丙类倍频器说明书

丙类倍频器说明书 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】《通信电子线路》课程设计说明书丙类倍频器学院：电气与信息工程学院学生姓名：苏指导教师：张松华职称副教授专业：电子信息工程班级：电子1402学号：完成时间： 2016年12月湖南工学院通信电子线路课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电子信息工程摘要本设计介绍了丙类倍频器的工作原理，与丙类功率放大器近似相同。

主要是采用一些简单的电子元件组合而成，即它是由放大电路和谐振回路组成。

利用三极管的放大作用和LC谐振回路作为选频网络，选出合适的频率信号，并且调谐在三次谐波频率上，对于无用的频率信号进行滤除，减少失真。

设计过程中，先在Multisim12电路仿真软件上进行了电路仿真，然后结合实际情况，绘制原理图，购买元器件画PCB电路图，最后进行了实物制作和调试。

调试结果，输出信号的频率是输入信号的三倍，且输出功率大于500mW，集电极效率大于75%，并且电路工作在丙类状态，说明设计成功。

关键词：丙类倍频器；LC谐振回路；S9018目录1 绪论设计课题的研究意义在无线电发射机、频率合成器等电子设备中的中间级,常需要通过倍频器使输出信号的频率比输入信号频率成整数倍增加，不仅使工作频率提高，在调频系统中还可以扩大频偏。

采用倍频器一是可以降低电子设备的主振频率,对提高设备的频率稳定度有利。

因为振荡器的频率越高,频率稳定度就越差，一般主振器频率不宜超过5MHz 。

因此,当发射机频率高于5MHZ 时,通常采用倍频器。

二是在通信机的主振器工作波段不扩展的条件下,可利用倍频器扩展发射机输出级的工作波段。

例如,主振器工作在～3)MHz,在其后采用放大倍频级,该级在波段开关控制下,既能工作在放大状态,又能工作在二倍频或四倍频状态。

这样,随波段开关的改变,发射机输出级就可获得～3)MK(3～6)MK 和(6～12)ＭＨＺ三个波段的输出。

三是在调频和调相发射机中,采用倍频器可加大频移或相移,即可加深调制深度。

倍频器的种类有多种，本次课设是利用晶体管的非线性电阻效应，基于丙类放大器工作原理的丙类倍频器，效率高、失真小。

本课题将就丙类倍频器的工作原理、参数计算、元件选取、电路仿真、电路调试等做详细的介绍和说明。

设计课题任务及要求说明（一）设计任务提供电源电压V V cc 12+=，设计一个输出功率mW P O 500≥，利用示波器产生一个输出频率MHz f 120≈，效率%75>η的丙类倍频器。

（二）设计要求制作实际电路和仿真电路并成功调试。

方案介绍图1 丙类倍频器原理框图主要性能指标（一）变频增益三倍频器输出电压振幅Vim 与高频输入信号电压振幅Vsm 之比，成为变频电压增益或变频放大倍数，表示如下：变频电压增益另一种表示方法为显然，变频增益更高高对提高接收机的灵敏度有利。

（二）失真和干扰失真有频率失真和非线性失真。

由于非线性还会产生组合频率、交叉调制与互相调制、阻塞和易倒混频干扰。

这些是三倍频器产生的特有干扰。

（三）选择性接收有用信号，排除干扰信号的能力决定于高频输出回路的选择性是否良好。

（四）噪声系数三倍频器的噪声系数对接收设备的总噪声系数影响很大，应尽量低。

这就要求很好的选择所用器件和工作点电流。

工作原理说明 丙类倍频器与丙类谐振功率放大器的工作原理基本相同。

不同之处在于丙类倍频器的集电极谐振回路是对输入频率i f 的n 倍 频 谐 振，而对基波和其它谐波失谐，因而c f 中的n 次谐振通过谐振回路获得最大电压，而基波和其它谐波被滤除。

本次设计的三倍频器的谐振回路的o f 为3i f ，所以，回路可以选出三次谐波、输出频率为3i f 的电压信号，并滤除基波和其它谐波信号。

2 丙类倍频器电路的设计丙类倍频器的原理分析及总电路框图丙类倍频器与丙类谐振功率放大器的工作原理基本相同，只是在输出谐振回路上调谐于输入频率的谐波频率，因而集电极上呈现的交变电压的频率为输入频率的倍频。

如图2所示，基极电路的电压有以下关系：BB bm BB b V wt V V v +=+=cos v BE （1）参看图3，可知ic 为：BB th bm th BB bm c V V wt V V V wt V g ->-+=cos ),cos (i c （2）集电极电流流通角c θ满足：因而有： bmth c V arccos BB V V -=θ （3） 将式（3）代入式（2）得： c c bm c k wt wt V g θθ<--=π（2),cos cos i c （4）集电极电流c i 的最大值为：)cos 1i c c bmc V g θ-=（ （5） 利用傅里叶级数分解，c i 可表示为：cosnwt ......coswt cos 1cos wt cos i c n m c 1m c 0m cc max c ）（）（）（）（θαθαθαθθC C C C I I I I +++=--= （6）由图3可以看出，c i 为余弦电流脉冲，其形状可由Cm I 和c θ两个参数确定。

由式（6）可知集电极电流包含丰富的谐波分量。

由于图1中集电极经过LC 谐振回路接到VCC ，，若谐振回路在功放工作时谐振于某谐波频率，因而谐振回路对电流的此谐波频率分量呈现的电阻最高，而对于电流脉冲中的直流分量、基波分量和其他各次谐波分量，谐振回路的阻抗的模很小，从而基极电压变化频率为此谐波的正弦电压，谐振功率放大器就成了倍频器。

