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通信电子线路课程设计说明书

高频小信号调谐放大器

系 、 部： 电气与信息工程系

学生姓名： 陈 颖

指导教师： 贾雅琼 职称 讲师

专 业： 电子信息工程

班 级： 电子0903班

完成时间： 2011年12月6日

引 言

随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。

通信电子线路学是一门应用很广泛的科学技术，发展及其迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。

在无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。所以，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。而且，通过长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理。这就需要通过高频小信号放大器来完成。这种小信号放大器是一种谐振放大器。

高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。

高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。

任务书

一、设计题目：高频小信号调谐放大器

二、适用班级：电子0901～0903

三、指导教师：贾雅琼

四、设计目的与任务：

学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《通信电子线路》中所学的理论知识和实验技能，掌握通信电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

五、设计要求

设计一个高频小信号调谐放大器。要求中心频率为20MHz,电压增益，通频带为4MHz，负载电阻100，电源电压+12V。

概 序

高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。

高频小信号放大器的分类：

按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;高频小信号放大器的特点：

频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度在几KHz到几十MHz，故必须用选频网络小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类 放大器)即工作在线形放大状态。

用谐振回路作负载，即对靠近谐振频率附近的信号有较大的增益，对远离谐振频率附近的信号其增益迅速下降，即具有选频放大作用。

其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。

第一章 高频小信号放大器主要性能指标简介

高频小信号放大器的主要性能指标包括电压增益与功率增益、频带宽度、矩形系数、工作稳定性。

1. 电压增益与功率增益

电压增益等于放大器输出电压与输入电压之比；而功率增益等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。

2．频带宽度

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，习惯称电压的放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式：

BW=2Δ= 式1-1-1

上式中为谐振回路的有载品质因数。可知放大器的谐振电压放大倍数Av与通频带BW的关系为： 式1-1-2

上式说明，当晶体管选定即确定，且回路总电容为定值时，谐振放大倍数Avo与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器的增益为一常数的概念是相同的。由于谐振回路失调后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图1-1-1所示。由式1-1-1可得：

式1-1-3

通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式1-1-2可知，除了选用较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总电容量。如果放大器只是用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减少通频带BW，尽量提高放大器的增益。

其频率特性曲线如图（1-1）所示：

图（1-1-1）频率特性曲线

3．矩形系数

矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。用表示。矩形系数为为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏移之比，即

= 式1-1-4

式1-1-4中， 为放大器的通频带，为放大器的电压增益下降至最大值的0.1倍时所对应的频带宽度。矩形系数越接近1，邻近波道的选择性越好，滤除干扰能力越强。一般单级谐振放大器的选择性较差，因其矩形系数远大于1，为提高放大器的选择性，通常用多级谐振放大器。

4．工作稳定性

指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元件参数等在可能发生变化时，放大器主要性能的稳定程度。放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器的性能。有无反馈对其稳定性影响的比较曲线图如下图（1-2）所示：

图（1-2）反馈对放大器谐振曲线的影响

第二章 电路设计原理

2.1单调谐谐振放大器

小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS＝10.7MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。调节可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。

高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。

图2-1-1 单调谐放大器

2.1.1谐振频率

放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为

式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；

为调谐回路的总电容，的表达式为

式中， Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。

谐振频率f0的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。

2.1.2电压放大倍数

放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为

式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180? 而是为180?+Φfe。

AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：

AV0 = V0 / Vi 或 AV0 = 20 lg (V0 /Vi) dB

2.1.3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下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为

BW = 2△f0.7 = f0/QL

式中，QL为谐振回路的有载品质因数。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为

上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。

通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。

可得：

通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。

2.1.4选择性

调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kv0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0.1 AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707 AV0时对应的频率偏移之比，即

Kv0.1 = 2△f0.1/ 2△f0.7 = 2△f0.1/BW

上式表明，矩形系数Kv0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数Kv0.1远大于1），为提高放大器的选择性，通常用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数Kv0.1。

