高频课程设计中频放大器.docx
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高频课程设计中频放大器
高频电子线路
HighFrequencyElectronicCircuit
课程设计报告
题目：
调频解调中频放大电路设计
姓名：
学号：
专业：
2007级通信工程
（二）班
学院：
电气工程学院
摘要本文通过对收音机接收系统的分析，确定了总体架构设计。
针对收音机的接收系统的特点和所要实现的基本功能将该系统主要分为五个电路模块去实现：
高频小信号大模块、混频模块、中频放大模块、鉴频模块、低频放大模块。
第一章绪论
通信系统导论
现代通信的组要任务就是迅速而准确地传输信息。
随着通信技术的日益发展，组成通信系统的电子电路不断更新，其应用十分广泛。
实现通信的方式和手段很多，这里主要只利用电磁波传递信息的无线通信系统
通信系统组成及框图：
发送设备
接收设备
传输信道
图1
高频放大
本地振荡
中频放大
低频放大
混频
检波
图3
fs
fs
fo
fo-fs=fi
fi
F
F
一、设计目的、意义以及思路
1设计目的
（1）掌握调频解调中中频放大的原理及设计方法
（2）掌握特性参数的计算
（3）能够使用电路仿真软件进行电路调试
2设计意义
AGC即自动增益控制，是无线收发信机中一个很重要的设计模块，对于提高接收机的接收范围，克服无线链路的远近效应有着极为关键的作用。
本文针对接收机对中频放大电路的要求,设计实现了一种中频放大电路。
对其整体结构进行了详细的设计,并根据电路要求设计了跟随器输出电路及取样反馈电路,该放大电路具有增益高、AGC范围宽、负载能力强、输出幅度恒定、工作性能稳定等优点,可以达到良好的效果
中频电路的主要作用是对中频电视信号进行放大，另一个是对中频电视信号进行视频信
号解调和差拍出6.5MHz的第二伴音中频调频信号。
中频电视信号是一个频率固定的高频信号，我国标准规定图像中频为38MHz，伴音中频为31.5MHz，中频只是相对于输入高频信号而言。
高频头输出的中频信号幅度非常小，并且还有很多杂波，需要把杂波滤除后再进一步进行放大。
中频信号杂波滤除一般用声表面波滤波器，其原理是把电信号通过换能器变成声波，声波在一种类似音叉结构的介质中传播会产生共振，产生共振信号的幅度会迭加，非共振信号的幅度会相减，产生共振的声波最后又用换能器把它转换成电信号，实际上，换能器就是我们很熟识的压电陶瓷片。
声表面波滤波器是在一块硅片上做成很多个类似音叉结构的声波滤波器，其性能可以互相迭加，保证声表面波滤波器有非常高的选择性和6MHz带宽。
经中频放大后的输出信号达1伏以上，然后进行视频检波。
3、设计思路
中频放大器电路通常包括带通滤波、前置中放、主中放、AGC检波与放大和限幅等电路,图为中频放大器的组成框图:
二、设计内容
1问题的提出
设计一个中频放大器使得能够对小信号进行放大。
2主要技术指标
频率范围：
10Hz~100Hz，100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz
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.首先应该根据基带占据的频率宽度来选择中频,中频要远远大于基带的最高频率,这是为了便于解调后滤去中频分量,还原基带信号,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带宽影响小,中频放大器工作稳定,中频较高时,解调时更易滤去残余分量,可以减小镜向通道和本振噪声的影响.
