小信号调谐放大器电路设计、基于malab的带通滤波器设计.doc
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1、一、 硬件部1、原理11.1小信号调谐放大器的主要特点11.2小信号调谐放大器的主要质量指标11.2.1谐振频率11.2.2谐振增益(Av)11.2.3通频带11.2.4增益带宽积21.2.5选择性21.2.6噪声系数31.3 单级单调谐回路谐振放大器电路原理32、 电路图43、 实验过程44、 实验结果6二、 软件部分1、 凯瑟窗71.1 原理71.2 参数设置71.3 matlab程序81.4 实验图像92、 频率采样法112.1 原理112.2 参数设置112.3 matlab程序122.4 实验图像13三、实验心得15四、参考文献16一、硬件部分我们组硬件部分设计题目是:小信号调谐放大
2、器的设计。1、原理: 1.1 小信号调谐放大器的主要特点晶体管集电极负载通常是一个由 LC组成的并联谐振电路。由于 LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化,理论上可以分析,并联谐振在谐振频率处呈现纯阻,并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率,输出增益减小。总之,调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用,同时也起着滤波和选频的作用。1.2小信号调谐放大器的主要质量指标衡量小信号调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面:1.2.1谐振频率 放大器调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率,理论上,对于 LC组成的并联谐振电路,谐振频率 的表达式为:式
3、中,L 为调谐回路电感线圈的电感量;C 为调谐回路的总电容。 1.2.2谐振增益(Av)放大器的谐振电压增益放大倍数指:放大器处在在谐振频率f0下,输出电压与输入电压之比。 Av的测量方法:当谐振回路处于谐振状态时,用高频毫伏表测量输入信号Vi和输出信号Vo大小,利用下式计算: dB 1.2.3通频带由于谐振回路的选频作用,当工作频率偏离谐振频率时,放大器的电压放大倍数下降,习惯上称电压放大倍数Av=Vo/Vi下降到谐振电压放大倍数Avo的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW,通常用2f0.7 表示。有时也称2f0.1为 3dB 带宽。通频带带宽:式中,Q为谐振回路的有
4、载品质因数。当晶体管选定后,回路总电容为定值时,谐振电压放大倍数fo与通频带BW的乘积为一常数。图1-1 放大器的通频带和谐振曲线 1.2.4增益带宽积增益带宽积BWG也是通信电子电路的一个重要指标,通常,增益带宽积可以认为是一个常数。放大器的总通频带宽度随着放大级数的增加而变窄,BW越大,增益越小。二者是一对矛盾。 不同电路中,放大器的通频带差异可能比较大。如:在设计电视机和收音机的中频放大器时,对带宽的考虑是不同的,普通的调幅无线电广播所占带宽是9kHz,而电视信号的带宽需要6.5MHz,显然,要获得同样的增益,中频放大器的带宽设计是完全不同的。 1.2.5选择性放大器从含有各种不同频率的
5、信号总和中选出有用信号,排除干扰信号的能力,称为放大器的选择性。选择性的基本指标是矩形系数。其中,定义矩形系数是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数的10所对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707时所对应的频率偏移2f0.1之比,即:同样还可以定义矩形系数,即: 显然,矩形系数越接近1,曲线就越接近矩形,滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。 1.2.6噪声系数 ,NF越接近 1 越好。 1.3单级单调谐回路谐振放大器电路原理图1-2 单级单调谐回路谐振放大器 上图是一个单级单调谐回路谐振放大器的原理图,理论上分析,谐振时电压增益:放大器的增益可用带宽表示为:,其中单调谐放大器的选择性用矩形系数来表
6、示为:所以单调谐放大器的矩形系数比 1大得多,选择性比较差。2、电路图: 图1-3 电路图 图1-4 仿真图3、实验过程:我参与了电路搭建的工作,按照电路图将元件连接好后,输入信号465KHz,在示波器示波器显示出有抖动的波形,刚开始我们只是调节中周,但是波形依旧在抖动,无法显示正确波形,经过陈丽娟老师的指点,我们才知道应该是信号源和中周一起调节,在调节中周和信号源输入频率的后,波形仍无好转,于是更换了从别人那里借来的中周,情况还是没有转变,于是我们认为是电路搭建出现了问题,然后就重新搭建,但是波形和前面的没有任何变化,后来问了陈丽娟老师后,我们换了信号源和信号输入的线,调节后,出现了正确的波
7、形。 图1-5实 物 电 路 图 图1-6工 作 台 图1-7输入信号波形 图1-8调节后的波形输出4、实验结果: 我们选择的是输入A=40mV,谐振频率f=3.38Mhz,经过放大器后输出1.18V,f1=3.82MHz,f2=3.07Mhz,通频带BW=f1-f2=0.75MHz。信号频率(MHz)1.552.973.073.183.383.483.803.834.44.8输出信号电压(V)0.1180.8680.8320.9631.181.1000.8660.8320.4230.255二、软件部分 软件部分由xx和我负责,我们组选择的是题目1-B,设计带通滤波器,要求使用两种方法。1、
8、凯瑟窗: 1.1原理:凯瑟窗函数是一种可调整的窗函数,是最有用且最优的窗函数之一。通过调整控制参数可以达到不同的阻带最小衰减,并提供最小的主瓣宽度,也就是最窄的过渡带。反之,对于给定的指标,凯瑟窗函数可以使滤波器阶数最小。凯瑟窗函数由下式给出: 式中,是调整参数,()表示零阶第一类修正贝塞尔函数,可以用下式计算: 实际中取前20项就可以满足精度要求。参数控制加窗设计滤波器的阻带最小衰减。凯瑟给出的估算和滤波器阶数N的公式如下: 式中,=是数字滤波器过渡带宽度。应当注意,因为上式为阶数估算,所以必须对设计结果进行检验。 1.2参数设置: 根据题目要求,需要滤除频率为0.13和0.64的噪声,通过
9、频率为0.3和0.46。因此,我设置的阻带和通带截止频率分别为wsl=0.14,wpl=0.28,wph=0.48,wsh=0.6,Rs=60dB,故过渡带宽为DB=wpl-wsl=0.14,其估算的式子为0.112(-8.7)。由奈奎斯特抽样定理得,fs=2*320=640(Hz),这里为了得到更好的抽样效果,选取fs=1000Hz。 1.3 matlab程序: %kaiser滤波器%wsl= 0.14*pi; %临界频率采用模拟角频率表示 wsh= 0.6*pi; %临界频率采用模拟角频率表示wpl= 0.28*pi; %临界频率采用模拟角频率表示 wph=0.48*pi; %临界频率采用
10、模拟角频率表示rs=60; %阻带最小衰减DB=wpl-wsl; %过渡带宽B=0.112*(rs-8.7); %计算凯瑟窗控制参数M=ceil(rs-8)/2.285/DB);%计算所需h(n)长度M,ceil(x)取大于等于x的最小整数wc=(wpl+wsl)/2/pi,(wph+wsh)/2/pi;%计算理想带通滤波器通带截止频率(关于归一化)h=fir1(M-1,wc,kaiser(M,B); %调用fir1计算带通FIRDF的h(n)Fs=1000; %抽样频率H,w1=freqz(h,1,M,Fs); %求滤波器幅度响应,设置最大幅度为1plot(w1,abs(H); %画出滤波器
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- 信号 调谐放大器 电路设计 基于 malab 带通滤波器 设计