晶體管中頻小信號選頻放大器設(shè)計(高頻電子線路課程設(shè)計)

1、武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電子1001班 指導(dǎo)教師： 韓屏 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：晶體管中頻小信號選頻放大器設(shè)計初始條件：具較扎實的電子電路的理論知識及較強(qiáng)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(shè)計能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實驗儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測。要求完成的主要任務(wù)： 1.采用晶體管或集成電路完成一個調(diào)幅中頻小信號放大器的設(shè)計；2.放大器選頻頻率f0455KHz，最大增益200倍，矩形系數(shù)不大于5；3.負(fù)載電阻RL1K時，輸出電壓不小干0.5V，無明顯失真；4.完成課程設(shè)計報告（應(yīng)包含

2、電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)）。時間安排：12013年12月10日分班集中，布置課程設(shè)計任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求；課設(shè)答疑事項。22013年12月11日 至2013年12月26日完成資料查閱、設(shè)計、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計報告撰寫。3. 2013年12月27日提交課程設(shè)計報告，進(jìn)行課程設(shè)計驗收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要IAbstractII一、緒論1二、中頻小信號放大器的工作原理2三、中頻選頻放大器的設(shè)計方案33.1 穩(wěn)定性分析33.2 提高放大器穩(wěn)定性的方法43.3中頻選頻放大53.4 信號負(fù)反饋6四、電

3、路仿真與分析74.1 multisim仿真軟件簡介74.2 中頻選頻放大部分仿真7五、實物制作及調(diào)試9六、個人體會12參考文獻(xiàn)13附錄I 元件清單14附錄II總電路圖152武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計摘要本文對中頻小信號選頻放大器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)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(shè)計要求，來確定最佳參數(shù)，并利用其他相關(guān)電路來調(diào)試放大電路，解決了放大電路中自激振蕩問題和調(diào)諧準(zhǔn)確的問題。本次設(shè)計中，自己設(shè)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(diào)整電路，掌握了準(zhǔn)確調(diào)諧的方法。 關(guān)鍵詞：中頻 選頻放大器 multis

4、im 調(diào)諧AbstractThis paper of intermediate 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 re

5、quirements, to determine the optimal 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

6、selective amplifier physical test. Through multiple regulating circuit, grasped accurately tuned method.Keywords: intermediate frequency selective amplifier multisim tuningII一、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(shè)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?fù)出來，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

7、放大器中功能一樣，只是工作在中頻，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(diào)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(guān)鍵。由混頻器出來的中頻信號，由于依然很微弱，需要進(jìn)行放大，另外，前級的干擾如果經(jīng)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(guān)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(jīng)過解調(diào)更好的恢復(fù)出來。二、中頻小信號放大器的工作原理由于通

8、信系統(tǒng)的接收設(shè)備所接收的無線電信號非常微弱，經(jīng)過混頻后，需要經(jīng)過放大才能將原始信號恢復(fù)。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、對中頻起旁路作用。相對低頻來說，集電極采用LC網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)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(yīng)用電路進(jìn)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(diǎn)的電壓、電流值有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)，是頻率的復(fù)函數(shù)。當(dāng)放大器工作在窄帶時，Y參數(shù)變

9、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。 放大器的指標(biāo)參數(shù):(1) 電壓放大倍數(shù)K(2) 輸入導(dǎo)納(3) 輸出導(dǎo)納(4) 矩形系數(shù)三、中頻選頻放大器的設(shè)計方案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(dǎo)納的反饋，當(dāng)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(chǎn)生自激振蕩，致使放大器存在穩(wěn)定性的問題。3當(dāng)正反饋嚴(yán)重時，即Yir中的負(fù)電導(dǎo)使放大器輸入端的總電導(dǎo)為0或負(fù)值時，即使沒有外加信號，放大器輸出端也會有輸出信號，產(chǎn)生自激,圖5所示為反饋電路。圖5 反饋電路3.2 提高放大器穩(wěn)定

