高频课程设计高频小信号发生器
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摘要随着现代通信技术的不断发展,作为通信工程专业基础课程之一的《通信电路原理》在整个通信技术中占据着十分重要的地位。
本课程设计主要应用到了《通信电路原理》的各个章节的内容,作为一门通信方面的重要课程,它应用到的先修课程的内容主要包括电路原理、电子线路基础、逻辑设计与数字系统、信号与系统等。
本论文主要论述了通信系统的概述、调幅发射机和超外差接收机的工作原理及组装测试和高频小信号谐振放大器的设计仿真与硬件实现。
其中重点阐述了发射机和接收的工作原理和小信号放大器的设计及仿真。
关键词:通信系统、调幅发射机、超外差接收机、高频小信号、谐振放大器目录摘要 (1)第1章绪论 (3)1.1通信系统的一般模型 (3)1.2 通信系统中的发送与接收设备 (3)第2章调幅发射机及超外差接收机的工作原理及组装调试 (5)2.1 调幅发射机及超外差接收机的工作原理 (5)2.1.1 调幅发射机的组成和工作原理 (5)2.1.2超外差接收机的工作原理 (8)2.2 调幅发射机及超外差接收机的组装及调试 (11)2.21调幅发射机的组装及调试 (11)2.22超外差接收机的组装及调试 (11)第3章高频小信号谐振放大器的设计与仿真 (12)3.1放大器的设计分析 (12)3.2电路的设计与参数计算 (14)第4章高频小信号谐振放大器的硬件实现 (18)4.1焊接知识概述 (18)4.1.1操作前检查 (18)4.1.2焊接步骤 (18)4.2放大器的焊接及调试 (19)4.2.1放大器的焊接 (19)4.2.1放大器的调试 (20)第5章小结 (21)参考文献 (22)致谢 (23)附录 (24)附录A 绪论翻译 (24)附录B 高频小信号谐振放大器电路PSpice图 (26)附录C 高频集成芯片及电路收集 (27)1.集成芯片 (27)2.电路 (30)第1章绪论通信的一般含义是从发信者到收信者之间消息的传递,包括旗语、邮政等。
基于单片机制作高频DDS信号发生器在现代科学和电子技术的不断进步下,数字信号发生器(DDS)已经成为了频率控制和生成的重要工具。
尤其是高频DDS信号发生器,其在雷达、通信、电子对抗等领域的应用具有不可替代的地位。
本文将介绍如何使用单片机制作高频DDS信号发生器。
一、DDS技术概述DDS,全称Direct Digital Synthesizer,即直接数字合成器,其工作原理是将数字信号通过数模转换器(DAC)转换成模拟信号。
DDS 技术的核心是相位累加器,它将输入的数字信号的相位进行累加,从而生成新的频率信号。
二、硬件设计1、单片机选择:本设计选用具有高速、低功耗、高集成度的单片机,如STM32F4系列。
2、频率控制字:通过设置频率控制字(FCW),可以控制输出信号的频率。
频率控制字由一个16位二进制数组成,表示了相位累加的步进大小。
3、存储器:使用Flash存储器存储预设的频率波形数据。
4、DAC:数模转换器将存储器中的波形数据转换成模拟信号。
本设计选用具有高分辨率、低噪声、低失真的DAC芯片。
5、滤波器:使用LC滤波器对DAC转换后的信号进行滤波,以得到更加纯净的信号。
三、软件设计1、相位累加器:相位累加器是DDS的核心,它将输入的数字信号的相位进行累加,从而生成新的频率信号。
2、波形查找表:将所需的波形数据存储在波形查找表中,通过查表的方式获取波形数据,可以大大提高DDS的工作效率。
3、控制逻辑:控制逻辑负责处理输入的控制信号,如启动、停止、频率控制字等。
4、通信接口:为了方便远程控制,需要设计通信接口,如SPI、I2C 等。
四、性能测试1、频率范围:测试DDS输出信号的频率范围是否满足设计要求。
2、频率分辨率:测试DDS输出信号的频率分辨率是否达到设计要求。
3、信号质量:测试DDS输出信号的信噪比、失真度等指标是否满足设计要求。
4、稳定性:长时间运行后,测试DDS输出信号的频率是否稳定。
5、远程控制:测试通信接口是否正常工作,可以通过计算机或者其他控制器对DDS进行远程控制。
实验一高频小信号调谐放大器实验一、实验目的1、掌握小信号调谐放大器的基本工作原理;2、掌握谐振放大器电压增益、通频带及选择性的定义、测试及计算;3、了解高频小信号放大器动态范围的测试方法;二、实验内容1、测量单调谐小信号放大器的静态工作电压2、测量单调谐小信号放大器的增益3、测量单调谐小信号放大器的通频带4、测量单调谐小信号放大器的选择性三、实验仪器1、高频发生器1台2、13 号板1块3、双踪示波器1台4、万用表1块5、扫频仪(可选)1台四、实验原理(一)单调谐放大器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微弱信号的线性放大。
其实验单元电路如图1-1所示。
该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。
它不仅对高频小信号进行放大,而且还有一定的选频作用。
本实验中输入信号的频率f S=10.7MHz。
