第一篇：高頻小信號(hào)諧振放大器

高頻小信號(hào)諧振放大器實(shí)訓(xùn)電路

高頻小信號(hào)諧振放大器實(shí)訓(xùn)電路

高頻小信號(hào)諧振放大器的輸入、輸出波形圖 高頻小信號(hào)諧振放大器實(shí)訓(xùn)電路

高頻小信號(hào)諧振放大器的幅頻特性曲線

第二篇：高頻小信號(hào)單調(diào)諧振放大器

摘 要

本次電子線路設(shè)計(jì)對(duì)高頻調(diào)諧小信號(hào)放大器，LC振蕩器，高頻功放電路設(shè)計(jì)原理作了簡(jiǎn)要分析，研究了各個(gè)電路的參數(shù)設(shè)置方法。并利用其它相關(guān)電路為輔助工具來調(diào)試放大電路，解決了放大電路中經(jīng)常出現(xiàn)的自激振蕩問題和難以準(zhǔn)確的調(diào)諧問題。同時(shí)也給出了具體的理論依據(jù)和調(diào)試方案，從而實(shí)現(xiàn)了快速、有效的分析和制作高頻放大器，振蕩器和功放電路。

高頻小信號(hào)諧振放大電路是將高頻小信號(hào)或接收機(jī)中經(jīng)變頻后的中頻信號(hào)進(jìn)行放大，已達(dá)到下級(jí)所需的激勵(lì)電壓幅度。LC振蕩器的作用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源。高頻功放的作用是以高的效率輸出最大的高頻功率。三部分都是通信系統(tǒng)中無線電收發(fā)信機(jī)所用到的技術(shù)，所以在現(xiàn)實(shí)生活中具有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高頻小信號(hào)放大器；LC振蕩器；高頻功放電路；放大電路

I

ABSTRACT

The electronic circuit design of high-frequency tuned small-signal amplifier, LC oscillator, high-frequency power amplifier circuit design principles briefly analyzed to study the various circuit parameters to set methods.And to use other related tools to debug the circuit for the auxiliary amplifier circuit solve the amplifier circuit that often appear in self-oscillation problems and difficult to accurately tuning problems.Also given in detail the theoretical basis and debug programs in order to achieve a rapid, effective analysis and production of high-frequency amplifiers, oscillator and power amplifier circuits.High-frequency small-signal amplification circuit is the resonant frequency small-signal or a receiver through the frequency of IF signals, after amplification, has reached the lower the required excitation voltage amplitude.The role of the LC oscillator is to generate a standard signal source.The role of high-frequency power amplifier's efficiency is the largest high-frequency power output.Three parts are the communication systems used by the radio transceiver technology, so in real life, with a fairly wide range of applications.Key words: high-frequency small-signal amplifier;LC oscillator;high-frequency power amplifier circuit;amplifier circuit II

目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案………………………………………………………………1 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………… 1 1.2總體方案簡(jiǎn)述……………………………………………………………… 2 2 電路的基本原理……………………………………………………………………3 2.1電路的基本原理………………………………………………………3 2.2 主要性能指標(biāo)及測(cè)試方法……………………………………………5 3 電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)的計(jì)算…………………………………………………………8 3.1電路的確定…………………………………………………………………8 3.2參數(shù)計(jì)算……………………………………………………………………8 4 電路的仿真………………………………………………………………………10 4.1 電路仿真……………………………………………………………………10 5實(shí)物的制作與調(diào)試………………………………………………………………12 5.1元件的焊接…………………………………………………………………12 5.2電路板的調(diào)試………………………………………………………………12 結(jié)束語………………………………………………………………………………13 致謝…………………………………………………………………………………14 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………15 附錄 A電路原理圖………………………………………………………………16 附錄B PCB圖………………………………………………………………………17 附錄C 實(shí)物圖…………………………………………………………………… 18 附錄D 元器件清單…………………………………………………………………19 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案

1．1 設(shè)計(jì)任務(wù)

一．設(shè)計(jì)要求

要求有課程設(shè)計(jì)說明書，并制作出實(shí)際電路。

二．技術(shù)指標(biāo)

