基于multisim的谐振放大电路

第一篇：基于multisim的谐振放大电路

学校编码： 分类号 密级 学号： UDC

本科毕业论文(设计)

基于

multisim的谐振放大电路

学生姓名：郝红日 所属院部：物理与电子信息

专 业：电子信息 指导教师：曹树伟

****年**月**日

基于multisim的谐振放大电路

郝红日

赤峰学院物理学院 赤峰 024000 摘要

论文主要介绍了EDA 软件Multisim的功能和特点,并利用其先进的高频仿功能对丙类谐振功率放大器进行了仿真研究,给出了其各种外部特性仿真分析结果,实现了其功能验证.该实例充分表明,Multisim可为高频电子电路的分析、设计和优化提供一个快捷、高效的新途径仿真结果直观、精确，很好地验证了理论。该软件有强大的仿真和分析功能，在实现高频电路分析和设计方面不仅高效、可靠，而且具有逼近真实电路的效果。

关键词 Multisim；仿真分析；谐振放大电路

一引言

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

二谐振放大电路原理

谐振电路原理图中的LC并联谐振回路用电阻Rc代替，就是典型的共发射极电路。它的电压放大倍数是Au=βRc/rbe(这里是其绝对值，没有考虑相位问题)。由于Rc对所有的频率分量都呈现出相同的阻值(阻抗)，故这个电路没有频率选择作用(即在很宽的频率范围内，其放大倍数是一样的)。若Rc用LC并联谐振回路代替，由于谐振阻抗的频率特性，使得在谐振频率点及左右极小的频率范围内呈现出很高的阻抗，使电路的电压放大倍数很高，而离开谐振点的其他频率范围都呈现出极低的阻抗(理想状态下可以看做为零)，使电压放大倍数接近于零，于是这个放大器就有了对某一频率有选择性的放大特性，称为谐振放大器。

三相关计算 1中心平率

回路的谐振频率表达式

f012lc

L为调谐回路电感线圈的电感量 2通频带

C

为调谐回路的总电容

由于谐振回路的选作用，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，频上称电压放大倍数av下降到谐振电压放大倍数Avo的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW，表达式为

BW2f0.7f0q

lq为谐振回l的有载品质因数

路

由于回路失调后电压放大倍数下降所以得

bwfhfl2f0.7

3阻抗

zrjx

四Multisim的特点

直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。

(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT获得元件模型的扩充和更新服务。(3)丰富的测试仪器：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。网络分析仪和频谱分析仪。(5)强大的仿真能力：既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。本次设计电路就是利用multisim软件进行绘图并仿真。

五仿真电路

1仿真电路图如下

2变压器参数设置n=3.25

EWB V ersion 4-Transformer Model

* n= 3.25 Le= 1e-012 Lm= 4.22e-007 Rp= 1e-006 Rs= 1e-006 Rp 1 6 1e-006ohm Rs1 10 3 1e-006ohm Rs2 11 5 5e-007ohm Le 6 7 1e-012H Lm 7 2 6.5e-006H E1 9 8 7 2 0.1539 E2 8 4 7 2 0.1539 V1 9 10 DC 0V V2 8 11 DC 0V

F1 7 2 V1 0.307692 F2 7 2 V2 0.307692 3测试谐振电压增益Auo、谐振频率fo、通频带等技术指标 测试幅度频特性曲线

根据图幅频特性曲线，读出谐振电压增益Auo= 162.4，谐振频率fo= 55.6MHz

4测试通频带

根据图幅频特性曲线，读出fH= 63.3013MHz，fL= 48.8198 MHz，BW0.7= 14.4815 MHz CH1-输入波形，CH2-输出波形

直流分析，读出三极管vb=4.668v ve=4.015，vc=12，三极管工作在放大区。

六 结语； 1，高频谐振放大器是用于无失真的放大某一频率范围的信号。其频带宽度可分为窄带放宽带放大器，而最常用的为窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼高频电子线路课程设计具阻变换和选频滤波功能。高频谐振放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。谐振放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。以理论分析为依据，本设计以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配

2，EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。参考文献

邱关源 罗先觉 电路5版 高等教育出版社 童师白 模拟电子技术 高等教育出版社

第二篇：高频小信号谐振放大电路(打印版)

长 春 工 程 学 院

高频电子线路 课程设计（论文）

题目：

高频小信号放大电路设计

学

院：

电子与信息工程学院

专业班级：

电子0942班

学

号：

20号、31号、9号、26号

学生姓名：

指导教师：

起止时间：

2011.9.22~2011.10.20

电气与信息学院

和谐

勤奋

求是

创新

内 容 摘 要

高频小信号谐振放大电路

摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响,表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1）。

