高頻課程設(shè)計-中頻放大器

一.設(shè)計任務(wù)與要求：根據(jù)所學知識設(shè)計調(diào)相解調(diào)過程中所用到的中頻放大器，接收到的混頻信號通過該放大器能夠轉(zhuǎn)換成輸出功率較大的中頻信號，滿足下一級檢波器對于輸入信號的要求。放大器的增益大于60dB，中心頻率為6.5KHZ，帶寬要求不小于250KHZ，電源電壓12v。二.系統(tǒng)方案設(shè)計思路：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，因放大器的增益大于60dB，中心頻率為6.5KHZ，帶寬要求不小于250KHZ，采用單級放大器不能實現(xiàn)這么大的增益要求。結(jié)合實際情況以及老師的指導，決定采用多級單調(diào)諧形式的放大電路，每級大概放大10倍（20dB）,三級級連即可放大1000倍（60dB）。選定合適的晶體管，保證晶體管的特征頻率大約為中心頻率的5到10倍即可。根據(jù)查表，發(fā)現(xiàn)3DG6C晶體管足夠滿足設(shè)計要求。由于該放大器件有三級相同的放大單元，故應(yīng)考慮當外界輸入電壓發(fā)生變化時，每個放大單元都能保持相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)。根據(jù)高頻電路中所學知識可知，AGC自動增益控制電路正是實現(xiàn)這一功能的，因此設(shè)計有了很明確的發(fā)展方向。中頻信號經(jīng)中放1，中放2，中放3,3級放大后，輸出的平均電平作為AGC的默認電平，AGC自動控制中放1和中放2的輸入端。這樣就能將中頻信號以穩(wěn)定的電壓增益放大，提供給下一模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：中放輸出中放輸出中放1中放3中放2中放1中放3中放2檢波檢波AGC控制AGC控制如上圖統(tǒng)框圖所示，3級相同的單諧調(diào)放大器通過級聯(lián)，每級放大10dB，中放3出來的信號已經(jīng)放大為原信號的60dB，將此信號作為AGC模塊的輸入，用來反饋控制中放1和中放2.，當輸入信號出現(xiàn)增大或減小時，AGC模塊能起到穩(wěn)定輸出電壓，保持穩(wěn)定的增益輸出。三.設(shè)計指標：3.1增益（放大系數(shù)）:假如，放大器有m級，各級的電壓增益分別為Av1、Av2、…Avm，則總增益Am是各級增益的乘積，即Am=Av1·Av2…Avm(3-41)如果多級放大器是由完全相同的單級放大器組成，則Am=m級相同的放大器級聯(lián)時，它的諧振曲線可由下式表示：它等于各單級諧振曲線的乘積。所以級數(shù)愈多，諧振曲線愈尖銳。這里采用三級完全相同的單級放大器，即m=3，要使總的增益，則每一級的電壓增益應(yīng)為即由前面計算得到的參數(shù)可知，每一級的諧振電壓增益為3.2通頻帶：對m級放大器而言，通頻帶的計算應(yīng)滿足下式：解上式，可求得m級放大器的通頻帶為式中，2Df0.7為單級放大器的通頻帶，稱為帶寬縮減因了，它意味著，級數(shù)增加后，總通頻帶變窄的程度。設(shè)計中采用三級單調(diào)諧放大，即m=3，總的通頻帶為250kHz，則單級的通頻帶3.3選擇性:從各種不同頻率信號的總和中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性，選擇性常采用矩形系數(shù)和抑制比來表示。3.3.1矩形系數(shù):按矩形系數(shù)定義，當時，求得2Df0.7。對于多級而言求得故m級單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)為當m=3時，<103.3.2抑制比:表示對某個干擾信號fn的抑制能力，用dn表示:dn=AVO/An(An為干擾信號的放大倍數(shù)；AVO為諧振點f0的放大倍數(shù))3.4工作穩(wěn)定性:指的是電源電壓變化或器件參數(shù)變化時，以上參數(shù)的穩(wěn)定程度。一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是增益變化，中心頻率偏移，通頻帶變窄等，不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，即限制每級增益，選擇內(nèi)反饋小的晶體管，應(yīng)用中和或失配法等。3.6中心頻率中頻放大器中心頻率的選擇不僅影響中頻放大器本身的性能，還影響整機性能。它是超外差接收機的重要參數(shù)之一，應(yīng)根據(jù)基帶占據(jù)的頻率寬度來選擇中心頻率，中心頻率要遠大于基帶的最高頻率，廣播接收機的中頻選擇還要仔細考慮各種組合干擾是否落在中頻頻帶內(nèi)。中心頻率選擇較低時，要保證前置中放的噪聲系數(shù)小，選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)變化對寬帶相對影響小，中頻放大工作穩(wěn)定。中頻較高時，解調(diào)時更易濾去殘余中頻分量，可以減小鏡像通道噪聲和本振噪聲的影響.四.獨立模塊設(shè)計：為滿足單級單諧調(diào)中心頻率6.5MHZ，單級電壓增益10dB的要求，首先確定選用3DG6C晶體管，查表知其參數(shù)為求晶體管的混合參數(shù)(1)發(fā)射結(jié)的結(jié)電阻=(26mv/)β=1560Ω；(2)發(fā)射結(jié)的結(jié)電導-3s；(3跨導-3S；(4)發(fā)射結(jié)電容求晶體管的Y參數(shù)可以按下列公式計算：(1)共射晶體管輸入導納-12F由此可得：，-12(2)共射晶體管輸出導納由此可得：，-12F。