高频电子线路综合设计.doc

1、目录摘要1Abstract21.高频谐振功率放大器电路31.1确定功放的工作状态31.2基极偏置电路计算41.3计算谐振回路与耦合线圈的参数41.4电源去耦滤波元件选择51.5仿真结果52.高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真102.1主要技术指标102.2给定条件102.3设计过程102.4电路调试与测量132.4.1高频小信号放大器实物电路图132.4.2高频小信号放大器的焊接及静态工作点设置142.4.3谐振频率的调测与电压放大倍数的测量142.4.4实物效果图143.LC/晶振振荡器电路设计153.1任务要求153.2振荡器工作原理153.2.1电容三点式振荡器153.2.2并联型改进

2、电容三端式振荡器(西勒电路)173.3静态工作电流的确定183.4确定主振回路元器件193.5电路仿真204.小结与体会225.参考文献23武汉理工大学通信电子线路综合设计说明书摘要高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性:只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子

3、电路就是振荡器。高频谐振功率放大电路，是无线电发射机的重要组成部分,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大, 然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间,以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送。对高频功率放大器的基本要求是,尽可能输出大功率、高效率，为兼顾两者，通常选丙类且要求在临界工作状态，其电流流通角在600900范围。本报告主要就高频小信号放大器、LC振荡器和高频谐振功率放大器的设计进行了研究与探讨，并测试了这三个电路的实际性能。关键词：高频小信号放大器 LC振荡器 高频谐振功率放大器Abstract High-frequency small-signal amplifier is

4、generally used to enlarge the weak high frequency signal, such amplifiers should have the following basic features: only the necessary signals that should have a high selectivity. Amplifier gain should be large enough. State amplifier noise generated should be stable and smaller. Amplifier should ha

5、ve a certain pass band width. In the electronic circuit in addition to a variety of electronic circuits to amplify electrical signals, but also need to have no incentive to signal in the case of a periodic signal generation electronic circuits, without external stimulus such circumstances, can the D

6、C can be converted into a certain waveform, a certain frequency and a certain level of energy of alternating electronic circuits is the oscillator. High-frequency resonant power amplifier circuit, is an important part of the radio transmitter, its main function is to achieve the high frequency modul

7、ated wave signal power amplification, and then by the antenna will be transformed into electromagnetic radiation to space, to achieve with the wireless channel manner of information telematics. The basic requirements of high-frequency power amplifier, where possible, the output power, high efficienc

8、y, in order to balance the two, usually on the critical C working conditions and requirements, the current flow angle in the 600900 range. This report focuses on the high-frequency small-signal amplifier, LC oscillator and high frequency resonant power amplifier has been studied and discussed, and t

9、est the actual performance of these three circuits.Key words: High-frequency small-signal amplifier LC oscillator high frequency resonant power amplifier1. 高频谐振功率放大器电路1.1 确定功放的工作状态 因为高频功率放大器的基本要求是,尽可能输出大功率、高效率，为兼顾两者，通常选丙类且要求在临界工作状态，其电流流通角在600900范围。现设=700。查表1-1得：集电极电流余弦脉冲直流ICO分解系数，集电极电流余弦脉冲基波ICM1分解系数

10、，。本次设计的功放的输出功率为1W。功率放大器集电极的等效电阻为：集电极基波电流振幅为：集电极电流脉冲的最大振幅为： 集电极电流脉冲的直流分量为：电源提供的直流功率为：集电极的耗散功率为：集电极的效率为： (满足设计要求)已知： 即则：输入功率：=基极余弦脉冲电流的最大值（设3DA1的=10） 基极基波电流的振幅为：得基极输入的电压振幅为：1.2 基极偏置电路计算因 则有 ：因 则有 ：取高频旁路电容1.3 计算谐振回路与耦合线圈的参数输出采用L型匹配网路， 则 匹配网路的电感L为，电容C为。1.4 电源去耦滤波元件选择高频电路的电源去耦滤波网络通常采用型LC低通滤波器，滤波电感0可按经验取2