图2 丙类频器电路原理图图3 集电极电流和基极输入电压关系 图4 余弦脉冲电流分解系数曲线倍频器的集电极效率可表示为： )(21)()(210c n c c n c g θξθαθαξη== (7) 式中n 为倍数，从式(7)可知需适当选取c θ的值，使c n θα也尽可能大，不同的倍频次数最佳流通角也是不同的。

最佳c θ值可用n /1200计算。

由余弦脉冲分解系数可知，无论导通角θ为何值，n α均小于1α，即在其他情况相同条件下，丙类倍频器的输出功率和效率将远低于丙类放大器，且随着次数n 的增大而迅速降低。

为了提高倍频器的输出功率和效率，要选择适当的导通角θ。

由图4可得，该电路最佳导通角θ为40°。

总电路框图如图5所示：图5 总电路图丙类倍频器的单元电路分析及参数计算小信号放大电路小信号放大模块按晶体管连接方法可区分：共基极、共发射极和共集电极放大器。

丙类倍频器设计采用的是共射极放大电路，基极输入，集电极输出，电压、电流、功率均放大。

从图6小信号放大模块可知，这部分的作用的是对所接受到的微弱信号通过晶体管进行信号放大。

三极管选用了放大倍数在100-200倍之间的BC547A ，在实物制作时用了差不多放大倍数的S9018。

2R 、3R 和可调电阻串联的射极电阻决定了晶体管的静态工作点。

而且改变的大小可以改变放大器的增益，实现电阻可调，静态工作点可调，使三极管工作在放大区。

电路如图6所示；图6 小信号放大模块单元电路元器件参数说明：为了便于分析，应用等效电源电路，对图6的基极电路的直流供电电路进行变换并简化。

如图7所示；图7 输入简化电路在图7中，212BB V R R R V CC +•=，2121R R R R R B +•=，V V CC 12= 根据经验值，取R2=,R3=，为使静态工作点可调，加入可调电阻R4，所得到的V 4V BB ≈左右，使三极管可正常工作。

L1和C3为前置滤波器，取L1=10mH,C3=47μF 。

注意在电路不工作时，可以改变晶体管静态工作点及参数。

本振的输出电压不能太低，又要使三极管工作在非线性区，故选1V 。

谐振回路谐振回路由电感和电容构成，它们的连接方式不一样，形成的谐振回路也不一样。

串联为串联谐振回路，并联为并联谐振回路。

设计中采用的是并联谐振回路它具有选择信号及阻抗变换，两个或更多个谐振回路串联可以构成带通滤波器。

并联谐振回路的谐振频率为：LC f π210=。

本次课题仿真设计选用LC 并联谐振回路，但在考虑到LC 回路在现实中不方便调谐，故而实物制作时我们选用了10MHz 的中周代替。

电路如图8所示；图8 谐振回路单元元器件参数说明：由于要选出三倍频，RC 回路的振荡频率为3w,故 wc 31wl 3=，f 231lc π•= （8）通过计算得出，谐振回路中电容C=，电感L=10μH 。

谐振回路可调谐在频率为12MHz 。

电容C4的目的是隔直通交,所以选取C4=47uf 。

3 丙类倍频器的仿真Multisim 仿真软件简介Multisim 是一个完成原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

它的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时可以新建或扩充已有的元器件库。

Multisim 有较先进的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路，可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障。

在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点所有数据。

它具有以下突出的特点：(1)设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；(2)设计和实验用的元器件，可以完成各种类型的电路设计与实验；(3)可以方便的对电路参数进行测试和分析；(4)可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；(5)实验中不消耗实际的元器件，种类和数量不受限制，速度快，效率高；(6)设计和实验成功的电路可直接在产品中使用。

仿真电路的建立使用Multisim 建立电路模型，设计一个输入信号为4MHz 的正弦波，输出为12MHz 的丙类倍频电路。

根据丙类倍频器电路原理，在Multisim 软件平台选取相应的元器件，并选好参数。

设计的仿真原理图如图9所示：图9 丙类倍频器仿真原理图仿真结果分析设置好电路以后，开始仿真。

仿真结果分析：电感L2和电容C5均设计为可调的电感电容。

在仿真过程中，改变可调电容的大小，观察频谱仪XSC1使输出信号频率的最大值在12MHz 处。

当输入端的正弦波信号源V1为4MHz 时，通过计算L2和C5构成的并联谐振回路应调谐在三倍频12MHz 。

因为最佳导通角0c 40=θ，所以有766.0cos c =θ，147.0c 0=）（θα，165.0c 3=）（θα。

选用的三极管BC547A 的参数z 300f MH T =，在z 4f b MH =时计算的电流放大倍数为 由于软件本身存在一些问题，导致波形有点失真但不影响测量结果，通过测量得知，仿真输入波形的周期为，如图10所示；输出波形的周期为，如图11所示。

由图可知：输入信号的振幅V V 4.1bm =,假设基极体电阻20r 'bb=Ω，所以：（9）A A I IB 228.1m 5.1228m cm ===β (10) A I I 2026.0cm 33c ==α (11) 因为V U 5.5cm =，所以: W W U I P O m 500557.021cm 3c >== (12) %7521cccm 03c >••=V U ）（）（θαθαη （13）由此可知，设计的丙类倍频器可以进行三倍频，达到设计要求。