关键词： 1.谐振频率 放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。

2.电压增益 放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益（放大倍数）

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Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。

4.矩形系数 谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏离之比。

工作计划：

1.确定电路形式。

2.设置静态工作点。3.计算谐振回路的参数。

4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。

content of marketing plan

Resonant frequency small-signal amplifier Abstract: High-frequency small-signal resonance amplifier master of engineering design methods, resonant circuit tuning method, the technical specifications of the amplifier test methods and high-frequency parameters of various distributions in case of impact on circuit performance and characterization of high-frequency small-signal the main performance indicators of the resonant amplifier from the resonant frequency fo, the resonant voltage gain Avo, the amplifier passband BW and selective(usually rectangular coefficient Kr0.1).Keywords: 1 resonant circuit resonant frequency amplifier corresponding to the resonance frequency f0 is called the resonant frequency.2 the resonant circuit voltage gain of the amplifier corresponding to the resonance voltage gain Avo called resonant amplifier voltage gain(magnification)3 pass-band frequency selection as the role of the resonant circuit when the frequency deviation from the resonant frequency, the amplifier voltage gain drop, used to call down to the voltage gain Av resonant voltage gain Avo of 0.707 times the frequency range corresponding to known as the amplifier passband BW.4 rectangular resonant amplifier selectivity coefficient by coefficient Kr0.1 resonance curve of the rectangle to represent a rectangle for the voltage gain coefficient Kr0.1 down to 0.1Avo corresponding to the frequency range and voltage gain drops to 0.707Avo the frequency corresponding to deviation of the ratio.Work plan: 1 to determine the circuit form.2 set the quiescent operating point.3 calculate the resonant circuit parameters.4 Make sure the input coupling loop and high frequency filter capacitor.设计任务说明

一、设计目的

1.了解LC串联谐振回路和并联谐振回路的选频原理和回路参数对回路特性的影响；

2.掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理；

3.掌握高频单调谐放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计； 4.掌握高频单调放大器的设计方案和测试方法。

二、主要技术指标及要求

1.技术指标

已知：电源电压Vcc12V，负载电阻RL1K条件下要求： 1)中心频率：f015MHz； 2)电压增益：40~60dB；

3)通频带：通频带B=2f0300KHz； 4)输入阻抗：Z≥50Ω。2.设计要求

1)设计高频小信号谐振放大电路；

2)根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； 3)写出设计报告。

目 录

第一章 简述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.1 论述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 第二章 总体方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1 设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.2总体方案简述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第三章电路的基本原理及电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.1电路的基本原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.2 主要性能指标及测试方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3 电路的设计与参数的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3.1 电路的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3.2参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 第四章 心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 4.1 心得体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 附录 元件清单 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

第一章

简述

1.1 论述

高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。

高频小信号放大器的分类：

按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。

第二章 总体方案

2.1 设计要求

已知条件：电源电压Vcc12V，负载电阻RL1K，高频三极管3DJ6。主要技术指标：中心频率f015MHz，电压增益Auo(40~60)dB(100倍~1000倍)，通频带B=2f0300KHz，输入阻抗：Z≥50Ω。课程设计要求：要求有课程设计说明书。

2.2 总体方案简述

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作负载，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

=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.（3）工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、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。

（4）阻抗匹配。第三章

电路的基本原理及电路的设计

3.1 电路基本原理

图3-1-1所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻方法与低频单管放大器相同。

和

以及

决定，其计算

图3-1-1

放大器在谐振时的等效电路如图3-1-2所示，晶体管的4个y参数分别如下：

输入导纳：

输出导纳：

正向传输导纳：

反向传输导纳： 式中，为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：

为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为

为基极体电阻，一般为几十欧姆；射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。

为集电极电容，一般为几皮法；为发

图3-1-2

，电流放大系数有晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流关外，还与工作角频率w有关。晶体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。

图3-1-2所示的等效电路中，为晶体管的集电极接入系数，即

式中，为电感L线圈的总匝数，且匝数比，即

；为输出变压器的副边与原边式中，为副边总匝数。

。通常小信号谐振放大器的下。

为谐振放大器输出负载的电导，一级仍为晶体管谐振放大器，则

将是下一级晶体管的输入电导由图3-1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为

式中，为LC回路本身的损耗电导。

3.2主要性能指标及测量方法

表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率，放大器的通频带粗略测各项指标。，谐振电压放大系数

及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用3-2-1所示电路可以

图3-2-1 输入信号信号由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用于测量2输入的值，示与输出信号的值。直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流波器监测负载

