高频电子线路课程设计调相解调(中频放大).doc
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1、高频电子线路课程设计题目:调相解调(中频放大)班级: 2008级通信姓名: 成绩: 题目:调相解调中频信号放大专业:通信工程 姓名: 指导老师: 摘 要2绪论21.设计任务与要求:32.设计来源:43.设计指标:43.1增益(放大系数):43.2通频带:43.3选择性:53.3.1矩形系数:53.3.2抑制比:63.4工作稳定性:63.5噪声系数:73.6中心频率74.原理74.1.中频变压器的作用:74.2.LC振荡回路:94.3调谐放大器94.3.1形式等效电路(Y参数等效电路)114.3.2晶体管谐振放大器124.4.三级管的作用154.5.电感的作用164.6.电容的作用164.7.仿
2、真结果图185.中频放大电路参数设计与分析18总结:216.设计体会:22参考文献:23摘 要 首先,明确设计的任务是中频放大电路,它的作用是对小功率中频信号进行功率放大;其次,抓住原理,设计放大器所需的各项技术指标,比如:放大系数即电压或功率放大倍数、通频带、选择性、功能稳定性、中心频率等。然后,介绍了中频放大原理中所涉及到有关形成中频放大电路的各个部分的功能及相应元器件的参数,比如:单级单调谐放大电路的主要构成,包括,LC谐振回路,它在电路中的作用主要是提供振荡频率以及选频,实际电路中运用LC并联谐振回路,输出的波形不产生失真就是根据它的良好的选频作用。中频变压器,与电容组合可形成输入、输
3、出选频网络,同时可以起到阻抗变换的作用,因此,中频变压器也是中放电路的关键元件之一。晶体管谐振放大器,也就是调谐放大器,是中频放大电路中不可或缺的主要部分。它的主要作用就是实现信号功率的放大。在应有理论基础上设计电路并加以总结。最后,得出设计心得。关键词 中频放大,放大,单级单调谐绪论 电子学是一门应用很广的科学技术,发展及其迅速。要学好这门技术,首先是基础理论的系统学习,然后要加技术训练,进而培养我们对理论联系实际的能力,设计电路的能力,实际操作的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。本次课程设计的任务是从已调制的无线电信号中将原始信号不失真的还原出来。通常经过调制后得到的高频无线信号通常非
4、常微弱,一般只有几十微伏至几毫伏,直接将它送入检波器进行检波无法正常还原原始信号,所以要在选择性电路和检波器之间插入一个高频放大器,放大信号的同时提高无线接收设备的噪声性能。随后的把高频信号的载波频率变为中频的任务是由混频器来完成,经过混频(或变频)之后的号变成了一个固定的中频信号,需要用中频放大器加以放大,然后进行检波,最终得到原始的信号。经过混频(或变频)之后的收音信号变成了一个固定的中频信号。所以中频放大器是个专门放大中频一个频率信号的放大器。中频放大器不仅要放大信号,还要进行选频,即保证放大的是中频信号。在这一点上,与高频放大器是有所不同的,高频放大器要放大88108M1z一个频段内的
5、调频信号。中频放大器的输出信号要有足够的幅度,以便限幅和鉴频器能正常工作。所以,中频放大器的级数较多。本论文就是对本次解调过程中的中频放大环节进行了阐述,包括整个实验的流程图、实验电路图、中频放大环节的各项重要的技术指标以及设计和仿真中的具体问题。1.设计任务与要求:根据所学知识设计鉴相过程中所用到的中频放大器,将接收到的中频信号通过该放大器能够输出功率较大功率的中频信号,使满足下一级检波器对于输入信号的要求。2.设计来源:接收机接收到的高频无线电信号通常非常微弱,一般只有几十微伏至几毫伏,直接送到检波器不太合适,因此要将高频已调信号的载波频率(fs)先变为频率较低的固定不变的中频(fi)再利
6、用中频放大器加以放大,最后进入检波器进行检波。 而这里所提的中频放大器的作用就是放大中频信号的功率,由于变频后的中频信号的载波频率是固定的,所以中频放大器的谐振回路不需随时调整。3.设计指标:3.1增益(放大系数):放大器输出电压VO(或功率)与输入电压VI(或功率PI)之比,用AV(或AP)表示。每级放大器在中心频率(谐振频率)及通频带处的增益应尽量大,是满足总增益时级数尽量少。电压增益 AV=VO/VI功率增益 AP=PO/PI分贝表示 AV=20lg(VO/VI) AP=10lg (PO/PI)3.2通频带:由于放大器所放大的一般都是已调制的信号,已调制信号都包含一定的频谱宽度,所以放大
7、器必须有一定的通频带,以便让必要的信号中频谱分量通过放大器。放大器的电压增益下降到最大值的0.7(即1/2)倍时,所对应的频率范围即为放大器的通频带用B=2f0.7表示。如下图所示为放大器的通频带;与谐振回路相同,放大器的通频带取决于回路的形式和回路的品质因数QL。此外,放大器的总通频带,随着级数的增加而变窄。并且,通频带越宽,放大器的增益越小。3.3选择性:从各种不同频率信号的总和中选出有用信号,抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性,选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。3.3.1矩形系数: 理想情况下,谐振曲线应为一矩形。即在通带内放大量均匀,在通带外不需要的信号得到完全衰减。但实际上不可能
8、,为了表示实际曲线接近理想曲线的程度,引入“矩形系数”,它表示对邻道干扰的抑制能力。矩形系数为 Kr0.1=2f0.1/2f0.7 Kr0.01=2f0.01/2f0.7 (2f0.1 、2f0.01分别为放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽,Kr越接近于1越好)3.3.2抑制比:表示对某个干扰信号fn的抑制能力,用dn表示: dn=AVO/An (An为干扰信号的放大倍数;AVO为谐振点f0的放大倍数)3.4工作稳定性:指的是电源电压变化或器件参数变化时,以上参数的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化,中心频率偏移,通频带变窄等,不稳定状态的极端情况是放大器自激,以致使放大器完全不能工作。
