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： bm

th 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 bm

c 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 c

c 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 θξθαθαξ

η== (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