小信号谐振放大器的设计

东北石油大学课程设计
2011年3月4日
东北石油大学课程设计任务书
课程高频电子线路
题目小信号谐振放大器设计
专业电子信息工程姓名姜露学号070901140601
主要内容、基本要求、主要参考资料等
1、主要内容
根据高频电子线路课程所学内容，设计一个小信号谐振放大器。

通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，掌握小信号谐振放大器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。

2、基本要求
设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为：
(1) 谐振频率
06.5MHz
f=；
(2) 谐振电压放大倍数
020dB
v
A≥；
(3) 通频带0.8MHz
BW=；
(4) 矩形系数
0.110
r
k<。

3、主要参考资料
[1] 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006.
[2] 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993.
[3] 谢自美. 电子线路设计·实验·测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000.
[4] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.完成期限2月28日-3月4日
指导教师
专业负责人
2011 年 2 月25 日
一、电路原理
1．电路原理及用途(采用集成电路的可对芯片进行介绍)高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。

按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路做负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。

对高频小信号放大器的基本要求是：（1）增益要高，即放大倍数要大。

（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q 值来表示，其频率特性曲线如图1所示，带宽BW=f2-f1=2Δf0.7，品质因数Q=f0／2
Δf0.7。

图1 （3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能的不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器
的性能。

图2
（4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。

2．主要技术指标
(1) 谐振频率
06.5MHz
f=；
(2) 谐振电压放大倍数
020dB
v
A≥；
(3) 通频带0.8MHz
BW=；
(4) 矩形系数
0.110
r
k<。

谐振频率
放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率。

的表达式为：
式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；为谐路的总电容，的表达式为：
式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。

谐振频率的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。

LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表指示值达到最大，且输出波形无明显失真。

这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。

电压增益
放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo 的表达式为：
的测量电路如图3-2-1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。

计算公式如下：
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下降到谐振电压放大倍数的0.707倍
时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为：
式中，为谐振放大器的有载品质因素。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带BW的关系为：
上式说明，当晶体管确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数
与通频带BW的乘积为一常数。

二、设计步骤和调试过程
1、总体设计电路
如图所示电路为VT1晶体三极管、偏执电路及集电极回路等组成的单级单调谐放大器，电路中C1为耦合电容，R1、R2为基极偏置电阻，R3、C2为发射极偏置电阻及旁路电容。

谐振回路由电感L1及电容C3、C4等组成。

C3为可变电容，改变C3数值可以改变回路的谐振频率使放大器谐振在10MH Z上，R4为回路阻尼电阻，改变其大小可改变回路Q值。

该级集电极输出是变压器耦合输出，输入输出匝数比为2：1。

C5是下级耦合电容。

由VT1、R5、R6、R7等组成的射极输出器,R5、R6等组成基极偏置电路，R7为射极电阻。

L3、C7为滤波元件。

电路图
2、电路工作状态或元件参数的确定
静态工作点的确定
由于设计要求中心频率0 6.5MHz f =，电压增益020dB v A ≥，且电压增益不是很
大，选用晶体管3DG6C 在性能上可以满足需要。

晶体管选定后，根据高频小信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下，EQ I 应尽量小些以减小静态功率损耗。

值得注意的是，EQ I 变化会引起Y 参数的变化。

这里采用EQ I 等于1mA 进行计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。

已知晶体管3DG6C 的参数为MHz f T 250≥，
Ω=70'bb r ，pF C c b 3'=，mA I EQ 1=，600=β。

据此可求得：
(1) 设置静态工作点
取 EQ I =1mA, EQ V =1.5V , CEQ V =10.5V , 则 =
E R Ω=K I V EQ
EQ 5.1
=
2B R CQ
BQ BQ
BQ I V I V 55β•≈
—
CQ
BQ BQ
BQ I V I V 1010β•≈
2B R 在11k Ω到22k Ω之间，故取标称值20K Ω
=
1B R Ω=-K R V V V B BQ
BQ
CC 892
1B R 可用38k Ω电阻和100k Ω电位器串联,以便调整静态工作点。