11、20H，滤波电感一般取0.15F。综上所述，可得其原理图如图所示：图1.1高频功率放大器原理图1.5 仿真结果 在Mutlsim中根据前面分析所得的结论以及电路参数对原理图进行了仿真，经过调试和改进的到以下仿真结果。 其中输入信号频率为6.9MHz，峰峰值为150mv 输入信号与前级甲类放大器输出信号波形如图1.2所示：图1.2输入信号与甲类功放输出波形图 输入信号与负载为51时丙类集电极的输出信号的波形如图1.3所示：图1.3输入信号与丙类功放集电极(RL=51)输出波形图 输入信号与负载为150时集电极的输出信号的波形如图1.4所示：图1.4输入信号与丙类功放集电极(RL=150)输出波形

12、图 输入信号与负载为680时集电极的输出信号的波形如图1.5所示：图1.5输入信号与丙类功放集电极(RL=680)输出波形图 输入信号与负载为51时输出信号的波形如图1.6所示：图1.6输入信号与输出波形图(RL=51)输入信号与负载为150 时输出信号的波形如图1.7所示:图1.7输入信号与输出波形图(RL=150) 输入信号与负载为680 时输出信号的波形如图1.8所示:图1.8输入信号与输出波形图(RL=680)92. 高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真2.1 主要技术指标谐振频率：10.7MHz,谐振电压放大倍数：，通频带：，矩形系数：。要求：放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输

13、出回路。2.2 给定条件 回路电感L=4H, ，晶体管用9018，=50。查手册可知，9018在、时，,，。负载电阻。电源供电。2.3 设计过程 高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性: 只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作考虑即可. 基本步骤是: 2.3.1 选定电路形式依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器，设计参考电路见图2.1所示。 图

14、2.1单调谐高频小信号放大器电原理图 图中放大管选用9018，该电路静态工作点Q主要由Rb1和Rw1、Rb2、Re与Vcc确定。利用和、的分压固定基极偏置电位，如满足条件：当温度变化，抑制了变化，从而获得稳定的工作点。 由此可知，只有当时，才能获得恒定，故硅管应用时， 。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求，一般硅管取：。2.3.2 设置静态工作点 由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流一般在0.82mA之间选取为宜，设计电路中取 ，设。因为： 而 所以：因为：(硅管的发射结电压为0.7V) 所以： 因为： 所以：因为： 而 取则： 取标称电阻8.2K因为： 则：，考虑调整静态

15、电流的方便，用22K电位器与15K电阻串联。2.3.3 谐振回路参数计算回路中的总电容因为： 则:回路电容C因有 所以取C为标称值30pf,与5-20Pf微调电容并联。 求电感线圈N2与N1的匝数： 根据理论推导，当线圈的尺寸及所选用的磁心确定后，则其相应的参数就可以认为是一个确定值，可以把它看成是一个常数。此时线圈的电感量仅和线圈匝数的平方成正比，即： 式中：K-系数，它与线圈的尺寸及磁性材料有关； N-线圈的匝数一般K值的大小是由试验确定的。当要绕制的线圈电感量为某一值时，可先在骨架上(也可以直接在磁心上)缠绕10匝，然后用电感测量仪测出其电感量，再用下面的公式求出系数K值： 式中： -为

16、实验所绕匝数，由此根据和K值便可求出线圈应绕的圈数，即：实验中，L采用带螺纹磁芯、金属屏蔽罩的10S型高频电感绕制。在原线圈骨架上用0.08mm漆包线缠绕10匝后得到的电感为2uH。由此可确定要得到4 uH的电感，所需匝数为 匝 最后再按照接入系数要求的比例，来绕变压器的初级抽头与次级线圈的匝数。因有，而匝。则： 匝。2.3.4 确定耦合电容与高频滤波电容 耦合电容C1、C2的值，可在1000 pf0.01uf之间选择 ，一般用瓷片电容。旁路电容Ce 、C3、C4的取值一般为0.01-1F，滤波电感的取值一般为220-330uH。2.4 电路调试与测量2.4.1 高频小信号放大器实物电路图 结