基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。
调节可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点,从而可以改变放大器的增益。
表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0,谐振电压放大倍数A v0,放大器的通频带BW 及选择性(通常用矩形系数K r0.1来表示)等。
图1-1 单调谐小信号放大电路放大器各项性能指标及测量方法如下:1、谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f 0称为放大器的谐振频率,对于图1-1所示电路(也是以下各项指标所对应电路),f 0的表达式为∑=LC f π21式中,L 为调谐回路电感线圈的电感量;∑C 为调谐回路的总电容,∑C 的表达式为ie oe C P C P C C 2221++=∑式中, C oe 为晶体管的输出电容;C ie 为晶体管的输入电容;P 1为初级线圈抽头系数;P 2为次级线圈抽头系数。
谐振频率f 0的测量方法是:用扫频仪作为测量仪器,测出电路的幅频特性曲线,调变压器T 的磁芯,使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f 0。
一、概要在高等学校课程设计是一个重要的教学环节,它与实验、生产实习、业设计构成实践性教学体系。
由此规定了课程设计的三个性质:一是教学,学生在教师指导下针对某一门课程学习工程设计;二是实践性,课程设包括电路设计、印刷板设计、电路的组装和调试等实践内容;三是群众性、主动性,课程设计以学生为主体,要求人人动手,教师只起引导作用,主任务由学生独立完成,学生的主观能动性对课程设计的完成起决定性作。
学生较强的动手能力就是依靠实践性教学体系来培养的。
1.1 何谓课程设计所谓课程设计就是大型实验,是具有独立制作和调试的设计性实验,其基本属性体现在工程设计上。
但课程设计毕竟不同于一般实验。
首先是时间和规模不同,一般实验只有两学时,充其量为四学时;而课程设计一般为一~两周。
实验所要达到的目的较小。
通常只是为了验证某一种理论、掌握某一种参数的测量方法、学习某一种仪器的使用方法等等;而课程没计则是涉及一门课程甚至几门课程的综合运用,所以课程设计是大型的。
其次,完成任务的独立性不同,一般实验学生采用教师事先安排好的实验板和仪器,实验指导书上详细地介绍了做什么和如何做,实验时还有教师现场指导,学生主要任务是搭接电路,用仪器观察现象和读取数据,因此实验是比较容易完成的;而课程设计不同,课程设计只给出所要设计的部件或整机的性能参数,由学生自己去设计电路、设计和制作印刷电路板,然后焊接和调试电路,以达到性能要求。
课程设计和毕业设计性质非常接近,毕业设计是系统的工程设计实践,而课程设计则是工程设计实践的初步训练,它为毕业设计打下一定基础。
课程设计与毕业设计在规模上和要求上,大小高低不同,但它们都属于工程设计,因此工作步骤是类似的。
1.2 课程设计的目的要求1 、课程设计的目的是帮助学生综合运用所学的理论知识,把一些单元电路有机地组合起来,组成小的系统,使学生建立系统的概念;并使学生巩固和加强已学理论知识。
并掌握一般电子电路分析和设计的基本步骤。
课程设计任务书学生姓名:专业班级:电子1001班指导教师:韩屏工作单位:信息工程学院题目:晶体管中频小信号选频放大器设计初始条件:具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力;对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解;具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力;能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。
要求完成的主要任务:1.采用晶体管或集成电路完成一个调幅中频小信号放大器的设计;2.放大器选频频率f0=455KHz,最大增益200倍,矩形系数不大于5;3.负载电阻R L=1KΩ时,输出电压不小干0.5V,无明显失真;4.完成课程设计报告(应包含电路图,清单、调试及设计总结)。
时间安排:1.2013年12月10日分班集中,布置课程设计任务、选题;讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求;课设答疑事项。
2.2013年12月11日至2013年12月26日完成资料查阅、设计、制作与调试;完成课程设计报告撰写。
3. 2013年12月27日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录摘要 (I)Abstract (II)一、绪论 (1)二、中频小信号放大器的工作原理 (2)三、中频选频放大器的设计方案 (3)3.1 稳定性分析 (3)3.2 提高放大器稳定性的方法 (4)3.3中频选频放大 (5)3.4 信号负反馈 (6)四、电路仿真与分析 (7)4.1 multisim仿真软件简介 (7)4.2 中频选频放大部分仿真 (7)五、实物制作及调试 (9)六、个人体会 (12)参考文献 (13)附录I 元件清单 (14)附录II总电路图 (15)摘要本文对中频小信号选频放大器的工作原理进行了详细解析,通过对放大器的性能分析,确定最佳制作方案。
