晶体管中频小信号选频放大器设计(高频电子线路课程设计)..

课程设计任务书学生姓名：专业班级：电子1001班指导教师：韩屏工作单位：信息工程学院题目：晶体管中频小信号选频放大器设计初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；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；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：1.采用晶体管或集成电路完成一个调幅中频小信号放大器的设计；2.放大器选频频率f0＝455KHz，最大增益200倍，矩形系数不大于5；3.负载电阻R L＝1KΩ时，输出电压不小干0.5V，无明显失真；4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：1．2013年12月10日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。

2．2013年12月11日至2013年12月26日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。

3. 2013年12月27日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。

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 ...................................................................................................... I I一、绪论 (1)二、中频小信号放大器的工作原理 (2)三、中频选频放大器的设计方案 (3)3.1 稳定性分析 (3)3.2 提高放大器稳定性的方法 (4)3.3中频选频放大 (5)3.4 信号负反馈 (6)四、电路仿真与分析 (7)4.1 multisim仿真软件简介 (7)4.2 中频选频放大部分仿真 (7)五、实物制作及调试 (9)六、个人体会 (12)参考文献 (13)附录I 元件清单 (14)附录II总电路图 (15)摘要本文对中频小信号选频放大器的工作原理进行了详细解析，通过对放大器的性能分析，确定最佳制作方案。

通过multisim的仿真分析，按照设计要求，来确定最佳参数，并利用其他相关电路来调试放大电路，解决了放大电路中自激振荡问题和调谐准确的问题。

本次设计中，自己设计制作了中频信号发生器，用来完成对选频放大器的实物的测试。

通过多次调整电路，掌握了准确调谐的方法。

关键词：中频选频放大器 multisim 调谐AbstractThis paper of intermediate frequency small signal frequency selective amplifier of working principle for a detailed analysis, through the performance analysis of the amplifier to determine the optimal production plan,. Through the simulation analysis, multisim according to the design requirements, to determine the optimal parameters, and use of the other relevant circuit to debug amplifying circuit, solved amplifying circuit of self-excited oscillation problem and tuned accurate problem. This design, design made intermediate frequency signal generator, used to finish on frequency selective amplifier physical test. Through multiple regulating circuit, grasped accurately tuned method.Keywords: intermediate frequency selective amplifier multisim tuning一、绪论中频小信号放大器广泛用于通信系统和其他电子系统的接受设备中。

天线接受到的高频信号是很微弱的，一般在微伏级，需将传输的信号恢复出来，需要将信号放大，这就需要用高频小信号谐振放大器和中频小信号选频放大器来完成。

中频小信号选频放大器就与高频小信号谐振放大器中功能一样，只是工作在中频，工作波段相对较低，一般为几百千赫兹到几兆赫兹。

通信系统的信号接收原理框图如下图1所示。

图1 通信系统信号接收原理框图混频器是将高频信号变为中频信号，这样信号便于处理。

中频放大与滤波部分是决定信号杂波程度的关键。

由混频器出来的中频信号，由于依然很微弱，需要进行放大，另外，前级的干扰如果经过放大，则对后级影响更大，故在放大前需要将干扰滤除，得到需要的放大信号。

为此，中频小信号放大器的制作关键有两个：增益系数足够高和频率选择性足够好。

这样，信号才能经过解调更好的恢复出来。

二、中频小信号放大器的工作原理由于通信系统的接收设备所接收的无线电信号非常微弱，经过混频后，需要经过放大才能将原始信号恢复。

如图1所示为一中频放大器的典型电路。

由图2可知，直流偏置电路与低频放大器电路完全相同，只是b C 、e C 对中频起旁路作用。

相对低频来说，集电极采用LC 网络作为负载，起选频作用，并且完成阻抗匹配的功能。

由于输入的是小信号，放大器工作于甲类放大状态。

图3为其交流等效电路。

图2 中频小信号典型电路 图3 交流等效电路 为了便于分析，用Y 型参数等效电路来等效晶体管，典型应用电路进一步等效如图4所示。

[2]图4 晶体管等效电路Y 参数不仅与静态工作点的电压、电流值有关，而且与工作频率有关，是频率的复函数。

当放大器工作在窄带时，Y 参数变化不大，可以将Y 参数看作常数。

我们讨论的高频小信号谐振放大器没有特别说明时，都是工作在窄带，晶体管可以用Y 参数等效。

放大器的指标参数:(1) 电压放大倍数K(2) 输入导纳i Y(3) 输出导纳o Y(4) 矩形系数0.1K三、中频选频放大器的设计方案3.1 稳定性分析存在晶体管集基间电容的反馈，或反向传输导纳的反馈，当该反馈在某个频率相位上满足正反馈条件，且足够大，则会在满足条件的频率上产生自激振荡，致使放大器存在稳定性的问题。