9、为使放大器稳定工作,必须采取稳定措施,即限制每级增益,选择内反馈小的晶体管,应用中和或失配法等。3.5噪声系数:放大器的噪声性能可用噪声系数表示:NF=(PSI/PNI) / (PSO/PNO) (输入信噪比)(输出信噪比)(NF越接近越好)3.6中心频率中频放大器中心频率的选择不仅影响中频放大器本身的性能,还影响整机性能。它是超外差接收机的重要参数之一,应根据基带占据的频率宽度来选择中频,中频要远大于基带的最高频率,广播接收机的中频选择还要仔细考虑各种组合干扰是否落在中频频带内。中频选择较低时,要保证前置中放的噪声系数小,选频网络的参数变化对宽带相对影响小,中频放大工作稳定。中频较高时,解调
10、时更易滤去残余中频分量,可以减小镜像通道噪声和本振噪声的影响。4.原理中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。4.1.中频变压器的作用:图中Tr1、Tr2为中频变压器,它们分别与C1、C4组成输入和输出选频网络,同时还起阻抗变换的作用,因此,中频变压器是中放电路的关键元件。中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路,它谐振于中频465kHz。由于并联谐振回路对谐振频率的信号阻抗很大,对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降,并且耦合到下一级放大,对非谐振频率信号压降很小,几乎被短路(通常说它只能通过中频信号),从
11、而完成选频作用,提高了收音机的选择性。 由LC调谐回路特性知,中频选频回路的通频带Bf2- f1f0/QL,式中QL是回路的有载品质因数。QL值愈高,选择性愈好,通频带愈窄;反之,通频带愈宽,选择性愈差。 中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低,输出阻抗高,所以一般用变压器耦合,使前后级之间实现阻抗匹配。实际电路中常采用具有中间抽头的并联谐振回路,如图Z1010(a)所示。(b)是它的等效电路,可以看出,它是由两个阻抗性质不同的支路组成。由于L1、L2都绕在同一磁芯上,实际上是一个自耦变压器。4.2.LC振荡回路:LC正弦波振荡器是用L、C元件组成选频网络的振荡器,一般
12、用来产生1MHz以上的高频正弦信号。根据LC调谐回路的不同连接方式,LC正弦波振荡器又可分为变压器反馈式(或称互感耦合式)、电感三点式和电容三点式三种。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。由于LC并联谐振回路具有良好的选频作用,因此输出电压波形一般失真不大。振荡器的振荡频率由谐振回路的电感和电容决定:式中L 为并联谐振回路的等效电感(即考虑其它绕组的影响)。振荡器的输出端增加一级射极跟随器,用以提高电路的带负载能力。4.3调谐放大器以电容器和电感器组成的回路为负载,增益和负载阻抗随频率而变的放大电路。这种回路通常被调谐到待放大信号的中心频率上。由于调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很
13、大,放大器可得到很大的电压增益。而在偏离谐振点较远的频率上,回路阻抗下降很快,使放大器增益迅速减小;因而调谐放大器通常是一种增益高和频率选择性好的窄带放大器。 调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。在接收机中,它主要用来对小信号进行电压放大,所以大多工作于甲类放大状态。在发射机中它主要用来放大射频功率,因而大多工作于丙类或乙类状态。 调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路,也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。它可以通过互感与下一级耦合,也可以通过电容与下一级耦合。一般说,采用双调谐回路的放大器,其频率响应在通频带内可以做得较为平坦,在频带边缘上有更陡峭的截
14、止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。单级调谐放大器的增益与带宽的乘积受到放大器件参数的限制。在器件已选定时,放大器的增益越高,带宽就越窄。为保证有足够的增益和适当的带宽,往往采用几级调谐放大器级联。有时将两级(或三级)放大器的回路分别调谐到两个(或三个)不同的频率上,构成参差调谐放大器。这种放大器具有较宽的频带,总增益较高,但放大器的调整较麻烦。雷达接收机的中频放大级常采用这类放大器。 放大器件的杂散参量对调谐放大器的性能有影响。例如由于晶体管集电结电容CC的反馈作用,可能使放大器工作不稳定,甚至产生自激振荡。通常可用中和的方法加以消除。下图(a)是带中和电路的调谐放大器,
15、CN是中和电容器。输出信号由回路电感L经CN反馈至放大器的输入端,以抵消极间电容CC的内反馈。4.3.1形式等效电路(Y参数等效电路)a)晶体管等效的有源四端网络b)y参数等效电路晶体管在高频运用时,它的等效电路不仅包含着一些和频率基本没有关系的电阻,而且还包含着一些与频率有关的电容,这些电容在频率较高时的作用是不能忽略的。当分析晶体管高频放大时,需采取一种能够反映晶体管在高频时的高频参量及其等效电路。下面介绍形式等效电路的Y参数等效电路。该四端网络在工作时有4个参量,分别是输入电压VI输出电压VO输入电流II输出电流IO,yi,yo,yr,yf为晶体管的短路导纳参数(y参数),可以得出如下电
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