高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目：1.高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真2. 乘积型相位鉴频设计与仿真3. 高频谐振功率放大器设计与制作初始条件：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。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.谐振频率：o f ＝10.7MHz ；谐振电压放大倍数：dB A VO 20≥，；通频带：MHz B w 17.0=；矩形系数：101.0≤r K 。

要求：放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输出回路2.电路的主要技术指标：输出功率Po ≥125mW ，工作中心频率fo=6MHz ， >65%， 已知：电源供电为12V ，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用3DA1，其主要参数：Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe ≥10，功率增益Ap ≥13dB （20倍）。

时间安排：第15周，安排任务（鉴3-204）第16周，仿真、实物设计（鉴主实验室）第17周，完成（答辩，提交报告，演示）指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名：年月日高频小信号谐振放大器 (3)1.设计任务 (3)2 .总体电路方框图 (3)3 单元电路设计 (4)3.1小信号放大电路 (4)3.2 选频网络 (5)4仿真结果 (6)5 实物制作与测试 (7)乘积型相位鉴频设计与仿真 (8)1.鉴频器概述 (8)2.鉴频器的主要参数 (8)2.1鉴频特性(曲线) (8)2.2鉴频器的主要参数 (9)3.鉴频方法 (9)3.1直接鉴频法 (9)3.2间接鉴频法 (10)3.2乘积型相位鉴频器原理说明 (10)4.乘积型相位鉴频器实验电路说明及仿真设计 (11)4.1乘积型相位鉴频器电路 (11)4.2仿真电路设计及结果分析 (12)5.MC1496鉴频电路的鉴频实物实验 (14)5.1鉴频电路的鉴频操作过程 (14)5.2鉴频特性曲线（S曲线）的测量方法 (14)高频功率放大器 (15)1.放大器电路分析 (15)2 谐振功率放大器的动态特性 (16)2.1谐振功放的三种工作状态 (16)2.2 谐振功率放大器的外部特性 (17)3单元电路的设计 (19)3.1确定功放的工作状态 (19)3.2基极偏置电路计算 (20)3.3计算谐振回路与耦合线圈的参数 (21)3.4电源去耦滤波元件选择 (21)4电路的安装与调试 (22)总结 (23)参考文献 (24)高频小信号谐振放大器1.设计任务设计一高频小信号谐振放大器，所设计电路的性能指标如下：谐振频率：o f＝10.7MHz,谐振电压放大倍数：dBA VO 20≥，通频带：MHzB w 17.0=，矩形系数：101.0≤r K 。

要求：放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输出回路。

2 .总体电路方框图小信号放大选频网络耦合输出3 单元电路设计3.1小信号放大电路图（1） 静态工作点设置设置静态工作点采用国产三极管3DG6,经万用表测得放大倍数为40倍，由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流CQ I 一般在0.8－2mA 之间选取为宜，设计电路中取 mA I c 2=，设Ω=K R e 2。

因为：EQ EQ e V I R = 而EQ CQ I I ≈ 所以：Vbe = 4V; 因为：BQ EQ BEQ V V V =+(硅管的发射结电压BEQ V 为0.7V)所以：Vbq = 4.7V;因为：EQ CC CEQ V V V -= 所以：V V V V CEQ 7.34.712=-=因为：BQ BQ b I V R )105/(2-= 而mA mA I I CQ BQ 50.004/2/===β 取BQ I 10 则：2K 2=b R考虑调整静态电流CQ I 的方便，1b R 用10K Ώ电位器。

3.2 选频网络图（2）选频网络选频网络参数设置采用固定电感调电容的方法来达到10.7MHZ 的谐振频率。

1）回路中的总电感LL=4uh2）回路电容的计算因为： 2o f LC π∑=则:pf Lf o 925)2(1C 2==π采用以800pf 的可调电容。

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： 2KN L =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m L 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O L ，再用下面的公式求出系数K 值： 2/o o K L N =式中： O N -为实验所绕匝数，由此根据m L 和K 值便可求出线圈应绕的圈数，即：KL N m=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2628/210/10210/O O K L N H --==⨯=⨯匝要得到4 uH 的电感，所需匝数为14N ===匝 211N p N *=，而142=N 匝。

则：5.4143.01=*=N 匝4仿真结果5 实物制作与测试测试结果：输入信号幅值：162mv;输出信号幅值：1.70V。

乘积型相位鉴频设计与仿真1.鉴频器概述鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。

按用途可以分为两类：第一类用于调频信号的解调。

常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等。

对这类电路的要求主要是非线性失真小，噪声门限低。

第二类用于频率误差测量，如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。

对于这类电路的零点漂移限制较严，对非线性失真和噪声门限则要求不高。

实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频——调幅变换型。

第二类是相依乘法鉴频型，这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化呈线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比较，通过低通滤波器取出解调信号，因为相位比较器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频；第三类是脉冲均值型。