单调谐放大器的矩形系数远大增益与带宽的乘积是一个常数。这就是说明单调谐放大器的增益和通频带是一对矛盾，要增大增益，必然要减小通频带。将变窄。但是这对矛盾在低增益或窄带放大器的情况下并不冲突。一般的解决方法是尽可能选择大的晶体管，设计较小的回路总电容。

第三章 高频小信号调谐电路的设计

3.1单级调谐电路设计

3.1.1电路结构的选择

根据设计任务书的要求，因放大器的增益大于20dB，且，，可用单级放大器实现，拟定高频小信号谐振放大器的电路原理图如图3-1-1所示。

图3-1-1高频小信号单级调谐放大电路

图3-1-1中变压器T1为耦合元件，变压器T2为耦合元件；初级线圈与电容器C组成选频回路；晶体管T放大元件；电阻Rb1、Rb2为偏置电阻，固定晶体管的基集静态电位；电阻Re 发射极直流负反馈电阻，稳定静态工作点；电容C与CT、T2初级线圈组成晶体管集电极谐振负载，起选频作用；电容器CT谐振回路谐振频率调节电容；电阻RT谐振回路可调电阻，调节谐振回路品质因素，实现阻抗匹配；电容器Cf电源滤波电容；电容器Cb基极旁路电容；电容器Ce发射极旁路电容；Vcc为直流电源。

静态工作过程当输入信号ui=0V时，放大器处于直流工作状态(静态)。理想情况下，变压器T1的次级、变压器T2的初级视为短路，电容器Cb、Ce、Cf视为开路，放大器的直流通路如图3-1-2(a)所示。此时，输出信号为0。

图3-1-2 放大器交流和直流通路

动态工作过程当输入信号ui不等于0V时，放大器处于交直流工作状态(动态)。理想情况下，电容器Cb、Ce、Cf视为短路，放大器的交流通路如图3-1-2(b)所示。

3.1.2电路参数的计算与元件选择

(一)选择晶体管与计算Y参数

根据晶体管Y参数等效电路可知，为了保证当大气工作稳定，应该选择yre小的晶体管。为了能在给顶的工作频率上正行工作，要求晶体管的频率特性要好，一般选用的管子。在要求电压增益高的情况下，应选取|yfe|大的晶体管。

由于设计要求，，且电压增益不是很大，选用晶体管3DG6C在性能上可以满足需要。晶体管选定后，根据高频小信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前提下，应尽量小些以减小静态功率损耗。值得注意的是，变化会引起Y参数的变化，在正常的取值范围内，随着的增加，|yfe|变大，gie、goe略有增加。这里用等于1mA进行Y参数计算，看是否能满足增益的需要，否则将进行调整。

已知晶体管3DG6C的参数为，，，，。据此可求得：

(1)发射结的结电阻3；

(2)发射结的结电导-3S；

(3)晶体管的跨导-3S；

(4)发射结电容-12F = 24.5pF。

2、由混合参数求Y参数

由于，，可以按下列公式计算：

共射晶体管输入导纳

（3-1-1）

由此可得：，-12F

共射晶体管输出导纳

（3-1-2）

由此可得：，-12F

共射晶体管正向传输导纳

（3-1-3）

由此可得：，。

共射晶体管反向传输导纳

（3-1-4）

由此可得：，。

确定静态工作点

根据晶体管的混合参数已知条件可知：晶体管为3DG6C，，，。为了稳定静态工作点，晶体管分压式偏置电阻上流过的电流一般需设置为(5~10)，这里取10倍关系，并设置，，则

取标称值为13K，得到实际流过偏置电阻上的电流为：

在实际制作过程中，可用30的电阻和50的电位器串联，以便调整静态工作点。

计算谐振回路参数

高频小信号谐振放大器的Y参数等效电路和简化等效电路，分别如图1-3、1-4所示。

图3-1-3 Y参数等效电路

图3-1-4简化等效电路

计算谐振回路总电容

由图可知谐振回路的总电容为

(3-1-5)