1.谐振频率 两端输出波形。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。

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；达式为：

式中，谐振频率为晶体管的输出电容；

为晶体管的输入电容。，输出电压为几毫

为谐路的总电容，的表的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为伏；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。

2.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.表达式为： 的的测量电路如图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：

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率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为： 的0.707倍时所对应的频

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的关系为：

上式说明，当晶体管通频带确定，且回路总电容

为定值时，谐振电压放大倍数

与的乘积为一常数。

通频带的测量电路如图3-2-1所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。采用逐点法的测量步骤是：先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的与，然后改变高频信号发生器的频率（保持Vs不变），并测出对应的电压放大倍数Av，由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图3-3-2所示：

图3-2-2 由BW得表达式可知：

通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用电容量。4.矩形系数

谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数形系数0.707 为电压放大倍数下降到0.1时对应的频率偏移之比，即

上式表明，矩形系数

越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。

来表示，如图3-2-2所示，矩

较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总

时对应的频率范围与电压放大倍数下降到可以通过测量图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数

3.3 电路的设计与参数计算 3.3.1 电路的确定

电路形式如图3-3-1所示。

图 3-3-1

3.3.2参数计算

已知参数要求与晶体管3DJ6参数为(1)设置静态工作点

f MHz T  250，β=50。rbb70，Cbc3pF，取

IEQ=1mA, VEQ=1.5V, VCEQ=7.5V, 则

REVEQIEQVBQ1.5K VBQ6ICQ

RB26IBQ18.3K ，取标称值18KΩ

RB1VCCVBQVBQRB255.6K

RB1可用30kΩ电阻和100kΩ电位器串联,以便调整静态工作点。

(2)计算谐振回路参数 {gbe}mS{IE}mA0.77mS

26mV

{gm}mS{IE}mA38mS 26mV

下面计算4个y参数，yie

因为yiegiejCie, 所以

gie0.70mS，rie

yoegbejCbe0.70mSj1.5mS，由此可得yie1.66mS

1rbb(gbejCbe)1.5mS11k，Cie2.2pF giejCbcrbbgmjCbc0.02mSj0.5mS由此可得yoe0.5mS，1rbb(gbejCbe)，Z112000Ω＞50Ω。YOyoe所以可知输出阻抗：

因为yoegoejCoe，所以

goe0.02mS，Coe

yfe

0.5mS7.0pF

gm37mSj4.1mS由此可得：yfe37.2mS

1rbb(gbejCbe),由中心频率f015MHz，通频带B=2f0300KHz，则回路的有载品质因数得：

QLfo50 B.设定回路的空载品质因数:

C

再计算回路电容为：

的电容串联。

回路中的自损耗电导为： go=200,回路电感:L=5.6

120.1pF

(2f0)2L,故回路总电容为:，故可采取两个标称值为39pF

119.4210-6SRoQo2foL

则回路总电导：

再设定晶体管的集电极接入系数则根据公式可得，即：

Auo由分贝表示电压增益

综合以上理论分析可知，计算求出的单级放大器谐振时的电压增益满足设计要求。但若要验证设计是否能够在实验室条件下工作，还需要搭建电路进行实际操作，所以此方案还有待于进一步的实验验证。

(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，p1p2yfeg109.7

为

2，输出变压器3的副边与原边匝数比

1为，6。

高频耦合电容一般选择瓷片电容。

第四章 心得与体会

4.1 心得与体会

本次课程设计的完成，收获颇多，巩固和加深了对电子线路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力。通过此次电路设计让我们学会初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

在这次课程设计过程中最深刻的感触是光有理论知识是远远不够的，还必须懂一些实践中的知识，比如，元器件的参数在设置时尽量选择与标称值相等或相近的（如电阻和电容值的选择）；元器件的等效替换。

在本课程设计中，是我的动手能力有了更进一步的提高，巩固了已学的理论知识。高频电路课程设计相对于以前的模电课程设计来更有难度，更有挑战。

此次课程设计中不但考查了我们对高频电子线路的了解程度，更进一步的使我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用和在电子领域的重要性。在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，但在同伴们的共同努力下，辛苦的去钻研，去学习，最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。其中遇到的问题很多都是在书上不能找到的，所以我们必须自己查找相关资料，利用图书馆和网络，这是一个比较辛苦和漫长的过程，你必须从无数的信息中分离出对于你有用的，然后加以整理，最后才学习到变为自己的并用到设计中的问题去。

