1、高頻電子線路課程設計題目：調相解調（中頻放大）班級： 2008級通信姓名： 成績： 題目：調相解調中頻信號放大專業：通信工程 姓名： 指導老師： 摘 要2緒論21.設計任務與要求：32.設計來源：43.設計指標：43.1增益（放大系數）:43.2通頻帶：43.3選擇性:53.3.1矩形系數:53.3.2抑制比:63.4工作穩定性:63.5噪聲系數:73.6中心頻率74.原理74.1.中頻變壓器的作用：74.2.lc振蕩回路：94.3調諧放大器94.3.1形式等效電路（y參數等效電路）114.3.2晶體管諧振放大器124.4.三級管的作用154.5.電感的作用164.6.電容的作用164.7.仿

2、真結果圖185.中頻放大電路參數設計與分析18總結：216.設計體會：22參考文獻：23摘 要 首先，明確設計的任務是中頻放大電路，它的作用是對小功率中頻信號進行功率放大；其次，抓住原理，設計放大器所需的各項技術指標，比如：放大系數即電壓或功率放大倍數、通頻帶、選擇性、功能穩定性、中心頻率等。然后，介紹了中頻放大原理中所涉及到有關形成中頻放大電路的各個部分的功能及相應元器件的參數，比如：單級單調諧放大電路的主要構成，包括，lc諧振回路，它在電路中的作用主要是提供振蕩頻率以及選頻，實際電路中運用lc并聯諧振回路，輸出的波形不產生失真就是根據它的良好的選頻作用。中頻變壓器，與電容組合可形成輸入、輸

3、出選頻網絡，同時可以起到阻抗變換的作用，因此，中頻變壓器也是中放電路的關鍵元件之一。晶體管諧振放大器，也就是調諧放大器，是中頻放大電路中不可或缺的主要部分。它的主要作用就是實現信號功率的放大。在應有理論基礎上設計電路并加以總結。最后，得出設計心得。關鍵詞 中頻放大，放大，單級單調諧緒論 電子學是一門應用很廣的科學技術，發展及其迅速。要學好這門技術，首先是基礎理論的系統學習，然后要加技術訓練，進而培養我們對理論聯系實際的能力，設計電路的能力，實際操作的能力。同時也加深我們對電子產品的理解。本次課程設計的任務是從已調制的無線電信號中將原始信號不失真的還原出來。通常經過調制后得到的高頻無線信號通常非

4、常微弱，一般只有幾十微伏至幾毫伏，直接將它送入檢波器進行檢波無法正常還原原始信號，所以要在選擇性電路和檢波器之間插入一個高頻放大器，放大信號的同時提高無線接收設備的噪聲性能。隨后的把高頻信號的載波頻率變為中頻的任務是由混頻器來完成，經過混頻(或變頻)之后的號變成了一個固定的中頻信號，需要用中頻放大器加以放大，然后進行檢波，最終得到原始的信號。經過混頻(或變頻)之后的收音信號變成了一個固定的中頻信號。所以中頻放大器是個專門放大中頻一個頻率信號的放大器。中頻放大器不僅要放大信號，還要進行選頻，即保證放大的是中頻信號。在這一點上，與高頻放大器是有所不同的，高頻放大器要放大88108m1z一個頻段內的

5、調頻信號。中頻放大器的輸出信號要有足夠的幅度，以便限幅和鑒頻器能正常工作。所以，中頻放大器的級數較多。本論文就是對本次解調過程中的中頻放大環節進行了闡述，包括整個實驗的流程圖、實驗電路圖、中頻放大環節的各項重要的技術指標以及設計和仿真中的具體問題。1.設計任務與要求：根據所學知識設計鑒相過程中所用到的中頻放大器，將接收到的中頻信號通過該放大器能夠輸出功率較大功率的中頻信號，使滿足下一級檢波器對于輸入信號的要求。2.設計來源：接收機接收到的高頻無線電信號通常非常微弱，一般只有幾十微伏至幾毫伏，直接送到檢波器不太合適，因此要將高頻已調信號的載波頻率（fs）先變為頻率較低的固定不變的中頻（fi）再利

