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1、 年月日 第 卷第期 现代电子技术 中周模型在 中的实现 殷国东，张敏 （ 哈尔滨工业大学（ 威海） ，山东 威海 ） 摘要： 为了解决用 仿真高频单谐调谐振放大模块无中周模型的问题， 通过对高频小信号放大模块的理论分 析， 总结出用 电路模型替代中周电路模型的方法， 做了高频单谐调谐振放大模块的仿真实验， 获得了正确的仿真实验结 果， 该方法对用 仿真高频谐调谐振放大模块具有借鉴意义。 关键词： 高频电子；谐振放大器；中周； 仿真 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （ ） ， （ ， ， ） ： ， ， ： ； ； ； 收稿日期： 引言 高频单谐调谐振放大器实验是高频电子教学的 一个重
2、要组成部分。中周在该实验中损耗较多， 增加了 学生从理论上分析高频小信号放大器的难度。 随着计算机仿真软件的发展， 仿真教学 实验方式逐渐兴起。 包含丰富的虚拟仪器和 电子元件库， 学生可方便地完成原理图的设计、 仿真、 原 型设计和测试。但在 中没有中周模型， 通过 对单谐调谐振放大器的原理分析， 提出了中周模型仿真 的替代方法， 取得了满意的仿真效果， 实验对 仿真单谐调谐振放大模块具有借鉴意义。 高频单谐调谐振放大器的原理及参数 高频单谐调谐振电路图 如图所示。其主要指 标如下： 谐振频率 电路的谐振频率的表达式为： 槡 （ ） 式中： 为电感线圈的电感量；为调谐电路的总电 容 ； ；
3、为晶体管的输出电 容， 为晶体管的输入电容，为初级线圈的抽头系 数，为变压器 的变比。 图 高频单谐调谐振电路图 电压放大倍数 电压放大倍数为： （ ） 通频带 电压放大倍数下降到 倍所对应的频率 范围称为放大器的通频带 ， 其表达式为： （ ） 式中为谐振电路的有载品质因数。 矩形系数 矩形系数 为电压放大倍数下降到 倍的 时对应的频率与通频带之比， 即： （ ） 仿真参数估算 放大器工作在高频条件下， 根据晶体管的参数模 型设计谐振等效电路 如图所示。 图 放大器的高频等效电路 晶体管参数 ， ， 和 分别为： 输入导纳： （ ） （ ） 输出导纳： （ ） （ ） 正向传输导纳： （ ）
4、 （ ） 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 ， 的单位为； 为发射结电导， 与 晶体管放大系数及有关， 表达式为： （ ） 式中： 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； 为发射极结电容， 一般为几 十皮法至几百皮法。 晶体管高频分布参数与静态工作电流 、 电流放大 系数和工作频率有关， 晶体管手册中给出的参数是 在上述条件给定的情况下测得的。高频电路的参数计 算采用工程估算方法， 如在 ， ， 条件下测得 的参数为： ， ， ， ， ， 。 表晶体管 主要参数 集电极反向 击穿电压 集电集 最大电流 耗散功率 特征频率
5、根据实验需要， 输入信号的频率是 ， 从表 中选择 即可满足要求。估算时参照其在 ， 和 条件下的工作参数。 图所示的等效电路中，为晶体管集电极接入 系数，； 为电感线圈的总匝数；为输 出变压器的副边与原边的匝数比，。 通常小信号放大器的下一级仍为放大器， 放大器的 输出负载电导将是下一级放大器的输入导纳 。 并 联回路的总电导表达式为： （ ） 式中： 为 回路本身的损耗电导。根据图输出导 纳为： （ ） 输出电压为： （ ） 电压增益为： ， （ ） 当放大器处于谐振时， 谐振频率可以由式（） 算出。 电路仿真 根据估算参数， 构造单回路谐振放大器的无中周仿 真电路 如图 所示。电路中的元
6、件分别为： 为 ；，是用于调节 工作点的偏置电阻；， ，和构成了选频网络， 用于替代中周功能的模型； 为隔直电容；为发射极旁路电容；为信号源。 图无中周单回路谐振放大器结构图 现代电子技术 年第 卷 根据上述 电 路 结 构， 在 软 件 中 绘 制 如 图所示的高频小信号谐振放大器仿真电路 。各元 件的名称及标称值如表所示。 图无中周单回路谐振放大器仿真电路 表 仿真电路元件清单 序号元件名称及标号标称值 信号源 可调偏置电阻 ， ， 偏置电阻 谐振回路阻尼电阻 发射极负反馈电阻 信号源耦合电容 谐振回路电容 谐振回路电感 示波器 性能参数分析 静态参数 放大器的直流工作点如表所示。 表放大
