高频小信号调谐放大器设计与制作

高频小信号调谐放大器设计与制作 高频小信号调谐放大电路的基本电路结构是选频放大电路，它主要由放大器与选频回路两部分构成。主要特点是放大器的负载不是纯电阻，而是由 L、C 组成的并联谐振回路。由 1于 L、C 并联谐振回路的阻抗是随频率变化的，在谐振频率点 处，其阻抗呈现fo,2,LC纯电阻性，且达到最大值，因此放大器具有最大的放大倍数，稍离开谐振频率，放大倍数就会迅速减小。因此，用这种放大器可以有选择性地放大所需要的某一频率信号，而抑制不需要的信号或外界干扰噪声。所以，调谐放大器在无线电通讯等方面被广泛用作高频和中频的选频放大器。 在高频小信号调谐放大器中，用于放大的有源器件可以是半导体三极管，也可以是场效应管，电子管或者是集成运算放大器。用于调谐的选频器件可以是 LC谐振回路，也可以是晶体滤波器，陶瓷滤波器，LC 集中滤波器，声表面波滤波器等。 实际 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中对高频小信号调谐放大器的基本 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 是:电压增益高，工作稳定性好，频率特性应满足通频带的要求，噪声低。 一、高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真 1.单调谐高频小信号放大器电路设计举例 ,10.7MHz,谐振电压放大倍数，通频带主要技术指标:谐振频率fA,20dBVOo ，矩形系数。要求放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输K,10B,1MHzr0.1w0.7 出回路。 已知:L=4μH,， ，晶体管用9018，β=50。查手册可知，9018p,0.3p,0Q,10012 在、时，，,，，V,10Vg,2860usg,200usc,7pfc,19pfI,2mAceieieoeoeE yfe,45msyre,0.31ms，。负载电阻。电源供电V,12V。 R,10K,ccL 高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性: 只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。 除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作考虑即可. 基本步骤是: ? 选定电路形式 依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器，设计参考电路见图1-1所示。 图中放大管选用9018，该电路静态工作点Q主要由R和Rw1、R、Re与Vcc确定。利b1b2 VI,,IIRRR用和、的分压固定基极偏置电位，如满足条件:当温度变化BQ1BQCQb1w1b2 VIIIV?????????，抑制了变化，从而获得稳定的工作点。 BQBQCQCQBE I,,IVI,(5,10)I由此可知，只有当时，才能获得恒定，故硅管应用时， 。1BQ1BQBQ 只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求，一般硅管取:。 V,VV,(3,5)VBQBEBQBE ? 设置静态工作点 由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流一般在0.8,2mA之间选取ICQ 为宜，设计电路中取，设。 I,1.5mAR,1K,ce 因为: 而所以:V,I/RI,IV,1.5mA/1K,,1.5V EQEQEQeCQEQ 因为:(硅管的发射结电压为0.7V) V,V，VVBQEQEEQEBQ 所以: V,1.5V，0,7V,2.2VBQ 因为: 所以: V,V,VV,12V,2.2V,9.8VCEQCEQCCEQ 因为: 而 取 R,V/(5,10)II,I/,,1.5mA/50,0.03mA10IBQCQb2BQBQBQ 则: 取标称电阻8.2K? R,V/10I,2.2V/0.3,7.3K,b2BQBQ 因为: R,[(V,V)/V]Rb1CCBQBQb2 则:，考虑调整静态电流的方便，IR,[(12V,2.2V)/2.2V],8.2K,,36..5K,CQb1 用22K?电位器与15K?电阻串联。 Rb1 ?谐振回路参数计算 1 f,o首先求出回路中的总电容C:因为: ?2,Lc 则: 1 C,,55.3pf,2,o(2f)L 22C,C,(p,C),(p,C)p,0,1oe2ie2再求回路电容:因有 而 2C,55.3pf,(0.25,7pf),54.8pf则:，取C为标称值51pf,与5-20Pf微调电容并联。 最后求电感线圈N2与N1的匝数: 高频放大器设计与制作中最关键也是最难的就是选取恰当的电感和电容值，使电路谐振。谐振时虽可利用ωC=1/ωL公式，通过计算确定LC的值，但实际电路与理论计算往往相差很大，甚至能相差十几倍到几十倍，这就需要一定的电感绕制技巧。这里介绍一种实用的带磁心线圈的电感量设计与制作 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 由于电感L与磁心的种类及形状有关，计算复杂且计算结果和实际相差较大。