6、用中頻放大器加以放大，最后進入檢波器進行檢波。 而這里所提的中頻放大器的作用就是放大中頻信號的功率，由于變頻后的中頻信號的載波頻率是固定的，所以中頻放大器的諧振回路不需隨時調整。3.設計指標：3.1增益（放大系數）:放大器輸出電壓vo（或功率）與輸入電壓vi（或功率pi）之比，用av（或ap）表示。每級放大器在中心頻率（諧振頻率）及通頻帶處的增益應盡量大，是滿足總增益時級數盡量少。電壓增益 av=vo/vi功率增益 ap=po/pi分貝表示 av=20lg(vo/vi) ap=10lg (po/pi)3.2通頻帶：由于放大器所放大的一般都是已調制的信號，已調制信號都包含一定的頻譜寬度，所以放大

7、器必須有一定的通頻帶，以便讓必要的信號中頻譜分量通過放大器。放大器的電壓增益下降到最大值的0.7（即1/2）倍時，所對應的頻率范圍即為放大器的通頻帶用b=2f0.7表示。如下圖所示為放大器的通頻帶；與諧振回路相同，放大器的通頻帶取決于回路的形式和回路的品質因數ql。此外，放大器的總通頻帶，隨著級數的增加而變窄。并且，通頻帶越寬，放大器的增益越小。3.3選擇性:從各種不同頻率信號的總和中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性，選擇性常采用矩形系數和抑制比來表示。3.3.1矩形系數: 理想情況下，諧振曲線應為一矩形。即在通帶內放大量均勻，在通帶外不需要的信號得到完全衰減。但實際上不可能

8、，為了表示實際曲線接近理想曲線的程度，引入“矩形系數”，它表示對鄰道干擾的抑制能力。矩形系數為 kr0.1=2f0.1/2f0.7 kr0.01=2f0.01/2f0.7 (2f0.1 、2f0.01分別為放大倍數下降至0.1和0.01處的帶寬，kr越接近于1越好)3.3.2抑制比:表示對某個干擾信號fn的抑制能力，用dn表示: dn=avo/an (an為干擾信號的放大倍數；avo為諧振點f0的放大倍數)3.4工作穩定性:指的是電源電壓變化或器件參數變化時，以上參數的穩定程度。一般的不穩定現象是增益變化，中心頻率偏移，通頻帶變窄等，不穩定狀態的極端情況是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。

9、為使放大器穩定工作，必須采取穩定措施，即限制每級增益，選擇內反饋小的晶體管，應用中和或失配法等。3.5噪聲系數:放大器的噪聲性能可用噪聲系數表示:nf=(psi/pni) / (pso/pno) （輸入信噪比）（輸出信噪比）(nf越接近越好)3.6中心頻率中頻放大器中心頻率的選擇不僅影響中頻放大器本身的性能，還影響整機性能。它是超外差接收機的重要參數之一，應根據基帶占據的頻率寬度來選擇中頻，中頻要遠大于基帶的最高頻率，廣播接收機的中頻選擇還要仔細考慮各種組合干擾是否落在中頻頻帶內。中頻選擇較低時，要保證前置中放的噪聲系數小，選頻網絡的參數變化對寬帶相對影響小，中頻放大工作穩定。中頻較高時，解調

10、時更易濾去殘余中頻分量，可以減小鏡像通道噪聲和本振噪聲的影響。4.原理中頻放大電路對超外差收音機的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標起著極其重要的作用。4.1.中頻變壓器的作用：圖中tr1、tr2為中頻變壓器，它們分別與c1、c4組成輸入和輸出選頻網絡，同時還起阻抗變換的作用，因此，中頻變壓器是中放電路的關鍵元件。中頻變壓器的初級線圈與電容組成lc并聯諧振回路，它諧振于中頻465khz。由于并聯諧振回路對諧振頻率的信號阻抗很大，對非諧振頻率的信號阻抗較小。所以中頻信號在中頻變壓器的初級線圈上產生很大的壓降，并且耦合到下一級放大，對非諧振頻率信號壓降很小，幾乎被短路（通常說它只能通過中頻信號），從

11、而完成選頻作用，提高了收音機的選擇性。 由lc調諧回路特性知，中頻選頻回路的通頻帶bf2- f1f0/ql，式中ql是回路的有載品質因數。ql值愈高，選擇性愈好，通頻帶愈窄；反之,通頻帶愈寬，選擇性愈差。 中頻變壓器的另一作用是阻抗變換。因為晶體管共射極電路輸入阻抗低，輸出阻抗高，所以一般用變壓器耦合，使前后級之間實現阻抗匹配。實際電路中常采用具有中間抽頭的并聯諧振回路,如圖z1010（a）所示。（b）是它的等效電路，可以看出，它是由兩個阻抗性質不同的支路組成。由于l1、l2都繞在同一磁芯上，實際上是一個自耦變壓器。4.2.lc振蕩回路：lc正弦波振蕩器是用l、c元件組成選頻網絡的振蕩器，一般