式中，,，，。

选取，，，，则有谐振回路总电容为

，为了计算方便，可通过调节可变电容CT使。

根据谐振频率选取电感L

由公式可得：

=44.38

根据中心频率可得回路的损耗电导

(3-1-6)

其中有载品质因数，故

0.542mS

由图3-1-4可知回路损耗电导

(3-1-7)

式中，为空载品质因素，其表达式为

(3-1-8)

若取回路空载品质因素，则有。

在式(3-1-7)中代入，，，可得

解得。

电压增益

(3-1-9)

第四章 EWB仿真分析

4.1 EWB软件简介

EWB是一种电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为Electronics Workbench。EWB是加拿大Interactive Image Technologies公司于1988年开发的，自发布以来，已经有35个国家、10种语言的人在使用。EWB以SPICE3F5为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。SPICE3F5是SPICE的最新版本，SPICE自12年使用以来，已经成为模拟集成电路设计的标准软件。

EWB建立在SPICE基础上，它具有以下突出的特点：

（1）用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；

（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 （5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

4.2利用EWB仿真软件仿真高频小信号单调谐放大电路

4.2.1高频小信号单调谐放大器仿真电路

图4—1-1 高频小信号单调谐放大器仿真电路

4.2.2静态测试

选择“Analysi”→“DC Operating Point”，设置分析类型为直流分析，可得放大器的直流工作点如下图4-1-2图所示。

图4-1-2 放大器的直流工作点

4.2.3动态测试

电压增益当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如下图所示的输入、输出波形。如图4-1-3所示。

图4-1-3 高频小信号谐振放大器输入、输出波形图

矩形系数，双击波特图仪，适当选择垂直坐标与水平坐标的起点和终点值，即可看到如下图4-1-4所示的高频小信号谐振放大器的特性曲线

图4-1-4 高频小信号谐振放大器的特性曲线

4.3利用EWB仿真软件仿真高频小信号共发射极双调谐放大电路

4.3.1高频小信号双调谐共发射极放大器仿真电路

如下图4—2-1所示

图4—2-1高频小信号双调谐共发射极放大器仿真电路

4.3.2动态测试

(1)电压增益

当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如下图所示的输入、输出波形。如图4-2-3所示。

图4-2-2 高频小信号双谐振共发射极放大器输入、输出波形图

4.3.3矩形系数

双击波特图仪，适当选择垂直坐标与水平坐标的起点和终点值，即可看到如下图4-2-3所示的高频小信号谐振放大器的特性曲线

图4-2-3 高频小信号双调谐共发射极放大器的特性曲线

4.3谐振参数对输出波形的影响

当输入信号参数不变、改变谐振网络的参数其输入信号与输出信号波形图如图4-3-1所示。

图4-3-1 谐振参数对输出波形的影响

当输入信号的频率大小不在谐振频率的频带范围内则会发生严重的失真。甚至为一条直线。因为小信号谐振放大就是利用晶体管的非线性特性将集电极直流按一定特性转化为高频信号。

设计心得体会

通过课程设计不但锻炼了我们最基本的通信电子线路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了通信电子线路这门课程在实际中的应用。

在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，但在同伴们的共同努力下，辛苦的去专研去学习，最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。其中遇到的问题很多都是在书上不能找到的，所以我们必须自己查找相关资料，利用图书馆和网络，这是一个比较辛苦和漫长的过程，你必须从无数的信息中分离出对你有用的，然后加以整理，最后才学习到变为自己的并用到设计中的问题去。也正是在这个查找与整理的过程中，使我们初步学会了如何去找到于自己有用的。因为在信息高度发达的现代社会，一个人要想获得成功，除了自己的努力外，还必须学会利用更多其他人的知识，这样我们才能快速的掌握知识和能力。当然这个过程是一个积累的过程，当你做的多了以后你就会积累相当多的经验，会注意在设计的过程中要注意那些问题，那些方法可以使设计一次完成而不用再不断的返工。不像我们刚开始的时候什么都不知道，真的就是凭着自己上课的一点知识来做的。当然设计会有很多不合理的地方，需要在后期的工作中去修改和完善。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过本次课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的做课程设计，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，平时相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；同时也培养了我们的团队意识。我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋。更加激发了我们对后续专业知识的学习兴趣。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计的过程必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在此忠心的感谢老师为我们提供了这样一次难得的锻炼机会。

参考文献

[1]胡宴如.模拟电子技术[M].第三版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]湖南工学院电气与信息工程系电工电子实验室. 电路分析与电子技术试验指导书[M].2005.

