目录

一、高频小信号谐振放大器原理………………….1

1、小信号调谐放大器的主要特点………………..... 1

2、小信号调谐放大器的主要质量指标…………..… 1

二、电路具体设计计算………………………….....6

1、设计内容…………………………………..…... 6

2、技术指标………………………………………..... 6

3、设计电路过程及计算…………………………... 6

三、仿真结果及结论……………………………...10

  1、仿真电路…………………………………..… 10

  2、波形图………………………………………... 11

  3、通频带的测量………………………….......…..11

四、设计体会……………………………………...13

五、参考文献……………………………………...14

第一章   高频小信号谐振放大器原理

1、小信号调谐放大器的主要特点

晶体管集电极负载通常是一个由 LC组成的并联谐振电路。由于 LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，理论上可以分析，并联谐振在谐振频率处呈现纯阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，输出增益减小。总之，调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用，同时也起着滤波和选频的作用。

2、小信号调谐放大器的主要质量指标

衡量小信号调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面：

2.1谐振频率

放大器调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，理论上，对于 LC 组成的并联谐振电路，谐振频率 的表达式为：

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。

2.2谐振增益（Av）

放大器的谐振电压增益放大倍数指：放大器处在在谐振频率f0下，输出电压与输入电压之比。

Av的测量方法：当谐振回路处于谐振状态时，用高频毫伏表测量输入信号Vi和输出信号Vo大小，利用下式计算：

另外，也可以利用功率增益系数进行估算：

2.3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=Vo/Vi下降到谐振电压放大倍数Avo的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW，通常用2Δf0.1 表示，有时也称2Δf0.1为 3dB 带宽。通频带带宽：

式中，Q为谐振回路的有载品质因数。

当晶体管选定后，回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数fo与通频带BW的乘积为一常数。

频带BW 的测量方法：根据概念，可以通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法主要采用扫频法，也可以是逐点法。

扫频法：即用扫频仪直接测试。测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。

逐点法：又叫逐点测量法，就是测试电路在不同频率点下对应的信号大小，利用得到的数据，做出信号大小随频率变化的曲线，根据绘出的谐振曲线，利用定义得到通频带。

具体测量方法如下：

a、用外置专用信号源做扫频源，正弦输入信号的幅度选择适当的大小，并保持不变；

b、示波器同时监测输入、输出波形，确保电路工作正常（电路无干扰、无自激、输出

波形无失真）；

c、改变输入信号的频率，使用毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值；

d、描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。测试时，可以先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率fo及电压放大倍数Avo，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压不变），并测出对应的电压放大倍数。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 1-1 所示。

图1-1 放大器的通频带和谐振曲线

2.4增益带宽积

增益带宽积BW?G也是通信电子电路的一个重要指标，通常，增益带宽积可以认为是一个常数。放大器的总通频带宽度随着放大级数的增加而变窄，BW越大，增益越小。二者是一对矛盾。

不同电路中，放大器的通频带差异可能比较大。如：在设计电视机和收音机的中频放大器时，对带宽的考虑是不同的，普通的调幅无线电广播所占带宽是9kHz，而电视信号的带宽需要6.5MHz，显然，要获得同样的增益，中频放大器的带宽设计是完全不同的。

2.5选择性

放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号，排除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。选择性的基本指标是矩形系数。其中，定义矩形系数是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数的10％所对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707时所对应的频率偏移2Δf0.1之比，即：

同样还可以定义矩形系数，即：

显然，矩形系数越接近1，曲线就越接近矩形，滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。

第二章   电路具体设计计算

1、设计内容：

设计一高频小信号谐振放大器

设计目的：设计一个工作电压为9V，中心频率为20MHz的高频小信号谐振放大器，可用作接收机的前置放大器和中频放大器。

2、技术指标：

已知条件：负载电阻_=1K，电源电压_Vcc=9v。

技术指标：

1中心频率_f=20M；

2电压增益_Ao=20dB；

3通频带_BW=2HZ；

3、设计电路过程及计算

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

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主要由和、、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：。