通过这次课程设计，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。也为后续课程的学习打下了实践的基础。提高了我们发现问题和解决问题的能力及对相关问题资料查找、分析、筛选、整合的能力。

总而言之，从此次电路设计过程中我们受益匪浅。

参考文献

[1]王卫东.高频电子电路（第二版）.电子工业出版社 2004.[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社 2006.致谢

本次课程设计，能够顺利的完成，多亏老师和同学的指导和帮助。

放大器的设计及制作在所有课题里是相对简单的，但实际做起来并没有我们想的那么容易。在原理图与参数的设计的过程中，我们遇到了很大的困难，特别是在参数设置时，相对低频放大，高频放大的参数设置要复杂的多，我们遇到了许多的问题，经过我们组的成员共同努力，和同学们的交流和耐心的指导，我们才顺利完成任务，在此我我们向他表示我们衷心的感谢。

课程设计的完成，感谢老师的耐心指导帮助，在老师的严格要求下，这次的实际操作让我学到了很多从书本上学不到却终身受益的知识，良好的学习习惯，端正的学习态度。这为我以后的学习和工作打下了良好的基础，更好的去面对社会，适应社会，在此，再次向老师献上我们最真诚的谢意，“老师您辛苦了”！

在此特别感谢姜航老师对我们的耐心教学及环环引导让我们对高频电子线路设计的学习变得生动有趣！

附录

元件清单

元件名称 元件大小 元件数量

电阻 30KΩ 一个

电阻 18K 电阻 1.5k 电阻 1k 电位器 100K 电容 1000pF 电容 0.01uF 电容 0.033uF 瓷片电容 39pF 三级管3DJ6

Ω Ω Ω Ω 一个 一个 一个 一个 一个 一个 一个

两个

一个

第三篇：LC谐振放大电路论文解读

LC 谐振放大器(D 题 摘 要

本题旨在设计一种满足增益、特定带宽、低功耗等条件的 LC 谐振放大器, 故本系统谐振放大部分采用多级谐振放大并结合 OPA355集成运放实现窄带,高 增益,低压低功耗的谐振放大功能,采用 π型滤波和 HT7136稳压管制作稳压电 源,输出作纯净波形作为电源部分。

LC 谐振放大器(D 题 1系统方案论证

本题要求设计并制作低压(直流 3.6V、低功耗(100mA以内 LC 谐振放大器。根据题目要求,本系统主要由衰 减器模块、LC 谐振放大模块、集成运放模块、自动增益控制(AGC 模块和电源模块组成,下面分别论证上述几个 模块的设计方案和系统的总体方案。

1.1 衰减器模块方案选择 方案一: π型衰减器 方案二: T型衰减器 方案三: 桥 T 型

综合上述三种方案, T 型与 π型都较易实现并且计算容易,故本系统选用 π型衰减器来实现系统输入信号的衰 减。

1.2 LC谐振放大器模块方案选择

方案一: 采用双调谐回路谐振放大器。因为本题要求矩形系数尽可能小,该谐振回路具有频带较宽、选择性较好 的优点。优点是矩形系数低,较单调谐更易实现该条件,缺点是调试难度较大,放大倍数不易实现。

方案二:采用多级单调谐回路谐振放大器。由于本题要求增益较大,单级单调谐回路无法满足该增益要求,故采用 多级单调谐回路谐振放大器,其特点是增益大,但选择性差,通频带与增益矛盾突出,且多级容易引起自激振荡。方案三:采用 OPA355运放电路。运算放大电路进行信号的放大,放大倍数大,更易达到本题所要求增益指标,前 级结合双调谐滤波器进行选频滤波。但采用运放会有频带无法达到指标的问题。

方案四:综合 LC 多级单调谐放大和集成运放电路。多级单调谐放大回路易满足频带要求,而集成运放电路易满足 增益要求,该电路结合二者优点。

综合上述四种方案,本设计选择方案四-综合 LC 多级单调谐放大和集成运放电路。

1.3 自动增益控制的方案比较与选择

方案一:采用单片机或 FPGA 电路进行自动增益控制,其优点是可扩展功能丰富,性能稳定,但缺点是单片机周边 电路设计复杂、软件设计繁杂,不便于设计。

方案二:采用 LM358硬件电路设计,通过 LM358芯片及滑阻对信号大小变化进行相应的自动增益调节,电路设计简

单,可实行性大,易于实现。

综合上述两种方案,本设计选择方案二。1.4 电源模块的方案比较与选择 方案一:变压器与稳压、滤波电路

变压器经稳压管等器件输出直流 3.6V。采用变压器的电源模块,可承受较大电流(最大可达 1.5A ,满足实验 中可能出现的大电流情况。市电中,除了纹波可能影响放大电路等高频模块的工作,市电中因电涌等情况,也可能 影响模块工作,因此采用此方案时必须加入滤波电路。在设计的方案中,除了采用常见的大电容 +小电容滤波外, 需再加入 π型滤波电路,以保证输出的电流趋于纯净,保证放大电路正常、稳定工作。7805稳压管及其周边电路满 足电路 100mA 的电流需求。其整体流程见图 1.3.1。