12、用來產生1mhz以上的高頻正弦信號。根據lc調諧回路的不同連接方式，lc正弦波振蕩器又可分為變壓器反饋式（或稱互感耦合式）、電感三點式和電容三點式三種。穩幅作用是利用晶體管的非線性來實現的。由于lc并聯諧振回路具有良好的選頻作用，因此輸出電壓波形一般失真不大。振蕩器的振蕩頻率由諧振回路的電感和電容決定：式中l 為并聯諧振回路的等效電感（即考慮其它繞組的影響）。振蕩器的輸出端增加一級射極跟隨器，用以提高電路的帶負載能力。4.3調諧放大器以電容器和電感器組成的回路為負載，增益和負載阻抗隨頻率而變的放大電路。這種回路通常被調諧到待放大信號的中心頻率上。由于調諧回路的并聯諧振阻抗在諧振頻率附近的數值很

13、大，放大器可得到很大的電壓增益。而在偏離諧振點較遠的頻率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速減小；因而調諧放大器通常是一種增益高和頻率選擇性好的窄帶放大器。 調諧放大器廣泛應用于各類無線電發射機的高頻放大級和接收機的高頻與中頻放大級。在接收機中，它主要用來對小信號進行電壓放大，所以大多工作于甲類放大狀態。在發射機中它主要用來放大射頻功率，因而大多工作于丙類或乙類狀態。 調諧放大器的調諧回路可以是單調諧回路，也可以是由兩個回路相耦合的雙調諧回路。它可以通過互感與下一級耦合,也可以通過電容與下一級耦合。一般說，采用雙調諧回路的放大器，其頻率響應在通頻帶內可以做得較為平坦，在頻帶邊緣上有更陡峭的截

14、止。超外差接收機中的中頻放大器常采用雙回路的調諧放大器。單級調諧放大器的增益與帶寬的乘積受到放大器件參數的限制。在器件已選定時，放大器的增益越高，帶寬就越窄。為保證有足夠的增益和適當的帶寬，往往采用幾級調諧放大器級聯。有時將兩級（或三級）放大器的回路分別調諧到兩個（或三個）不同的頻率上，構成參差調諧放大器。這種放大器具有較寬的頻帶，總增益較高，但放大器的調整較麻煩。雷達接收機的中頻放大級常采用這類放大器。 放大器件的雜散參量對調諧放大器的性能有影響。例如由于晶體管集電結電容cc的反饋作用，可能使放大器工作不穩定，甚至產生自激振蕩。通常可用中和的方法加以消除。下圖(a)是帶中和電路的調諧放大器，

15、cn是中和電容器。輸出信號由回路電感l經cn反饋至放大器的輸入端,以抵消極間電容cc的內反饋。4.3.1形式等效電路（y參數等效電路）a)晶體管等效的有源四端網絡b）y參數等效電路晶體管在高頻運用時，它的等效電路不僅包含著一些和頻率基本沒有關系的電阻，而且還包含著一些與頻率有關的電容，這些電容在頻率較高時的作用是不能忽略的。當分析晶體管高頻放大時，需采取一種能夠反映晶體管在高頻時的高頻參量及其等效電路。下面介紹形式等效電路的y參數等效電路。該四端網絡在工作時有4個參量，分別是輸入電壓vi輸出電壓vo輸入電流ii輸出電流io，yi，yo，yr，yf為晶體管的短路導納參數（y參數），可以得出如下電

16、路方程式：l ii=yivi+yrvo l io=yfvi+yovo式中，yi=ii/vi |vo=0為輸出短路時的輸入導納yr=ii/vo |vi=0為輸入短路時的反向傳輸導納yf=io/vi |vo=0為輸出短路時的正向輸入導納yo=io/vo |vi=0為輸入短路時的輸出導納注：這是晶體管本身的短路參數，即自參數，它只與晶體管的特性有關，而與外電路無關，所以又稱內參數。4.3.2晶體管諧振放大器上圖是一個典型的單級單調諧放大器。r1r2r3為偏置電阻，lfcf為濾波電路，該電路采用負壓供電，c4l組成lc諧振回路r4是加寬回路頻帶用的。yie2是下一組的輸入導納，rp是并聯回路本身的損耗