已知條件：電源電壓VCC??12V，負(fù)載電阻RL?1K?。

。主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率

f0?10MHz，電壓增益Au??35dB(56倍)三．實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

高頻信號(hào)發(fā)生器

數(shù)字存儲(chǔ)示波器

無感起子

數(shù)字萬用表

1臺(tái) 1臺(tái) 1把 1臺(tái) 1臺(tái) 12V直流穩(wěn)壓電源

1.2 總體方案簡(jiǎn)述

高頻小信號(hào)放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號(hào)放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱的高頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，從信號(hào)所含頻譜來看，輸入信號(hào)頻譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的。

高頻小信號(hào)放大器的分類：

按元器件分為：晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器、集成電路放大器;按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器;按電路形式分為：?jiǎn)渭?jí)放大器、多級(jí)放大器;按負(fù)載性質(zhì)分為：諧振放大器、非諧振放大器;其中高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)中，特別是在發(fā)射機(jī)的接收端，從天線上感應(yīng)的信號(hào)是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號(hào)放大器理論非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際制作卻非常困難。其中最容易出現(xiàn)的問題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，以實(shí)際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級(jí)的阻抗匹配。

高頻小信號(hào)放大器的功用就是無失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。最常用的是窄帶放大器，它是以各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的基本要求是：（1）增益要高，即放大倍數(shù)要大。

（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號(hào)和抑制無用信號(hào)的能力要強(qiáng)，通常用Q值來表示，其頻率特性曲線如圖1.2．1所示,帶寬BW=f2-f1= 2Δf0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=fo/2Δf0.7.（3）工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內(nèi)部噪聲要小，特別是不產(chǎn)生自激，加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能。反饋導(dǎo)納對(duì)放大器諧振曲線的影響如圖1.2．2所示。

圖1．2．1頻率特性曲線 圖1．2．2反饋導(dǎo)納對(duì)放大器諧振曲線的影響

（4）前后級(jí)之間的阻抗匹配，即把各級(jí)聯(lián)接起來之后仍有較大的增益，同時(shí)，各級(jí)之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。電路的基本原理

2.1 電路基本原理

圖2．1．1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管小信號(hào)調(diào)諧回路諧振放大器。它不僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)會(huì)影響放大器的輸出信號(hào)的頻率或相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RB1和RB2以及RE決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。

圖2．1．1

放大器在諧振時(shí)的等效電路如圖2．1．2所示，晶體管的4個(gè)y參數(shù)分別如下：

輸入導(dǎo)納：

(2-1)輸出導(dǎo)納：(2-2)正向傳輸導(dǎo)納：(2-3)反向傳輸導(dǎo)納： 式中，(2-4)為晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為：

（2-5）

為發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)及

有關(guān)，其關(guān)系為

(2-6)為基極體電阻，一般為幾十歐姆；為集電極電容，一般為幾皮法；為發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。

圖2.1.2 晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作點(diǎn)的電流測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。

圖2.1.2所示的等效電路中，p1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

，電流放大系數(shù)有關(guān)外，還與工作角頻率w有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出了的分布參數(shù)一般是在(2-7)式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)；p2為輸出變壓器Tr0的副邊與原邊匝數(shù)比，即

(2-8)式中，N3為副邊總匝數(shù)。為諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)。通常小信號(hào)諧振放大器的。下一級(jí)仍為晶體管諧振放大器，則將是下一級(jí)晶體管的輸入電導(dǎo)的表達(dá)式為 由圖2.1.2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)

式中，為LC回路本身的損耗電導(dǎo)。

2.2主要性能指標(biāo)及測(cè)量方法

表征高頻小信號(hào)諧振放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率所示電路可以粗略測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。，諧振電壓放大系數(shù)Avo，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kr0.1），采用2.2.圖2.2.1 輸入信號(hào)輸入信號(hào)如下。

由高頻小信號(hào)發(fā)生器提供，高頻電壓表，分別用于測(cè)量與輸出信號(hào)的值。直流毫安表mA用于測(cè)量放大器的集電極電流兩端輸出波形。諧振放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法的值，示波器監(jiān)測(cè)負(fù)載