图 1.4.1 电源模块流程 方案二:电池供电。

通过三节镍氢电池(每节 1.2V 串联或单颗 3.6V 锂离子电池,组成 3.6V 电源。电池提供的电源相比方案一更 为纯净,不会因为 220V 交流市电中的杂波而影响放大电路等模块的工作。但是电池的放电电压会随着时间而降低, 除非另行设计电池电压 /电流保护模块,否则当电压低于一定值后,电路将无法正常工作或损坏。在带载为电动马 达的情况下,三洋 2500mAh 镍氢充电电池放电曲线如图 1.3.2,因此不适合本系统使用。

图 1.4.2 综合考虑后,决定采用方案一-变压器与稳压、滤波电路。1.5 系统的总体方案

根据系统设计要求和各功能模块的方案选择,本系统的总体设计方案原理框图如图 1.5.1所示。

输入信号经衰减器衰减量 40dB 后,进入总共三级三极管放大,后经集成运放放大后输出。

图 1.5.1 系统整体框图 2系统理论分析与计算

2.1 系统增益的分析和计算

本系统需满足不小于 60dB 的增益,即本系统设计增益放大倍数不小于 1000倍 有 Au=Vo/Vi 2.1.1 单级放大器的增益

单调谐回路放大器是由单调谐回路作为交流负载的放大器,通过 LC 谐振进行选频放大。

由

计算 Q 值: 计算电压增益: 2.1.2多级放大器的增益

从对单管单调谐放大器的分析可知 , 其电压增益取决于晶体管参数、回路与负载特性及接入系数等 , 所以受到

一定的限制。如果要进一步增大电压增益 , 可采用多级放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生 变化,且多级单调谐放大器的谐振频率相同 , 均为信号的中心频率。

由单调谐回路放大器电压增益计算公式得:

2.2 AGC电路的分析和计算

一种自动调节系统,其作用是通过环路自身的调解,使输入、输出之间保持某种预定的关系。

用于提高技术性能指标或实现某些特

定功能。在本放大电路中作为负反馈电路使用,可以增加 带宽, 减小失真,提高电路的稳定性。AGC 控制范围大于 40 dB

AGC 控制范围为 20log(V omin/V imin-20log(V omax/V imax(dB 2.3 放大器的带宽与矩形系数计算(1、m 级放大器的带宽:

(2、放大器矩形系数:

当级数 m 增加时,放大器的矩形系数有所改善,但这种改善是有限度的。多级放大器级数越多,矩形系数越小,与理想矩形特性越接近。2.3.1 选频回路参数计算 选频网络: 根据 可计算得到 15MHZ 选频网络参数,令 C=100P 可得 L ≈ 1uF f0=15MHz 3电路设计 3.1衰减器电路设计

衰减器电路如图 1所示, π型滤波器

图 3.1 衰减器电路 3.2 放大电路设计 放大电路如图 3.2所示:(1、多级单调谐振放大器如图 3.2.1:

图 3.2.1 多级单调谐振荡放大器

由四个单级单调谐电路组成,逐级放大,需仔细调节 LC 谐振网络,否则易引起自激振荡,调试时常需以牺牲 增益倍数避免自激振荡,且每级经过耦合电容都有一定程度的衰减,故放大倍数与理论值相差较远。(2、OPA355谐振运放电路如图 3.2.2 :

图 3.2.2 – OPA355谐振运放电路

使用高速运放 OPA355构成谐振运算放大器,具有高增益,带宽选择性好的特点。通过调节两个电感和精调电 阻对信号进行放大。

3.3稳压电源电路设计

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供 3.6V 稳定直流电压,确保电路的正常稳定工作。

这部分电路比较简单,都采用三端稳压管实现,中间结合 π型滤波器,提供纯净电源;使用 HT7136对整流后的波 进行稳压。其原理图如图 3.3

所示: 图 3.3 稳压电源电路 3.4系统总体电路

系统电路原理图如图 3.4所示(不包含电源模块 :

