康华光电子技术基础模拟部分第五版M北京高等教育出版社,2006KANGHUAGUANG“ELECTRONICTECHNOLOGYFOUNDATION“FIFTHEDITIONMBEIJINGHIGHEREDUCATIONPRESS,20062谢自美电子线路设计实验测试（第三版）M武汉华中科技大学出版社，2006XIEZIMEIELECTRONICCIRCUITDESIGN,EXPERIMENT,TESTTHIRDEDITIONMWUHANHUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYPRESS,20063胡宴如高频电子线路M北京高等教育出版
22、社,2012HUYANHIGHFREQUENCYELECTRONICCIRCUITMBEIJINGHIGHEREDUCATIONPRESS,20124邱光源电路第五版M北京高等教育出版社,2011QIUGUANGYUANCIRCUITSFIFTHEDITIONMBEIJINGHIGHEREDUCATIONPRESS,2011INCHINESE12附录一电路图13附录二PCB版图12341231231234876512348765121212121212121212121115432112121212121214附录三元件清单名称位号数值电容C59102PFC60100PFC61103PFC70103PFC72103PFCT4520PF电感L7470UH电阻R6762KR6833KR662KR69500R731KR6510KR612KR56470VR1510K三极管VT79014拨码开关S7DIP4S8DIP415附录四实物图