3设计要求
根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。
（1）提出具体方案。
（2）给出所设计电路的原理图。
（3）进行电路仿真
第二章基本原理
一、中频放大电路的组成
FM解调电路
1
FM中频放大电路的实际电路实现
根据公式40Vg+10可知，两片芯片的工作电压分别为5V至6V和6V至7V。
可以保证在增益-20dB到+60dB范围内都是可调节的。
而且当第一片AD603达到最大增益时，第二片开始工作，这样一叠加，可大大扩大增益控制范围。
2芯片介绍
AD603是一款用于RF和IFAGC系统的低噪声，压控放大器。
管脚的连接方式决定了
其增益范围。
当其工作带宽为90MHz时，可提供-11dB到+31dB的可变增益，当其工作带
宽为9MHz时，可提供+9dB到+51dB的可变增益。
当增益用dB来表示时，是线性的。
通
过外部电阻来调整增益的大小。
它的原理框图如下[3]：
3中频放大在调频解调电路中的工作原理
1.FM中频放大电路工作原理
方案一:
TOSHIBA2SC2669最大极限参数值（Ta=25℃）
[取自东芝的产品规格表]
参数名称
符号
参数
单位
集极-基极间电压
VCBO
35
V
集极-射极间电压
VCEO
30
V
射极-基极间电压
VEBO
4
V
集极电流
IC
50
mA
基极电流
IB
10
mA
集极损失
PC
200
mA
接合温度
Ti
125
℃
保存温度
Tstg
-55--125
℃
单位：
mm
其中主要参数说明:
电源电压
9V
中心频率
10.7MHz
输入限制电压
（-3dB）限制
30dBμ
频带宽
（-3dB）
300KHz
（-20dB）
800KHz
检波频率范围
中心频率±250KHz
（2）
TOSHIBA2SC2669一般参数值（Ta=25℃）[取自东芝的产品规格表]
参数名称
符号
测试条件
最小
标准
最大
单位
集极截止电流
ICBO
VCB=35V.IE=0
-
-
0.1
μA
射极截止电流
IEBO
VEB=4V.Ic=0
-
-
1.0
μA
直流电流放大率
hFE（注）
VCE=12V.IC=2mA
40
-
240
集极-射极间饱和电压
VCE（sat）
Ic=10mA.IB=1mA
-
-
0.4
V
集极-射极间电压
VBE
Ic=10mA.IB=1mA
-
-
1.0
V
暂态频率
fr
VCE=10V.IC=1mA
100
-
-
MHz
集极输出容量
Cob
VEB=4V.IE=0.f=1MHz
-
2.0
-3.2
pF
CC·rbb积
Cc·rbb
VCE=10V.IE=-1mA.f=30MHz
-
-
50
ps
电功率放大率
Gpe
Vcc=6V.IE=-1mA.f=10.7MHz
27
30
33
dB
方案二:
方案三:
4中频放大电路及其交流等效电路
选择度的规格订为频带宽300KHz（-3dB）或稍微宽一些。
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。
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。
方案四:
中频放大器是接收机电压增益的主要来源，需要提供约60dB的增益。
为了保证放大器具有良好的传输特性，一般采用宽带放大电路形式。
中频电路的作用是当接收机输入信号强度发生变化时，自动调节中频放大器的增益，使中放输出信号电平基本上保持不变。
实现该电路功能的方法有许多种，通常是利用有源器件的增益或衰减量与偏置电流或偏置电压之间的关系特性来实现。
上图是利用前置中放管正向特性进行控制的例子。
当输出中频信号变强时，从检波二极管D1上检出的电平上升，经运放4558放大并滤波后输出的直流电平也随之升高。
这一控制电平加到前置中放管BG1基极，使其偏置电流c增大，Uce下降，从而使增益下降。
输入中频信号从第一栅极输入，放大后的中频信号从漏栅输出。
控制电压从第二栅极加入，通过改变第二栅压来控制场效应管放大器的增益。
这种电路的特点是增益控制范围大。
上图是利用PIN二极管构成的电调衰减器来实现控制。
PIN管实际上是一种其等效电阻随偏置电流改变而大范围改变的二极管，当它完全导通时（电流增大），其等效电阻仅为几至十几Ω，而当完全载止时（电流为零），其等效电阻达几十kΩ至几百kΩ。
方案五：
主要参数:
gie＝2860μS；Cie＝18pF；goe＝200μS；Coe＝7pF；yfe＝45mS；ϕfe＝－54o；yre＝0.31mS；ϕre＝－88.5o
第三章中频放大的特性
一、中频放大的特性:
由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带B＝f2-f1＝
，见图Z1009。
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。
1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。
2一般收音机采用两级中放，有3个中频变压器（常称中周）。
第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，第三个中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样,所以不能互换使用。
但是在实际中，我们都需要留出一定的富裕量确保电路工作的一致性。
在这里，我们选用了5.1V至6.85V的工作范围，其工作曲线为：
第四章系统性能指标与改进
一、中频放大的质量指标：
1.增益（放大系数）
电压增益Av=V。
/Vi
功率增益Ap=Po/Pi
分贝表示Ap=10lgPo/Pi
Av=20lgVo/Vi
2.通频带
放大器的电压增益下降到最大值的0.7倍时，所对应的频率范围成为放大器的通频带，用BW0.7表示，也称为带宽。
由于放大器所放大的一般都是已经调制的信号，而已经调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带,以便让必要的信号的频谱分量通过放大器。