图 3.4 系统总体电路

3.5 输出最大不失真电压及功耗的设计 输出最大不失真电压 :40mv 功耗: 工作电压 3.6V

工作电流 0.04A 功耗小于 360W ,符合题意 4测试方案与测试结果 4.1测试方法与仪器

1、硬件联调

2、测试仪器

测试仪器: 100MHz模拟示波器、直流电源供应器、高频信号发生器、扫频仪

3、测试方法

(1、接上变压器启动电源,为系统提供 3.6V 的稳定电源;(2、用高频信号发生器输入 5mv 信号进入衰减器;(3、示波器探针探测放大电路各级输出口,调试各级增益以及谐振频率,逐级调试,直至完整系统电路最后 输出口。

(4、改变高频信号发生器输入幅值,调节 AGC 模块,以调节电路增益的变化。4.2 测试结果及分析 4.3.1测试结果(数据 1.电压增益测试数据

电压增益测试数据如表 1所示: 表 1

2.谐振放大器幅频特性 幅频特性测试数据如表 2所示: 表 4.3.2测试结果分析与结论

根据上述测试数据,可以得出以下结论:

1、输入信号在 15MHz 左右的时候的增益最大

2、信号通频带较窄,基本符合题设要求

综上所述, 本设计达到基本要求的所有要求和发挥部分的(2、(3 要求。此外, 系统整体功耗仅 180mW(50mA *3.6V=180mW ,功耗较小,属发挥部分(4的要求。

附录 1 :电路原理图

附录 1.1 放大电路原理图

附录 1.2 自动增益控制(AGC 原理图

附录 1.3 电源模块原理图

附录 1.4 衰减器原理图 附录 2:PCB

板

附录 2.1 放大电路及自动增益控制(AGC PCB 图

附录 2.2 电源模块 PCB 图

华侨大学厦门工学院 电子信息工程系 2011 年电子设计竞赛 内部版 附录 2.3 衰减器 PCB 图 10

第四篇：差动放大电路实验报告

差动放大电路实验报告

1.实验目的（1）

进一步熟悉差动放大器的工作原理；

（2）

掌握测量差动放大器的方法。

2.实验仪器

双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。

3.预习内容

（1）

差动放大器的工作原理性能。

（2）

根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。

4.实验内容

实验电路如图3.1。它是具有恒流源的差动放大电路。在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3

和Re3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。对于共模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。调零电位器Rp用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号Vi=0时使双端输出电压Vo=0.差动放大器常被用作前置放大器。前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。于是人们希望只放大差模信号，不放大共模信号的放大器，这就是差动放大器。运算放大器的输入级大都为差动放大器，输入电阻都很大，例如LF353的输入电阻约为1012Ω量级，0P07的输入电阻约为107Ω量级。

本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于这一数值，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不是完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510电阻后几乎不影响实验电炉接受来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不改变差动放大器的共模抑制比。

由此可见，在可以降低差动放大器输入电阻时，降低差动放大器输入电阻，可提高差动放大器的抗高内阻共模干扰的能力。

实验这弱的到教师的同意，可去掉实验电炉中的两个510欧电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。

（1）

静态工作点的调整与测量

将两个输入端Vi1、Vi2接地，调整电位器Rp使VC1=VC2，测量并填写下表。由于元件参数的离散，有的实验电路可能只能调到大致相等。静态调整的越对称，该差动放大器的共模抑制比就越高。

测量中应注意两点，一是所有的电压值都是对“地”测量值。二是应使测量的值有三位以上的有效数字。

静态工作点调整

对地电压

VB1

VB2

VB3

VC1

VC2

VC3

VE1

VE2

VE3

测量值（V）

0

0

-7.9012

6.4711

6.4501

-0.7817

-0.63985

-0.64013

-8.5650

由以上数据可得交流放大倍数为：

（2）

测量双端输入差模电压放大倍数

在实验箱上调整DC信号源，使得OUT1大约为0.1V，OUT2大约为-0.1V，然后分别接至Vi1、Vi2，再调整，使得OUT1为0.1V，OUT2为-0.1V，测量，计算并填写下表。

