高频电子线路课程设计报告
设计题目：高频功率放大器设计
专业班级：通信1112班 姓名：霍晓康 学号：1170131233 指导教师：刁少岚 时间：2013年1月
目录
一、课程设计目的及要求 二、工具软件的学习与应用 三、设计方案及运行结果
3. 仿真电路设计
3.1单调谐高频小信号谐振放大电路工作原理 3.2主要性能指标及测试方法 3.3 电路结构及其参数选择 3.3.1 电路的确定 3.3.2参数计算
4．电路的仿真与调试
4.1 电路仿真 4.2 电路的安装与调试
四、课程设计心得体会
五、参考资料
一、课程设计目的及要求
通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。
我本次课程设计的选题为：高频小信号谐振放大电路的仿真分析 (1)设计要求：设计一个单调谐高频小信号放大电路
(2)主要技术指标：信号源换成矩形波，观察单调谐高频小信号放大电路
的选频特性如何体现？
二、工具软件的学习与应用
本次课程设计所使用的是一种电子电路计算机仿真设计软件NI Multisim 10. NI Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、 时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。
NI Multisim 10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障
情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。
NI Multisim 10有丰富的Help 功能，其Help 系统不仅包括软件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解说，Help 中这种元器件功能解说有利于使用EWB 进行CAI 教学。另外，NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel 及电路仿真软件PSpice 之间的文件接口，也能通过Windows 的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL 和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。
利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
三、设计方案及运行结果 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RB1和RB2以及RE 决定，其计算方法与低频单管放大器相同。
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；为集电极电容，一般为几皮法；
为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。
图3-1-2
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在测试条件一定的情况下测得的。
，电流放大系
数有关外，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
图3-1-2所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即
式中，N2为电感L 线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即
式中，N3为副边总匝数。
为谐振放大器输出负载的电导，。
。通常小信号谐振放
将是下一级晶体管的输入电导
大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则
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
3-2-1所示电路可以粗略测各项指标。
，谐振电压放
大系数Avo ，放大器的通频带BW 及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用
图3-2-1
输入信号量输入信号电流
量方法如下。 1. 谐振频率
由高频小信号发生器提供，高频电压表与输出信号
，分别用于测
的值。直流毫安表mA 用于测量放大器的集电极
两端输出波形。谐振放大器的性能指标及测
的值，示波器监测负载
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；的表达式为：
式中， 谐振频率
为晶体管的输出电容；
为谐路的总电容，
为晶体管的输入电容。
，输出电
的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为
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。
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.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：
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。
的0.707
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，当晶体管数
确定，且回路总电容
为定值时，谐振电压放大倍
与通频带BW 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，除了选用减少调谐回路的总电容量。
较大的晶体管外，还应尽量
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Kr0.1来表示，如图3-2-2所示，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0.707
时对应的频率偏移之比，即
上式表明，矩形系数Kr0.1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。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Kr0.1。
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。
(1) 设置静态工作点
取 I EQ =1mA, V EQ =1.5V, V CEQ =7.5V, 则