通过multisim的仿真分析,按照设计要求,来确定最佳参数,并利用其他相关电路来调试放大电路,解决了放大电路中自激振荡问题和调谐准确的问题。
高频小信号放大电路课程设计一、课程设计要求(二)内容:设计一个高频小信号放大电路,利用构成四极管栅极基本电路的三极管,放大10KHZ频率、50mV幅值的脉冲输入信号,放大倍数在20以上,输出的信号的频率和幅值保持与输入信号基本相同,对输出节目信号加以调制,并对加载的模拟电路进行模拟仿真分析,研究各器件的参数对输出性能的影响,指出最佳仿真结果并给出改进措施。
(三)目的:掌握高频小信号放大电路的构成、功能和高频放大电路器件工作特性。
了解高频小信号放大电路最佳设计技术。
二、环境准备1. 硬件环境:采用N-TFP1台式模拟仿真器,加载电路模块中心,采用新建封装原理图加载模拟电路,采用CALAY抽象类完成模拟仿真;2. 软件环境:在C++编程环境下,编写模拟仿真程序,关于比特信号的模拟仿真均可完成;3. 仪器设备:示波器、示波器频率发生器、模块功率发生器,执行现场测试和分析仿真结果。
三、仿真实验(一)分析仿真电路和节点参数,进行电路建模;(二)基本模型程序实现,完成仿真程序编程,根据仿真结果对放大电路及节点参数进行修正,对不足的地方进行改进;(三)进行实时强大的现场测试,观察示波器的状态,并同时计算信号的准确峰值。
(四)通过统计仿真结果,分析节点参数和各模块误差。
(五)通过实验测量信号分析仪对放大倍数、放大品质系数、信号-噪声比等噪声参数进行测试,实现仿真结果的精确测试,准确分析放大器模型参数对信号有效程度的影响;四、总结和结论(一)本次课程设计完成了小信号的放大电路的仿真模型的设计,通过分析仿真结果,得到了正确的放大电路设计;(二)本次课程设计完成了放大电路的实时现场测试,通过实时测试,我们了解了放大电路的性能;(四)本次课程设计,加深了对高频小信号放大电路的理解,使学生掌握高频放大电路的基本知识。
湖南工学院课程设计说明书课程名称:通信电子线路设计题目:高频小信号谐振放大器设计院系:电气与信息工程系学生姓名:刘超龙学号:402070207专业班级:电信0702班20XX年05月08日课程设计任务书高频小信号谐振放大器摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响。
表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性(通常用矩形系数Kr0.1)。
关键词:1.谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。
2.电压增益放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Av0称为谐振放大器的电压增益(放大倍数)。
3.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,习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。
4.矩形系数谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数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0.707Avo时对应的频率偏离之比。
目录第1章概述 (5)第2章电路的工作原理 (6)第3章电路设计方案 (7)第4章重要电路分析及功能 (10)第5章主要性能指标及测量方法5.1 电压增益 (14)5.2 谐振曲线 (15)5.3 放大器的通频带 (17)5.4 放大器的矩形系数 (18)第6章电路参数的设计6.1 设置静态工作点 (19)6.2 计算谐振回路参数 (19)6.3 确定输入耦合回路及高频滤波 (20)第7章调试与仿真7.1 电路的装调与测试 (21)7.2 电路仿真 (22)第8章心得体会 (23)第9章元件清单 (24)第10章参考文献 (25)第11章附件 (26)第1章概述高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路,常作为选频放大器,它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。
题目:高频小信号放大器制作一、选题的意义和目的: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,发射和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,应当经过放大和限制干扰的处理。
这就需要通过高频小信号放大器来完成。
这种小信号放大器是一种谐振放大器。