[3]谢自美.电子线路设计.实验.测试.[M].武汉：华中科技大学出版社，2000.

[4]曹才开.电路分析.北京：清华大学出版社，2008

[5]刘泉，通信电子线路——武汉：武汉理工大学出版社，2005

[6]张肃文，高频电子线路——北京：高等教育出版社，2004

[7]刘骋，高频电子技术——北京：人民邮电出版社，2006

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在我们的生活中，我们大家应该都看过电视吧，最初的是黑白电视，随着科技的发展，发明了彩色电视，现在几乎每个家庭都有电视，电视机本身是没有节目的，只要我们给电视机装上有线天线，这样我们就可以看到很多的电道，通过看电视可以很好的放松我们自己，我们要知道，有线电视的配备设备中有分配器，下面小编就来给大家介绍一下它的作用。

有线电视的分配器是用来分配有线电视信号的器材。每个用户的信号都是从分配器分配进入我们每家每户的。例如：一分二有两种，一种是一分支器(IN，OUT，BR)还有就是二分配器(IN，OUT，OUT)信号进线接IN，两个OUT分别接用户电视。

　　原理：

有线电线分配器原理就是通过一些电阻电容电感的阻抗变换匹配电路合理分配信号，使各路输出端的信号互相不受影响，并且也不会影响到输入端的信号，但是分配器是有一定衰减作用的。

　　作用一：

1.有线电视的分配器可以用于分配信号，譬如三分配器就是用于将一路信号平均分配成为三路，但在分配信号的同时也会带来分配损失，以三分配器为例，它的分配损失就是6dB，也就是说它的每一路信号都比原来的信号强度要减少6dB。

　　按照有线电视线路的标准，一般用户连接一个四分配器是不需要再加放大器的。

有线电视分配器对信号功率的分配分量大小用db(分贝)表示，这是一个相对量，类似我们日常所熟悉的倍数。例如：我们把一个信号按1/2平均分配，每个信号即为0.5。换算成分贝表示即：lg0.5(取0.5的对数)X?10?-3db,因此，在理论上，把一个信号一分为二，这个信号即减小了-3db。但在实际运用中，这些器件都不是理想化的。所以，实际衰减要稍大于理论值。

　　作用二：

有线电视分配器不但具有功率信号的分配功能，更重要的是它在分配信号的同时，对端口的是设备起到阻抗匹配的作用，这在高频宽带电路中是非常重要的。

关于有线电视的分配器作用已经告诉了大家，其实分配器的作用在我们的生活中是很重要的，因为很多家庭都有电视，所以就可能会接触到分配器，分配器是和信号有关系的，而我们看电视又离不开信号，所以说感兴趣的朋友可以对这方面的知识多加了解，我们会发现，生活中有很多需要我们学习和了解的知识，希望我们大家都可以从生活中不断的学习。

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高频变压器线径的确定根据公式D=1.13(I/J)^1/2可以计算出来,J是电流密度,不同的取值计算出的线径不同.由于高频电流在导体中会有趋肤效应,所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度.公式:d=66.1/(f)^1/2

如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度,就需要用多股线或利兹线

例如:1A电流,频率100K.设电流密度取4A/mm^2

D=1.13*(1/4)^1/2=0.565mm Sc=0.25mm^2

d=66.1/(f)^1/2=66.1/100000^1/2=0.209mm

2d=0.418mm

用0.4mm的线,单根0.4的截面积Sc=0.1256mm^2

2根0.4的截面积Sc=0.1256*2=0.2512mm^2

可以看出用2*0.4的方案可以满足计算的要求.

