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1、 设计课题: 基于基于 PSPICE 和和 EWB 的高频小信号放大器的设计的高频小信号放大器的设计 专业名称：电子信息工程技术学生班级：学生姓名：学生学号：指导教师：时 间：前前 言言随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。电子学是一门应用很广泛的科学技术，发展及其迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检
2、查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。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。高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选
3、出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。 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目目 录录第一章、课程设计任务书.1第二章、 放大器的设计原理22.1、基本原理22.2、典型信号放大器简介3
4、2.2.1 单调谐放大器32.2.2 双调谐放大器6第三章、 高频小信号电路的设计. .93.1 电路结构9 3.2.单元电路参数计算及器件的选择 .10 3.3. 数据处理与分析13 第四章、仿真与电路板的制作154.1.EWB 仿真图154.2 PROTEUS 仿真图16第五章、总结与体会17第六章、参考文献18第第 1 章章 设计目的设计目的 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；4、通过设计实验掌握各种仿真软件的使用。同时增加学生的动手实践能力。第第 2 2 章章 电路设计原理电
5、路设计原理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。1.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
6、具阻变换和选频滤波功能。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。2. 高频小信号放大器的特点： 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 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。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。3 调谐放大器的用途：无线电接收系统
7、中高频和中频信号的放大。4.高频小信号放大器的分类：高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。二. 按元器件分为：晶体管放大器（JBT）、场效应管放大器（FET）、集成电路放大器（IC）;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、非谐振放大器二、谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，谐振回路具有放大、滤波和选频的作用。非谐振由阻容
8、放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。三、（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 fS10.7MHz。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 Av0，放大器的通频带 BW 及选择性（通常
9、用矩形系数 Kr0.1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 f0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） ，f0的表达式为LCf210式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量；为调谐回路的总电容，的表达式为CCieoeCPCPCC2 22 1式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。谐振频率 f0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
10、频率点 f0。2、电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数 AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为GgpgpyppgyppvvAieoefefeiV2 22 121210 0式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是 yfe本身也是g一个复数，所以谐振时输出电压 V0与输入电压 Vi相位差不是 180 而是为 180+fe。AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图 1-1 中输出信号 V0及输入信号 Vi的大小，则电压放大倍数 AV0由下式计算：AV0 = V0 / Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB 3、通频带由于
11、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 AV0的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为BW = 2f0.7 = f0/QL 式中，QL为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数 AV0与通频带 BW 的关系为CyBWAfe V20上式说明，当晶体管选定即 yfe确定，且回路总电容为定值时，C谐振电压放大倍数 AV0与通频带 BW 的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带 BW 的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方
12、法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率 f0及电压放大倍数 AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压 VS不变） ，并测出对应的电压放大倍数 AV0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图 1-2 所示。可得： 7 . 02 fffBWLH通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用 yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量 C。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。4、选择性矩
13、形系数调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数 Kv0.1时来表示，如图 1-2 所示的谐振曲线，矩形系数 Kv0.1为电压放大倍数下降到 0.1 AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到 0.707 AV0时对应的频率偏移之比，即Kv0.1 = 2f0.1/ 2f0.7 = 2f0.1/BW 上式表明，矩形系数 Kv0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数 Kv0.1远大于 1） ，为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数 Kv0.1。（二）双调谐放大器0VAAv0.7
14、BW 0.1Lf0fHf2f0.1图 1-2 谐振曲线为了克服单调谐回路放大器的选择性差、通频带与增益之间矛盾较大的缺点，可采用双调谐回路放大器。双调谐回路放大器具有频带宽、选择性好的优点，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾，从而在通信接收设备中广泛应用。在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下级放大器的输入端，若耦合回路初、次级本身的损耗很小，则均可被忽略。 图 1-3 双调谐小信号放大1、电压增益为gyppvvAfeiV2210 02、通频带为弱耦合时，谐振曲线为单峰；为强耦合时，谐振曲线出现双峰；临界耦合时，双调谐放大其的通频带BW = 2f0.7 = fo/QL23、选
15、择性矩形系数Kv0.1 = 2f0.1/ 2f0.7 =41100Kr0.1 = 2f0.1/ 2f0.7 = 2f0.1/BW上式表明：矩形系数 Kr0.1 愈接近 1，则实际曲线愈接近理想矩形，邻近波道选择性愈好，滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。但单调谐回路放大器的矩形系数远大于 1，这是单调谐回路放大器的缺点。故实际工程应用中，通常采用多级谐振放大器。第第 3 章章 电路设计方案电路设计方案一、电路结构的选择根据一般设计的要求，放大器的增益大于 35dB，且f0=10MHZ， MHzf427 . 0，采用单级放大器实现，拟定高频小信号谐振放大器的电路原理图如图 1-1 所示。图中，各元气件的名称及作 用如表 1-1 所示。 序号元件及名称 1变压器 T12变压器 T23晶体管 T4电阻 Rb1、Rb25电阻 Re图 1-1 高频小信号谐振放大器参考电路原理图(一)静态工作过程当输