10、性的方法從晶體管本身著手：減小反向傳輸導(dǎo)納Yre，而Yre取決于集電結(jié)電容，選擇集電結(jié)電容小的管子，減弱反饋?zhàn)饔?。從電路結(jié)構(gòu)著手：設(shè)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(nèi)部參數(shù)Yre的的反饋?zhàn)饔?。失配法：通過增大負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增大總回路導(dǎo)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(diǎn)起到完全中和的作用，對其它頻率只

11、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。43.3中頻選頻放大由于中頻小信號放大器制作關(guān)鍵在于高增益和頻率選擇性。課設(shè)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(qiáng)信號的頻率選擇性，在系統(tǒng)的前置預(yù)濾波，以及對電源進(jìn)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(dá)到效果，通過負(fù)反饋使信號穩(wěn)定。整個系統(tǒng)原理框圖如下圖7所示，電路原理圖如下圖8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(fù)反饋供

12、電圖7 中頻小信號選頻放大器系統(tǒng)框圖圖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。三極管由于在仿真軟件的元件庫中無法找到9018，所以用了功能和9018相近的D42C11代替，變壓器采用調(diào)諧頻率為465KHz的中周加電容微調(diào)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-11-0197-146圈數(shù)L12651.1GHz圈數(shù)L23451.3pF圈數(shù)L466-電容C13330pF-諧振fo465KHz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(dá)到性能要求。由于

13、臨時買不到455KHz的諧振點(diǎn)的中周，選用465KHz的代替，另外在電路中配以可調(diào)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(dá)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(diào)電容0-18pF，達(dá)到要求。由于兩個三極管都工作在甲類放大狀態(tài)，選取靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)時，將Vce設(shè)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(diào)節(jié)，確定Rb11為20,Rb12為16.8，Re12取100，Re11為2。動

14、態(tài)工作時，由于頻率為455KHz，需使得Re11>>，取C為0.1uF適合。3.4 信號負(fù)反饋 信號負(fù)反饋是通過中和法中反饋電容來實現(xiàn)的，本次設(shè)計中采用可微調(diào)電容0-20pF來實現(xiàn)負(fù)反饋。由下公式 ，其中N1=6，N2=45。.四 電路仿真與分析4.1 multisim仿真軟件簡介鑒于仿真的方便，采用NI公司的multisim11.0，由于豐富的元件庫，電路原理圖設(shè)計非常方便，另外，該軟件可采用AC Analysis來分析設(shè)計的合理性，也可采用內(nèi)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。4.2 中頻選頻放大部分仿真電路原理圖由multisim設(shè)計如圖9，由于變壓器參數(shù)難

15、以設(shè)置，因此在仿真時采用單級調(diào)試。圖9 仿真電路用虛擬電壓表來測量靜態(tài)工作點(diǎn)，虛擬示波器查看輸出波形，觀察到的現(xiàn)象如圖10、圖11所示。圖10 靜態(tài)工作點(diǎn)仿真測試圖11 輸出仿真結(jié)果由圖10的靜態(tài)工作點(diǎn)測試結(jié)果可以看到，三極管滿足發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏的工作要求，三極管工作在正常放大狀態(tài)。由圖11的輸入輸出波形仿真結(jié)果可以看到，當(dāng)輸入波形在50mV/Div檔而輸出波形在1V/Div檔時，輸入輸出波形基本重合，表明整個電路確實放大了200倍。電路仿真達(dá)到了預(yù)期的要求。五、實物制作及調(diào)試經(jīng)過長時間的精心準(zhǔn)備和電路板的焊接，完成了硬件電路的制作，最后做好的硬件電路如圖12所示。圖12 制作完成的硬件電

16、路由于在購買元件時未能買到中周這一重要元件，所以在電路制作時使用了330uH的定值電感和330pF的定值電容來代替中周的作用，并使用018pF的可調(diào)電容來與電感耦合使電路的諧振頻率達(dá)到455KHz。同時取消了二級放大電路，使用的是單級放大電路，預(yù)測最后實物的放大倍數(shù)可能會達(dá)不到預(yù)期的要求。最后測試時當(dāng)輸入信號峰峰值為50mV，輸入頻率分別為455KHz、300KHz和700KHz時的輸出結(jié)果分別如圖13、圖14和圖15所示。 圖13 輸入頻率為455KHz時的輸出波形圖14 輸入頻率為300KHz時的輸出波形圖15 輸入頻率為700KHz時的輸出波形對比圖13、圖14和圖15的輸出波形可以看出

