1、課程設計(論文)題 目 名 稱 CMOS集成電路 課 程 名 稱 高頻小信號諧振放大器設計 學 生 姓 名 黃敏虹 學 號 1241304009 系 、專 業 信息工程系、計算機科學與技術 指 導 教 師 許 建 明 2014年 11 月 14 日目 錄第1章 緒論11.1 高頻小信號放大器簡介1第2章 方案設計32.1 設計要求32.2 總體方案簡述4第3章 模塊電路設計53.1 電路的基本原理53.2 主要性能指標及測試方法63.3 電路的設計與參數的計算83.3.1 電路的確定83.3.2參數計算8第4章 電路的仿真與調試94.1 電路仿真94.2 電路的安裝與調試10總 結13參考文獻

2、14邵陽學院課程設計第 1 章 緒 論1.1高頻小信號放大器簡介 高頻小信號放大器是用于無失真的放大某一頻率范圍的信號。按其頻帶寬度可分為窄帶與寬帶放大器，而最常用的為窄帶放大器，它是以各種選頻電路作負載，兼具阻變換和選頻濾波功能。高頻小信號放大器是通信設備中常用的功能電路，它所放大的信號頻率在數百千赫至數百兆赫。高頻小信號放大器的功能是實現對微弱的高頻信號進行不失真的放大，從信號所含頻譜來看，輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是相同的。調諧放大主要用于無線電接收系統中高頻和中頻信號的放大。其中高頻小信號調諧放大器廣泛應用于通信系統和其它無線電系統中，特別是在發射機的接收端，從天線上感應的信號

3、是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號放大器理論非常簡單，但實際制作卻非常困難。其中最容易出現的問題是自激振蕩，同時頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實現。本文以理論分析為依據，以實際制作為基礎，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實現準確的頻率選擇；另加其它電路，實現放大器與前后級的阻抗匹配。高頻小信號放大器的分類：按元器件分為：晶體管放大器、場效應管放大器、集成電路放大器; 按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器; 按電路形式分為：單級放大器、多級放大器; 按負載性質分為：諧振放大器、非諧振放大器; 高頻小信號放大器的特點：頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百MHz頻帶寬度

4、在幾KHz到幾十MHz，故必須用選頻網絡小信號信號較小故工作在線性范圍內(甲類 放大器)即工作在線形放大狀態。采用諧振回路作負載，即對靠近諧振頻率附近的信號有較大的增益，對遠離諧振頻率附近的信號其增益迅速下降，即具有選頻放大作用。 第 2 章 方案設計2.1 設計要求已知條件：電源電壓，負載電阻，高頻三極管3DG6。 主要技術指標：中心頻率，電壓增益，通頻帶。 課程設計要求：要求有課程設計說明書，并制作出實際電路。 實驗儀器設備 數量 高頻信號發生器 1臺 數字存儲示波器 1把 無感起子 1把 數字萬用表 1臺 12V直流穩壓電源 1臺2.2 總體方案簡述 高頻小信號放大器的功用就是無失真的放

5、大某一頻率范圍內的信號。按其頻帶寬度可以分為窄帶和寬帶放大器 ，而最常用的是窄帶放大器，它是以各種選頻電路作負載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對高頻小信號放大器的基本要求是：（1）增益要高，即放大倍數要大。（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強，通常用Q值來表示，其頻率特性曲線如圖-1所示,帶寬BW=f2-f1= 2f0.7，品質因數Q=fo/2f0.7. （3）工作穩定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內部噪聲要小，特別是不產生自激，加入負反饋可以改善放大器的性能。 第 3 章 模塊電路設計 3.1 電路基本原理 圖3-1-1所示電

6、路為共發射極接法的晶體管小信號調諧回路諧振放大器。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負載為LC并聯諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數會影響放大器的輸出信號的頻率或相位。晶體管的靜態工作點由電阻RB1和RB2以及RE決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。 圖3-1-1 3.2主要性能指標及測量方法 表征高頻小信號諧振放大器的主要性能指標有諧振頻率，諧振電壓放大系數Avo，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數Kr0.1），采用3-2-1所示電路可以粗略測各項指標。 圖3-2-1輸入信號由高頻小信號發生器提供，高頻電壓表，分別用于

