高频课程设计(3100字)

来源:m.fanwen118.com时间:2021.8.3

高频电子线路课程设计报告

设计题目:压控振荡器的设计 专业:电子科学与技术

班级: 2011级电科1班

学号: 2220105

姓名: 张虎

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目录

1.压控振荡器的定义、工作原理

2.压控振荡器的类型

3.LC压控振荡器

4.电路原理图的改进:

5.vco的性能指

6.调试效果图

7.设计心得体会

8.参考文献

2

1.压控振荡器的定义、工作原理

压控振荡器的工作原理指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路,常以符号(VCO)(Voltage Controlled Oscillator)。其特性用输出角频率ω0与 输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。图1中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率;曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制,就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中,输入控制电压是欲传输或欲测量的信号(调制信号)。人们通常把压控振荡器称为调频器,用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中,输入控制电压是误差信号电压,压控振荡器是环路中的一个受控部件。压控振荡器的控制电压可以有不同的输入方式。如用直流电压作为控制电压,电路可制成频率调节十分方便的信号源;用正弦电压作为控制电压,电路就成为调频振荡器;而用锯齿电压作为控制电压,电路将成为扫频振荡器。

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图1 压控振荡器的控制特性

在压控振荡器中,振荡频率应只随加在变容管上的控制电压变化,但实际电路中,振荡电压也加在变容管两端,这使得振荡频率在一定程度上也随振荡幅度而变化,这是不希望的。为了减小振荡频率随振荡幅度的变化,应尽量减少振荡器的输出电压幅度,并使变容管工作在较大的固定直流偏压(如大于1V)上。图2示出了一压控振荡器线路。它的基本电路是一个栅极电路调谐的互感耦合振

3

荡器。决定频率的回路元件为L1、C1、C2和压控变容管VD2呈现的电容Cj。

压控振荡器的主要性能指标为压控灵敏度和线性度。压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的变化量,用S表示,即

S=Δf/Δu

2、压控振荡器的类型

压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有:频率稳定度好,控制灵敏度高,调频范围宽,频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高,但调频范围窄,RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽,LC压控振荡器居二者之间。在下面主要分析LC压控振荡器和晶体压控振荡器。

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压控振荡器线路

3.LC压控振荡器

在任何一种LC振荡器中,将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管,后来大都使用变容二极管。图 2是泼型LC压控振荡器的原理电路。图中,T为晶体管,L为回路电感,C1、C2、Cv为回路电容,Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量;C1、C2通常比Cv大得多。当输入控制电压uc改变时,Cv随之变化,因而改变振荡频率。这种压控振荡器的输出频率与输入控制电压之间的关系为

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VCO输出频率与控制电压关系式中C0是零反向偏压时变容二极管的电容量;φ 是变容二极管的结电压;γ 是结电容变化指数。为了得到线性控制特性,可以采取各种补偿措施。

RC压控振荡器 在单片集成电路中常用RC压控多谐振荡器(见调频器)。

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图3 LC压控振荡器原理图

电路设计

MC1648 是单片集成的射极耦合振荡器,输出 MECL 电平。电路工作时,外接电感L和电容C的并联谐振回路即可形成固定频率的振荡器。若外接变容二极管,控制变容管的直流偏置即可构成 LC 压控振荡器。

MC1648 的工作电源为 5v 或负 5.2V。最高工作频率可达 225MHz.几种常见的变容管连接方式和相应的压控特性见下图,其中(a)(b)为单管连接,控制电压加到变容管,其作用是限流。(c)采用双管背对背连接,其工作频率高,压控特性也好,本系统采用此种结构。电路的 5 端为 AGC。改变 AGC 的电位,则振荡幅度改变,经放大输出的波形也不一样。通过 AGC 调节,电路可以输出正弦波,也可以输出方波。

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振荡频率由式

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来决定, Cs 为变容管电容。由此式可知,

要想改变整个系统的输出频率,可以有两种方法,可以改变电容的大小,也可以改变电感的大小,改变电容的大小就如图中所示,通过变容二极管来实现,很适合电路自动完成,常作为压控振荡的受控元件;改变电感可以用波段开关来实现,从而达到扩充频段的目的。由于条件所限,可供选择的变容二极管只有 2CC1,其最高工作频率为 50MHz,并且变容比比较小,虽然作者采用比较好的电路结构来改善频率输出,最大频率能达到 68MHz,但前提条件是要改变电感的大小。因此,为了得到较大的带宽,可采用波段开关来选择两个不同的电感,电感由继电器来选择,继电器由单片机来控制,因此,只要设置一个按键来选择波段,就可达到扩宽频带的目的。