2.鉴频器的主要参数2.1鉴频特性(曲线)指鉴频器的输出电压u0与输入电压瞬时频率f 或频偏Δf 之间的关系曲线。

理想鉴频特性曲线应是一条直线，但实际上往往有弯曲，呈S形，如下图所示。

(a)(b)2.2鉴频器的主要参数1）鉴频器的中心频率f0鉴频器的中心频率f0对应于鉴频特性曲线原点处的频率。

通常，由于鉴频器中心与中频频率相同。

2）鉴频带宽Bm鉴频带宽Bm:是指鉴频器能够不失真地解调所允许输入信号频率变化的最大范围。

3）鉴频器的线性度鉴频器的线性度：是指鉴频特性曲线在鉴频带宽内的线性特性。

4）鉴频跨导SD鉴频跨导SD :是指鉴频器在载频处的斜率，它表示单位频偏所能产生的解调输出电压。

鉴频跨导又叫做鉴频灵敏度。

用公式表示为：跨导也可以理解为将输入频率转换为输出电压的能力或效率，因此又称为鉴频效率3.鉴频方法3.1直接鉴频法是直接从调频信号的频率中提取原来调制信号的方法。

主要有脉冲计数鉴频法。

coo D f f f du du S dfd f=∆===∆3.2间接鉴频法就是先对调频信号进行变换或处理，再从变换后的信号中提取原调制信 号的鉴频方法。

又可分为振幅鉴频法、相位鉴频法两大类。

本设计采用相位鉴频法，原理如下：相位鉴频器将输入的调频波UFM 做变换，变换成调相调频波UPM/FM,在与调频波UFM 叠加，在电路参数与信号参数匹配的情况下，得到幅度与调制信号呈线性关系的调幅调相调频波，最后经包络检波，解调出调制信号。

鉴相器是用来比较两个同频输入电压U 1（t ） 和U 2(t) 的相位，而输出电压 U 0(t) 是两个输入电压相位差的函数， 即)]()([)(21t t f t u o ϕϕ-=3.2乘积型相位鉴频器原理说明利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，其基本原理是：在乘法器的一个输入端输入调频波()s u t ，设其表达式为 ：()()cos cos s sm c f u t U t m t ω=+Ω式中，f m ——调频系数，/f m w =∆Ω或/f m f f =∆，其中ω∆为调制信号的频偏。

另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波()'s u t ，设其表达式为：(){()''cos sin 2s sm c f u t U t m t πωφω⎡⎤=+Ω++⎢⎥⎣⎦()'sin sin sm c f U t m t ωφω⎡⎤=+Ω+⎣⎦ 式中，()φω——移相网络的相频特性。

这时乘法器的输出()0u t 为()()()()()''01sin 2sin 2E s s E sm sm c f u t K u t u t K U U m t ωφω⎡⎤==+Ω+⎣⎦()'12E sm sm K U U φω+ 式中，第一项为高频分量，可以被低通滤波器滤掉。

第二项是所需要的频率分量，只要线性移相网络的相频特性()φω在调频波的频率变化范围内是线性的，当()0.4radφω≤，()()sin φωφω≈。

因此鉴频器的输出电压()0u t 的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。

4.乘积型相位鉴频器实验电路说明及仿真设计4.1乘积型相位鉴频器电路用MC1496构成的乘积型相位鉴频器电路如图4-12所示。

图4--12 MC1496构成的相位鉴频器其中1C 与并联谐振回路2C L 共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。

分析表明，该网络的传输函数的相频特性()φω的表达式为：()220arctan 12Q πωφωω⎡⎤⎛⎫=--⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦当1ωω∆<<时，上式近似表示为：2()arctan()2Qπωφωω∆∆=-或 )2arctan(2)(0f fQf ∆-=∆πφ 式中0f —回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等。

Q —回路品质因数。

f ∆—瞬时频率偏移。

相移φ与频偏f ∆的特性曲线如图所示。

由图可见：在0f f =即0f ∆=的范围内，相位与频偏呈线性关系，从而实现线性移相MC1496的作用是将调频波与调频调相波相乘，其输出端接集成运放构成的差分放大器，将双端输出变成单端输出，再经R 0C 0滤波网络输出。

可见：在0f f =即0f ∆=的范围内，相位与频偏呈线性关系，从而实现线性移相。