R E = R B 2=
V EQ I EQ
=1. 5K Ω
V BQ 6I BQ
≈
V BQ ∙β6I CQ
=18. 3K Ω , 取标称值18K Ω
R B 1=
V CC -V BQ
V BQ
R B 2=55. 6K Ω
R B 1可用30k 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 {g b 'e }mS =' {g m }mS =
{I E }mA 26mV
{I E }mA 26βmV
=0. 77mS
=38mS
下面计算4个y 参数， y ie =
g b 'e +j ωC b 'e
1+r b 'b (g b 'e +j ωC b 'e )
≈0. 96mS +j 1. 5mS
因为y ie =g ie +j ωC ie , 所以 g ie =0. 96mS ，r ie = y oe =
j ωC b 'c r b 'b g m
1+r b 'b (g b 'e +j ωC b 'e )
1g ie
≈1k Ω
，C ie =
1. 5mS
ω
=2. 2pF
+j ωC b 'c ≈0. 06mS +j 0. 5mS
因为y oe =g oe +j ωC oe ，所以 g oe =0. 06mS ，C oe = y fe =
g m
1+r b 'b (g b 'e +j ωC b 'e )
0. 5mS
=7pF
ω
=37mS -j 4. 1mS
22
故模 |y fe |=37+4. 1mS ≈37mS
回路总电容为
C ∑= 再计算回路电容
1(2πf 0) L
2
=52. 2pF
C =C ∑-p 12C oe -p 22C ie =53. 3pF ，取标称值51pF 输出耦合变压器Tr0的原边抽头匝数N1及副边匝数N3, 即 N 1=p 1N 2=5匝，N 3=p 2N 2=5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。
第4章 电路的仿真与调试
小信号放大电路
图（1） 静态工作点设置
设置静态工作点
采用国产三极管3DG6, 经万用表测得放大倍数为40倍，
由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流I CQ 一般在0.8－2mA 之间选取为宜，
设计电路中取 I c =2mA ，设R e =2K Ω。 因为：V E Q =I E Q R e 而I CQ ≈I EQ
所以：Vbe = 4V;
因为：V B Q =V E Q +V B E Q (硅管的发射结电压V B E Q 为
0.7V)
所以：Vbq = 4.7V;
因为：V CEQ =V CC -V EQ 所以：V CEQ =12V -4.7V =7.3V
因为：R b 2=V BQ /(5-10) I BQ 而I BQ =I CQ /β=2mA /40=0. 05mA 取10I BQ 则：R b 2=2K
考虑调整静态电流I CQ 的方便，R b 1用10K Ώ电位器。
选频网络
图（2）选频网络
选频网络参数设置
采用固定电感调电容的方法来达到10.7MHZ 的谐振频率。 1）回路中的总电感L
L=4uh
2）回路电容的计算
因为：
f 则:
C =
1(2πf o ) L
2
=o
=592pf
采用以800pf 的可调电容。
3）求电感线圈N2与N1的匝数：
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，
2
即： L =KN
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
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L m 时，可先在骨架上(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L O ，再用下面的公式求出系数K 值：
K =L o /N o 2
式中： N O -为实验所绕匝数，由此根据L m 和K 值便可求出线圈应绕的圈数，
即：N =
实验中，L 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 。由此可确定
K =L O /N O =2⨯10
2
-6
L m K
/10=2⨯10
2-8
H /匝
要得到4 uH的电感，所需匝数为
N =
=
=14匝
最后再按照接入系数要求的比例，来绕变压器的初级抽头与次级线圈的匝数。因有N 1=p 1*N 2，而N 2=14匝。则：N 1=0. 3*14=4. 5 匝
4仿真结果
5 实物制作与测试
测试结果：输入信号幅值：162mv; 输出信号幅值：1.70V 。
四、课程设计心得体会
本次课程设计的完成，收获颇多，首先，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。其次，通过与实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等环节，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。最重要的是增强了动手能力和根据自己所学需要查阅资料的能力，以及自己分析和解决问题的能力。
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，辛苦的去专研去学习，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。也正是在这个查找与整理的过程中，使我们初步学会了如何去找到于自己有用的资源。因为在信息高度发达的现代社会，一个人要想获得成功，除了自己的努力外，还必须学会利用更多其他人的知识，这样我们才能快速的掌握知识和能力。当然这个过程是一个积累的过程，当你做的多了以后你就会积累相当多的经验，会注意在设计的过程中要注意那些问题，那些方法可以使设计一次完成而不用再不断的返工。不像我们刚开始的时候什么都不知道，真的就是凭着自己上课的一点知识来做的。当然设计会有很多不合理的地方，需要在后期的工作中去修改和完善。
课程设计很快就过去啦，但这次对于我来说意义是不同的，真的让我学到了不少的东西，当然这次对于我来说也是非常痛苦的。因为如果一个事情没有完成的话，我会无法静下心来去做另一件事。但这次的课程设计却不是那么轻而易举可以完成的。所以我必须花全部的精力完成它。不过这也算是我的一个优点了，什么事情都是尽全力去完成。我想在以后的工作中它一定会对我有很大的帮助的。
五、参考资料
《通信电子线路》教材
《实例讲解multisim11.0电路仿真》 北京：人民邮电出版社 《电子元器件与实用电路基础》
北京:电子工业出版社