振荡器是系统产生频率的关键,决定着输出波形是否失真,以及输出幅度的大小。因为是高频电路,所以对电源的要求比较高,常需要对电源进行处理才能,比如加电感电容来滤波,既可以防止工频变压器对振荡器的干扰,也可以防止振荡器通过电源对其他电路的干扰。在进行这些处理后,一般还要加金属屏蔽外罩,才有更好的效果。

根据选用的变容二极管 2CC12B,其最大工作频率为 50MHz,由于采用较合适的结构设计,本系统实际工作频率为 8~68MHz,输出频率范围达 60MHz,但是要通过改变电感来实现。

4.电路原理图的改进:

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5.vco的性能指标

VCO的性能指标主要包括:1)频率受控范围;2)线性度;3)压控灵敏度;

4)调制带宽;5)噪音;6)工作电压。频率调谐范围,输出功率,(长期及短期)频率稳定度,相位噪声,频谱纯度,电调速度,推频系数,频率牵引等。 频率调谐范围是VCO的主要指标之一,与谐振器及电路的拓扑结构有关。通常,调谐范围越大,谐振器的Q值越小,谐振器的Q值与振荡器的相位噪声有关,Q值越小,相位噪声性能越差。振荡器的频率稳定度包括长期稳定度和短期稳定度,它们各自又分别包括幅度稳定度和相位稳定度。长期相位稳定度和短期幅度稳定度在振荡器中通常不考虑;长期幅度稳定度主要受环境温度影响,短期相位稳定度主要指相位噪声。在各种高性能、宽动态范围的频率变换中,相位噪声是一个主要限制因素。在数字通信系统中,载波信号的相位噪声还要影响载波跟踪精度。 其它的指标中,振荡器的频谱纯度表示了输出中对谐波和杂波的抑制能力;推频系数表示了由于电源电压变化而引起的振荡频率的变化;频率牵引则表示了负载的变化对振荡频率的影响;电调速度表示了振荡频率随调谐电压变化快慢的能

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力。在压控振荡器的各项指标中,频率调谐范围和输出功率是衡量振荡器的初级指标,其余各项指标依据具体应用背景不向而有所侧重。例如,在作为频率合成器的一部分时,对VCO的要求,可概括为一下几方面:应满足较高的相位噪声要求;要有极快的调谐速度,频温特性和频漂性能要好;功率平坦度好;电磁兼容性好。

6.调试效果图

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7.设计心得体会

过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知,通过亲自动手制作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

8.参考文献

高频电子线路(第四版) 张肃文主编

电子电路基础 刘宝玲主编

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第二篇:高频课程设计——中频放大器 6700字

高频电子电路课程设计

班级: 09通信工程二班

姓名:

学号:

成绩:

—— 中频放大电路

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高频课程设计中频放大器

目录

1摘要……………………………………………………3 2绪论……………………………………………………4 3设计任务和要求 ……………………………………5 4 系统方案和设计思路……………………………………5 5设计指标 ……………………………………………………9 6独立模块设计……………………………………………10 7 AGC自动增益说明……………………………………14 8总电路设计……………………………………………15 9元件清单………………………………………………………..16 10实验仿真……………………………………………17 11设计调试体会…………………………………………18 12参考文献………………………………………………19 2

摘 要

摘 要

中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升,以满足解调电路的需要。其主要质量指标有:电压增益Av、通频带2?f0.7、选择性,即矩形系数kr0.1、噪声系数。对于中频放大器,不仅需要得到高的增益、好的选择性,还要有足够宽的通频带和良好的频率响应、大的动态范围等。由于中频信号为单一的固定频率,其通频带可最大限度地做得很小,以提高相邻信道选择性。在实际工程上,一般采用多级放大器,并使每级实现某一技术要求,就电路形式而言,第一级中频放大器多采用共发射极电路,多级晶体管单调谐回路级联的方式实现应有的增益,中频放大器总是位居变频(即混频)之后。本设计将采用三级晶体管单调谐回路级联的方式,来实现对中频信号60dB的放大,每一级的电路完全相同,固要求每级谐振电压放大倍数Avo≥20dB.