因此通常使用一种适用于各种磁性材料的简便计算方法。 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，因此可以 2L,KN列出磁心线圈电感的计算式，即: 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 Lm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时，可先在骨 LO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，再用下面 2K,L/Noo的公式求出系数K值: NLOm式中:-为实验所绕匝数，由此根据和K值便可求出线圈应绕的圈数，即: Lm,N K 例:本实验电路中，L若采用带螺纹磁芯、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，因需制作的电感量为4uH，则N2应绕多少匝? 22解: 因为 则: K,L/NK,0.000,002H/10,0.000,000,02OO L0.000,004Hm,N又因 N,,14. 则:匝 K0.000,000,02 最后再按照接入系数要求的比例(常用3:1)来绕变压器的初级抽头与次级线圈的 匝数。因有，而匝。则: 匝 N,p,NN,14N,0.3,14,4.511221 多次实验表明，用本方法来确定变压器初级线圈N2、N1与次级线圈的圈数，既准确，又方便可行，效果很好。 ? 确定耦合电容与高频滤波电容: 耦合电容C1、C2的值，可在1000 pf—0.01uf之间选择 ，一般用瓷片电容。旁路电容Ce 、C3、C4的取值一般为0.01-1μF，滤波电感的取值一般为220-330时uH。 综合以上设计与计算，得参考仿真实验电路如图1-1所示。 图1-1 单调谐高频小信号放大器电原理图 2. 单调谐高频小信号放大器电路仿真实验 用EWB电子工作平台软件构建1-1所示设计实验电路，仿真时可完成下列内容: ? 测量并调整放大器的静态工作点。 仿真条件:晶体管用理想库(defauit)中的(ideal)器件。电感线圈用固定电感L1=2.8uH、L2=1.2uH，中间抽头。其余元件参数参见图1-1。IC=1.5mA。可采用直接或间接方法。自建表格记录实验数据。 ? 谐振频率的调测与电压放大倍数的测量。 仿真条件:输入高频信号频率=fo=10.7MHz,幅度(峰-峰值)50mV。阻尼电阻R=?、反馈电阻Re=1KΩ、负载电阻RL=10KΩ ? 研究阻尼电阻变化对放大器增益、带宽、品质因数的影响 用频率特性测试仪测试放大器的幅频特性，并计算出增益、带宽及品质因数。测试条件: 输入高频信号频率=fo=10.7MHz,幅度(峰-峰值)50mV。反馈电阻Re=1KΩ、负载电阻RL=10KΩ。阻尼电阻R=?(开路) 阻尼电阻R=10KΩ 阻尼电阻R=3KΩ 阻尼电阻R=470Ω ? 研究反馈电阻变化对放大器的影响 测试条件:输入高频信号频率=fo=10.7MHz,幅度(峰-峰值)50mV。阻尼电阻R=10KΩ、负载电阻RL=10KΩ。 反馈电阻R=1KΩ 负载电阻R=2KΩ 反馈电阻R=510Ω LC三点式反馈振荡器与晶体振荡器设计与制作 在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为振荡器。 振荡器的种类很多，根据工作原理可以分为反馈型振荡器和负阻型振荡器。根据选频网络采用的器件可分为LC振荡器、晶体振荡器、变压器耦合振荡器等。 振荡器的功能是产生 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的信号源，广泛应用于各类电子设备中。为此,振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。 1、反馈振荡器的振荡条件与工作原理分析 反馈式正弦波振荡器有RC、LC和晶体振荡器三种形式，电路主要由放大网络、选频回路和反馈网络三个部分构成。本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器。所谓三点式振荡器，是晶体管的三个电极(B、E、C)，分别与三个电抗性元件相连接，形成三个接点，故称为三点式振荡器，其基本电路如图2-1所示: ccc CxL3bbbLCx111Cx2L22eee (a)(c)(b) 图2-1 三点式振荡器的基本电路 根据相位平衡条件，图2-1 (a)中构成振荡电路的三个电抗元件，X、X必须为同性质12的电抗，X必须为异性质的电抗，若X和X均为容抗，X为感抗，则为电容三点式振荡3123 电路(如图2-1 (b));若X和X均为感抗，X为容抗，则为电感三点式振荡器(如图2-1 (c))。213 由此可见，为射同余异。 根据振幅条件，则必须适当选择电抗元件X1与X2 的比值(即图2-1 (b))中C1/C2，图2-1 (c)中L1/L2.)。 下面以电容三点式振荡器为例分析其原理。 共基电容三点式振荡器的基本电路如图2-2所示。 