7、測量輸入信號與輸出信號的值。直流毫安表mA用于測量放大器的集電極電流的值，示波器監測負載兩端輸出波形。諧振放大器的性能指標及測量方法如下。放大器的諧振回路諧振時所對應的頻率稱為諧振頻率。的表達式為：式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；為諧路的總電容，的表達式為： 式中，為晶體管的輸出電容；為晶體管的輸入電容。諧振頻率的測試步驟是，首先使高頻信號發生器的輸出頻率為，輸出電壓為幾毫伏；然后調諧集電極回路即改變電容C或電感L使回路諧振。LC并聯諧振時，直流毫安表mA的指示為最小（當放大器工作在丙類狀態時），電壓表指示值達到最大，且輸出波形無明顯失真。這時回路諧振頻率就等于信號發生器的輸出頻。

8、圖3-2由BW得表達式可知： 通頻帶越寬的電壓放大倍數越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用較大的晶體管外，還應盡量減少調諧回路的總電容量。 3 .3電路的設計與參數計算3.3.1電路的確定電路形式如圖3-3-1所示 已知參數要求與晶體管3DJ6參數。3.3.2確定輸入耦合回路及高頻濾波電容 高頻小信號諧振放大器的輸入耦合回路通常是 指變壓器耦合的諧振回路。由于輸入變壓器Tri原邊諧振回路與放大器諧振回路的諧振頻率相等，也可以直接采用電容耦合，高頻耦合電容一般選擇瓷片電容。 第4章 電路的仿真與測試4.1電路的仿真（1）利用MULTISIM繪制出如圖4

9、-1-1所示的仿真實驗電路 圖4-1 -1 仿真電路圖(2) 按圖設置各元件的參數，打開仿真開關，從示波器上兩個通道觀察輸出波形以及與輸入信號的關系。如4-1-2圖所示。圖4-2-2 輸出波形在無信號輸入，僅有直流激勵的情況下用電流表測量三極管發射極極電流，測得約為1mA。接入信號發生器，觀察示波器輸入輸出波形，按照設計要求調節中周。利用儀器測得各指標如下：f0=10MHz，vo34dB仿真數據分析：在誤差允許范圍里，仿真測量所得數據與理論值相等。4.2電路的安裝與測試 將上述設計的元器件參數值按照圖2-1所示電路進行安裝。先調整放大器的靜態工作點，然后再調諧振回路使其諧振。 調整靜態工作點的

10、方法是，不加輸入信號（Vi=0），將C1的左端接地，將諧振回路的電容C開路，這時用萬用表測量電阻Re兩端的電壓，調整電阻Rb1使Veq=1.5V(Ie=1mA)。記下此時電路的Rb1值及靜態工作點Vbq、Vceq、Veq、及Ieq。 調諧振回路使其諧振的方法是，按照圖5-1所示的測試電路接入高頻電壓表V1、V2，直流毫安表mA及示波器。再將信號發生器的輸出頻率置于fi=10MHZ，輸出電壓Vi=5mV。為避免諧振回路失諧引起的高反向電壓損壞晶體管，可先將電源電壓+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。調輸出耦合變壓器的磁芯使回路諧振，即電壓表V2的指示值達到最大，毫安表mA為最小且輸出波形無明顯失

11、真。回路處于諧振狀態后，再將電源電壓恢復至+12V。 實驗數據： f0=9.7MHz，vo28dB 在誤差允許范圍內，中心頻率的理論值與實際值一致，在放大器處于諧振狀態下，電壓放大倍數Avo放大倍數與理論值有一定的差距，導致誤差的原因有如下點： （1）實物的實際值與理論值有一定的差，并且電阻電容的標稱值也有一定的誤差。 （2）由于分布參數的影響，晶體管手冊中給出的分布參數一般都是在測試條件一定 的情況下測得的。且分布參數還與靜態工作電流及電流放大系數有關。放大器的 各項技術指標滿足設計要求后的元器件參數值與設計計算值有一定的偏離。 （3）性能指標參數的測量方法存在一定的誤差。如在調諧過程中，我