双端输入差模电压放大倍数

测量值（V）

计算值

VC1

VC2

VO

AD1

AD2

AD

3.1555

9.7610

-6.6055

-16.58

-16.55

-33.0

仿真测量值（V）

仿真计算值

2.304

10.367

-8.063

-20.84

-19.58

-40.31

这样做的原因是，实验电路的输入端对地有510欧的电阻，实验箱上的可变直流电压源是用1kΩ的可变电阻对5V、0.5V直流电压分压实现的，即直流电压信号源内阻于实验电路输入电阻大小可比。直流电压信号源接负载使得电压将明显小于未接负载时的电压，所以必须将直流电压信号源于实验电炉连接后，再把输入电压调到所需要的电压值。

这里，双端输入差模电压单端输出的差模放大倍数应用下式计算：

差模放大倍数实验值与仿真值误差为：

差模放大倍数的理论值可由以下公式计算：，其中

（3）

测量双端输入共模抑制比CMRR

将两个输入端接在一起，然后依次与OUT1、OUT2相连，记共模输入为ViC。测量、计算并填写下表。若电路完全对称，则VC1-VC2=Vo=0，实验电路一般并不完全对称，若测量值有四位有效数字，则Vo不应等于0.这里双端输入共模电压单端输出的共模放大倍数应用下式计算：

建议CMRR用dB表示

测量双端输入共模抑制比CMRR

输入（V）

测量值（V）

计算值

VC1

VC2

VO

AC1

AC2

AC

CMRR

+0.1001

6.4743

6.4469

0.0247

0.032

-0.032

0.247

42.52

输入+0.1仿真

6.327

6.327

0

0.02

-0.02

0

无穷

-0.1003

6.4917

6.4328

0.0589

0.206

-0.383

0.589

34.96

输入—0.1仿真

6.329

6.329

0

0.04

-0.04

0

无穷

由于理想状态下（正如仿真所得），所以共模放大倍数理论值为0，因此共模抑制比CMRR理论值为无穷。

事实上，电路不可能完全对称，因此，共模输入时放大器的∆V

不等于0，因而

AC也不等0，只不过共模放大倍数很小而已。共模输入时，两管电流同时增大或减小，Re3上的电压降也随之增大或减小，Re3起着负反馈作用。

由此可见，Re3

对共模信号起抑制作用；Re3

越大，抑制作用越强。晶体管因温度、电源电压等变化所引起的工作点变化，在差动放大器中相当于共模信号，因此，差动放大器大大抑制了温度、电源电压等变化对工作点的影响。

（4）

测量单端输入差模电压放大倍数

将Vi2接地，Vi1分别于OUT1、OUT2相连，然后再接入f=1KHz，有效值为50mV的正弦信号，测量计算并填写下表。若输入正弦信号，在输出端VC1、VC2的相位相反，所以双端输出Vo的模是它们两个模的和，而不是差。

单端输入差模电压放大倍数

输入

测量值（V）

单端输入放大倍数AD

VC1

VC2

VO

直流+0.1V

4.8068

8.1128

-3.306

-33.06

直流-0.1V

8.1683

4.7584

3.4099

-34.10

正弦信号

0.768

0.774

1.542

30.84

仿真如下：

输入

测量值（V）

单端输入放大倍数AD

VC1

VC2

VO

直流+0.1V

4.225

8.434

-4.209

-42.09

直流-0.1V

8.436

4.224

4.212

-42.12

正弦信号

1.06

1.06

2.12

42.4

实验值与仿真值的误差为：

单端输入的差模放大倍数理论上应该与双端输入的相近，因此其理论值也是-105.4

5.思考题

（1）

实验箱上的双端输入差动放大器的共模抑制比不算高，若要进一步提高共模抑制比，可采取哪些办法？

1）

提高差动放大器的输入阻抗或提高闭环增益。

2）

可以用一个晶体管恒

流源取代

Re3。因为工作于线形放大区的晶体管的Ic

基本上不随

Vce

变化（恒流特性），所以交流

电阻=△Vce

/△Ic

很大，大大提高了共模抑制比。

（2）

图3.1中的电阻Rb1、Rb2在电路中起到什么作用，若去除上述两个电阻，按实验（3）步骤和方法再测CMRR，两次测量的结果是否会有较大差别？为什么？

在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于510Ω，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510Ω电阻后几乎不影响实验电路接收来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不该变差动放大器的共模抑制比。