17、，通常在實際電路中不畫出來。回路采用了抽頭接入方式。所謂單調諧回路共發放大器就是晶體管共發電路和并聯回路的組合。所以上面分析的晶體管等效電路和并聯回路的結論均可應用。l 等效電路分析：ib=yievi+yrevcic=yfevi+yoevcic=vc yl 單級單調諧放大器的y參數等效電路yl代表由集電極c向右看去的回路導納 yl=（gp+jc+1/jl+p22yie2）/p12vc= viyfe/(yoe+ yl)ib=vi yie yreyfe/(yoe + yl )放大器的輸入導納：yi=ib/vi=yie yreyfe/(yoe + yl)上式，yie為晶體管共發連接時的短路輸入導納，

18、yi為晶體管接成放大器且接有負載yl的輸入導納，yreyfe/(yoe + yl)為反饋導納，它會引起放大器的不穩定，在分析放大器的穩定性時將用到，分析其他質量指標時暫不考慮yre。令yre=0，即此刻yi =yieo l 分析質量指標：電壓增益：根據定義： av=vo/vi由于： vo=p2vab ， vc=p1vab所以： vo=p2/p1vc將vc= viyfe/(yoe+ yl)帶入上式： vo= p2yfe/p1(yoe+ yl)vi因此電壓增益為： av=vo/vi= p2yfe/p1(yoe+ yl)又 yl= yl/p12 ，而yl= gp+jc+1/jl+p22yie2 (y

19、l為ab間導納，yl為ab間導納)因此： av= p1p2yfe/ (p12yoe+gp+jc+1/jl+p22yie2 )設yoe=goe + jcoe yie2=gie2 + jcie2 帶入上式得： av=p1p2yfe/ (g+ jc + 1/jl) 一般表達式為：av=p1p2yfe/ g(1+ j2qlf / f0) ql = 0c/ g ， f0 = 1/ 2(lc） f = ff0 (f為工作頻率，f0為諧振頻率)g =p12goe + gp + p22gie2 c = c + p12coe + p22cie2諧振時，因此小信號單級單調諧放大器的諧振電壓增益為：avo= p1p

20、2yfe/ g = p1p2yfe/ (p12goe + gp + p22gie2)功率增益apo = 負載上獲得的功率po/信號源送給放大器的功率piapo = po/pi = avo2 (gie2/gie1)放大器的通頻帶放大器隨f而變化的曲線叫放大器的諧振曲線，如右圖所示:av/avo=1/1+(2qlf / f0)2當av/avo = 1/2 ，得2f0.7 = f0/ql為放大器的通頻帶。 帶寬與增益的關：avo = p1p2yfe/ g = p1p2yfe / (4f0.7c)設p1、p2=1,則|avo2f0.7| = |yfe| / (2c)由此可知，帶寬與增益的乘積取決于c與

21、|yfe|，c增加則avo下降，當yfe和c 為定值時則為常數。2f0.7加寬則avo下降。因此選擇管子時應取yfe大些的，c減少，但c也不能太小，否則不穩定電容的影響會增大。 多級放大器的通頻帶：(2f0.7)m = (f0/ql) (2(1/m) - 1)式中，2f0.7為單級放大器的通頻帶，(2(1/m) - 1)稱為帶寬縮減因子，表示級數增加后總通頻帶變窄的程度。 選擇性單調諧放大器的選擇性可用矩形系數表示為 kr0.1=2f0.1/2f0.7當av/avo=1/1+(2qlf / f0)2 =1/10時，2f0.7= (f0 /ql) (102 -1)因此kr0.1 =2f0.1/2

22、f0.7 =(102 -1)9.951所以單調諧放大器的矩形系數比1大得多，選擇性較差4.4.三級管的作用直流電壓源vcc應大于vbb，從而使電路滿足放大的外部條件：發射結正向偏置，集電極反向偏置。改變可調電阻rb，基極電流ib，集電極電流ic 和發射極電流ie都會發生變化，由測量結果可以得出以下結論：ie ib ic ( 符合克希荷夫電流定理）。ic ib ? （ ?稱為電流放大系數，可表征三極管的電流放大能力）。 ic ib ?。由上可見，三極管是一種具有電流放大作用的模擬器件。4.5.電感的作用電感是用絕緣導線(例如漆包線,沙包線等)繞制而成的電磁感應元件。l 電感的作用:通直流阻交流這