(2) 计算谐振回路参数 mS mV
I g mA
E mS e b 77.026}{}{=='
'β mS mV
I g
mA
E mS m 3826}{}{==
下面计算4个y 参数，
mS j mS C j g r C j g y e b e b b b e
b e b ie 5.196.0)
(1+≈+++=
'''''ωω
因为ie ie ie C j g y ω+=, 所以 mS
g ie 96.0=，Ω≈=
k g r
ie
ie
11
，pF mS C ie 2.25.1==ω mS
j mS C j C j g r g r C j y c b e b e b b b m
b b
c b oe 5.006.0)
(1+≈+++=
''''''ωωω
因为oe oe oe
C j g y
ω+=，所以
mS g oe 06.0=，pF mS
C oe 75.0==
ω
mS
j mS C j g r g y e b e b b b m
fe 1.437)
(1-=++=
'''ω
故模 mS mS y fe 371.437||22≈+=
回路总电容为 pF L
f C 4.71)2(1
20==
∑π
再计算回路电容
pF C p C p C C ie oe 5.702
2
21=--=∑，取标称值68pF 输出耦合变压器Tr0的原边抽头匝数N1及副边匝数N3,即 5211==N p N 匝，5223==N p N 匝
(3) 确定输入耦合回路及高频滤波电容
高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是指变压器耦合的谐振回路。

由于输入变压器Tri原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，高频耦合电容一般选择瓷片电容。

3、仿真及仿真结果分析
按要求所做仿真图如图，开始仿真从示波器上两个通道观察输出波形以及与输入信号的关系，得下图
在无信号输入，仅有直流激励的情况下用电流表测量三极管基极电流，调节RP1使I c=2mA,此时RP1＝52k。

接入信号发生器，观察示波器输入输出波形，按照设计要求调节中周。

利用仪器测得各指标如下：
f0=6.5MHz
Ａvo＝31dB
在误差允许范围里，仿真测量所得数据符合要求。

4、设计电路的性能评测(经分析或测试是否达到了设计要求)
1）谐振频率
放大器的调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率。

谐振频率的测量与调谐方法是：
用扫频仪为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，幅频特性曲线的峰值对应的频率即为放大器的谐振频率；若测出的谐振频率与规定的谐振频率不符，可调节变压器的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点上。

A
2）电压放大增益
u
A称为调谐放大器的电压放放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数
U
大增益。

u
及输入信号的大小，则电压增益
U
A为
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，放大器的电压增益下降，
习惯上称电压增益下降到谐振电压增益
u
A的0.707倍时所对应的频率偏移称为放
大器的通频带BW
7.0。

通频带
7.0
BW的测量方法是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。

测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。

4）选择性——矩形系数
调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数来表示，矩形系数为电压增益下降到0.1时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707时对应的频率偏移之比。

即
K
1.0
=
7.01.0
BW
BW
三、结论及心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识，是发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实际能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

这次的高频课程设计，加深了我对电子电路理论知识的理解，具备了高频的基本设计能力和基本调试能力。

回顾起此次高频课程设计，至今我仍感慨颇多。

的确，从理论到实践，从不会到会，在整整一周的日子里，可以说的是苦多于甜，但是可以学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学到属于自己的知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到的问题，可以说的是多如牛毛，因为基础不牢固，再加上缺乏实际设计及动手的经验，所以难免会遇上各种问题。

同时在设计的过程中我也发现了自己的很多的不足之处，比如说发现自己对以前所学的知识理解不够深刻。

不过，这次试验的最大收获就是锻炼了我独立思考的能力，由于参数的计算有点复杂，需要自己独立思考各个参数的意义和各个参数之间的联系，这就要求我在设计过程中必须认真思考，决不能马虎，否则，算出来的可能就是错误的答案。

而参数不对，最终将直接影响到仿真的结果。

课设的这段日子真的是给我留下了很深的印象。

我总结出，在每次课设中，遇到问题最好的办法就是请教别人，因为每个人掌握的情况都不一样，一个人不可能做到处处都懂，必须发挥群众的力量，复杂的事情才能够简单化。

这一点我深有体会，在
很多时候，我遇到的困难或许别人之前就遇到过，向他们请教远比自己摸索来的简单，来得快。

虽然我现在已经初步学会了如何设计符合要求的小信号谐振放大器，但是离真正能够利用已学的知识自由设计使用电炉的还有一段的距离。

课设的这段时间我确实受益匪浅，不仅是因为它发生在特别的时间，更重要的是我的专业知识又有了很大的进步，因为进步总是让人快乐的。

参考资料
[1] 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006.
要求参考文献不少于5篇
东北石油大学课程设计成绩评价表
指导教师：2011 年 3 月8 日。