去掉实验电路中的两个510Ω电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。

（3）

归纳差动放大器的特点与性能，并于共射放大器比较。

电路对称抑制零点漂移；对差模信号有放大作用；对共模信号有抑制作用；输入阻抗较高；共模抑制比高；一般用来放大微小信号

第五篇：三极管放大电路实验报告

三极管放大电路 1、问题简述：

要求设计一放大电路，电路部分参数及要求如下：

（1）

信号源电压幅值：

0.5V ；（2）

信号源内阻：

50kohm ；（3）

电路总增益：倍；（4）

总功耗：小于 30mW ；（5）

增益不平坦度：~ 200kHz 范围内小于 0.1dB。、问题分析：

通过分析得出放大电路可以采用三极管放大电路。

2.1 对三种放大电路的分析（1）共射级电路要求高负载，同时具有大增益特性；（2）共集电极电路具有负载能力较强的特性，但增益特性不好，小于 1 ；（3）共基极电路增益特性比较好，但与共射级电路一样带负载能力不强。

综上所述，对于次放大电路来说单采用一个三极管是行不通的，因为它要求此放大电路 具有比较好的增益特性以及有较强的带负载能力。

2.2 放大电路的设计思路 在此放大电路中采用两级放大的思路。

先采用共射级电路对信号进行放大，使之达到放大两倍的要求；再采用共集电极电路 提高电路的负载能力。、实验目的（1）进一步理解三极管的放大特性；（2）掌握三极管放大电路的设计；（3）掌握三种三极管放大电路的特性；（4）掌握三极管放大电路波形的调试；（5）提高遇到问题时解决问题的能力。、问题解决 测量调试过程中的电路：

增益调试：

首先测量各点（电源、基极、输出端）的波形：

结果如下:

绿色的线代表电压变化，红色代表电源。

调节电阻 R2、R3、R5 使得电压的最大值大于电源 电压的 2/3。

V A =R2 〃 R3 〃

(1+ 3)R5 / [R2//R3//(1+ 3)R5+R1]，其中由于 R1 较大因此 R2、R3 也相对 较大。

第一级放大输出处的波形调试(采用共射级放大电路)：

结果为：

红色的电压最大值与绿色电压最大值之比即为放大倍数。

则需要适当增大 R2，减小 R3 的阻值。

总输出的调试：

如果放大倍数不合适，则调节 R4 与 R5 的阻值。即当放大倍数不足时，应增大 R4，减小 R5。

如果失真则需要调节 R6，或者适当增大电源的电压值，必要时可以返回 C 极，调节 C 极的 输出。

功率的调试：

由于大功率电路耗电现象非常严重，因此我们在设计电路时，应在满足要求的情况下尽可能 的减小电路的总功耗。减小总功耗的方法有：)尽可能减小输入直流电压； 2)尽可能减小 R2、R3 的阻值； 3)尽可能增大 R6 的阻值。

电路输入输出增益、相位的调试：

由于在放大电路分别采用了共射极和共集电极电路，因此输出信号和输入信号相位相差 180 度。体现在波形上是，当输入交流信号电压达到最大值是，输出信号到达最小值。

由于工作频率为 1kHz，当采用专门的增益、相位仪器测量时需要保证工作频率附近出的增 益、相位特性比较平稳，尤其相位应为± 180 度附近。一般情况下，为了达到这一目的，通 常采用的方法为适当增大 C6(下图为 C1)的电容。

最终调试电路：

电路图:

根据此图可以分析出该电路功耗还是有点大。・s£ Cl —-1卜 *5.■W XfiNL + ¥-4l-!t+n 15^ F4H XKPl 十 IN _

pir 测量结果如下:(1)功耗图：

WaftTneter XWMT X 272239 mWPowtr 134 QI EJT 3?K 和 TW BIT KTH XSC

(2)输入输出波形图:

由此图可以分析出：输入输出的波形图相同，B 通道的电压值是 A 通道的电压值的二倍, 因此电压增益为二倍，即电路达到了放大二倍的效果。

(3)相位图:

TT1 1-18D E3eg 2D kHz Bode PLotter-XBPI c-18D E3eg 2D kHz Bode PLotter-XBPI Ciut In i-

由以上两个图可分析出相位的变化范围：

20Hz~20KHz ,-179.796Deg ~ 180Deg;(4)幅频特性图: Bode Platte r-XPPl

2D H E

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kHz

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Controls Reverse Horizontal I-10

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由以上两个图可以分析出：幅度变化 20Hz~20KHz，6.686dB。

实验感受：

通过本次实验我获得了很大的收获，将我们上学期所学的模电理论知识进行了实践仿 真，让我们真是感受到了三极管的放大作用，以及参数对放大效果的影响，了解各个器件起 的作用，在老师的指导下，让我们将所学的理论知识融会贯通，而且对放大电路的要求也有 了一定的了解，从开始无从下手到最后仿真应用自如，一步一步改进，在理论和实践上双丰 收！

希望在下次实验中有更好的变现！