高频调谐放大器广泛使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频率选择;另加其它电路,实现放大器和前后级的阻抗匹配。
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,输入信号频谱和放大后输出信号的频谱是相同的。
高频小信号调谐放大器在实际中的使用是很广泛的,它主要使用于通信系统和其它无线电系统中。
实际使用中在发射机的接收端,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。
高频小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。
在这里将以理论分析为依据,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频率选择;另加其它电路,实现放大器和前后级的阻抗匹配,通过这两种方法的结合来实现高频小信号放大器的制作。
高频小信号调谐放大器实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过搭建高频小信号调谐放大器电路,了解调谐放大器的工作原理,掌握其特性参数的测量方法,并通过实验数据分析和计算,验证理论知识。
二、实验仪器与设备。
1. 信号发生器。
2. 示波器。
3. 电压表。
4. 电流表。
5. 电阻箱。
6. 电容箱。
7. 电感箱。
8. 双踪示波器。
三、实验原理。
高频小信号调谐放大器是一种能够对特定频率的信号进行放大的放大器。
其主要由电容、电感和晶体管等器件组成。
在电路中,通过调节电容和电感的数值,可以实现对特定频率信号的放大。
四、实验步骤。
1. 按照实验电路图连接电路,注意接线的正确性。
2. 打开信号发生器和示波器,调节信号发生器的频率和幅度,观察示波器上的波形。
3. 通过改变电容和电感的数值,调节电路的共振频率,观察输出波形的变化。
4. 测量电路中各个元件的电压、电流等参数,并记录实验数据。
5. 根据实验数据,计算电路的增益、带宽等特性参数。
五、实验数据与分析。
在实验中,我们通过改变电容和电感的数值,成功调节了电路的共振频率,观察到输出波形的变化。
通过测量和计算,得到了电路的增益、带宽等特性参数,并与理论数值进行了对比分析。
六、实验结果与讨论。
根据实验数据分析,我们得出了电路的增益、带宽等特性参数,并与理论数值进行了对比。
通过对比分析,我们发现实验数据与理论计算结果基本吻合,验证了调谐放大器的工作原理和特性。
七、实验总结。
通过本次实验,我们深入了解了高频小信号调谐放大器的工作原理和特性参数的测量方法,掌握了调谐放大器的实际应用技巧。
实验结果与理论计算基本吻合,证明了实验的有效性和准确性。
八、参考文献。
1. 《电子电路分析与设计》,张三,XX出版社,2010年。
2. 《电子电路实验指导》,李四,XX出版社,2015年。
以上为高频小信号调谐放大器实验报告内容,谢谢阅读。
高频信号发生器电路设计摘要高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或高频标准信号,以便测试各种电子设备和电路的电气特性。
例如,测试各类高频接收机的工作特性,便是高频信号发生器一个重要的用途。
在电路结构上,高频信号发生器和高频发射机很相似。
高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波,故电路主要是由高频振荡电路构成。
振荡器的功能是产生标准的信号源,广泛应用于各类电子设备中。
为此,振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。
1 主要性能指标振荡频率 650o f MHz KHz =±频率稳定度 4101/-⨯≤∆o f f输出幅度 0.3o p p U V -≥2原理图设计2.1 电路结构总的电路结构如图4-1所示。
电路由三部分组成1 三极管放大器;(起能量控制作用)2 正反馈网络;(由三点式回路组成)3 选频网络;(由三点式回路的谐振特性完成选频功能)。
图4-1 高频信号发生器原理图2.2 静态工作点的设置合理地选择振荡器的静态工作点,对振荡器的起振,工作的稳定性,波形质量的好坏有着密切的关系。
-般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。
根据上述原则,一般小功率振荡器集电极电流I CQ 大约在0.8-4mA 之间选取,故本实验电路中:选I CQ =2mA V CEQ =6V β=100则有为提高电路的稳定性R e 值适当增大,取Re=1K Ω则Rc =2K Ω因:U EQ =I CQ ·R E 则: U EQ =2mA ×1K=2V因: I BQ =I CQ /β 则: I BQ =2mA/100=0.02mA一般取流过Rb2的电流为5-10I BQ , 若取10I BQ因:BQ BQ b I V R =2 7.0+=EQ BQ V V 则: 取标称电阻12K Ώ。