与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和等效品质因数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选择性
从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）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。
（1）矩形系数。
按理想情况，谐振曲线应为一矩形。
即在通带内发放大量均匀。
在通带外不需要的信号得到完全衰减。
但实际上不可能，为了表示实际曲线接近理想曲线程度，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=2Δf0.1/2Δf0.7
Kr0.01=2Δf0.01/2Δf0.7
2Δf0.1，2Δf0.01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。
（2）抑制比。
表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。
dn=Av0/An
用分贝表示dn=20lgdn。
An为干扰信号的放大倍数；Av0为谐振点f0的放打倍数。
4工作稳定性
在电源电压变化或者器件参数变化时，以上三个参数的稳定程度。
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，不稳定情况的极端情况是放大器的自激，以致放大器完全不能工作。
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。
5噪声系数
放大器的噪声性能可用噪声系数表示
NF=PSI/PNI（输入信号性噪比）/PSO/PNO（输出性噪比）
在多级放大器中，前两集的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。
以上这些要求，相互之间既有联系又有矛盾，增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。
因此再设计电路时要特别注意。
6结论和改进
通过试验验证，可知该电路达到了设计的目的，而且器件简单，成本低廉，在整个试验项目中，很好的完成了相应的控制以及小信号的放大，克服了远近效应，但是由于AD603的输出电阻是200欧姆，因此需要考虑提高它的驱动能力，在实际中是通过在信号之后增加一个射极
跟随电路来完成这个功能。
第五章总结及心得
通过对中频放大器的设计，我深刻认识到了理论联系实际的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。
最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。
高频电子线路作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力
中对高频的兴趣也在逐渐增加。
这次中频放大放大器课程设计我们历时两个星期，在我们班里算是倒数几组完成的吧，但经过这两个星期的实践和体验下来，我们又怎么会去在乎那个先后问题呢，因为对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。
现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能!
两个星期前我们两个人还在为到底选那个课题而发生分歧，最后还是在王老师的耐心分析和指导下完成了课题的选定，但是随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。
作为一个团队，分工就显得尤为重要，在我们的讨论下我得到了连接硬件电路的任务，不过没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力，最后在我们组员的帮助下也算是很好的完成了这项任务，在其他组员纷纷完成了初步的工作后，我们自信满满的准备调试，但第一次就给了我们致命的打击，设计的功能不能全部实现出来。
课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多!
参考文献
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［6］陈永甫.通信系统与信息网.北京电子工业出版社.1996.
［7］南利平.通信原理.北京.清华大学出版社.2002.
［8］沈伟慈.高频电路.西安.西安电子科技大学出版社.2002
附录
调频附加信道（FM－SCA）广播是在现有的调频广播中利用增加的附加信道来传送金融股市、交通气象等业务信息的调频多工广播，实现“台中有台”，无需申请新的通信频率和新的建台费用。
从1992年广州交通台开播（我国第一个FM－SCA广播电台）至今，我国各大中城市的调频广播电台都相继增设FM－SCA电台广播节目。
我国国
家规定是67KHZ经调频鉴频器一次鉴频所得的67kHzFM－SCA副载波信号经L1、C1选频网络选频后注入IC{16}脚至IC内置混频器，与由石英晶体JT1（522kHz）和两个330pF电容的外围元件与IC内晶体管构成的电容三点式本机振荡器产生的522kHz本振信号进行混频。
混频所得455kHz调频中频信号由IC③脚输出，经455kHz陶瓷滤波器JT2选频后注入IC⑤脚。
经IC内六级宽带差动限幅中频放大和双差分正交调频鉴频后所得FM－SCA广播节目音频信号从IC⑨脚以有源负载射极输出缓冲器形式输出，完成FM－SCA广播的高灵敏度。
近年来,数字通信取得了飞速的发展,新的技术和方法不断涌现。
而数字调频,在数字通信中则常称为频移键控（FSK）技术,由于其实现比较容易,设备相对简单,并且具有较高的可靠性，而在远程低速水声通信中得到广泛的应用。
从数字调频信号的接收方式来看,通常有相干解调和非相干解调两种方式。
其中相干解调方式利用接收端所拥有的关于载波频率和相位的信息进行解调,其抗噪声性能优于非相干解调,但是由于它需要进行载波恢复而使得其设备较非相干解调复杂,在技术实现上有一定的困难。
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