关于大功率高频变压器的设计！

悬赏分：20 - 解决时间：2008-7-2 17:51

设计一个12V500A和12V1000A的高频变压器，所用的铁芯（环形非晶铁芯)导磁截面和窗口面积一样大吗？

提问者： lilibao9 - 职场新人 最佳答案高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。

设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。

高频变压器的设计通常用两种方法[3]：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。

注意：

1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。

2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。

单片开关电源高频变压器的设计要点

高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。

单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简电路、最佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。

高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件，单片开关电源中高频变压器性能的优劣，不仅对电源效率有较大的影响，而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性（EMC）。为此，一个高效率高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小等条件。

高频变压器的直流损耗是由线

圈的铜损耗造成的。为提高效率，应尽量选择较粗的导线，并取电流密度J=4～10A／mm2。

高频变压器的交流损耗是由高频电流的趋肤效应以及磁芯的损耗引起的。高频电流通过导线时总是趋向于从表面流过，这会使导线的有效流通面积减小，并使导线的交流等效阻抗远高于铜电阻。高频电流对导体的穿透能力与开关频率的平方根成反比，为减小交流铜阻抗，导线半径不得超过高频电流可达深度的2倍。可供选用的导线线径与开关频率的关系曲线如图1所示。举例说明，当f=100kHz时，导线直径理论上可取φ0.4mm。但为了减小趋肤效应，实际可用更细的导线多股并绕，而不用一根粗导线绕制。

在设计高频变压器时必须把漏感减至最小。因为漏感愈大，产生的尖峰电压幅度愈高，漏极钳位电路的损耗就愈大，这必然导致电源效率降低。对于一个符合绝缘及安全性标准的高频变压器，其漏感量应为次级开路时初级电感量的1％～3％。要想达到1％以下的指标，在制造工艺上将难于实现。减小漏感时可取以下措施：

减小初级绕组的匝数NP；

增大绕组的宽度（例如选EE型磁芯，以增加骨架宽度b）；

增加绕组的高、宽比；

减小各绕组之间的绝缘层；

增加绕组之间的耦合程度。

电源高频变压器的设计方法

设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反馈式电流不连续电源高频变压器为例，介绍一种电源高频变压器的设计方法。

设计目标：电源输入交流电压在180V~260V之间，频率为50Hz，输出电压为直流5V、14A，功率为70W，电源工作频率为30KHz。

设计步骤：

1、计算高频变压器初级峰值电流Ipp

2、求最小工作周期系数Dmin

3、计算高频变压器的初级电感值Lp

4、计算出绕组面积Aw和铁心有效面积Ae的乘积Aw*Ae,选择铁心尺寸。

5、计算空气间隙长度Lg

6、计算变压器初级线圈Np

7、计算变压器次级线圈Ns

高频变压器：整流、变压

在传统的高频变压器设计中，由于磁心材料的限制，其工作频率较低，一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化，高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的关键因素。

作为开关电源最主要的组成部分，高频变压器相对诖?车墓て当溲蛊饔幸韵掠诺悖豪?锰?跆宀牧现瞥傻母咂当溲蛊骶哂凶?恍?矢摺⑻寤?∏傻奶氐悖欢?车墓て当溲蛊鞴ぷ髟?0Hz下，输出相同功率时需要较大的截面积而导致变压器体积庞大，不利于电源的小型化设计，而且电源转换效率也低于开关电源。

电脑使用的开关电源一般用半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行降压，输出低电压的交流电。在这个电路中，开关管的最大电流对电源输出功率的大小有一定的限制（通常应用于300W电源的MOS管体积较大，有的电源甚至使用了耐流达到10A的开关管），而高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少，由于工作在很高的频率下，对元件质量的要求和线路的搭配有很高的要求。