17、，只有當(dāng)輸入信號的頻率在455KHz左右時輸出波形的峰峰值才最大，即此時電路的放大倍數(shù)為最大，當(dāng)輸入信號的頻率遠(yuǎn)離455KHz時輸出波形的峰峰值都會顯著變小。由此可以得出該電路達(dá)到了選頻頻率為455KHz的功能。同時可以看到當(dāng)輸入信號頻率為455KHz時輸出信號的峰峰值也只有560mv，此時電路的放大倍數(shù)也只達(dá)到了11倍左右，沒有達(dá)到要求的200倍放大倍數(shù)，這是因為硬件電路使用的是一級放大，并沒有采用設(shè)計時的二級放大電路，所以才導(dǎo)致放大倍數(shù)沒有達(dá)到要求。六、個人體會通過此次中頻小信號選頻放大器的設(shè)計，我收獲頗豐。首先，通過調(diào)試三極管，復(fù)習(xí)了以前模電所學(xué)的知識，在設(shè)計中出現(xiàn)了各種各樣的錯誤，在不

18、斷修正中掌握了以前理解比較模糊的知識。另外，為了使選頻足夠精確，不斷調(diào)試電感和電容的參數(shù)，懂得實際調(diào)試來彌補(bǔ)理論的不足。感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會，鍛煉了我們的動手能力。通過這次課設(shè)讓我明白了理論和實際操作之間的差距，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(yīng)該多鉆研一下。參考文獻(xiàn)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(xué)出版社，2021 .72 吳友宇模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：清華大學(xué)出版社，2021.53 鈴木雅臣晶體管電路設(shè)計(上)北京：科學(xué)出版社，2021 .94 J.卡爾約瑟夫射頻電路設(shè)計北京：科學(xué)出版社，2021 .85 朱彩蓮Multisim電子電路仿

19、真教程西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2021 .96 邱關(guān)源電路（第五版）北京：高等教育出版社，2021 .12附錄I 元件清單元件數(shù)量中周TTF-11-012個三極管90182個電感2.2uH1個微調(diào)電容0到18pF4個電位器50K4個電容0.1uF若干電容10uF1個電阻100，2K，1K若干附錄II總電路圖圖16總電路圖15本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名性 別 男專業(yè)、班級電子科學(xué)與技術(shù)1001班課程設(shè)計題目： 晶體管中頻小信號選頻放大器設(shè)計課程設(shè)計答辯或質(zhì)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(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教師見習(xí)報告總結(jié)期待已久的見習(xí)已經(jīng)結(jié)

20、束了，在龍巖三中高中部見習(xí)聽課，雖然只是短短的兩個星期，但感觸還是蠻深的，以前作為一名學(xué)生坐在課室聽課，和現(xiàn)在作為一名準(zhǔn)教師坐在課室聽課是完全不同的感受，感覺自己學(xué)到了一些在平時課堂上學(xué)不到的東西。在這里，我獲得的不僅是經(jīng)驗上的收獲，更多是教學(xué)管理，課堂教學(xué)等的理念，以及他們帶給我的種種思考。教育見習(xí)實踐過程：聽課。教育見習(xí)的主要目的是讓學(xué)生在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，觀摩教師上課方法、技巧等。聽課是教育見習(xí)的主要內(nèi)容。我院規(guī)定在一周的見習(xí)中需完成至少6課的見習(xí)任務(wù)。我在教師的安排指導(dǎo)下，分別對高一、高二物理專業(yè)課型為主，其他課型齊頭的方式，積極主動的完成了聽課任務(wù)，收到良好的效果。我聽的第一節(jié)課是高

