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通信电子线路——multisim高频小信号放大器设计

文章从我的个人博客开始

1.单调谐小信号放大器理

小信号谐振放大器主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和频率选择。单调谐小信号谐振放大器的实验电路如下图所示。

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图中,W1、W2、RE为了保证晶体管在放大区域工作,使放大器在A类中工作。C8是RE旁路电容,C4、C七、输入、输出耦合电容,L1 L2、C5 C6构成放大器 LC谐振回路,R17是集电极可变等效电阻,将集电极电流的变化转化为集-射极之间的电压变化,对谐振电路Q值和带宽有重要影响。采用部分接入法,以减少负载对集电极回路Q的影响。采用电路有源器件NPN型三极管2N作为谐振放大器的核心器件,2222。该装置最大集电极电流IC=800mA、集电极-发射集击穿电压VCE=30V,工作截止频率为250MHZ,$\beta $取值范围为100-300,导通电压为0.7V。

2.静态工作点分析

直流偏置电路的作用是为晶体管的正常工作提供适当的静态工作点。电路静态工作点Q主要由RE、W1、W2、VCC确定。利用W1和W2分压固定基极偏置点电位VBQ。只有当 I W 1 > I B Q I_{W1}>I_{BQ} IW1>IBQ只有这样,才能获得恒定VBQ,故要求 I W 1 = ( 5 ? 10 ) I B Q I_{W1}=(5-10)I_{BQ} IW1=(5?10)IBQ​。

为了方便,我使用化简的一个分压偏置电路来替代复杂的交流电路。

由于放大电路是工作在小信号放大状态的,放大电路的工作电流ICQ一般在0.8~2mA为宜。设计电路中,取VCC=12V,IC=2mA,$\beta $=100,VBEQ=0.7V,VCEQ=4.5V

在工程上,我们一般取 V E Q = 0.2 V C C = 2.4 V V_{EQ}=0.2VCC=2.4V VEQ​=0.2VCC=2.4V, I 1 = ( 5 − 10 ) I B Q I_1=(5-10)I_{BQ} I1​=(5−10)IBQ​ R E = V E Q I E Q = 2.4 V 2 m A = 1.2 K I B Q = I C Q β = 0.02 m A I 1 = 10 I B Q = 0.2 m A R B 1 + R B 2 = V C C I 1 = 12 V 0.2 m A = 60 K V B Q = V C C R B 2 R B 1 + R B 2 , V B Q = V B E Q + V E Q = 0.7 V + 2.4 V = 3.1 V R B 2 = V B Q V C C ( R B 1 + R B 2 ) = 3.1 V 12 V × 60 K = 15.5 K R B 1 = 44.5 K R C = V C C − V C E Q I C Q − R E = 12 V − 4.5 V 2 m A − 1.2 K = 2.55 K R_E={\frac{V_{EQ}}{I_{EQ}}}=\frac{2.4V}{2mA}=1.2K \\ I_{BQ}=\frac{I_{CQ}}{\beta}=0.02mA \\ I_1=10I_{BQ}=0.2mA \\ R_{B1}+R_{B2}=\frac{VCC}{I_1}=\frac{12V}{0.2mA}=60K \\ V_{BQ}=\frac{VCCR_{B2}}{R_{B1}+R_{B2}},V_{BQ}=V_{BEQ}+V_{EQ}=0.7V+2.4V=3.1V \\ R_{B2}=\frac{V_{BQ}}{VCC}(R_{B1}+R_{B2})=\frac{3.1V}{12V}\times60K=15.5K\\ R_{B1}=44.5K\\ R_C=\frac{VCC-V_{CEQ}}{I_{CQ}}-R_E=\frac{12V-4.5V}{2mA}-1.2K=2.55K RE​=IEQ​VEQ​​=2mA2.4V​=1.2KIBQ​=βICQ​​=0.02mAI1​=10IBQ​=0.2mARB1​+RB2​=I1​VCC​=0.2mA12V​=60KVBQ​=RB1​+RB2​VCCRB2​​,VBQ​=VBEQ​+VEQ​=0.7V+2.4V=3.1VRB2​=VCCVBQ​​(RB1​+RB2​)=12V3.1V​×60K=15.5KRB1​=44.5KRC​=ICQ​VCC−VCEQ​​−RE​=2mA12V−4.5V​−1.2K=2.55K 将以上通过分析静态工作点得到的电阻值用于multisim仿真电路, 在multisim中使用探针测量三极管基极、发射极电压、电流。从下图可以看出,基本符合我们的预期,高频小信号的电压也相应放大(选频回路之后会讲)。

3、选频回路的设计

我们使用LC谐振回路来选频。首先,我们要选择特定的频率f为465KHZ。

LC谐振回路中心频率的计算 f 0 = 1 2 π L C f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} f0​=2πLC ​1​ 已知 f 0 f_0 f0​为465KHZ,我们选择L为8uH,则C为 C = 1 ( 2 π f 0 ) 2 L ≈ 14.7 n F C=\frac{1}{ {(2\pi f_0)}^2L}\approx 14.7nF C=(2πf0​)2L1​≈14.7nF

4、放大器工作指标

4.1 电压增益

A u 0 = 20 l o g 7.57 m V 0.2 m V = 32 d B A_{u0}=20log\frac{7.57mV}{0.2mV}=32dB Au0​=20log0.2mV7.57mV​=32dB

4.2 通频带

2 △ 0.7 = f H − f L = 530 K H Z − 380 K H Z = 150 K H Z 2\triangle _{0.7}=f_H-f_L=530KHZ-380KHZ=150KHZ 2△0.7​=fH​−f

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