抑制高频变压器的音频噪声

高频变压器EE或EI型磁芯之间的吸引力，能使两个磁芯发生位移；绕组电流相互间的引力或斥力，也能使线圈产生偏移。此外，受机械振动时能导致周期性的形变。上述因素均会使高频变压器在工作时发出音频噪声。10W以下单片开关电源的音频噪声频率，约为10kHz～20kHz。

为防止磁芯之间产生相对位移，通常以环氧树脂作胶合剂，将两个磁芯的3个接触面（含中心柱）进行粘接。但这种刚性连接方式的效果并不理想。因为这无法将音频噪声减至最低，况且胶合剂过多，磁芯在受机械应力时还容易折断。国外最近用一种特殊的“玻璃珠”（glassbeads）胶合剂，来粘合EE、EI等类型的铁氧体磁芯，效果甚佳。这种胶合剂是把玻璃珠和胶着物按照1：9的比例配制而成的混合物，它在100℃以上的温度环境中放置1h即可固化。其作用与滚珠轴承有某种相似之处，固化后每个磁芯仍能独立地在小范围内产生形变或移位，而总体位置不变，这就对形变起到了抑制作用。用玻璃珠胶合剂粘接的高频变压器内部。用这种工艺可将音频噪声降低5dB。高频变压器的屏蔽

为防止高频变压器的泄漏磁场对相邻电路造成干扰，可把一铜片环绕在变压器外部，该屏蔽带相当于短路环，能对泄漏磁场起到抑制作用，屏蔽带应与地接通。

基本知识

将两个线圈*近放在一起，当一个线圈线中的电流变化时，穿过另一线圈的磁通会发生相应的变化，从而使该线圈中出现感应电势，这就是互感现象。变压器就是根据互感原理制成的。

按工作频率分，有高频变压器、中频变压器、低频变压器、脉冲变压器。如收音机的磁性天线，它是高频；在收音机的中频放大级，用的是中频的，俗称“中周”；低频的种类较多，有电源变压器、输入变压器等；电视机的行输出变压器，也称“高压包”，它是一种脉冲变压器。

变压比、额定功率、温升、效率、空载电流、绝缘电阻均为其主要技术参数。

在电路中电压变换、电流变换、传递功率、阻抗匹配、或阻抗变换等用途。

电子变压器在电源技术中的作用

作用

电子变压器和半导体开关器件，半导体整流器件，电容器一起，称为电源装置中的4大主要元器件。它在电源装置中的作用：

起电压和功率变换作用；

起传递宽带、声频、中周功率和信号作用；

起传递脉冲、驱动和触发信号作用；

起原边和副边绝缘隔离作用；

起单相变三相或三相变单相作用，起改变输出相位作用；

起改变输出频率作用；

起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用；

起稳定输出电压或电流作用，起调节输出电压作用；

起交流和直流滤波作用；

起抑制电磁干扰作用，起抑制噪声作用；

起吸收浪涌电流作用，减缓电流变化速率；

起储能作用，起帮助半导体开关换向作用；

起开关作用；

起调节电感作用；

起变换电压、电流或脉冲检测信号。

从以上的列举可以看出，不论是直流电源，交流电源，还是特种电源，都离不开电子变压器。有人把电源界定为经过高频开关变换的直流电源和交流电源。在介绍软磁电磁元件在电源技术中的作用时，往往举高频开关电源中的各种电磁元件为例证。同时，在电子电源中使用的软磁电磁元件中，各种变压器占主要地位，因此用变压器作为电子电源中软磁元件的代表，称它们为“电子变压器”。

绕制变压器的材料

要绕制一个变压器我们必须对有关的材料要有一定的认识，下面为你提供了这方面的知识。

1、铁心材料：

使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000。

2、通常用的材料有

漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。

3、绝缘材料

在绕制过程中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。

4、浸渍材料：

绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可用甲酚清漆作为浸渍材料。

高频电源变压器的设计原则

高频电源变压器作为一种产品，自然带有商品的属性，因此其设计原则和其他商品一样，是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。有时可能偏重性能和效率，有时可能偏重价格和成本。现在，轻、薄、短、小，成为它的发展方向，是强调降低成本。其中成为一大难点的高频电源变压器，更需要在这方面下功夫。如果能认真考虑一下它的设计原则，追求更好

我只是想给大家一个合理的解释,这批屏幕到底是哪里来的,因为我本人就在LG工作.

