高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　意義和目的……………………………………………1</p><p>　　總體的電路方案…………………………………….2</p><p>　　各個(gè)部分分析及功能…………………………….4</p><p>　　電路參數(shù)選擇………………………………………..8<

2、/p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試……………………………………12</p><p>　　結(jié)論與心得…………….…………………………….13</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………….15</p><p><b>　　選題的意義和目的</b></p><p>　　20世紀(jì)末，電子通

3、訊獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。在無(wú)線通信中，發(fā)射與接收的信號(hào)應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘?hào)是經(jīng)過(guò)調(diào)制處理過(guò)的高頻信號(hào)，這種信號(hào)具有窄帶特性。而且，通過(guò)長(zhǎng)距離的通信傳輸，信號(hào)受到衰減和干擾，到達(dá)接收設(shè)備的信號(hào)是非常弱的高頻窄帶信號(hào)，在做進(jìn)一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)放

4、大和限制干擾的處理。這就需要通過(guò)高頻小信號(hào)放大器來(lái)完成。這種小信號(hào)放大器是一種諧振放大器。</p><p>　　高頻調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號(hào)是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號(hào)放大器理論非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來(lái)消

5、除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級(jí)的阻抗匹配。;</p><p>　　高頻小信號(hào)放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號(hào)放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，從信號(hào)所含頻譜來(lái)看，輸入信號(hào)頻譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的。</p><p>　　高頻小信號(hào)放大器的分類：</p>&

6、lt;p>　　按元器件分為：晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器、集成電路放大器;</p><p>　　按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器;</p><p>　　按電路形式分為：?jiǎn)渭?jí)放大器、多級(jí)放大器;</p><p>　　按負(fù)載性質(zhì)分為：諧振放大器、非諧振放大器;</p><p>　　高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)：</p><p

7、>　　頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz頻帶寬度在幾KHz到幾十MHz，故必須用選頻網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　小信號(hào)信號(hào)較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類 放大器)即工作在線形放大狀態(tài)。</p><p>　　采用諧振回路作負(fù)載，即對(duì)靠近諧振頻率附近的信號(hào)有較大的增益，對(duì)遠(yuǎn)離諧振頻率附近的信號(hào)其增益迅速下降，即具有選頻放大作用。</p><p>　　其中高頻

8、小信號(hào)調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號(hào)是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號(hào)放大器理論非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來(lái)消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級(jí)的阻抗匹配。 </p>&l

9、t;p><b>　　二、總體的電路方案</b></p><p>　　高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器簡(jiǎn)述： </p><p>　　高頻小信號(hào)放大器的功用就是無(wú)失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。按其頻帶寬度可以分為窄帶和寬帶放大器 ，而最常用的是窄帶放大器，它是以各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的基本要求是：</p><p&

10、gt;　　（1）增益要高，即放大倍數(shù)要大。</p><p>　?。?）頻率選擇性要好，即選擇所需信號(hào)和抑制無(wú)用信號(hào)的能力要強(qiáng)，通常用Q值來(lái)表示，其頻率特性曲線如圖-1所示,帶寬BW=f2-f1= 2Δf0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=fo/2Δf0.7. </p><p>　　（3）工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內(nèi)部噪聲要小，特別是不產(chǎn)生自激，加入負(fù)反

11、饋可以改善放大器的性能。</p><p>　　圖2-反饋導(dǎo)納對(duì)放大器諧振曲線的影響</p><p>　　（4）前后級(jí)之間的阻抗匹配，即把各級(jí)聯(lián)接起來(lái)之后仍有較大的增益，同時(shí)，各級(jí)之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。 </p><p>　　根據(jù)上面各個(gè)具體環(huán)節(jié)的考慮設(shè)計(jì)出下面總體的電路：</p><p>　　圖3-接受天線端及高頻小信號(hào)放大器</

12、p><p>　　三、各個(gè)部分分析及功能</p><p>　　高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器與低頻放大器的電路基本相同（如圖-1所示）。其中變壓器T2的初級(jí)線圈為接收機(jī)前端選頻網(wǎng)絡(luò)的一部分，經(jīng)次級(jí)線圈耦合后作為放大器的輸入信號(hào)，輸出端也采用變壓器耦合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)選頻和輸出阻抗匹配。</p><p>　　如圖-1所示，Cb與Ce為高頻旁路電容，使交流為通路。本放大器的高頻等效電路（不含