17、合参考电路以及上面各个元件参数的计算可得出实际焊接电路时的原理图2.2如下所示。图2.2 实物电路图原理图2.4.2 高频小信号放大器的焊接及静态工作点设置根据实物电路图选择元件，并用电烙铁进行实物焊接。其中谐振回路电感需自己绕制。实际电路焊接完毕之后，首先用万用表测试一下各点的连接情况，确认无短路，断路情况之后便可进行静态工作点的测量及设置。接通12V电源，用万用表测量三极管e,b,c三极对地电压。静态点测试数据如下：VbVcVeVbeVce2.20V12V1.51V0.71V10.49V2.4.3 谐振频率的调测与电压放大倍数的测量 输入高频信号频率fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）5

18、0mV。阻尼电阻R=、反馈电阻Re=1K、负载电阻RL=10K当谐振频率：f0=12.1MHZ，谐振时的输出720mV,电压增益：Av=14.4;通频带：BW=fH-fL=1.2MHZ;品质因数： 2.4.4 实物效果图图2.3 实物图3. LC/晶振振荡器电路设计在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为振荡器。振荡器的种类很多，根据工作原理可以分为反馈型振荡器和负阻型振荡器。根据选频网络采用的器件可分为LC振荡器、晶

19、体振荡器、变压器耦合振荡器等。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。3.1 任务要求设计一个LC/晶振振荡器，其中振荡频率频率稳定度 。输出幅度。3.2 振荡器工作原理3.2.1 电容三点式振荡器 反馈式正弦波振荡器有RC、LC和晶体振荡器三种形式，电路主要由放大网络、选频回路和反馈网络三个部分构成。本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器。所谓三点式振荡器，是晶体管的三个电极（B、E、C），分别与三个电抗性元件相连接，形成三个接点，故称为三点式振荡器，其基本电路如图3.1所示

20、：图3.1 三点式振荡器的基本电路 根据相位平衡条件，图3.1 (a)中构成振荡电路的三个电抗元件，X1、X2必须为同性质的电抗，X3必须为异性质的电抗，若X1和X2均为容抗，X3为感抗，则为电容三点式振荡电路（如图3.1 (b)）；若X2和X1均为感抗，X3为容抗，则为电感三点式振荡器（如图3.1 (c)）。由此可见，为射同余异。 共基电容三点式振荡器的基本电路如图3.2所示图3.2共基电容三点式振荡器 由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极和集电极连接的为异性质的电抗元件L，根据前面所述的判别准则，该电路满足相位条件。 其工作过程是：振荡器接通电源后，由于

21、电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC谐振回路，具有选频作用，当LC谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF=1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件， 于是得到单一频率的振荡信号输出。该振荡器的振荡频率为：反馈系数F为： 若要它产生正弦波，必须满足F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一个实际的振荡电

22、路，在F确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如静态电流取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真，严重时，甚至使振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般ICO=0.5mA-4mA。共基电容三点式振荡器的优点是：1）振荡波形好。2）电路的频率稳定度较高。工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。 电路的缺点：振荡回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。3.2.2 并联型改进电容三端式振荡器(西勒电路)电路组成如图3.3示：图3.3西勒振荡电路电路特点是在克拉泼振荡器的基础上，用

23、一电容C4，并联于电感L两端。功用是保持了晶体管与振荡回路弱藕合，振荡频率的稳定度高，调整范围大。电路的振荡频率为： 特点：1.振荡幅度比较稳定； 2.振荡频率可以比较高，如可达千兆赫；频率覆盖率比较大，可达1.6-1.8；所以在一些短波、超短波通信机，电视接收机中用的比较多。 频率稳定度是振荡器的一项十分重要技术指标，它表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电压、电源等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡器的频率稳定度越高。改善振荡频率稳定度，从根本上来说就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此改