我前几天用RTX问一下,新港LG显示器部门的同事,的确如大家所说,这批屏确实IMAC的拆机屏幕(没有所谓的全新)

当时27寸IMAC存在屏闪烁问题,苹果因为这个出了1-2次固件来修复,但是于事无补,屏幕还是继续闪,(其实屏幕本身和电路存在设计的BUG)

因为当初苹果的订单来的急.,LG没办法在短时间里面拿出那么好要求的屏幕(苹果要求很高)所以这批次屏幕LG本身定义为实验屏 有部分屏背后贴了,仅供评估使用的标签，

后来苹果基于完美和高价的考虑,(苹果的东西几乎都是完美的,但是同时价格也是天价)

找到LG商量,与其说是商量不如说是敲诈, 否则取消后续订单. 苹果用的屏幕基本上是LG的,从mcbook imaciphone1,2,3,4 ,touch, I PAD 1,2 等等

苹果的订单,很大,利润很客观.;无奈LG只的答退回,并重新改良之后给苹果

但是LG如何消化,这批屏幕,才是最大的问题,当初开会讨论,其中有三个方案

1,自己推出个型号,把这批屏幕在市场上消化了但是这个方案,最后被否定了,因为这批屏幕的色温,控制电路,均有问题,草率退出,必将后患无穷(相当于搬起石头砸自己的脚)

2,给下游二线液晶厂商,长城,HKC,奇美,冠捷,等等……(其实这是最简单的,又能一次性出完,又能清库存)LG现在推崇30%库存模式这就是为什么HKC当时传言要出一款27的苹果屏的显示器了,因为当时基本上都和HKC达成共识了

到时候主要部分的电路图丢出来,二线厂商就能制造出驱动芯片和你想要的接口..VGA DVI HDMI 色差,等等等…

但是如果没有,你就是弄不出来,这就是掌握核心技术的力量

本来这方案都要实施了,但是遭遇到DELL SAMSUNG 的强烈反对 此搁浅

(其实我很佩服这论坛上的人,这些都能猜到,还猜的那么准…简直是神了)

3,后来LG放出消息,要处理一批屏幕,不到2天来了不下10个人.吃下了这批屏幕(有协议,不能转给二线厂商）

其实本来说说这批量是很大的,但是最后为什么变小了

我来解释一下,这批屏幕回来之后LG用了一部分屏幕进行继续切割,-3 -4 用来对现有22和24 LED产品线的补充

剩下的就是现在流到市场上的各种DIY版本

说了这么多,语言有点混乱 重新来

1, 此屏幕确实是IMAC的拆机屏,绝非全新;是通过私人吃货的,层层加价给下游商家,方式流出来的绝对不是淘宝上说的工厂批量流出(你当LG,DELL,HP,SAMSUNG是SB?)

2, 其中边框上有胶水的,基本上可以断定是苹果换下来的屏幕,和返厂屏但是LG对一部分进行了清洗

3,LG在收到苹果返回来的屏幕之后进行了一轮筛选,但是筛选的方式和我们不一样,我们是看有没坏点,色斑等等但是LG不一样,因为这些在重新切割了之后都是可以调整的.所以这批流出的屏幕才有极少部分是完美屏,90%的都是苹果更换下来的问题屏幕(也许屏没问题,也许是背光板,电路,等等,)

4,关于驱动面板的问题,液晶颜色显示的好坏,关键全在驱动,而不是在屏幕本身,这点希望大家了解我在淘宝上看了一下,基本上都是说驱动面板是原装的,其实不是当初屏幕流出来的时候,LG给出了部分颜色定义的参数(只是部分)但是其中蓝色,和绿色定义参数少了一组这就是为什么这屏幕的效果比不上原装苹果的道理了,LG也不会,但是对于要求不高的人来说已经够了至于接口的定义,LG也只给出了DP的定义.(剩下的都是对比IMAC的驱动板复制)最后找了一个山寨工厂做出了这个所谓的”原装驱动板’这也是为什么只能调亮度,其它所有的都不能调,你们也可以去APPLE专卖店看看原装货有多少种调节但是LG别人不给你参数,你就是弄不出来.