3.1 设置静态工作点

     取  =1.0mA, =1.0V, =7.5V, 则

                 

                ,   取标称值14KΩ

 取标称值60KΩ

     可用30kΩ电阻和100kΩ电位器串联,以便调整静态工作点。

3.2 计算谐振回路参数

            

         

   下面计算4个y参数，

                 

         因为, 所以

               ，，

         

      因为，所以

                  ，

           

      故模      

   回路总电容为

                    

   再计算回路电容

                     ，取标称值211pF

设空载品质因数Qo=100，谐振回路唯一电阻Rp=QoWoL=3.8K,go==0.26ms

0.26ms+0.35ms+1.2ms=1.8ms    Auo=  

  QL= 10   B=MHZ

第三章、仿真结果及结论

1、仿真电路:

利用MULTISIM绘制出如图所示的仿真实验电路

2、波形图

3、通频带的测量

  通频带的测量通常采用扫频法和逐点法来进行测量，在这里，因为已经计算出了所求电路的同频带宽BW=2MHZ，所以能使输出电压在最大电压的0.707倍的频率应该在19MHZ和21MHZ左右。

   在电路的仿真上，分别让函数发生器的频率在19MHZ和21MHZ时，所得结果如下图所示：

所以，由上图可知电路满足课题的条件，BW大致等于2MHZ。

第四章设计体会 

在这过去的两周里，我非常的忙碌，因为我上个学期的期末考试没有通过，要在第一周补考，而且还要在这两周里完成高频电子线路的课程设计。这让我非常苦恼，因为我的高频成绩本来就不好，在课程设计上拥有的时间却比别人还要少一周我不知道我能不能完成这个高频的课程设计。

不过，好在我还有许多同学，在他们的帮助下，我尽了自己的努力，最后还是在第二周的最后一天完成了我的课程设计报告。虽然我不知道我的高频课程设计报告最后能不能通过，但我还是要感谢那些曾经帮助过我的老师和同学，谢谢你们对我的支持与鼓励。要是没有你们，我也许连怎么动手都不知道。通过这一课程设计，我掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力，使自己无论在今后的学习中还是工作中遇到困难的时候都能自己将其解决。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。

为期一周的高频课程设计已经结束了，回顾设计的点点滴滴，我们有太多的收获，过程是痛苦的结果是收获的这就是我这一周来最大的感受啦。我们就是在发现问题和解决问题中不断进步。这样我们才能在将来立足于这个社会立足于这个行业呀！本周课程设计不但锻炼了我么最基本的高频电子线路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用。还是有书到用时方恨少的感觉呀。

第五章参考文献

1、高频电子线路   高吉祥 主编   电子工业出版社

2、高频电子线路   曹兴雯 主编   高等教育出版社

3、高频电子线路   吴慎山 主编    电子工业出版社

第二篇：小信号谐振放大器

课程设计任务书

学生姓名          专业班级

指导教     工作单位：        

题    目:     小信号谐振放大器                        

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、课程设计工作量：1周。

2、技术要求：

   自行设置电路参数，测试放大器参数正常状态下的输入、输出波形和频率特性；改变电路参数，测试放大器的输出电压波形。验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与负载电导、回路谐振电导和接入系数都有关系。

        3、查阅至少3篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：

l2014.9.18 下达任务书

l2014.9.19-9.26 根据要求设计电路，在计算机上仿真，并撰写课程设计报告书；

20##年9月28日上午，鉴主13楼实验室答辩。

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

1绪论...................................................................................................................................... 1

2实验方案.............................................................................................................................. 1

2.1设计要求................................................................................................................... 1

2.2设计思路................................................................................................................... 1

3小信号谐振放大器的设计.................................................................................................. 2

3.1初步设计................................................................................................................... 2

3.2设置静态工作点....................................................................................................... 3

3.3谐振回路参数计算................................................................................................... 3

3.4确定耦合电容与高频滤波电容............................................................................... 4

4高频小信号谐振放大器电路仿真实验.............................................................................. 4

4.1仿真电路图............................................................................................................... 4