[3]000ir ir ir Y Y Y ωωωωω∆=⎧⎪>⎨⎪<⎩时，为一电容；时，的电导为正，是负反馈；时，的电导为负，是正反馈，引起放大器不稳定00''00(12)(12)m m ir L L L L j C g C g Y j G j Q G j Q μμωωωωωω-≈-=∆∆++fe c b oe L Y U K U Y Y ==-'+fe re b i ie b oe L Y Y I Y Y U Y Y ==-'+0S re feco I oe c S ie Y Y I Y Y U Y Y ===-+0.10.10.707B K B =当正反馈严重时，即Yir 中的负电导使放大器输入端的总电导为0或负值时， 即使没有外加信号，放大器输出端也会有输出信号，产生自激,图5所示为反馈电路。

图5 反馈电路3.2 提高放大器稳定性的方法从晶体管本身着手：减小反向传输导纳Yre ，而Yre 取决于集电结电容，选 择集电结电容小的管子，减弱反馈作用。

从电路结构着手：设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法和失配法。

中和法：通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路）来抵消晶体管内部参数Yre 的的反馈作用。

失配法：通过增大负载导纳，进而增大总回路导纳，使输出电路失配，图6是利用中和电容Cn 的中和电路。

为了抵消Yre 的反馈，从集电极回路取一反相的电压，通过Cn 反馈到输入端。

根据电桥平衡有 则中和条件为 图6 反馈电路中和电路中固定的中和电容Cn 只能在某一个频率点起到完全中和的作用， 对其它频率只能有部分中和作用。

另外，如果再考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响，则中和电路的效果是很有限的。

[4]C b 1(a )01020011b c n j L j L j C j C ωωωω'=1122n b c b c L N C C C L N ''==3.3中频选频放大由于中频小信号放大器制作关键在于高增益和频率选择性。

课设要求200倍放大，一级放大一般无法实现，因为三极管的 值一般为100到200之间。

为了实现稳定的放大，一级信号通过三极管的放大倍数不宜过高，否则就不稳定了。

另外为增强信号的频率选择性，在系统的前置预滤波，以及对电源进行滤波，最大限度减少干扰。

另外，为了稳定信号，采用闭环回路方案达到效果，通过负反馈使信号稳定。

整个系统原理框图如下图7所示，电路原理图如下图8所示。

图7 中频小信号选频放大器系统框图图8 中频小信号选频放大器中频选频放大器硬件电路如图8所示，由两级放大电路组成，每级之间采用变压器耦合。

三极管由于在仿真软件的元件库中无法找到9018，所以用了功能和9018相近的D42C11代替，变压器采用调谐频率为465KHz 的中周加电容微调至455KHz 。

资料介绍如下：表1 三极管参数和中周参数此三极管的增益系数、截止频率都符合参数要求，由上分析，bc C 越小，系统稳定性越高，故此三极管达到性能要求。

由于临时买不到455KHz 的谐振点的中周，选用465KHz 的代替，另外在电路中配以可调电容，降低其频率到455KHz 。

原电感可用以下公式计算得到： 201/(2)L f C π= 其中，f0为465KHz ，C 为330pF ，这样求得电感值为355uH,所以为达到455KHz ，所需电容值为344.7pF ，故另外并联一个14.7pF 的电容即可。

本次选用微调电容0-18pF ，达到要求。

由于两个三极管都工作在甲类放大状态，选取静态工作点参数时，将Vce 设定为VCC/2，为减小功耗，使Ic 不要太大，选0.5mA,Rb11和Rb12上流过0.1mA 的电流，通过参数调节，确定Rb11为20K Ω,Rb12为16.8K Ω，Re12取100Ω，Re11为2K Ω。

动态工作时，由于频率为455KHz ，需使得Re11>>1/C ω，取C 为0.1uF 适合。

3.4 信号负反馈信号负反馈是通过中和法中反馈电容来实现的，本次设计中采用可微调电容0-20pF 来实现负反馈。