因: Ω=-=-=+K I U U R R CQ CEQCC c e 32612Ω==K V R b 5.132.07.2221b BQBQ CC b R V V V R -=Ω=Ω-=K K V V V R b 3.41127.27.2121为调整振荡管静态集电极电流的方便,R b1由27K Ώ电阻与27K 电位器串联构成。
河南理工大学高频电子线路课程设计题目:高频小信号放大器制作一、选题的意义和目的: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,应当经过放大和限制干扰的处理。
这就需要通过高频小信号放大器来完成。
这种小信号放大器是一种谐振放大器。
高频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频率选择;另加其它电路,实现放大器与前后级的阻抗匹配。
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,输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。
高频小信号调谐放大器在实际中的应用是很广泛的,它主要应用于通信系统和其它无线电系统中。
实际应用中在发射机的接收端,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。
高频小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。
在这里将以理论分析为依据,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频率选择;另加其它电路,实现放大器与前后级的阻抗匹配,通过这两种方法的结合来实现高频小信号放大器的制作。
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频率选择;另加其它电路,实现放大器与前后级的阻抗匹配。
二、总体的电路方案放大电路所需的通频带由输入信号的频带来确定,为了不失真地放大信号,要求放大电路的通频带应大于信号的频带。
如果放大电路的通频带小于信号的频带,由于信号的低频段或高频段的放大倍数下降过多,放大后的信号不能重现原来的形状,也就是输出信号产生了失真。
这种失真称为放大电路的频率失真,由于它是线性的电抗元件引起的,在输出信号中并不产生新的频率成分,仅是原有各频率分量的相对大小和相位发生了变化,故这种失真是一种线性失真。
(一),高频小信号放大器的特点:(1)频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度在几KHz到几十MHz,故必须用选频网络。
(2)小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)即工作在线形放大状态。
(3)采用谐振回路作负载,即对靠近谐振频率附近的信号有较大的增益,对远离谐振频率附近的信号其增益迅速下降,即具有选频放大作用。
(二),高频小信号调谐放大器简述: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)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= 2Δf0.7,品质因数Q=fo/2Δf0.7.(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。
图-2 反馈导纳对放大器谐振曲线的影(4)前后级之间的阻抗匹配,即把各级联接起来之后仍有较大的增益,同时,各级之间不能产生明显的相互干扰。
根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路:图-3 接收机天线端及高频小信号放大器图-4 改进后的高频小信号调谐放大器三、各部分设计及原理分析(1)实验原理:小信号调谐放大器是各种电子设备、发射和接收机中广泛应用的一种电压放大器。
其主要特点是晶体管的输入输出回路(即负载)不是纯电阻,而是由L、C元件组成的并联谐振回路。
小信号调谐放大器的类型很多,按调谐回路区分:有单调谐回路,双调谐回路和参差调谐回路放大器。
按晶体管连接方法区分:有共基极、共发射极和共集电极放大器。
高频小信号调谐放大器与低频放大器的电路基本相同(如图-1所示)。
其中变压器T2的初级线圈为接收机前端选频网络的一部分,经次级线圈耦合后作为放大器的输入信号,输出端也采用变压器耦合方式来实现选频和输出阻抗匹配。
如图-1所示,Cb与Ce为高频旁路电容,使交流为通路。
本放大器的高频等效电路(不含天线下断的选频网络)如图-3所示:图-5调谐放大器的高频等效电路电路中并联振荡回路两端间的阻抗为:其中R 是和电感串联的电阻,由于ωL>>R 因此有:则并联回路两端电压为: 所以,当ωC=1/ωL 时Vm 有最大值,即回路谐振时输出电压最大。
实际制作中对基本电路的改进:由于高频电路放大电路常常会自激振荡,也容易受各种因素的干扰,并且各级间很难实现阻抗匹配,所以要对基本电路进行适当的改进。
(2)放大器内部电路的改进及理论依据:(1)提高谐振放大器稳定性的措施由于 y re 的反馈作用,晶体管是一个双向器件。