12、們通過直接觀察波形的輸出值的大小來確定電路是否調諧。這樣調諧頻率的測量值存在誤差的同時，放大倍數的測量值也會產生誤差。 （4）實驗儀器設備的老化等也會導致電路調試過程中出現一定的誤差。 （5）由于工作頻率較高，高頻小信號放大器容易受到外界各種信號的干擾，特別是射頻干擾。通常采取的措施是把放大器裝入金屬屏蔽盒內（屏蔽盒與地線應接觸良好）。但電路調試環境條件有限。總結本次課程設計的完成，收獲頗多，首先，鞏固和加深了對電子線路基本知識的理解，提高了綜合運用所學知識的能力。其次，通過與實際電路方案的分析比較，設計計算，元件選取，安裝調試等環節，讓我們學會初步掌握了簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。

13、最重要的是增強了動手能力和根據自己所學需要查閱資料的能力，以及自己分析和解決問題的能力。從電路的設計到文檔的處理以及電路板的制作，我們小組成員們緊密合作讓我感受到了團結的力量。在這次課程設計過程中最深刻的感觸是光有理論知識是遠遠不夠的，還必須懂一些實踐中的知識，比如，元器件的參數在設置時盡量選擇與標稱值相等或相近的（如電阻和電容值的選擇）；元器件的等效替換（實際電路板上，我們使用中周代替變壓器調諧）；電路板的調試。實踐中，我們應將課堂所學與實驗課結合起來，鍛煉自己的理論聯系實際的能力和實際動手能力。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的。總而言之，課程設計在我們努力下基本達到了預期目的，所

14、制的產品在功能上基本達到了設計要求，而且在工藝上也已經盡可能的做到了經濟，美觀。在制作中遇到的一些問題，雖然盡大家的能力解決了一些，但還是存在一些缺陷，望老師及讀者諒解。參考文獻1謝自美. 電子線路設計·實驗·測試（第三版）. 華中科技大學 2006.2 曹才開，姚屏，曾屹，周細鳳. 高頻電子線路原理與實踐. 中南大學 2010.3康華光主編電子技術基礎模擬部分 高等教育出版社.14邵陽學院課程設計（論文）任務書年級專業12電子科學與技術學生姓名黃敏虹學 號1241304009題目名稱高頻小信號諧振放大器設計設計時間2014.11.3-2014.11.14課程名稱通信電子線

15、路課程編號131300321設計地點新實驗樓一、 課程設計（論文）目的學生在教師指導下運用所學課程的知識來研究、解決一些具有一定綜合性問題的通信電子線路相關課題。通過課程設計（論文），提高學生綜合運用所學知識來解決實際問題、使用文獻資料、及進行科學實驗或技術設計的初步能力，為后續的專業課程學習和畢業設計（論文）打基礎。二、 已知技術參數和條件源電壓，負載電阻，高頻三極管3DG6。中心頻率，電壓增益，通頻帶。三、 任務和要求（1）增益要高，即放大倍數要大。（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強。（3）工作穩定可靠。注：1此表由指導教師填寫，經系、教研室審批，指導教師、學生簽

16、字后生效；2此表1式3份，學生、指導教師、教研室各1份。四、參考資料和現有基礎條件（包括實驗室、主要儀器設備等）1、通信電子線路教材2、互聯網3、開放實驗室4、實驗室供有基本實驗條件和器件五、進度安排2014.11.32014.11.4：下發任務書2014.11.52014.11.6：搜集相關參考資料2014.11.72014.11.11：設計2014.11.122014.11.14：撰寫課程設計報告六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 2014年 11月 3日七|、主管教學主任意見 主管主任（簽字）： 2014年11月3日八、備注指導教師（簽字）： 學生（簽字）：邵陽學院課程設計（論文）評閱表學生姓名 黃敏虹 學 號 1241304009 系 信息工程系 專業班級 電子科學與技術班 題目名稱 高頻小信號諧振放大器設計 課程名稱 通信電子線路 一、學生自我總結期兩周的課程設計接近尾聲，雖然結果還有諸多不足之處，但在這過程中我收獲到很多。本次設計通過對高頻電子電路的學習使用Multisim軟件設計了一個高頻小信號諧振放大器，從起初的茫然到不斷查資料，不斷充實自己，不斷改進，最終有了一定成效這確實是一件令人愉悅的事情。在設計過程中遇到問題，我有先嘗試自己思考解決，也有與同學老師交流，對于自己也是一個很大的提升。也十分感謝劉老師對我們的幫助，并不是單純