高频课程设计报告

课程设计。

设计题目：小信号调谐放大器电路设计、

基于matlab的带通滤波器设计

学生姓名。学号。

专业班级。指导老师。

实验组员。20 13 年 7 月 6 日。

目录。一、硬件部分。

1、原理 1

1.1 小信号调谐放大器的主要特点 1

1.2 小信号调谐放大器的主要质量指标 1

1.2.1谐振频率 1

1.2.2谐振增益（**） 1

1.2.3通频带 1

1.2.4增益带宽积 2

1.2.5选择性 2

1.2.6噪声系数 3

1.3 单级单调谐回路谐振放大器电路原理 3

2、电路图 4

3、实验过程 4

4、实验结果 6

2、软件部分。

1、凯瑟窗 7

1.1 原理 7

1.2 参数设置 7

1.3 matlab程序 8

1.4 实验图像 9

2、频率采样法 11

2.1 原理 11

2.2 参数设置 11

2.3 matlab程序 12

2.4 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（**）

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。

**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：

db1.2.3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**=vo/vi下降到谐振电压放大倍数**o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2δf0.7 表示。

有时也称2δf0.1为 3db 带宽。通频带带宽：

式中，q为谐振回路的有载品质因数。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2δf0.1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 **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。

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、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，β是调整参数，（β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β控制加窗设计滤波器的阻带最小衰减。凯瑟给出的估算β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β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π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1

plot(w1,abs(h画出滤波器幅度响应。

grid;xlabel('频率/hz');ylabel('幅值');

title('滤波器幅频响应');设置图像窗口标题。

figure(2创建图像窗口（2）

freqz(h画图，滤波器幅度响应(db)和相位响应。

信号的处理%

t=0:0.001:1.999设置t变量范围，和步长。

n=2000抽样点数。

fs=1000抽样频率。

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