5,为什么很多人都觉得好,其实这是一个心理因素才作怪,绝大多数买这个显示器的人以前使用的显示器尺寸基本上都在22-24之间,甚至更小,然后突然面对这么大的一个显示器,更多的是一种震撼的感,这是屏的尺寸和显示所决定的而非很多人所说的秒杀苹果原装27LED Cinema Display ,真能秒杀,那LG就别做苹果的订单了这其实是自己内心在作怪,因为很多人都这样,我当初21寸换30的时候也一样

6,关于生产时间,这批屏统一的制造时间起10年3-5月左右,完工之后就交付苹果检测软件其实不准,至于背后的标签,我不想解释什么.因为我国人民最强大的就是衣食住行,什么都有的,连诺基亚的还可以当成真的用,我对我们国家这个行业感到相当佩服

7,我看有朋友说苹果出了27寸的LED Cinema Display来消化,这批屏幕其实不是,问题屏幕早就退还给LG了,苹果现在用的LG另外一批的屏幕

8,说一下这屏幕的优点 虽然少了2组参数,但是起色彩比起现在市场上的中低端显示器还是相对比较好的

色彩过渡来说,也算比较厚道了,LG并没有减少过多的参数

画面看起来比较细腻,因为点距小的原因

其它的卖这个屏幕的人已经都帮我说的差不多了

缺点

因为当初苹果的订单来的急.,LG没办法在短时间里面拿出那么好要求的屏幕所以这批次屏幕LG本身定义为实验屏 有部分屏背后贴了,仅供评估使用的标签，但是现在统一被贴成了11年制造的了。。。

我估计了一下,山寨驱动板只发挥出了这屏幕不到50%的效果.

温度偏高,也许使用并感觉不到什么,但是请注意,这个一体机里面使用的苹果要求屏幕本身发热不能超出XX°,我记不清楚了但是最后好像超了7°左右

色温偏暖,但是又偏不全。。。((有部分偏冷)其实这显示器最强大的是冷色调…………

漏光明显，

色温不平均,这批屏的都有的问题,

还有个就是反光,尤其是使用,,(当初苹果在外面用了2层膜来试图减少反光,但是依然还是比较明显)就更不说了

屏幕有闪烁问题(说白了还是驱动面板的问题) 用数码相机看才看的到,山寨驱动板的刷新,上不了,

建议买了的朋友回去用蜘蛛校一下色,能稍微改善一下

最后,至于这显示器到底怎么样,我想还是仁者见仁智者见智

最后友情提示大家一点, 动手能力好的,还是换个电源.

我看很多朋友都说电源有电流声,背后的电源驱动也有高频啸叫

因为山寨的供电本来就做的烂,加上LED背光源对电压不敏感,而对电流非常敏感

用卖家配送的山寨电源,加上山寨的供电系统,只会让LED加速老化 LG这批LED据说是杭州某个厂家的,至于质量.你懂的

,LED如果一旦出现”光衰’这显示器也就基本残废了

请大家记住一个永远不变的道理，一分钱一分货。莫去贪小便宜，商家比你精多了

最后我来爆一个,此屏幕流出的价格,1XXX. 其中百位数的X 小于5

此屏我不建议大家购买,因问题太多,一旦出现问题,基本无救

并不是屏有问题,而是与之搭配的背光板,驱动板,和驱动电路有问题

如果其中某一个出现问题,基本上你这显示器就……

只是善意提醒,没什么其它的意思

注意,我不想引起什么争论,这篇帖子定义为酒后发帖

以上文字都是测试键盘,显示器,而输入的

谢绝各种围观