由图可见:与发射极连接的两个电抗元件为同性质 的容抗元件C1和C2;与基极和集电极连接的为异性质 的电抗元件L，根据前面所述的判别准则，该电路满足 相位条件。 图2-2电容三点式振荡器 其工作过程是:振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC谐振回路，具有选频作用，当LC谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶 体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF=1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件， 于是得到单一频率的振荡信号输出。该振荡器的振荡频率为: fo 1C1，C2 fo, 2,LC1C2 C1F,反馈系数F为: C2 若要它产生正弦波，必须满足F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一个实际的振荡电路，在F确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如静态电流取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真，严重时，甚至使振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般ICO=0.5mA-4mA。 共基电容三点式振荡器的优点是:1)振荡波形好。2)电路的频率稳定度较高。工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。 电路的缺点:振荡回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。 为克服共基电容三点式振荡器的缺点，可对其进行改 进，改进电路有两种: ? 串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路) 电路组成如图2-3示: 电路特点是在共基电容三点式振荡器的基础上，用一 电容C3，串联于电感L支路。 图2-3克拉泼振荡电路 功用主要是以增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性。使振荡频率的稳定度得以提高。 因为C3远远小于C1或C2，所以电容串联后的等效电容约为C3。电路的振荡频率为: 1fo,2,LC3 与共基电容三点式振荡器电路相比，在电感L支路上串联一个电容。但它有以下特点: 1、振荡频率改变可不影响反馈系数。 2、振荡幅度比较稳定;但C3不能太小，否则导致停振，所以克拉泼振荡器频率覆盖率较小，仅达1.2-1.4; 为此，克拉泼振荡器适合与作固定频率的振荡器 。 ? 并联型改进电容三端式振荡器(西勒电路) 电路组成如图2-4示: 电路特点是在克拉泼振荡器的基础上，用一电容C4，并联于电感L两端。功用是保持 了晶体管与振荡回路弱藕合，振荡频率的稳定度高，调整范围大。电路的振荡频率为: 1 fo, 2,LC3，C4 特点:1.振荡幅度比较稳定; 2.振荡频率可以比较高，如可达千兆赫;频率覆盖 率比较大，可达1.6-1.8;所以在一些短波、超短波 通信机，电视接收机中用的比较多。 图2-4西勒振荡电路 频率稳定度是振荡器的一项十分重要技术指标，它表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电压、电源等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡器的频率稳定度越高。 改善振荡频率稳定度，从根本上来说就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此改善振荡频率稳定度的最重要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力，这就是所谓的提高振荡回路的标准性。 提高振荡回路标准性除了采用稳定性好和高Q的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的具有负温度系数的电容，以实现温度补偿作用。 石英晶体具有十分稳定的物理和化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效参量Lq很大，Cq很小，Rq也不大，因此晶体Q值可达到百万数量级，所以晶体振荡器的频率稳定度比LC振荡器高很多。 2、LC三点式反馈振荡器的设计及说明 实验电路的主要技术性能指标: ,4振荡频率 频率稳定度 fo,6MHZ,50KHZ,f/f,1，10o 输出幅度 Uo,0.3Vp,p 实验电路电采用的是并联改进三点电容反馈(西勒)振荡电路，当跳线开关K3-3拨置“右”端时，可构成并联型石英晶体振荡器。为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，采用了射随器作为隔离级，其电路的电原理图如图2-5所示。 图2-5 LC与晶体振荡器电原理图 图中，跳线开关K3-1为振荡管集电极电流控制。K3-2为验证反馈系数，K3-3为LC震荡器与晶体振荡器转换选择，K3-4为验证负载(即回路Q值)变化对振荡器的影响。 