1.諧振頻率

放大器的諧振回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率

稱為諧振頻率。的表達(dá)式為：

(2-10)式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；的表達(dá)式為：

(2-11)

式中，諧振頻率為晶體管的輸出電容；

為晶體管的輸入電容。，輸出電壓

為諧路的總電容，的測(cè)試步驟是，首先使高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率為為幾毫伏；然后調(diào)諧集電極回路即改變電容C或電感L使回路諧振。LC并聯(lián)諧振時(shí)，直流毫安表mA的指示為最?。ó?dāng)放大器工作在丙類狀態(tài)時(shí)），電壓表指示值達(dá)到最大，且輸出波形無明顯失真。這時(shí)回路諧振頻率就等于信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率。

2.電壓增益

放大器的諧振回路所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為諧振放大器的電壓增益.Avo的表達(dá)式為：

(2-12)的測(cè)量電路如圖2.2.1所示，測(cè)量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)。計(jì)算公式如下：

(2-13)

3.通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶BW，其表達(dá)式為：

(2-14)的0.707倍 7

式中，為諧振放大器的有載品質(zhì)因素。

與通頻帶BW的關(guān)系為：

(2-15)分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)上式說明，當(dāng)晶體管確定，且回路總電容為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。

通頻帶的測(cè)量電路如圖2.2.1所示。可通過測(cè)量放大器的頻率特性曲線來求通頻帶。采用逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是：先使調(diào)諧放大器的諧振回路產(chǎn)生諧振，記下此時(shí)的與，然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率（保持Vs不變），并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Av，由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的頻率特性曲線如圖2.2.2所示：

圖2.2.2 由BW得表達(dá)式可知：(2-16)通頻帶越寬的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時(shí)又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用調(diào)諧回路的總電容量。4.矩形系數(shù)

諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1來表示，如圖2．2.2較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少 8

所示，矩形系數(shù)Kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707

時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即

(2-17)上式表明，矩形系數(shù)Kr0.1越接近1，臨近波道的選擇性越好，濾除干擾信號(hào)的能力越強(qiáng)?？梢酝ㄟ^測(cè)量圖3-2-2所示的諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數(shù)Kr0.1。電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

3.1 電路的確定

電路形式如圖2.3.1所示。

圖2.3.1

3.2參數(shù)計(jì)算

靜態(tài)工作點(diǎn)的確定

由于設(shè)計(jì)要求中心頻率

f0?10MHz，電壓增益Au??35dB(56倍)，且電壓增益不是很大，選用晶體管9018在性能上可以滿足需要。晶體管選定后，根據(jù)高頻小信號(hào)諧振放大器應(yīng)工作于線性區(qū)，且在滿足電壓增益要求的前提下，IEQ應(yīng)盡量小些以減小靜態(tài)功率損耗。值得注意的是，IEQ變化會(huì)引起Y參數(shù)的變化。

這里采用IEQ等于1mA進(jìn)行計(jì)算，看是否能滿足增益的需要，否則將進(jìn)行調(diào)整。晶體管用9018，β=50。查手冊(cè)可知，9018在Vcegoe?200us?10VIE、?2mAgie時(shí)，?2860us，,coe?7pf，cie?19pf，yfe?45ms，yre?0.31ms。

(1)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)

由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài)，放大器工作電流 ICQ一般在0.8－2mA 之間選取為宜。

設(shè)計(jì)電路中取:ICQ因?yàn)椋篤EQ?IEQ?ReVBQ?VEQ?VBEQ?1.5mA 任取合適的Re的值。

(2-18)(2-19)(2-20)VCEQ?VCC?VEQ R2而 IBQ?VBQ?ICQ?5~10??IBQ(2-21)?CC(2-22)?VBQ??R2VBQ因?yàn)椋篟1??V(2-23)則R1可用30kΩ電阻和100kΩ電位器串聯(lián),以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。

(2)計(jì)算諧振回路參數(shù)

根據(jù)要求應(yīng)由諧振頻率選取電感L，中心頻率即電容C6? 50pFfo?10MHz取電容為50pF,.L?1(2?f0)C?2由公式

得L2?5uH。

(2-24)

