课程设计（论文）宽带中频放大器.doc

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1、宽带中频放大器 摘 要 中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。 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。在超外差式调频接收机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中 放、限幅、鉴频、低频放大七个部分。中频放大器由于工作频段较低而且固定，其性 能可以做得很好，从而达到满意的接收效果。对中频放大器电路的主要要求是工作稳 定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。由此在中间级用双调谐放大器 对宽频带放大电路进行展宽，也就是提高上限截止频率。而输出级射极跟随器是一 个共集组态的单管放大电路。 本文主要讲述了超外差接

2、收设备、中频放大器的组成、原理与作用和整机电路的 相关介绍和说明。 关键词：中频放大电路，超外差，射极跟随器 目 录 1 绪论.1 2 设计过程.1 2.1 超外差接收设备.1 2.1.1 工作原理.1 2.1.2 方框图.1 2.2 中频放大器的组成和作用 .3 2.3 中频放大电路及原理 .3 2.3.1 电路组成框图.4 2.3.2 电路组成分析.4 2.4 整机电路 .9 总 结.11 致 谢.12 参考文献.13 1 绪 论 随着现在社会的快速发展，通信技术在我们的生活中广泛应用，而我所学的是电 子信息工程，有一部分涉及的是通信技术，对于这次设计，在应用最广泛的是调频接 收机，随着科

3、学技术的发展，出现了超外差方式的调频接收机。在超外差式调频接收 机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、低频放大 七个部分。整个电路的设计必须注意几个方面，尤其是中频放大电器是一个接收机中 一个重要器件，中频放大器由于工作频段较低而且固定，其性能可以做得很好 ，从而 达到满意的接收效果。对中频放大器电路的主要要求是工作稳定，失真小，增益高， 选择性好，有足够宽的通频带。由此在中间级用双调谐放大器对宽频带放大电路进行 展宽，也就是提高上限截止频率。 2 设计过程 2.1 超外差接收设备 2.1.1 工作原理 超外差电路就是这样的装置。它将所要收听的电台在调谐电路里调好以

4、后，经过 电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个 固定的频率，是由差频的作用产生的。如果在收音机内制造个振荡电波(通常称为本 机振荡)，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由 于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。采 用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。 外差作用产生出来的差频，习惯上采用易于控制的一种频率，它比高频较低， 但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。任何电台的频率，由于都变成了中 频，放大起来就能得到相同的放大量。 2.1.2 方框图 图 1 是超外差

5、接收设备的方框图： 输入调谐回路 VV1 高频放大混频中频放大鉴频 低频功放扬声器本机振荡 天线 图 1 超外差接收设备方框图 由图 1 超外差接收设备的方框图可以看出超外差接收设备主要由输入调谐回路、 高频放大、混频、本机振荡、中频放大、鉴频和低频功放组成。调谐回路的输出，进 入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。经过混频，输出载波的波 形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程(混濒和本振 的作用)叫做变频。 根据此次课程设计的要求，超外差式调频接收机，整个电路由六部分组成，分别 为高频放大、混频、本振、中放、鉴频、低频放大。 （1）高频放大器：高频放大

6、器是用来放大高频信号的器件。根据高放的对象是载 频信号这一情况，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐 振在信号载频。这样做的好处是：1）回路谐振能抑制干扰；2）并联回路谐振时，其 阻抗很大，从而可输出很大的信号。 （2）混频：混频是将不同载频的高频已调波信号变换为较低的同一个固定载频 （一般称为中频）的高频已调波信号，但保持其调制规律不变，然后送入中频放大器。 在接收端，它起频率变换作用，最后采用混频方式可以大大提高接收机性能。 （3）本振电路：本振电路与混频电路一起可以接收到不同载频的各发射台高频已 调波信号变换为同一载频（中频）的高频已调波信号，然后送入中频放大器进行

7、放大。 它一般用 LC 谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频 放大输出信号混频，得到一个中频信号。 （4）放大电路：放大电路是一种能量转换电路，即将直流电源能量转换为输出信 号的能量，同时必然有一部分能量消耗。超外差式接收机能够大大提高收音机的增益、 灵敏度和选择性。因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频 放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加 或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的， 所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在 调谐回路和本振

8、回路用一只双连可变电容器就可完成接收。 （5）鉴频器：在鉴频器部分，采用比例鉴频器，普通鉴频器的线性范围较宽，调 整较易，但在鉴频器前必须加上一级限幅器，而比例鉴频器则不需要但是为了得到良 好的限幅特性，必须仔细调整比例鉴频器的工作状态与电路参数，也可以在前一级加 一个限幅器。 （6）低频功放：一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到所需的信号，必须 将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能。而本次设计采用运 算放大器效果比较好。 高频电路很容易受到干扰，所以对信号的要求比较高，在中频放大器电路的输出 端，如果直接接鉴频器，很可能得到很多不需要的波形，用滤波器很难滤除，所以在