基本设计条件是:电源供电为12V，振荡管BG1为9018(其主要参数I=50/A，V=5V，CMCEQV?0.1/V,h28-198,取β=100，f>1100MHz)。隔离级射随器晶体管BG2也为9018，LCCEQFET 振工作频率为6MHz，晶体为6 MHz。 ? 静态工作电流的确定 合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。,般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流I大约在0.8-4mA之间选取，故本实验电路中: CQ 选I=2mA V=6V β=100 CQCEQ U,U12,6CCCEQ 则有 R，R,,,3K,ecI2CQ 为提高电路的稳定性R值适当增大，取Re=1KΩ则Rc,2KΩ e 因:U=I?R 则: U =2mA×1K=2V EQCQE EQ 因: I=I/β 则: I =2mA/100=0.02mA BQCQBQ 一般取流过Rb2的电流为5-10I若取10I BQ , BQ V2.7VBQR,,13.5K,R, 因: V,V，0.7 则: 取标称电阻12K?。 b2bBQEQ20.2IBQ V,V12V,2.7VCCBQR,12K,,41.3K,因: : R,Rb1b1b22.7VVBQ 为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由27K?电阻与27K电位器串联构成。 ? 确定主振回路元器件 回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C和总电感L两部分。确定这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp远大于总的不稳定电容Cd原则，先选定Cp为宜。若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C不能过大，C过大，L就小，Q值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入。反馈系数F=C1/C2，不能过大或过小，适宜1/8—1/2。 1f,因振荡器的工作频率为: 02,LC 当LC振荡时，f=6MHz L,10μH 0 本电路中，则回路的谐振频率fo主要由C、C4决定，即 3 11 f,,2,LC2,L(C，C)34 1有 。取C3 =120pf，C4=51pf(用33Pf与5-20Pf的可调电容并C，C,,176pf3422,4fL 联)，因要遵循C，C>>C3,C4，C/C=1/8—1/2的条件，故取C=200pf，则C=510pf。 121212 对于晶体振荡，只需和晶体并联一可调电容进行微调即可。 为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极;如为基级接地，则应从发射极输出。 综合上述计算结果。得实际电路如图4-3--5所示。 3、实验内容与要求 ? 振荡电路静态工作点的调整 ? 振荡器基本设置条件:K3-2全开路(停振)，K3-3“左”(LC振荡)，RL=10K(K3-4“4”ON) 测量时可以采用直接测量法:断开K3-1(左)，将直流电流表串接在K3-1两端(即集电极电路中)，调整Rw1，使即可。 I,2mACQ 也可采用间接测量法:即短接K3-1(右)，用直流电压表测量晶体管发射极对地电压 ，调整使为2V即可(I,I,U/R)。 UURCQEQEQeEQEQw1 当静态电流I调整完毕后，用万用表测量晶体管BG1的各电极的静态工作电压。将结CQ 果记录于表2-1中。 表2-1静态测量数据表 BG1 Ic测量值 Ic计算值 Vb Ve Vce ? 振荡器频率的调测 ? 振荡器基本设置条件:K3-1“右，K3-2“1”短接(510P)，K3-3“左”(LC振荡)，RL=10K(K3-4“4“ON) ? 用示波器测量振荡器的输出端“OSC/OUT”，观察Vo波形，若无振荡输出，则需检查电路，调整元件，直至电路振荡。 ? 适当调整LC回路微调电感或微调电容CT，使振荡频率满足设计指标要求。再适当调整RW1使Vo输出最大且出现不失真的正弦波。记录此时最佳状态下的Vo波形和幅度，振荡fo与集电极电流I。 C ? 保持以上基本设置不变，将跳线开关K3-3拨置“右”，使之为晶体振荡器。记录此时最佳状态下的Vo波形和幅度，振荡fo与集电极电流I C ? 研究工作点Ic的变化对振荡器性能的影响, ? 振荡器基本设置条件:(同上)。 分别按表2-2所列数据要求，改变I，将测试结果记录于表中。记录本实验电路停振CO 时的最大I=, 表2-2 CO LC振荡器 晶体振荡器 F 振幅 F 振幅 Ic VEQ 波形 波形 )(MHZ) (V) (MHZ) (V) 1 1V 2 2V 3 3V 4 4V 5 5V 最大Ic: 结论: 注:调整一项数据后，将K3-3跳线开关切换至“右”，记录晶体振荡器的数据 ? 研究反馈系数F的变化对振荡器性能的影响, ? 振荡器基本设置条件:K3-1“右”，K3-2“1”短接(510P)，K3-3“左”(LC振荡)，RL=10K(K3-4“4”ON)，并调整Rw1,使Ic=最佳数值。 ? 分别按表4-3-3所列数据要求，拨动K3-2跳线开关，改变F，将测试结果记录于表中。说明本实验电路停振时的F是多大, 表2-3 LC振荡器 反馈电容 K4-3-2”1”510P K4-3-2”2”680P K4-3-2”3”820P K4-3-2”4”5100P 反馈系数 振荡幅度 振荡频率 信号波形 晶体振荡器 振荡幅度 振荡频率 信号波形 注:调整一项数据后，切换K3-2跳线开关，记录晶体振荡器的数据 ? 根据实验数据绘制Vo-C曲线 ? 研究负载RL变化对振荡器性能的影响。 ? 振荡器基本设置条件:K3-1“右”，K3-2“2”短接(680P)，K3-3“左”(LC振荡)， RL=10K(K3-4“4”ON)，,使振荡电路在最佳工作状态。 按表2-4所列数据，分别改变负载电阻。将测试结果记录于表2-4中。 表2-4 LC振荡器 R(Ω) f(MHz) 振荡幅度(mV) 波形 L K4-3-4“全开路”? K4-3-4“4”OM 10kΩ K4-3-4“3”ON 4.7KΩ K4-3-4“2”ON 2KΩ K4-3-4“1”ON 470Ω 晶体振荡器 K4-3-4“全开路”? K4-3-4“4”OM 10kΩ K4-3-4“3”ON 4.7KΩ K4-3-4“2”ON 2KΩ K4-3-4“1”ON 470Ω 注:调整一项数据后，切换K3-2跳线开关，记录晶体振荡器的数据 ? 研究起振前后振荡器工作点的偏离情况 ? 振荡器基本设置条件::振荡电路调整在最佳工作状态。RL=10K。 用短路线将振荡回路电感L短路，这时电路停振，测量此时的V。接着拆除短路线，1EQ1电路起振，再次测量此时的V，看两者是否相等。说明变化的原因。 EQ1 ? 比较两类振荡器的频率稳定度: 1,LC 振荡器 ? 振荡器基本设置条件:K3-1“右”，K3-2“3”短接(820P)，K3-3“左”(LC振荡)， RL=10K(K3-4“4”ON)，并调整Rw1,使Ic=最佳数值。 ? 用示波器在振荡器的输出端“OSC/OUT”观察并记录振荡器输出信号的波形、幅度和频率。 2,晶体振荡器 ? 振荡器基本设置条件:K3-1“右”，K3-2“3”短接(820P)，K3-3“右”(晶体振荡)，RL=10K(K3-4“4”ON)，并调整Rw1,使Ic=最佳数值。 ? 用示波器在振荡器的输出端“OSC/OUT”观察并记录振荡器输出信号的波形、幅度和频率。 根据以上的测量结果，试计算并比较两种振荡器频率的稳定度?f/ f0 : LC振荡器 ,f/f,(f,f)/f,100%,?%oo1o 晶体振荡器 ,f/f,(f,f)/f,100%,?%oo1o 高频谐振功率放大器电路设计与制作 在通信系统中, 高频谐振功率放大电路，是无线电发射机的重要组成部分,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大, 然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间,以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送。所以研究高频功率放大器的主要任务是怎样以高效率输出最大的高频功率。因此, 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态, 即晶体管集电 0极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态，导通角。虽然功率增益比甲类,,90 和乙类小，但效率η却比甲类和乙类高。一般可达到80%。 同时, 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, 采用LC谐振回路作为选频网络, 故称为高频谐振功率放大器，显然,谐振功放属于窄带功放电路。 1、高频谐振功放的基本电路结构 高频谐振功率放大器的电路构成，除电源电 路外，主要由晶体管、输入激励电路、输出谐振 回路三个部分组成，谐振功率放大器原理电路如 图3-1所示。 图中为输入交流信号，是基极偏置电uEbB ，可改变放大器的导通角，以使放大 压，调整EB 0器工作在导通角,,90丙类状态。是集电极 图3-1 谐振功率放大器的工作原理 EC 电源电压。集电极外接LC并联谐振回路的功用是作放大器负载，实现滤波选频和阻抗匹配。 2、高频谐振功率放大器的工作原理与主要性能指标 放大器工作时，设输入信号电压: u,Ucos,tbbm 则加到晶体管基极,发射级的有效电压为: u,u,U,,U，Ucos,t BEbBBBBbm由晶体管的转移特性曲线可知，如图3-2所示: 当i,0时，管子截止，。 u,UcBEBZ 当时，管子导通，u,UBEBZ i,g(u,U) cCBEBZ g式中:为折线的斜率: C ,icg,c ,uBEu,常数ce 所以有: 图3-2谐振功率放大器晶体管的转移特性曲线 ，，i,g,U，Ucos,t,U ，即功放输出的Ic为一连串不连续的余弦脉ccBBbmBZ 冲。高功放为什么能不失真地放大信号呢? 因为尖顶余弦脉冲的数学表达式为: ,,cos,costC ,iiccmax1,cos,C 若对 傅里叶级数分解，即: ic i,I，Icos,t，Icos,2t，......