4.2测试并调整放大器的静态工作点........................................................................... 5

4.3测试及仿真结果....................................................................................................... 5

4.4改变电路参数的输出电压波形............................................................................... 6

5实验小结.............................................................................................................................. 8

参考文献................................................................................................................................. 9

摘要

高频小信号谐振放大器电路是构成无线电设备的主要电路，它的作用是放大信道中的高频小信号。采用Multisim仿真软件对各部分进行设计分析，测试放大器参数正常状态下的输入、输出波形和频率特性；改变电路参数，测试放大器的输出电压波形；验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数都有关系。

关键词：高频小信号放大器 ；设计；仿真

Abstract

High frequency litter signal amplifier circuit are the main circuits for radio equipment. Its role is to enlarge the high frequency litter signal in the channel. Multisim simulation software is used to design and analyze it. Testing the input and output waveform and frequency characteristics of the amplifier parameters in normal condition. By changing the circuit parameters the amplifier's output voltage waveform can be tested. To verify that the single tuned resonant voltage magnification of the amplifier has connection with the transistor parameters, the load conductance, circuit resonant electrical conductivity and the access coefficient.

Keyword：High frequency litter signal amplifier; Design; Simulation

1绪论

高频小信号谐振放大器广泛用于通信系统和其他电子系统中，在接收设备中，从天线上感应的信号是非常微弱的，一般在uV级，要将传输的信号恢复出来，就需要将信号放大,这就需要高频小信号放大器来完成。高频放大器的中心频率一般在几百千赫至几百兆赫，但所需通过的频率范围（频带）和中心频率相比往往是很小的，或者只工作于某一频率，所以一般采用选频网络组成谐振放大器。所谓谐振放大器（Resonant Amplifier）就是采用谐振回路做负载的放大器，根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近频率的信号有较大的增益，对于远离谐振频率的信号增益迅速下降。所以谐振放大器不仅有放大的作用，而且还有滤波和选频的作用。

Multisim 软件进行仿真分析的基本步骤为根据远离和设计需要，创建仿真电路原理图，然后根据实际情况设计好电路图选项，借助仿真仪器即可得到所需仿真情况。

 

 

 

2实验方案

2.1设计要求

基本要求：自行设置电路参数，测试放大器参数正常状态下的输入、输出波形和频率特性；改变电路参数，测试放大器的输出电压波形。验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与负载电导、回路谐振电导和接入系数都有关系。

2.2设计思路

实际电子工程中，典型单调谐回路谐振放大器电路主要由放大器与选频网络，即谐振回路组成。其中Rb1、Rb2和Re组成分压式射极偏置电路，利用直流负反馈稳定电路的静态工作点Q。T1为输入变压器，起信号源输入的作用。如下图：

图2.1原理图

单调谐回路谐振放大器的特点是：

    (1)放大电路中集电极负载是一个单回路的LC并联谐振回路，它谐振于放大器的中心频率；

    (2)单回路LC并联谐振回路采用自耦变压器形式（即抽头形式），以保证LC回路性能受到的影响为最小；

    (3)本级电路与下级负载的联接采用变压器耦合形式。

3小信号谐振放大器的设计

3.1初步设计

由共发射级组态的晶体管和并联谐振回路组成的单级单调谐放大器。小信号调谐放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由LC组成的并联谐振回路。如图所示。电路上共有两个可调元件，一个是电位器Rw，用于调节放大器的静态工作点，使放大器工作于合适的工作区；另一个是可变电容Cw，调节电容可改变电路的谐振频率。

放大器的谐振频率为：

 

  

                  

为验证放大器的基本理论，特设计开关；开关SW1改变谐振回路并联阻尼电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带，开关SW2改变射极电阻，从而改变放大器的增益。

图3.1参考设计电路图

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0.8－2mA之间选取为宜，设计电路中取   ，设。

由，，

由，

由，

由，，设，则

 

即，

3.3谐振回路参数计算

1）回路中的总电容C_∑

由     

则C_∑为55.3皮法

2）回路电容C

由，有

取C为标称值30pf,与5-20pf微调电容并联。

3）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：             

上式中：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：       

                     