21、二（8）班，這是一個平衡班，水平不如實驗班高。在上課前?？迫卫蠋熞呀?jīng)跟我說了這個班的紀(jì)律是比較差的，而且成績也不是很好。在我聽課期間，確實有幾個學(xué)生在課堂上說話，但是我發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象我在往后的幾個班都發(fā)現(xiàn)了，就是絕大部分的學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情都好高漲，積極舉手發(fā)言，積極參與課堂活動。我跟老師們提起這個現(xiàn)象的時候，科任老師就跟我說，一個班里不可能所有的學(xué)生都能全神貫注地聽完一節(jié)課，所以作為一名教師，應(yīng)該想辦法吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動的積極性，比如可以以小組為單位，以搶答計分的形式調(diào)動學(xué)生的積極性，這樣課堂氣氛就會活躍起來了。在為期兩周的見習(xí)工作中，我真的有很大的感觸，我第一次感受到自己已

22、經(jīng)從一名學(xué)生向一名教師靠近，走在校園里，每當(dāng)有學(xué)生叫我一聲老師，我在感到無比自豪的同時，還感受到了自己的責(zé)任。見習(xí)工作結(jié)束了，我要回到學(xué)校繼續(xù)我的學(xué)習(xí)了，但是我會好好記住我從*中學(xué)學(xué)到的一切，并應(yīng)用于我的專業(yè)學(xué)習(xí)中去。一、教學(xué)管理理念 在龍巖三中，從領(lǐng)導(dǎo)階層到一位普通的科任老師，都秉承以學(xué)生為主體的宗旨進(jìn)行學(xué)校的管理，進(jìn)行教學(xué)工作的開展。作為一個課程改革的示范學(xué)校，一個教育實驗基地。這所學(xué)校鼓勵著老師做各種研究，各種改革。每個班主任都有著自己的管理經(jīng)驗與管理宗旨。有了這種思想的自由，自然這里也就充滿著探索與嘗試，從而有所創(chuàng)造與進(jìn)步。在我見習(xí)的班集體中，班主任對他的學(xué)生說：“我要讓你們

23、成為學(xué)習(xí)型的管理者，也是管理型的學(xué)習(xí)者。”這樣一句簡單的話，讓我感到這里老師進(jìn)行班級管理的良苦用心。他們關(guān)心的不只是學(xué)生的學(xué)習(xí)，更多的是從一個完整的人的概念出發(fā)，去培養(yǎng)學(xué)生多方面的素質(zhì)。二、教學(xué)理念 在見習(xí)期間，借著錄課的機(jī)會，我聽了很多的市級，校級的公開棵，還有理科實驗班的課。在這些課堂上，讓我看到教學(xué)改革正在悄然進(jìn)行，有意識的老師正在努力體會“以學(xué)生為主體”的課堂模式。學(xué)生的創(chuàng)造也逐步成為教師追求的教學(xué)效果。其次，這里的老師也都在適應(yīng)著多媒體教學(xué)，信息化教學(xué)，使得課堂更加生動，資源更加豐富，學(xué)生獲取學(xué)習(xí)資源的渠道也就更多。盡管，這種教學(xué)理念、教學(xué)模式的推廣仍然有很長的路，但似乎也并不遙遠(yuǎn)，相信，這股改革的浪潮會給教育領(lǐng)域帶來很大的沖擊。 三、實際工作經(jīng)驗 在上面，是我在這所學(xué)校感受最深刻，也是認(rèn)為最有意義的收獲。實際工作經(jīng)驗上，由于在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，也獲取了許多。 在班主任工作上，我認(rèn)識到了一個老師的表率作用是很大的，學(xué)生時刻看老師，作為一個老師，應(yīng)該從自己嚴(yán)格要求，并影響感染學(xué)生。這就要求師生之間的相互交流必須是貼心的，也是帶有希望的。見習(xí)期間，班主任老師教給了我許多的班級管理經(jīng)驗。我想這些經(jīng)驗是寶貴的，更為寶貴的是老師的主動精神。在他的言談中，看出