，Icos,t，...cCOCM1CM1Cmn 由此可知，任何一个余弦脉冲，都是由许多不同频率的谐波(基波、二次谐波。。。n次谐波)分量所构成，利用功放负载LC回路的选频功能，适当选择LC的参数使之谐振与基波频率, 尽管在集电极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量，但由于并联谐振回路的选频滤波作用，故功率放大器的输出仍为不失真的正弦波。 此时，谐振回路两端的电压可近似认为只有基波电压，即: u,Ucos,t,IRcos,tCCmcm1O 式中，U为u的振幅;R为LC回路的谐振电阻,为集电极基波电流振幅。在集Icmcocm1 电极电路中，LC谐振回路得到的高频功率为: 2U1112cmPIUIR ,,,011Ocmcmcm222RO 集电极电源E供给的直流输入功率为: C P,EI I为集电极电流脉冲ic的直流分量。 COECC0 集电极效率η为输出高频功率P与直流输入功率P之比，即: CoE iiPIUCC10c1mcm,,,CCP2IEC′EEC0CuBEmaxF??? ?C″?3、高频谐振功率放大器的?A′ECA00A″u工作状态 CEB?谐振功率放大器的工作状0??u态有三种，即欠压、临界和过压。c当谐振功放的静态工作点、输入 , t信号、负载发生变化，谐振功率 放大器的工作状态将发生变化。如图3-3所示。 图3-3 谐振功率放大器的工作状态 当C点落在输出特性(对应u的那条)的放大区时，为欠压状态;当C点正好落在BEmax 临界点上时，为临界状态;当C点落在饱和区时，为过压状态。其中任何一个量的变化都会改变C点所处的位置，工作状态就会相应地发生变化。 4、高频谐振功率放大器的外部特性 ? 负载特性 负载特性是指当保持E、E、U不变而改变R时，谐振功率放大器的电流I、I，CBbmOC0cm1电压U，输出功率P，集电极损耗功率P，电源功率P及集电极效率η随之变化的曲线。CEcmoC从上面动特性曲线随R变化的分析可以看出，R由小到大，工作状态由欠压变到临界再进OO 入过压。相应的集电极电流由余弦脉冲变成凹陷脉冲，如图3-4(a)所示。 i iiiCCCCIclmP,ECUIcmC0PC P00RR0RR欠压区过压区欠压区过压区ecre0000, t, t, t, tecre R增大e(b)(c)(a) 图3-4谐振功率放大器的负载特性 ? 集电极调制特性 集电极调制特性是指当保持EB、Ubm、RO不变而改变EC时，功率放大器电流IC0、Ic1m，电压Ucm以及功率、效率随之变化的曲线。当EC由小增大时，uCEmin=EC-Ucm也将由小增大，因而由uCEmin、uBEmax决定的瞬时工作点将沿uBEmax这条输出特性由特性的饱和区向放大区移动，工作状态由过压变到临界再进入欠压，iC波形由iCmax较小的凹陷脉冲变为Cmax较大的尖顶脉冲，如图3-5所示。 i 图3-5谐振功率放大器的集电极调制特性 由集电极调制特性可知，在过压区域，输出电压幅度Ucm与EC成正比。利用这一特点，可以通过控制EC的变化，实现电压、电流、功率的相应变化，这种功能称为集电极调幅，所以称这组特性曲线为集电极调制特性曲线。 ? 基极调制特性 基极调制特性是指当EC、Ubm、RO保持不变而改变EB时，功放电流IC0、Ic1m，电压Ucm以及功率、效率的变化曲线。当EB增大时，会引起θ、iCmax增大，从而引起IC0、Ic1m、Ucm增大。由于EC不变，uCEmin=EC-Ucm则会减小，这样势必导致工作状态会由欠压变到临 界再进入过压。进入过压状态后，集电极电流脉冲高度虽仍有增加，但凹陷也不断加深，iC波形如图3-6所示。 图3-6谐振功率放大器的基极调制特性 利用这一特点，可通过控制EB实现对电流、电压、功率的控制，称这种工作方式为基极调制，所以称这组特性曲线为基极调制特性曲线。 ? 调谐特性 由于高功放的负载是LC谐振回路,在调谐过程中，其负载是一阻抗Zp，当改变回路的元件数值，如改变回路的电容C (或L)时，高功放的外部电流Ico(直流)、Icm1(基波)和相应的Ucm(输出)等随C (L)的变化特性称为高 功放的调谐特性。 当回路谐振时，阻抗最大，此时，电路中Ico、Icm1 最小，而Ucm最大。 当回路参数变化后，将使LC回路失谐，则使阻抗 Zp的模值减小，根据负载特性可知，功放的工作状态 将由临界向欠压状态或过压状态变化，此时Ico和 Icml要增大，而Ucm将下降 。波形如图3-7所示. 图3-7谐振功率放大器的调谐调制特性 由此可见，高功放的回路失谐后直流输入功率Po=Ico E 将随Ico的增加而增加，而输出功率Pc=Icm1 Ucm cosφ将主要因cosφ因子而下降，因此失谐后集电极功耗Po将迅速增加。这表明高频功放必须经常保持在谐振状态。 i? 放大特性 iiiiCCCCC放大特性是指当保持E、E、R不变，CBe 而改变U时，功率放大器电流I、I，bmC0c1m(a), t, t, t, t, t00000电压U以及功率、效率的变化曲线。U变cmbmU增大bmU, I, IUcm clm C0cm化对谐振功率放大器性能的影响与基极调制Iclm特性相似。i波形及I、I、U、P、ICC0c1mcmoC0P、ηC随U的变化曲线如图3-8所示。 