9、鉴频器的输入端加一级限幅器，去除不需要的波，使输出更为纯净。 2.2 中频放大器的组成和作用 （1）电路组成 中频放大器有分立元件的，有被集成在芯片中的，多数厂家采用自己的专用芯片。 分立元件的中频放大器电路形式与低噪声放大器的电路形式很相似，也是一个共发射 极电路，只是它们工作的频点不一样。 在超外差一次变频接收机电路中，有一个中频 放大器；在超外差二次变频接收机中，则通常有第一、第二中频放大器；在直接变换 的线性接收机中，没有中频放大器。 （2）电路作用 中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。 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

10、极其重要的 作用。简洁来说有以下两点： 1）获取高增益：与射频放大部分相比，由于中频频率固定，并且频率较低，可以 很容易地得到较高的增益，因而可以为下一级提供足够大的输入。 2）提高选择性：接收机的邻近频率选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定。 不论接收机采用一次或二次变频技术，中频放大器总是位居下变频之后。 2.3 中频放大电路及原理 2.3.1 电路组成框图 中频放大电路框图如图 2 所示： 输入级 中间一级 放大器 输出级 中间二级 放大器 图 2 中频放大器电路组成框图 图 2 显示出中频放大电路主要由输入级、中间一级放大器、中间二级放大器和输 出级组成。而输入级为变压器阻抗变换电路

11、，通过部分接入并联谐振回路的抽头位置， 可以进行阻抗变换，实现回路与信号源及负载之间的阻抗匹配。通过中间第一级双调 谐放大器放大器能使电压增益有所增大即是使电压放大倍数十几倍、通频带显著加宽。 由两级放大电压增益相乘，通过中间级第二级使电压放大倍数增加到 100 倍，即实现 电压增益大约 40DB。通频带达到课程设计所需要的要求 180KHZ。输出部分用射极跟随 器使电压放大倍数几乎不变，同相输出，但实现了输入阻抗比较大，而输出阻抗比较 小。 2.3.2 电路组成分析 1. 一级输入 阻抗变换电路是一种将实际负载阻抗变换为前级网络所需要的最佳负载阻抗的电 路。阻抗变换电路对于提高整个电路的性能

12、具有重要作用。其电路图如图 3 所示： UiCo N1N2 Uo + _ + _ 图 3 阻抗变换电路 2.中间一级放大器双调谐放大器 采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带双调谐回路放大内可以做得较为 平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。具有较宽的通频带和较好的选择性。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。将其与单调谐回路谐振放大器进行 比较，得到对同一输入信号而言，双调谐回路谐振放大器比单调谐回路谐振放大器的 电压增益有所增大、通频带显著加宽、矩形系数明显改善，高频小信号放大器主要应 用于接收机的高频放大器和中频放大器中，目的是对高频小信号进行线性放大。 在一级中放里，利

13、用双调谐回路谐振放大器的频宽特性的优点，实现对通频带的 展宽和对输入信号的一定放大。这里设定放大为 12 倍，以确定相应参数。如图 4 所示， 为双调谐回路谐振放大器及其等效电路图。图 4（a）为一种常用的双调谐回路放大器 线路。集电极电路采用互感耦合的谐振回路做负载，被放大的信号通过互感耦合加到 次级线圈的输入端。晶体管 VT1 的集电极在初级线圈的接入系数为 p1，下一级晶体管 VT2 的基极在次级线圈的接入系数为 p2。另外，初、次级回路本身的损耗都很小可以 忽略。 图 4（b）表示双调谐回路放大器的高频等效电路。 VT1 C1 C2 L1L2 Ui Uo +Vcc （a） (b) 图

14、4 双调谐回路谐振放大器及其等效电路 选用晶体管型号为 3DG39。可测得在时，MHz f 7.10 0 。pFSpFS C g C g oe oe ie ie 7,200,18,28600,45 yy refe mS 为方便设计，令两个回路的元件参数都相同，即电感 L1=L2=L；初、次级回路总 电容；折合到初、次级的导纳 CCpCCpCieoe 2 2 2 2 1 1 ；回路的角频率；初、次级回路的有 ggpgp ieoe 2 2 2 1 LC 1 021 载品质因数。由图 4（b）可知，它是一个典型的并联 g C Lg QQ LL 0 0 21 1 型互感耦合回路。电压增益 和耦合参数

15、有关。在实际应用中，临界耦合的情况 应用较多。当临界耦合时，即 时， 谐振曲线比较平稳，在中心频率 处，出 现最大峰值。此时 0 f 1 0u A 选择回路中。根据以上各式，已设定，可推得抽头pFH CL 220,112 Auo 系数和的值分别为 1 和 0.1， p1p2 S g 200 有载品质因数，92.73 21 QQ LL 有载品质因数，92.73 21 QQ LL 通频带，KHz Q f BW L 2002 0 707.0 电感值 ，H LL 1 21 电容值 ,220 1 pF C pF C 220 2 3. 中间二级放大器 单调谐放大器 中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐

16、振回路，它谐振于中频465kHz。由于 并联谐振回路对诣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） ，从而完成选频作用， 提高了收音机的选择性。单调谐中频放大电路如图 5 所示： VT2 L3 C3 +Vcc Uo U1 图 5 单调谐中频放大电路 g pp A y fe u 2 21 0 中间级第二级，选择高频晶体管 3DG39 在工作频率 10.7MHZ 的工作状态下工作 时的参数，其各 Y 参数值如下：，mSgie2860 其回路中的电感回

17、,45| ,7,200,18mSyPFCoesgoepFCfeie, 0|reyHL4 . 13 路电容为接入系数为空载品质因数为由单调谐,1553PFC ,14. 0,25 . 0 21 nn,100 0 Q 设计放大电路的微变等效变换电路得出以下关系式： 总等效电容为 30/1LWC 可得如下式 MHZMHZCLf 7 . 1074.102/130 谐振电导为 mS LfQLWQgoe 106 . 0 )104 . 110 7 . 1010028 . 6 /(1 2/1/1 66 300300 gmSgngng ieoeeo 176. 0 21 电压增益为 995 . 8 )10176 .