关键词 中频放大,放大

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绪论

电子学是一门应用很广的科学技术,发展及其迅速。要学好这门技术,首先是基础理论的系统学习,然后要加技术训练,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。同时也加深我们对电子产品的理解。本次课程设计的任务是从已调制的无线电信号中将原始信号不失真的还原出来。通常经过调制后得到的高频无线信号通常非常微弱,一般只有几十微伏至几毫伏,直接将它送入检波器进行检波无法正常还原原始信号,所以要在选择性电路和检波器之间插入一个高频放大器,放大信号的同时提高无线接收设备的噪声性能。随后的把高频信号的载波频率变为中频的任务是由混频器来完成,经过混频(或变频)之后的号变成了一个固定的中频信号,需要用中频放大器加以放大,然后进行检波,最终得到原始的信号。经过混频(或变频)之后的收音信号变成了一个固定的中频信号。所以中频放大器是——个专门放大中频一个频率信号的放大器。中频放大器不仅要放大信号,还要进行选频,即保证放大的是中频信号。在这一点上,与高频放大器是有所不同的,高频放大器要放大88—108M1z一个频段内的调频信号。中频放大器的输出信号要有足够的幅度,以便限幅和鉴频器能正常工作。所以,中频放大器的级数较多。本论文就是对本次解调过程中的中频放大环节进行了阐述,包括整个实验的流程图、实验电路图、中频放大环节的各项重

要的技术指标以及设计和仿真中的具体问题。

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一.设计任务与要求:

高频课程设计中频放大器

根据所学知识设计调相解调过程中所用到的中频放大器,接收到的混频信号通过该放大器能够转换成输出功率较大的中频信号,满足下一级检波器对于输入信号的要求。放大器的增益大于60dB,中心频率为6.5KHZ,带宽要求不小于250KHZ,电源电压12v。

二.系统方案设计思路:

根据设计任务书的要求,因放大器的增益大于60dB,中心频率为

6.5KHZ,带宽要求不小于250KHZ,采用单级放大器不能实现这么大的增益要求。结合实际情况以及老师的指导,决定采用多级单调谐形式的放大电路,每级大概放大10倍(20dB),三级级连即可放大1000倍(60dB)。选定合适的晶体管,保证晶体管的特征频率大约为中心频率的5到10倍即可。根据查表,发现3DG6C晶体管足够满足设计要求。

由于该放大器件有三级相同的放大单元,故应考虑当外界输入电压发生变化时,每个放大单元都能保持相对稳定的工作状态。根据高频电路中所学知识可知,AGC自动增益控制电路正是实现这一功能的,因此设计有了很明确的发展方向。

5

中频信号经中放1,中放2,中放3,3级放大后,输出的平均电平作为AGC的默认电平,AGC自动控制中放1和中放2的输入端。这样就能将中频信号以稳定的电压增益放大,提供给下一模块。

系统结构图:

高频课程设计中频放大器

如上图统框图所示,3级相同的单谐调放大器通过级联,每级放大10dB,中放3出来的信号已经放大为原信号的60dB,将此信号作为AGC模块的输入,用来反馈控制中放1和中放2.,当输入信号出现增大或减小时,AGC模块能起到稳定输出电压,保持稳定的增益输出。

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三.设计指标:

3.1增益(放大系数):

假如,放大器有 m 级,各级的电压增益分别为 A v1 、 A v2 、… A vm ,则总增益 A m 是各级增益的乘积,即

A m = A v1 · A v2 … A vm (3-41)

如果多级放大器是由完全相同的单级放大器组成, 则 A m =

m 级相同的放大器级联时,它的谐振曲线可由下式表示 :

高频课程设计中频放大器

它等于各单级谐振曲线的乘积。所以级数愈多,谐振曲线愈尖锐。 这里采用三级完全相同的单级放大器,即m=3,要使总的增益Av?60dB,则每一级的电压增益应为

AV1?20dB即Av?10

由前面计算得到的参数可知,每一级的谐振电压增益为

高频课程设计中频放大器

(Avo)max??10.2

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3.2通频带:

对 m 级放大器而言,通频带的计算应满足下式 :

高频课程设计中频放大器

解上式,可求得 m 级放大器的通频带 (2?f0.7)m 为

高频课程设计中频放大器

式中, 2 D f 0.7 为单级放大器的通频带,

高频课程设计中频放大器

称为带宽缩减因了,它意味着,级数增加后,总通频带变窄的程度。设计中采用三级单调谐放大,即m=3,总的通频带为250kHz,则单级的通频带

高频课程设计中频放大器

2?f0.7f02?f250KHz????500KHz OL0.53.3选择性:

从各种不同频率信号的总和中选出有用信号,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。

高频课程设计中频放大器

3.3.1矩形系数:

按矩形系数定义,当 时,求得 2 D f 0.7 。对于多级而言求得 8

故 m 级单调谐回路放大器的矩形系数为

高频课程设计中频放大器

1

3当m=3时,Kr0.1?100?1

2?11

3?3.75<10

3.3.2抑制比:

表示对某个干扰信号fn的抑制能力,用dn表示: dn=AVO/An (An为干扰信号的放大倍数;AVO为谐振点f0的放大倍数)

3.4工作稳定性:

指的是电源电压变化或器件参数变化时,以上参数的稳定程度。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,不稳定状态的极端情况是放大器自激,以致使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,应用中和或失配法等。

3.6中心频率

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,还影响整机性能。它是超外差接收机的重要参数之一,应根据基带占据的频率宽9

高频课程设计中频放大器

度来选择中心频率,中心频率要远大于基带的最高频率,广播接收机的中频选择还要仔细考虑各种组合干扰是否落在中频频带内。

中心频率选择较低时,要保证前置中放的噪声系数小,选频网络的参数变化对宽带相对影响小,中频放大工作稳定。中频较高时,解调时更易滤去残余中频分量,可以减小镜像通道噪声和本振噪声的影响.

四.独立模块设计:

为满足单级单谐调中心频率6.5MHZ,单级电压增益10dB的要求,首先确定选用3DG6C晶体管,查表知其参数为

Cb'c?3pFIEQ?1mA?0?60fT?250MHz rbb'?70?

求晶体管的混合?参数

(1)发射结的结电阻rb'e=(26mv/IEQ)β=1560Ω;

(2)发射结的结电导gb'e?1/rb'e?0.64?10-3 s;

)/26(mV)?38.46?10-3S; (3跨导 gm?Ie(mA

(4)发射结电容 cb,egm??24.5pF(2πfT)

求晶体管的Y参数

Cb'c?3pFCb'e??Cb'c

可以按下列 公式计算:

(1)共射晶体管输入导纳

10

yie?gb'e?j?Cb'e?1.16?j2.82mS1?rbb'(gb'e?j?Cb'e)

-12由此可得:, gie?1.16mSCie?22.5?10

(2)共射晶体管输出导纳 F

yoe?j?Cb'crbb'gm?0.185?j0.922mS1?rbb'(gb'e?j?Cb'e)

-12 mS,Coe?7.3?10由此可得:goe?0.185

(3)共射晶体管正向传输导纳 F。

gm?34.95?j0.73mS1?rbb'(gb'e?j?Cb'e)

由此可得:|yfe|?35.65mS, ?fe??11.37。 yfe?

(4)共射晶体管反向传输导纳

yre??j?Cb'c??0.07?j0.347mS1?rbb'(gb'e?j?Cb'e)

由此可得:|

yre|?0.354mS, ?fe??101.4。。

确定静态工作点

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)IBQ,这里取10倍关系,并设置VEQ?1.5V,VCEQ?7.5V,则 11

Re?VEQ/IEQ?1.5V/1mA?1k?

Rb2?(VEQ?VBEQ)/(10IBQ)?(1.5?0.7)V/(1/60?10)mA?13.2k?

取标称值13 kΩ ,得到实际的流过偏置电阻上的电流为 Rb2

I?(VEQ?VBEQ)/Rb2?(1.5?0.7)V/13k??0.17mA

Rb1?(Vcc?VEQ?VBEQ)/IRb2)?(9?1.5?0.7)V/0.17mA?40k?

单级调谐放大回路原理图即Y参数等效电路

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Y参数等效

如图,在单级单调谐放大器中,电感的接入系数 p1?n12/n13 p2?n45/n13 。

其中c0?10pF,电容值为10pF,选取p1=0.6,cT为可变电容,c?c0?cT,

p2?0.3。

c??p12coe?p22cie?c=24.653pF,将可调电容调节至5.347,则总电容变为20pF。由公式

L?1(2πf)2C?

可得:L?3?H.

假定单级调谐回路的通频带为500KHZ QL?f06.5M??13B500K

22g??1=0.63 w0LQL 其中g??p1goe?p2gie?go?gT (取空载Q值为100) 11?w0LQ02πf0L100g0?