Ebm 由图可见，在欠压区域，输出电压振幅与(b)0U欠压临界过压bm输入电压振幅基本成正比，即电压增益近似为 常数。利用这一特点可将谐振功率放大器用作电 压放大器，所以称这组曲线为放大特性曲线。 图3-8谐振功率放大器的放大特性 5、高频谐振功率放大器的设计举例 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3DG12C，其主要参数:Pcm=1W,Icm=750mA,V=1.5V,f=70MHz,hfe?10，电路增益Ap?13dB(20倍)。 CEST ,1,确定功放的工作状态 表3-1 对高频功率放大器的基本要求是,尽可能输出大功 率、高效率，为兼顾两者，通常选丙类且要求在临界工作α 000α,,状态，其电流流通角在60—90范围。现设=70。查 12 og表3-1得:集电极电流余弦脉冲直流Ico分解系数. 110 a=0.25，集电极电流余弦脉冲基波Ic1m分解系数αo. 30 θa=0.44 ，因功率放大器集电极的等效电阻为: 1 c 22(Vcc,V)(12,1.5)CES ,,,110,Rq2Pc2(0.5)W 集电极基波电流振幅为: Ic1m,2Pc/Rq,95mA 集电极电流脉冲的最大振幅为: Icm,I/a(,),95mA/0.44,216mAC1m1 集电极电流脉冲的直流分量为: Ico,Icm，a(,),216，0.25,54mAo 电源提供的直流功率为: P,Vcc*Ico,12V*54mA,0.65wD ,集电极的耗散功率为: Pc,P,Pc,0.65,0.5,0.15wD 集电极的效率为: (满足设计要求) ,,Pc/P,0.5/0.65,77%D 已知: Ap,13dB 则:输入功率: Pi,Po/Ap,Pc/Ap,25mV Icm基极余弦脉冲电流的最大值(设3DA1的,=10) I,,21.6mVBm, 0基极基波电流的振幅为: I,Ia(70),9.5mABmBm11 V,2Pi/I,5.3V得基极输入的电压振幅为: BmB1m ,2,计算谐振回路与耦合线圈的参数 ,1,谐振回路LC参数的计算 1若设C=100pf 则 L,,10uH22,4fc 1( 耦合线圈参数计算 丙类功率放大器输入输出耦合回路均采用高频耦合方式，其输入阻抗为: Zi rbb'25 Zi,,,,86,o,a,(1,cos)()1,cos(70)，0.441 输出变压器线圈匝数比为: 2PcRN32，0.5，51L ,,,0.68N1V12,1.5C1m 取N3=2，N1=3， 现采用Φ10mm×Φ6mm×5mm的铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器，已知其参数为 2μ=100H/m，A=10mm，l=25mm。则由式。 2Acm,,223, 计算初级线圈的总匝数N2=8 ,,L,4,uN，10uH2H/m,,Lcm 式中，μ —— 磁导率; N —— 线圈匝数; —— 磁芯截面积; 平均磁路长度。 A l —— 2 2L = Al?N Al——电感系数(H/匝) 需要指出的是，变压器的匝数的计算值只能是参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值相差较大。线圈匝数比为的计算仅作参考，实际使用时应适当调整。 高频变压器及高频电感的绕制时其变压器的磁芯 图3-9铁氧体变压器磁芯 应采用铁氧体，而不能用硅钢片铁芯。环形铁氧体结构如图3-9所示，尺寸为:外径×内径×高，使用漆包线绕制。 ,3,基极偏置电路计算 Vj,VbVb,Vi,Vbm,,1.1V,因 cos, 则有 : VBm R,V/Ico,20,V,,IR因 则有 : EBBCOE 取高频旁路电容C,0.01pf E2 ,4,电源去耦滤波元件选择 高频电路的电源去耦滤波网络通常采用π型LC低通滤波器，滤波电感可按经验取050,100μH，滤波电感一般取0.01μF。 综合上述设计，得参考电路如图3-10所示。 变容二极管调频与鉴频器电路设计与制作 频率调制是无线电通信的重要调制方式，因具有抗干扰能力强，可充分利用发射机发送最大的功率。调频与解调电路简单，信号传输质量高的特点，故广泛应用在调频广播、电视伴音、卫星通信、卫星广播电视和模拟微波中继通信等方面。但因其频带较宽，常用于超短波及频率较高的波段。 从调频信号中解调出调制信号的电路称为频率检波器或鉴频器。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器、振幅鉴频器、正交鉴频器、锁相环鉴频器等。本实验主要讨论的是相位鉴频器中的乘积型鉴频器。 1、变容二极管调频基本原理 所谓调频，就是用调制信号去控制载波(高频振荡)的瞬时频率，使其按调制信息的规律变化。调频信号的产生通常有两种方法:一是间接调频，即先对调制信号积分再用载波调相，其特点是调制与振荡分离，故频率稳定性高，但频偏小，电路较复杂。二是直接调频，即用调制电压去控制振荡器中LC回路的参数，使其振荡频率随调制电压而变化。其特点是振荡、调制合二为一，同时进行。故频率稳定性差，但频偏大，电路简单。 常用的直接调频电路有变容二极管直接 调频和电抗管调频。由于变容二极管调频工作 频率范围宽，固有损耗小，使用方便，电路简 单，故本实验采用变容二极管调频电路。 