18、 0 /(104514 . 0 25 . 0 / |/ 33 21 1 gynnUUA feOUO 通频带为 KHZkHZCgBW180179)15628 . 6 /(176 . 0 2/ 4. 输出级 射极跟随器是一个共集组态的单管放大电路，由下图可以看出，输入信号与输出 信号的公共端是三极管的集电极，所以属于共集组态。又由于输出信号从发射极引出， 因此这种电路也称为射极输出器。共集电极放大电路的电流放大倍数大于1，但电压放 大倍数恒小于1，而接近于1，且输出电压与输入电压同相，所以又称为射极跟随器。 其输入阻抗比较大，输出阻抗比较小。 射极跟随器电路图如图 6 所示： 图 6 射极跟随器

19、2.4 整机电路 收音机电路中包括了高频放大、中频放大、音频电压和功率放大、变频电路、调 谐电路、正弦波振荡电路、检波电路、自动增益控制电路、音量控制电路等众多电子 线路中必不可少的功能电路。在此基础上如果再学习扫描电路就接近电视机电路了。 提高和培养了我们的动手能力和技能。谁都知道，在电子技术的学习过程中理论与实 践的结合可以提高学习效率、效果，但是实验的成本太高，没有条件。其实认真地装 配分立元器件收音机套件可以降低成本，提高动手技能。而图 7 是宽带中频放大器的 整机电路，主要由阻抗变换电路、双调谐放大器、单调谐放大器和射极跟随器电路组 成虽不是最完美的，但已经是我的极限。 + VT1

20、VT2 VT3 C1 C2 L1L2 Ui Uo +Vcc U2 RL _ + _ L3 C3 U1 Vi 图7 宽带中频放大器整机电路 表 1 元器件列表及说明 元件序号元件名称元件参数 1 晶体管 VT 3DG39 2 电阻 Re1k 欧 3 电容器 C1 220PF 4 电容器 C2 220PF 5 电容器 C3 155PF 6VCC12V 7 负载 RL1K 欧 8 电感 L1=L2=L H1 9 电感 L3 1.4 H 总 结 通过这次通信电路的课程设计，使我们加强对高频电子技术电路的中频放大电路 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，

21、给我们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。 而我掌握和了解了许多关于中频放大器的有关知识，使我的知识面展宽了，同时 更让我坚信，学好电子方面的知识，对以后的发展是有很大的益处的，在这条路上一 直走下去是前途无量的。 在宽带中频放大器的设计中，单元电路的设计是其中的基础，只有对各部分的作 用有深刻的了解，才可以设计出符合设计要求的电路。整机电路在设计中是关键的关 键，通过中频放大电路、阻抗变换电路和解调电路等电路构成整个电路，各个部分的 相互联系

22、，缺少了任何一部分，直接影响到整个设计的最终结果。 在这次的设计过程中，对于如何进行电路的设计，我还存在着许多的不足之处， 把握电路的连接方式上还过于稚嫩，但是，在以后的学习中，我会不断地自我完善， 争取能在电子技术这一方面能有所发展。 致 谢 通过本次课程设计我对宽带中频放大器的原理和组成有了进一步的学习，并应用 于实践。同时对综合应用资料的能力、创造能力将有较大提高，通过设计实践，可了 解电子产品研制和生产的过程，对今后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下 基础。 综合课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知 识有了更进一步的理解和认识，还有，我在课程设计中碰

23、到了很多的问题，我通过查 阅相关书籍，资料，通过自己钻研，特别是得到了孙老师的细心教导和李老师的认真 指点，他们给予了我很大的帮助，不仅给了我思路上的开阔，还让我认识到了自己对 以前所学知识的不足方面 当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中， 我会不断的完善自我，不断进取，能使自己在这方面有一个大的发展。 最后，再次感谢孙怀壮老师和李文方老师的指导和同学的帮助！ 参考文献 1 沈伟慈 通信电路M. 西安：西安电子科技大学出版社. 2008.6 2 张肃文 高频电子线路M. 北京：高等教育出版社. 1984 3 罗伟雄 通信电路与系统M. 北京：北京理工大学出版社. 2007.9 4 杨素行 模拟电子技术基础简明教程M. 北京：高等教育出版社. 2002.2 5 张玉兴 射极模拟电路M.北京：电子工业出版社. 2002 6 Ferrel G. Stremler. Introduction Communication Systems M. 1997