24、善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力，这就是所谓的提高振荡回路的标准性。提高振荡回路标准性除了采用稳定性好和高Q的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的具有负温度系数的电容，以实现温度补偿作用。石英晶体具有十分稳定的物理和化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效参量Lq很大，Cq很小，Rq也不大，因此晶体Q值可达到百万数量级，所以晶体振荡器的频率稳定度比LC振荡器高很多。3.3 静态工作电流的确定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

25、地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.8-4mA之间选取，故本实验电路中： 选ICQ=2mA VCEQ=6V =100 则有为提高电路的稳定性Re值适当增大，取Re=1K则Rc2K 因：UEQ=ICQRE 则： UEQ =2mA1K=2V 因： IBQ=ICQ/ 则： IBQ =2mA/100=0.02mA 一般取流过Rb2的电流为5-10IBQ , 若取10IBQ 因： 则： 取标称电阻12K。因： 则： 为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由27K电阻与27K电位器串联构成。3.4 确定主振回路元器件 回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C和总电感L两部分。确定

26、这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp远大于总的不稳定电容Cd原则，先选定Cp为宜。若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C不能过大，C过大，L就小，Q值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入。反馈系数F=C1/C2，不能过大或过小，适宜1/81/2。因振荡器的工作频率为： 当LC振荡时，f0=6MHz L10H 本电路中，则回路的谐振频率fo主要由C3、C4决定，即有

27、。取C3 =120pf，C4=51pf（用33Pf与5-20Pf的可调电容并联），因要遵循C1，C2C3,C4，C1/C2=1/81/2的条件，故取C1=200pf，则C2=510pf。对于晶体振荡，只需和晶体并联一可调电容进行微调即可。为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极；如为基级接地，则应从发射极输出。综合上述计算结果。得实际电路如图3.4所示。 图3.4电路原理图3.5 电路仿真起振时波形如图3.5所示 图3.5起振波形当振荡稳定后波形如图3.6所示： 图3.6稳定震荡波形4. 小结与体会 本次综合设计我虽然

28、用了一个星期的时间就全部做完，但整个过程我都认真的完成了，而且从中收获很多，可以总结为以下的几点： 对高频电路知识的巩固与提高。这次课程设计主要是运用高频电路设计的一些相关知识，在整个设计过程中，都离不开对高频电路课程知识的再学习。 学会了理论联系实际。课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实际的能力。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但是在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成信号发射的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。 学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种

29、功能的电路。虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内试验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分，这次的设计中用了整块板子，设计后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。设计中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的把元器件放置在最合适的位置。5. 参考文献1 电子线路设计实验测试 第三版，谢自美，华中科技大学出版社2 高频电子线路实验与课程设计，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社3 高频电路设计与制作，何中庸译，科学出版社4 模拟电子线路，谢沅清，成都电子科大5 高频电子线路第三版，张肃文，高教出版社6 高频电子线路辅导，曾兴雯

30、，陈健，刘乃安，西安电子科大出版社7 Radio Frequency Circuit Desigh Theory and Aplication， Reinhold LadwigPrentice Hall Inc本科生课程设计成绩评定表姓 名胡文浩性 别男专业班级通信工程1002班课程设计题目：通信电子线路综合设计课程设计答辩或质疑记录：问：高频功率放大器输出信号幅度小的原因？答：1. 因为末级功放与负载之间没有达到最佳匹配，当调谐功率放大器工作于最佳负载值时的功放的效率较高，输出功率较大。在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配网络和终端负载（如天线等）相匹配。 2.选择飞三极管放大倍数不够。 3.提供能量的直流电源不够大。成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字：_ 年 月 日 24