上式中： -为实验所绕匝数，由此根据和K值便可求出线圈应绕的圈数

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。

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 pf~0.01uf之间选择 ，一般用瓷片电容。旁路电容Ce 、C3、C4的取值一般为0.01-1 uf，滤波电感的取值一般为220-330uH。

4高频小信号谐振放大器电路仿真实验

4.1仿真电路图

用Multisim仿真软件构建如图2-1所示设计实验电路，如下所示：

图4.1仿真电路图

由于要验证单调谐放大器的谐振电压放大倍数K与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数存在联系，特地在负载电阻、回路谐振电阻、电感处加入开关改变相应的参数来验证它们之间有关系。

4.2测试并调整放大器的静态工作点

仿真条件：晶体管用理想库中的2N914器件。电感线圈用固定电感L1=2.8uH、L2=1.2uH，中间抽头。其余元件参数参见图4.1。调整静态工作点的方法是：不加输入信号，将C1的左端接地，将谐振回路的电容C3开路。用仿真软件中的万用表测出各个点的电压值并作记录，做适当调整滑动变阻器R8直到三极管工作在放大区，即集电结正偏，发射结反偏。

4.3测试及仿真结果

由仿真条件：输入高频信号频率fo=10.7MHz,幅度（峰-峰值）为10mV。此时放大器工作在正常状态。关闭开关J1，J4，设为标准电路参数。用示波器进行观察，其中通道A为输入电压波形，通道B为输出电压波形，用波特仪观察输出频率特性。仿真所得图形为

图4.2输入输出电压仿真结果图

图4.3输出频率特性

由图4.3知中心频率是11.304MHZ，与所设定的中心频率10.7MHZ基本一致, 此时放大倍数为26.5。

4.4改变电路参数的输出电压波形

1.改变回路谐振电导，即变换J1，J2，J3，下图为打开开关J1，关闭开关J2，其他参数与标准参数设置相同，所得的电压输入输出波形如图：

图4.4输入输出电压波形

由此，可知电压增益与标准参数时的电压增益相比有较大变化。

2.改变负载电导，即关上开关J8，其他电路参数与标准参数保持一样时所得的电压输入输出波形

图4.5输入输出电压波形

由此，可知电压增益与标准参数时的电压增益相比有较大变化。

3．改接入系数，即关闭开关J7，所得的电压输入输出波形如图：

图4.6输入输出电压波形

由此，可知电压增益与标准参数时的电压增益相比有较大变化。

5实验小结

通过这次课程设计，我对课堂上所学到的理论知识的理解加深了许多，自己动脑、动手设计的能力也得到了较大提高。在这次课程设计的过程中，我对高频有了更深的认识。

在设计的过程中我遇到了一些问题，如：仿真中出现的电路搭建错误，设置输入信号频率大小不对和通道利用不当等。通过查阅书本我发现了产生错误的原因并解决了问题完成了设计。经过反思我发现较大一部分错误时因为操作的不熟练照成的，这也让我明白了要保持设计的高效率及必须经常练习。

另一方面我也发现了动手实践的重要性。动手实践是理论知识得以灵活运用的必要前提。只有遇到实际问题并根据自己对课堂上获得的专业知识的理解来解决它才能真正的提高自己的能力。这也提醒我在平时的学习生活中不能一味埋头于课本知识，当今社会竞争越来越激烈，社会对人才的要求越来越全面，只有理论知识是远远不够的，必须靠动手能力做支撑。因此在学习之余我们应该巩固所学的理论知识，多注重培养实际动手能力和专业技术能力。

参考文献

[1]曾兴雯，刘乃安.高频电路原理与分析（第四版）.西安电子科技大学出版社,20011.8

[2] 铃木雅臣，邓学 (译者). 高低频电路设计与制作.科学出版社出版，2012.3

[3]张肃文. 高频电子线路(第五版).高等教育出版社,2009.5

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字：                

年     月    日