23、是簡單的說法，對交流信號進行隔離,濾波或與電容器,電阻器等組成諧振電路.l 調諧與選頻電感的作用：電感線圈與電容器并聯可組成lc調諧電路。即電路的固有振蕩頻率f0與非交流信號的頻率f相等，則回路的感抗與容抗也相等，于是電磁能量就在電感、電容之間來回振蕩，這就是lc回路的諧振現象。諧振時由于電路的感抗與容抗等值又反向，因此回路總電流的感抗最小，電流量最大（指f=f0的交流信號），所以lc諧振電路具有選擇頻率的作用，能將某一頻率f的交流信號選擇出來。4.6.電容的作用所謂電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電， 當然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結構非常簡單

24、，主要由兩塊正負電極和 夾在中間的絕緣介質組成，所以電容類型主要是由電極和絕緣介質決定的。電容的用途非常多，主要有如下幾種： l 隔直流：作用是阻止直流通過而讓交流通過。 l 旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯的元件提供低阻抗通路。 l 耦合：作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸到下一級電路 。l 濾波：這個對diy而言很重要，顯卡上的電容基本都是這個作用。 l 溫度補償：針對其它元件對溫度的適應性不夠帶來的影響，而進行補償，改善電路的穩定性。 l 計時：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時間常數。 l 調諧：對與頻率相關的電路進行系統調諧，比如手機、收音機、電視機。 l 整流：在預

25、定的時間開或者關半閉導體開關元件。 l 儲能：儲存電能，用于必須要的時候釋放。例如相機閃光燈，加熱設備等等。總結：上述中放電路結構簡單，回路損耗小，調試方便，所以應用廣泛。但很難同時滿足選擇性和通頻帶兩方面的要求，所以只能用在要求不太高的收音機上。4.7.仿真結果圖5.中頻放大電路參數設計與分析下圖所示電路為一單調諧回路中頻放大器，晶體管3dg6c 的直流工作點是 vce 8v，i e 2 ma；工作頻率f0 10.7 mhz；調諧回路采用中頻變壓器l 13 4h，q 0 100，其抽頭為 n 23 5 圈， n 13 = 20圈， n 45 = 5圈。已知晶體管參數如下：g ie 2860

26、s c ie 18 pf goe 200s c oe 7pfy fe 45ms fe 54y re 0.31 ms re 88.5試計算放大器的：1）單級電壓增益 avo ； 2）單級通頻帶（2f0.7）4 ；3）四級的總電壓增益（avo ）4 4）四級的總通頻帶 （2f0.7）4 5）如四級的總通頻帶（2f0.7）4 保持和單級的通頻帶2f0.7 相同， 則單級的通頻帶應加寬多少？四級的總電壓增益下降多少？此時，單級放大器的負載回路應并聯上一個多大的電阻？解：交流等效圖如下：n1 = n23/n13=1/4 ，n2 = n45/n13=1/4goe =1/ w0 l q0 =3.710-5

27、(s)g = n12 goe + n22 gie + goe =227.5(us)(1)單級諧振電壓增益 av0= n1 n2|yfe|/ g =12.3(2)回路有載品質因數： ql =1/(w0 l g) =16.2單級放大器的通頻帶： bw0.7 =f0 / ql =0.66(mhz)(3) 四級的總電壓增益（avo）4：（avo）4= (n1 n2|yfe|/ g)4=22888.66(4)四級的總通頻帶（2f0.7）4： (bw0.7 ) = (f0 /ql )(2(1n)-1) =0.287(mhz)(5)如四級的通頻帶（2f0.7）4保持和單級的通頻帶2f0.7 相同，則通頻帶應該加寬至：(bw0.7 ) = (f0 / q0 )/(2(1n)-1)=1.51(mhz)此時每級放大器的有載品質因數為：ql = f0 /( bw0.7 ) 7g =1/ w0 l ql= ql g / ql526.5(us)(av0)4 =(n1 n2|yfe|/ g)4 =( g/g)4 (av0)4 797.18(倍)四級的總電壓增益下降了:a= (av0)4 (av0)4=228888.66-797.18=22091.48此時單級放大器的負載回路應并聯上的電阻為r=1/g=1/( g g)2.99(k)總結：單級單調