变容二极管构成的调频电路如图4-1所 示。 图4-1变容二极管调频器原理图 由图可见，变容二极管的结电容C通过耦合电容并接在回路的两端，形成振荡LCCjn1 C,C，C回路总电容的一部分。振荡回路的总电容，振荡频率为: ,nj 11f,, 2,LC2,L(C，C)Nj C由于变容二极管是利用PN结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容j C(势垒电容)，而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化。调制时将直流j C反偏电压和调制信号同时加入，其结电容在直流反偏压所设定的电容基础上随调VVjD, 制信号电压的幅度变化而变化，因为变容管的结电容是振荡回路电容的一部分，所以振荡器 f的频率必然随调制信号幅度而变化，从而实现了调频。其频偏与回路的中心频率成正,f0 CC比，与结电容变化的最大值成正比，与回路的总电容成反比。 0m C为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小中心频率的漂移，常将耦合电容的容1 C量选得较小(与同数量级)，这时变容二极管部分接入振荡回路，这时回路的总电容为: j 'C,C，C,C/(C，C)0N1j1j 回路总电容的变化量为: ,C,P,C j 频偏: 1 ,f,P,(f/C)C,P,fOOm2 式中，称为接入系数。 ，，P,CC，C11jQ 2、调频信号解调基本原理 调频信号的解调是从调频波中恢复出原调制信号的,,u,U,t，mu(t)u(t)MFCOSo,,,过程，完成调频波解调过程的电路称为频率检波器。 将调频波进行特定的波形变换，根据波形变换特点的不同，可归纳以下几种实现方法: 第一种方法，将调频波通过频 率—幅度线性变换网络，变换成调 频—调幅波，再通过包络检波器检 测出反映幅度变化的解调电压。这 种鉴频器称为斜率鉴频器，或称振 -2幅鉴频器，其原理电路框图如4 所示 。 图4-2振幅鉴频器电路框图 第二种方法，将调频波通过频率—相位线性变换网络，变换成调频—调相波，再通过鉴相器检测出反映相位变化的解调电压。把这种鉴频器 -3所示。 图4-3相位振幅鉴频器电路框图 称为相位鉴频器，其原理电路框图如4 第三种方法，是随着近年来集成电路的广泛应用，在集成电路调频机中较多采用的移相乘积鉴频器。它是将输入FM信号经移相网络后生成与FM信号电压正交的参考信号电压，它与输入的FM信号电压同时加入相乘器，相乘器输出再经低通滤波器滤波后， 图4-4移相乘积鉴频器电路框图 便可还原出原调制信号，其原理电路框图如4--4所示。 2、变容二极管电路及说明 实验电路的主要主要技术指标: 主振频率f=6MHz， 0 -4频率稳定度Δfo/fo?5x10小时， 最大频偏?f,?25KHz， m 振荡器输出电压Vo?0.8V. 已知条件:Vcc=12V，高频三极管用9018，β=60。变容二极管用 E,4V时C,75pf)2CC1C(，,,12 调制信号频率为1-3KHz.。 Qjo ? 电路形式确定 依据性能指标要求，对频率稳定度Δfo/fo要求较高，故选用电容三点改进西勒振荡器， 如图4-5所示。 图4-5变容二极管调频器电路电原理图 图中，晶体管BG1接成共基组态西勒振荡器，C为基极电容。振荡电路的静态工作点b 由R、Rw1、R决定。变容二极管的直流偏置电路由R与R构成。只要静态偏置调整b1b21W2合适，就可实现线性调频。ZL为扼流电感，R为限流电阻，调制电压经C10耦合电容加到2 变容二极管。C为振荡回路与变频回路的耦合电容，采用部分接入。调制信号经BG2射随c 放大后经输出耦合电容C输出。跳线开关K4-5-1控制变容管断开与接入，拨码开关K4-5-29 改变接入系数。 ? 振荡电路静态工作点设置 一般小功率自动稳幅LC振荡器的静态工作电流I为1-4mA。I偏大，振荡幅度虽增CQCQ加，但波形失真加重，频率稳定性变差，故一般选I为2mA。 CQ 为了获得较大的动态范围，一般取V为电源电压的一半，故取V=6V。 CEQCEQ因有:I=(V-V)/(R+R) CQCCCEQEC 则: R+R =(V-V)/ I =(12-6)/ 2=3K ECCCCEQCQ 为提高电路的工作稳定性，Re可适当取大一些，但应小于RC，故取: Re=1K 则Rc=2K 因有:Rb=V/I I=(5-10)I I= I/β VBQ=VEQ+0.7V VEQ=ICQRE 2BQ11BQBQCQ 则:V=2X1=2V EQ V=2+0.7=2.7V BQ I=2/60=0.033 取I=10I =0.33 BQ1BQ R=V/I1=2.7/0.33=8.18K 取标称电阻 8.2K。 B2BQ 因有:R=[(V-V)/V]RB1CCBQBQB2 则:RB1=[(12-2.7)/2.7]8.2=28.24K 为调整静态电流方便，用一5.1K电阻与50K 电位器串联。 ? 计算主振回路元件参数 在电容三点式西勒振荡器中，由L、C、C 、C与C组成并联谐振回路。其中C两123j2端的电压构成振荡反馈电压，其大小由反馈系数F=C/C选定，比值一般应满足1/2—1/8。12 为了减小晶体管极间电容对回路振荡频率的影响，C与C的取值应较大，即C<