(3)共射晶體管正向傳輸導納由此可得：，。(4)共射晶體管反向傳輸導納由此可得：，。。確定靜態(tài)工作點為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點晶體管分壓式偏置電阻上流過的電流一般需設(shè)置為(5~10)，這里取10倍關(guān)系，并設(shè)置，，則取標稱值13kΩ,得到實際的流過偏置電阻上的電流為單級調(diào)諧放大回路原理圖即Y參數(shù)等效電路Y參數(shù)等效如圖，在單級單調(diào)諧放大器中，電感的接入系數(shù)。，其中，為可變電容，電容值為10pF，選取=0.6，。=24.653pF，將可調(diào)電容調(diào)節(jié)至5.347，則總電容變?yōu)?0pF。由公式可得：.=0.63=0.63其中（取空載Q值為100）于是有：根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可算出單級單調(diào)諧回路的諧振電壓增益在此單級單諧電路中，人為設(shè)定同頻帶B=500KHZ,當m級相同的放大器級聯(lián)時，通頻帶的計算公式為三級放大器級聯(lián)后，各項參數(shù)均滿足任務(wù)要求。AGC自動增益說明PAGE如圖，RG為第三級中放輸出端所接的反饋電阻，阻值為20kΩ，當輸入信號沒有較大的波動時，電阻上僅有很微弱的電流；當輸入端的信號強度突然增大，使輸出端的點位升高，此時電阻上將產(chǎn)生一個反向的電流，這樣以來就使輸入端的電位降低，達到了自動增益控制的功能?？傠娐吩O(shè)計圖理論條件下可得：系統(tǒng)中心頻率6.5MHZ單級頻帶500KHZ三級級聯(lián)后頻帶寬254KHZ單級增益10.2倍總增益1061倍元件清單序號元件參數(shù)1變壓器T11:12變壓器T210:33晶體管T3DG6C4電阻Rb140K5電阻Rb213K6電阻Re1K7可調(diào)電阻RT5K8電容C010PF9可調(diào)電容CT0.01uF10旁路電容C9V11電源VCC1K12負載RL20PF13AGC電容Cg20KΩ五、實驗仿真將輸入輸出端接入示波器仿真，ch1接輸入端，ch2接輸出端，由圖可知，輸入信號vpp為12mv，f約為6500hz，輸出信號vpp為16v，f約為6300hz。增益和理論值相差不大，頻率也未出現(xiàn)較大誤差，說明設(shè)計成功合理。六、設(shè)計與調(diào)試心得體會這個學期是第一次接觸高頻電路的學習，而這次的高頻電子課程設(shè)計既是對我們學習的檢測，又是一次很好的提升機會。接到這次的任務(wù)課題起初完全不知該如何下手，逃避困難的心理也讓我被動地等老師來給我們做指導。隨著其他小組的同學們課題進度的深入，我也開始焦慮起來，前三天找了的資料反而讓我更加混亂，知識沒有理解，沒有融會貫通，造成題目看了不少，可是一關(guān)上書準備開始設(shè)計腦子里面就一片空白。繼續(xù)這樣的方法下去肯定不行。我找到了同組的幾個同學，一面了解他們的進展，一面努力為自己找點突破口。在和其中一位同學的交流中，就讓我受益匪淺。我看到他用的就是簡單的晶體三極管放大，相比于書上的多級單諧放大電路，他的電路圖一眼看去就比書上簡潔很多，那些書上我看不懂的器件部分也被他省略了。隨即我馬上問他，想弄明白兩種電路的差別在哪里。他告訴我，書上的電路是經(jīng)過很大程度改良的，在功能上趨近完美，比如一些旁路電容，電感之類，而老師給我們的要求是很寬松的，也是比較容易實現(xiàn)的，這時基本的原理電路就能完成所需的參數(shù)要求。這以后我才恍然大悟，原來自己一直糾結(jié)的問題不是主體，關(guān)鍵是要弄懂電路的整體構(gòu)架。拿本次要求設(shè)計的單調(diào)諧放大器來說，乍一看書上的電路非常復(fù)雜，混在一起完全無從下手。當把電路適當簡化，去掉前一級和后一級，懂得了直流通路和交流通路的電路圖，理解起來就非常順暢了。萬事開頭難。過了理解的關(guān)，后面的難題也是一個接一個。電路的設(shè)計要求涉及到每個元件的具體參數(shù)，包括型號。在選擇用哪種晶體管時就犯了難，還是不得已，要重新翻開模電的書，補習晶體管的相關(guān)知識，偏置電阻的選定啊，靜態(tài)工作點啊，π參數(shù)和y參數(shù)的具體計算等等。這些都還只是準備工作，到了設(shè)計時，對我們的計算細致程度和耐心又是一次考驗……這次設(shè)計還真不光只是學習了高頻，對于計算機里面的word文檔也是來了個親密接觸，畫圖時臨時向同學，向書本請教如何使用protel99se……不禁感慨，現(xiàn)代的科技如此發(fā)達，哪怕一個很小的電子產(chǎn)品也是方方面面智慧的結(jié)晶啊，要想能自己開發(fā)出一個有價值的產(chǎn)品，對你個人的要求是非常高的。知識面不僅要廣泛，知識的專業(yè)程度也要夠深。不禁感慨，現(xiàn)代科技如此發(fā)達，隨便一個小的電子產(chǎn)品里面就包含了方方面面的科學知識，要想在專業(yè)領(lǐng)域有所建樹，能夠開發(fā)出有價值，有受眾的科技產(chǎn)品，從現(xiàn)在起就要學好自己的專業(yè)知識，在此基礎(chǔ)上盡可能地拓寬知識面，廣泛涉獵科學知識。畢業(yè)以后還必需有終身學習的毅力與決心。通過這次為期兩周的課程設(shè)計，我學到了很多。不管最后結(jié)果如何，我是有進步的，結(jié)果只會督促我繼續(xù)向這兩周這樣努力下去，鉆研下去，這樣一