13、天線下斷的選頻網(wǎng)絡(luò)）如圖-3所示：</p><p>　　所以，當(dāng)ωC=1/ωL時(shí)Vm有最大值，即回路諧振時(shí)輸出電壓最大。 </p><p>　　實(shí)際制作中對(duì)基本電路的改進(jìn)： </p><p>　　由于高頻電路放大電路常常會(huì)自激振蕩，也容易受各種因素的干擾，并且各級(jí)間很難實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，所以要對(duì)基本電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。</p><p>　　放大器

14、內(nèi)部電路的改進(jìn)及理論依據(jù)： </p><p>　　如圖-5所示，增加Re1形成交流負(fù)反饋，用以改變放大倍數(shù)和改善輸出波形，由于電源內(nèi)阻容易影響高頻電路的工作，所以電源下端要接LCπ型網(wǎng)絡(luò)作為電源去偶電路，以減少干擾，提高放大器的性能。另外還要特別注意的是，高頻電路很容易產(chǎn)生自激振蕩，所以需要想辦法消除，最常用的辦法是在LC諧振回路中串聯(lián)一小電阻或并聯(lián)一大電阻，從而減小回路的Q值，消除自激振蕩。</p>

15、<p>　　實(shí)際制作過(guò)程及諧振頻率的快速確定： </p><p>　　高頻放大器制作中最關(guān)鍵也是最難的就是選取恰當(dāng)?shù)碾姼泻碗娙葜?，使電路諧振。諧振時(shí)有ωC=1/ωL，通過(guò)計(jì)算可以確定LC的值，但實(shí)際電路與理論計(jì)算往往相差很大，甚至能相差十幾倍到幾十倍，這就需要一定的操作技巧。以33MHz放大器為例，經(jīng)計(jì)算得電感為4.7uH時(shí)選用5—25pF的可調(diào)電容完全可以達(dá)到諧振頻率，但接好電路后很少能夠調(diào)到30

16、MHz。多次實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際振蕩頻率一般小于計(jì)算的頻率，這就要用其它辦法來(lái)確定放大器的諧振頻率。一個(gè)比較好的辦法就是借助LC振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振。</p><p>　　如圖-7所示，此電路為共基組態(tài)的“考畢茲”振蕩器，原理不再贅述，下面說(shuō)明如何利用本電路:可調(diào)電容Cx選用和放大器電路中同一規(guī)格的，電感Lx是放大器中變壓器接入諧振回路的電感值，由于本電路僅由Lx和Cx決定，但在實(shí)際電路中電容對(duì)電路的振蕩頻率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)

17、沒(méi)有電感明顯，因而先選定電容（5—20pF可調(diào)），則頻率為33MHz時(shí)，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否則高頻損耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產(chǎn)，可把繞好的做樣品），繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻Q表測(cè)量其電感值大小，不斷改變其圈數(shù)，使Lx基本達(dá)到要求（4uH左右），然后把繞制好的電感作為L(zhǎng)x接入圖-6所示的電路中，再用示波器測(cè)量此電路的震蕩頻率，調(diào)節(jié)Cx,看振蕩頻率是否為3

18、3MHz,若不是，則相應(yīng)的減少或增加變壓器（即接入的電感）的圈數(shù)，直到其頻率為所要求的為止，最后再按照要求的比例（常用3：1）來(lái)繞變壓器的次級(jí)線圈。</p><p><b>　　四、電路參數(shù)選擇</b></p><p><b>　　五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)試</b></p><p>　　電容對(duì)電路的振蕩頻率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有電感明顯，

19、因而先選定電容（5—20pF可調(diào)），則頻率為33MHz時(shí)，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否則高頻損耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產(chǎn)，可把繞好的做樣品），繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻Q表測(cè)量其電感值大小，不斷改變其圈數(shù)，使Lx基本達(dá)到要求（4uH左右），然后把繞制好的電感作為L(zhǎng)x接入圖-7所示的電路中，再用示波器測(cè)量此電路的震蕩頻率，調(diào)節(jié)Cx,看振蕩頻率是否為33MHz,若不

20、是，則相應(yīng)的減少或增加變壓器（即接入的電感）的圈數(shù)，直到其頻率為所要求的為止，最后再按照要求的比例（常用3：1）來(lái)繞變壓器的次級(jí)線圈。多次的實(shí)驗(yàn)表明，用本方法來(lái)確定變壓器初級(jí)線圈的圈數(shù)，既準(zhǔn)確，又方便可行，效果很好，一旦把變壓器的圈數(shù)確定下來(lái)，整個(gè)高頻放大器就很好制作了，同時(shí)，也可以把做好的變壓器作為樣品從而實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)制作。</p><p>　　當(dāng)然，也有其它可行的方法來(lái)確定諧振回路的頻率，如：可以在放大器