7、器的静态参数值 序号直流工作点分析数值 （） ： （） ： （） ： （） ： （） ： （） ： （） ： （） ： （；） ： （） ： （；） ： （；） ： 动态参数 电压增益 加入信号激励， 得到如图所示的输入、 输出波 形， 可以读出电压增益约为 倍。 图输入、 输出波形 矩形系数 谐振放大器特性曲线如图所示。可以看出， 谐振 频率为 ， 上限截止频率为 ， 下限 截止频率为 ， 通频带为 。根据 式（ ） 得出矩形系数约为 。 图 放大器的特性曲线 高频管的电流放大倍数 集电极与基极电流如图所示。由此可得， 放大倍 数 。 图集电极与基极电流 部分元件对电路的影响 通过仿真发现，
8、 发射极反馈电阻的改变对电路 的通频带和输出增益有较大影响。在不影响放大器正 常工作的情况下， 增大， 频带增大， 输出增益减小； 减 小， 频带减小， 输出增益增大。 阻尼电阻增大， 频带减小， 输出增益增大；减 第期殷国东等： 中周模型在 中的实现 小， 频带增大， 增益减小。当减小到一定程度， 放大 器不能正常工作， 信号失真。中周等效阻尼电阻不仅影 响系统的带宽， 还能影响放大器的静态工作点， 在设计 电路时应合理选择它的阻值。 谐振回路中电感、 电容的选择应符合式（） ， 使中周的工作频率为 ， 当电感取值为， 电 容调至 时， 电路处于谐振状态， 且输出增益最大。 结论 通过对高频
9、谐调谐振电路的分析， 总结出中周替换 电路模型。对该电路模型进行了仿真， 获得了理想的仿 真波形， 证明替换电路仿真模型是正确的。最后通过实 际电路的制作与调试， 并与仿真电路的参数做对比， 验 证了替换电路模型的可行性。 参考文献 童诗白， 华成英模拟电子技术基础北京： 高等教育出 版社， 刘祖刚高频电子电路中的耦合系数及耦合电容电气 电子教学学报， ， （） ： 卢宏基 电容反馈式三点式振荡器的实验现象与分析 中国教育技术装备， （） ： 谭干华高频电子线路实验仪电路电测与仪表， （） ： 陈 美 君 高 频 电 子 系 统 的 抗 干 扰 设 计 电 子 工 程 师， ， （） ： 靳天
10、玉幕， 齐志国 基于 和 的电子电路实 验辅助教学 工 具 箱 的 开 发 高 等 理 科 教 育， （） ： 张宁， 辛修芳 在高频电路实验中的应用现代 电子技术， ， （ ） ： 熊 庆 国 高 频 电 路 散 射 参 数 的 探 讨 现 代 电 子 技 术， ， （） ： 田胜军， 秦宣云 基于 的高频电路分析与仿 真现代电子技术， ， （） ： 王廷才 基于 的电路仿真分析与设计 计算 机工程与设计， （ ） ： 石小丽， 陈小平， 钟尔杰 相位观测值中周跳的探测与 修复现代电子技术， ， （） ： 于波， 吕秀丽， 李玉爽 在高频电子线路教学中 的应用现代电子技术， ， （ ） ：
11、作者简介：殷国东男， 年出生， 山东人， 硕士生。主要研究方向为信号检测。 张敏男， 年出生， 甘肃人， 硕士生。主要研究方向为信号检测 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 殏 殏 殏 殏 。 物联网技术 杂志简介 物联网技术 杂志是目前国内第一本经国家新闻出版总署批准， 手续齐全的物联网专
12、业科技期刊， 国内 统一连续出版物号 ， 国际标准连续出版物号 。 物联网是继计算机、 互联网之后世界信息技术的第三次革命， 据美国独立市场研究机构 预测， 物联网所带来的产业价值要比互联网大 倍， 将形成下一个上万亿元规模的高科技市场。 物联网技术 杂 志就是以迎接这次革命浪潮为己任， 以纸质媒体、 网络传播为手段， 采取网刊互动的方法， 将物联网这个提升 为国家发展战略的概念， 用通俗易懂的语言和案例宣传介绍给大家， 为其广泛的普及和应用打好基础。同时， 我们将致力于搜集和传播物联网技术的全球、 全国最新发展动态和趋势； 推广物联网行业的新技术、 新产品、 新方案和新应用案例， 为物联网产
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