使晶体管 y re 的反馈作用 消除的过程称为单向化,单向化目的是提高放大器的稳定性。
单向化的方法有中和法和失配法。
1 .中和法所谓中和,是在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外部反馈电路,以抵消晶体管内部 y re的反馈作用。
图 2-14 具有中和电路的放大器()C L R C L R Z ωωωωj 1j j 1j +++=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=C L R C R C L ωωω1j j ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⋅=CR R L L R CR L ωωω1j 1j 1⎪⎭⎫ ⎝⎛-+≈C L R C L ωω1j ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=L C L CR ωω1j 1Z 2L 1C 2L CR I B B G G I Y I V om om gm m ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅+⋅-==ωω通常,y re 的实部很小,可以忽略。
为了简单方便,常采用一个电容C N 来抵消y re 虚部中的电容反馈,达到中和目的。
由于虚部中的 C re 与 C b′c 有关,常用C b′c 代替 C re 来对C N 进行相应的计算。
图2-15 给出了中和电路的两种形式。
其中,图(a) 较常用,它能确保内外反馈的相位相反。
中和电容C N 的数值为C N =对于图(b) 电路,在相位上由变压器耦合的同名端的选取来保证外电路反馈电压与内反馈电压的相位相反。
中和电容 C N 的数值为C N =图2-15 中和电路的联结应特别注意的是,严格的中和根难达到。
因晶体管的y re 是随频率变化的,而C N 不随频率变化。
所以,只能对一个频率点起到完全中和的作用。
2 .失配法所谓失配是指信号源内阻不与晶体管的输入阻抗匹配,晶体管输出端的负载不与本级晶体管的输出阻抗匹配。
失配法的实质是降低放大器的电压增益,以满足稳定的要求。
可以选用合适的接入系p 1 、p 2 或在谐振回路两端并联阻尼电阻来降低电压增益。
在实际运用中,较多采用共射——共基级联放大器,其等效电路如图2-16 。
图2-16 共射——共基级联放大器(2)放大电路内部噪声的来源和特点放大电路的噪声主要来源于包括输入变换在内的电阻热噪声和放大器件的噪声。
1. 电阻的热噪声一个电阻在没有外加电压时,电阻材料的自由电子要作无规运动,它的一次运动过程, 就会在电阻两端产生很小的电压,电压的正负由电子的运动方向来确定. 大量的热运动电子就会在电阻的两端产生起伏电压。
就一段较长时间来看,出现正负电压的概率相同,因而两端的平均电压为零。
但就某一瞬时来看,电阻两端电压的大小和方向是随机变化的。
这种因热而产生的起伏电压称为电阻的热噪声。
噪声电压u n (t )是随机变化的,无法确切地写出它的数学表示式。
大量的实践和理论分析已经找出它们的规律性,可以用概率特性和功率谱密度来描述。
例如,电阻热噪声电压u n (t )具有很宽的频谱,它从零频率开始,连续不断,一直延伸到(10 13 ~1014)Hz 以上的频率,而且它的各个频率分量的强度是相等的,如图 2 -21 所示。
这样的频谱和太阳光的光谱相似,通常就把这种具有均匀的连续频谱的噪声叫做白噪声图2-21 电阻热噪声特性2 .晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声主要有四个来源。
(1 )热噪声晶体三极管的热噪声主要是基区电阻r bb′ 产生的热噪声。
用噪声功率谱密度表示为S(f)=4kT r bb′(2 ) 散粒噪声少数载流子由发射极通过PN 结注入基区时,在单位时间内注入的载流子数不同,是随机起伏的。
这种起伏会影响到集电极电流的起伏,由此引起的噪声叫散粒噪声。
(3 ) 分配噪声晶体管发射区注入到基区的少数载流子中,一部分经过基极区到达集电极形成集电极电流,一部分在基极区复合。
载流子复合时,其数量是随机起伏的。
分配噪声就是集电极电流随基区载流子复合数量的变化而变化所引起的噪声。
(4 ) 闪烁噪声闪烁噪声又称为1/ f 噪声。
主要在低频(几千赫以下)范围起主要作用。
这种噪声产生的原因与半导体材料制作时表面清洁处理和外加电压有关,在高频工作时通常不考虑它的影响。
从图中可以看出,输入回路与晶体管采用部分接入,而输出回路与晶体管直接接入,这是由于共基晶体管输出电阻很大。
如图-5所示,增加Re1形成交流负反馈,用以改变放大倍数和改善输出波形,由于电源内阻容易影响高频电路的工作,所以电源下端要接LCπ型网络作为电源去偶电路,以减少干扰,提高放大器的性能。
另外还要特别注意的是,高频电路很容易产生自激振荡,所以需要想办法消除,最常用的办法是在LC谐振回路中串联一小电阻或并联一大电阻,从而减小回路的Q值,消除自激振荡。