Ω3于是有:gT?0.377mS rT?265

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高频课程设计中频放大器

根据以上数据,可算出单级单调谐回路的谐振电压增益

Auo?p1p2Yfe

g??10.2

在此单级单谐电路中,人为设定同频带B=500KHZ,当m级相同的放大器级联时,通频带的计算公式为

Bm?B单级21m?1

三级放大器级联后,

B3

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?254KHZ

各项参数均满足任务要求。

AGC自动增益说明

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如图,RG为第三级中放输出端所接的反馈电阻,阻值为20kΩ,当输入信号没有较大的波动时,电阻上仅有很微弱的电流;当输入端的信号强度突然增大,使输出端的点位升高,此时电阻上将产生一个反向的电流,这样以来就使输入端的电位降低,达到了自动增益控制的功能。

总电路设计图

Rb1?40k

Rb2?13k

Re?1k

RT?2.6K

RAGC?20k

理论条件下可得: C0?10PFCT?10PFC旁路?0.01uFCAGC?20uF

系统中心频率 6.5MHZ 单级频带500KHZ

三级级联后频带宽 254KHZ

单级增益 10.2倍 总增益1061倍

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元件清单

高频课程设计中频放大器

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五、实验仿真

高频课程设计中频放大器

高频课程设计中频放大器

将输入输出端接入示波器仿真,ch1接输入端,ch2接输出端,由图可知,输入信号vpp为12mv,f约为6500hz,输出信号vpp为16v,f约为6300hz。增益和理论值相差不大,频率也未出现较大误差,说明设计成功合理。

2

六、设计与调试心得体会

这个学期是第一次接触高频电路的学习,而这次的高频电子课程设计既是对我们学习的检测,又是一次很好的提升机会。

接到这次的任务课题起初完全不知该如何下手,逃避困难的心理也让我被动地等老师来给我们做指导。随着其他小组的同学们课题进度的深入,我也开始焦虑起来,前三天找了的资料反而让我更加混乱,知识没有理解,没有融会贯通,造成题目看了不少,可是一关上书准备开始设计脑子里面就一片空白。

继续这样的方法下去肯定不行。

我找到了同组的几个同学,一面了解他们的进展,一面努力为自己找点突破口。在和其中一位同学的交流中,就让我受益匪浅。我看到他用的就是简单的晶体三极管放大,相比于书上的多级单谐放大电路,他的电路图一眼看去就比书上简洁很多,那些书上我看不懂的器件部分也被他省略了。随即我马上问他,想弄明白两种电路的差别在哪里。他告诉我,书上的电路是经过很大程度改良的,在功能上趋近完美,比如一些旁路电容,电感之类,而老师给我们的要求是很宽松的,也是比较容易实现的,这时基本的原理电路就能完成所需的参数要求。

这以后我才恍然大悟,原来自己一直纠结的问题不是主体,关键是要弄懂电路的整体构架。拿本次要求设计的单调谐放大器来说,乍一看书上的电路非常复杂,混在一起完全无从下手。当把电路适当简化,去掉前一级和后一级,懂得了直流通路和交流通路的电路图,理解起来就非常顺畅了。

万事开头难。

过了理解的关,后面的难题也是一个接一个。电路的设计要求涉及到每个元件的具体参数,包括型号。在选择用哪种晶体管时就犯了难,还是不得已,要重新翻开模电的书,补习晶体管的相关知识,偏置电阻的选定啊,静态工作点啊,π参数和y参数的具体计算等等。这些都还只是准备工作,到了设计时,对我们的计算细致程度和耐心又是一次考验……

这次设计还真不光只是学习了高频,对于计算机里面的word文档也是来了个亲密接触,画图时临时向同学,向书本请教如何使用protel99se……不禁感慨,现代的科技如此发达,哪怕一个很小的电子产品也是方方面面智慧的结晶啊,要想能自己开发出一个有价

值的产品,对你个人的要求是非常高的。知识面不仅要广泛,知识的专业程度也要够深。 不禁感慨,现代科技如此发达,随便一个小的电子产品里面就包含了方方面面的科学3

知识,要想在专业领域有所建树,能够开发出有价值,有受众的科技产品,从现在起就要学好自己的专业知识,在此基础上尽可能地拓宽知识面,广泛涉猎科学知识。毕业以后还必需有终身学习的毅力与决心。

通过这次为期两周的课程设计,我学到了很多。不管最后结果如何,我是有进步的,结果只会督促我继续向这两周这样努力下去,钻研下去,这样一来,我将会在以后的人生中收获更多!

七、参考文献

1.龙占超. 《通信电子线路》.北京:科学出版社,2009

2.刘福太.《蓝版电子电路》495例.北京:科学出版社,2007

3.周选昌.《高频电子线路》.杭州:浙江大学出版社,2006

4.姚福安.《电子电路设计与实践》.济南:山东科学技术出版社,2005

5.谭孝辉,陈思海.《电路设计与仿真使用教程》.成都:电子科技大学出版

社,2007

6.童诗白.《模拟电子技术基础》.北京:人民教育出版社,1982

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