21、輸入端加一幅度恒定的信號(hào)，然后改變其頻率，用示波器觀察輸出信號(hào)在哪一頻率下最大，從而找到諧振頻率。這一方法思路簡(jiǎn)單，可行性也較強(qiáng)，但是，如果放大器的工作頻率過(guò)高，那么許多種類的高頻信號(hào)源就很難輸出恒定的正弦波，頻率升高時(shí)，信號(hào)源的輸出電壓幅度明顯的下降，甚至波形嚴(yán)重失真。在這種情況下，借助于LC振蕩器可以很容易的找到諧振頻率，從而確定變壓器初級(jí)線圈的電感量及圈數(shù)。 </p><p><b>　　六、結(jié)論

22、與心得</b></p><p>　　本文通過(guò)對(duì)實(shí)際電路的分析，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)，并利用其它電路作為輔助，提出了一種制作高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的有效方法，解決了在制作高頻放大器時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的自激振蕩、頻率難以確定以及電路中各級(jí)間阻抗不匹配問(wèn)題。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)不但鍛煉了我么最基本的高頻電子線路的設(shè)計(jì)能力，更重要的是讓我們更深刻的認(rèn)識(shí)了高頻電子線路這門課程在實(shí)際中的應(yīng)用。

23、還是有書到用時(shí)方恨少的感覺(jué)呀。</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)時(shí)我們也遇到了不少的困難和問(wèn)題，但在同伴們的共同努力下，辛苦的去專研去學(xué)習(xí)，最終都克服了這些困難，使問(wèn)題得到了解決。其中遇到的問(wèn)題很多都是在書上不能找到的，所以我們必須自己查找相關(guān)資料，利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)，這是一個(gè)比較辛苦和漫長(zhǎng)的過(guò)程，你必須從無(wú)數(shù)的信息中分離出對(duì)你有用的，然后加以整理，最后才學(xué)習(xí)到變?yōu)樽约旱牟⒂玫皆O(shè)計(jì)中的問(wèn)題去。也正是在這個(gè)查找與整理的

24、過(guò)程中，使我們初步學(xué)會(huì)了如何去找到于自己有用的資源。因?yàn)樵谛畔⒏叨劝l(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)，一個(gè)人要想獲得成功，除了自己的努力外，還必須學(xué)會(huì)利用更多其他人的知識(shí)，這樣我們才能快速的掌握知識(shí)和能力。當(dāng)然這個(gè)過(guò)程是一個(gè)積累的過(guò)程，當(dāng)你做的多了以后你就會(huì)積累相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)，會(huì)注意在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要注意那些問(wèn)題，那些方法可以使設(shè)計(jì)一次完成而不用再不斷的返工。不像我們剛開(kāi)始的時(shí)候什么都不知道，真的就是憑著自己上課的一點(diǎn)知識(shí)來(lái)做的。當(dāng)然設(shè)計(jì)會(huì)有很多不合理的地方，

25、需要在后期的工作中去修改和完善。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)很快就過(guò)去啦，但這次對(duì)于我來(lái)說(shuō)意義是不同的，真的讓我學(xué)到了不少的東西，當(dāng)然這次對(duì)于我來(lái)說(shuō)也是非常痛苦的。因?yàn)槿绻粋€(gè)事情沒(méi)有完成的話，我會(huì)無(wú)法靜下心來(lái)去做另一件事。但這次的課程設(shè)計(jì)卻不是那么輕而易舉可以完成的。所以我必須花全部的精力完成它。不過(guò)這也算是我的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)了，什么事情都是盡全力去完成。我想在以后的工作中它一定會(huì)對(duì)我有很大的幫助的。</p&

26、gt;<p><b>　　七、參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 謝嘉奎，電子線路 非線形部分（第四版），北京：高等教育出版社，1996。</p><p>　　[2] 高吉祥，易凡，丁文霞，陸珉，劉安芝，電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)，北京：電子工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　[3] 郭維芹. 模擬電子線路實(shí)

27、驗(yàn). 同濟(jì)大學(xué)出版社，1985. </p><p>　　[4] 陸宗逸. 非線性電子線路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書. 北京理工大學(xué)出版社，1989. </p><p>　　[5] 周曉寧. 音頻功率放大電路. 中國(guó)科技論文在線(http://www.shanghai.edu.cn), 2005-08. </p><p>　　[6] 黃智偉，基于射頻收發(fā)芯片NRF403的無(wú)線接口電路