(3)確定輸入耦合回路及高頻濾波電容

高頻小信號(hào)諧振放大器的輸入耦合回路通常是 指變壓器耦合的諧振回路。由于輸入變壓器Tri原邊諧振回路與放大器諧振回路的諧振頻率相等，也可以直接采用電容耦合，高頻耦合電容一般選擇瓷片電容。

4電路的仿真與結(jié)果

4.1電路的仿真與結(jié)果

(1)利用MULTISIM繪制出如圖4.1.1所示的仿真實(shí)驗(yàn)電路

圖4.1.1 仿真電路

(2)設(shè)置函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)，如4.1.2圖所示。

圖4.1.2

（3）設(shè)置好參數(shù)后，打開仿真開關(guān)，從示波器上兩個(gè)通道觀察輸出波形以及與輸入信號(hào)的關(guān)系。如4.1.3圖所示。

圖4.1.3輸出波形

按照設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)中周。利用儀器測(cè)得各指標(biāo)如下：

f0=10MHz Ａvo＝34dB 仿真數(shù)據(jù)分析：在誤差允許范圍里，仿真測(cè)量所得數(shù)據(jù)與理論值相等。

5實(shí)物的制作及調(diào)試

5.1 元件的焊接

經(jīng)過仿真后，根據(jù)原理圖將元件一一通過檢測(cè)之后焊接在面包板上，然后正確連上導(dǎo)線。

焊接之前一定要確定每個(gè)元件都要能正常工作，元件更不能接反，如可變電容的引腳，電位器三個(gè)腳中有效地兩個(gè)腳都必須事先了解后才接入電路，焊接好連號(hào)導(dǎo)線后，還必須要用萬用表確定線路是否連接好。焊接完成后，還要檢查是否有短路。

5.2 電路板的調(diào)試

先在實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試出一個(gè)號(hào)。

調(diào)節(jié)可變電容和定位器可以調(diào)節(jié)頻率及放大倍數(shù)，當(dāng)調(diào)節(jié)可變電容或定位器頻率沒有變化時(shí)，很可能是晶體管壞了或者是某電容壞了，用萬用表測(cè)試并檢查電路，可以找出問題所在。如果信號(hào)的頻率偏大或偏小，可以調(diào)節(jié)可變電容或者可變電感使頻率達(dá)到10MHz。如果放大倍數(shù)太大或太小，可以調(diào)節(jié)定位器改變放大倍數(shù)，以達(dá)到要求的放大倍數(shù)。

若電路沒有問題，調(diào)節(jié)可變電容及定位器后，在輸出端可以得到一個(gè)頻率為10MHz左右，放大倍數(shù)為56倍左右的信正弦波號(hào)。

f0?10MHz，Vp?p?100mV的信號(hào)。再將電路板接通+12V的電源，并接入調(diào)試好的輸入信號(hào)，在顯示器上可以看到一個(gè)正弦波信

結(jié)束語

不知不覺本次課程設(shè)計(jì)已接近尾聲，通過這一課程設(shè)計(jì)，我掌握了獨(dú)立搜集資料、思考分析問題的能力和獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力，使自己無論在今后的學(xué)習(xí)中還是工作中遇到困難的時(shí)候都能自己將其解決。同時(shí)，對(duì)書理論知識(shí)有了更深刻的了解。

完成這一課設(shè)后，我對(duì)高頻小信號(hào)放大器也有了更深刻地理解。高頻小信號(hào)放大器廣泛用于廣播,電視,通信,測(cè)量?jī)x器等設(shè)備中.高頻小信號(hào)放大器可分為兩類:一類是以諧振回路為負(fù)載的諧振放大器;另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器.它們的主要功能都是從接收的眾多電信號(hào)中,選出有用信號(hào)并加以放大,同時(shí)對(duì)無用信號(hào),干擾信號(hào),噪聲信號(hào)進(jìn)行抑制,以提高接收信號(hào)的質(zhì)量和抗干擾能力.高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路,主要用于高頻小信號(hào)或微弱信號(hào)的線性放大。在本次課設(shè)中，我了解了高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)： ① 放大小信號(hào),晶體管工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器)② 信號(hào)的中心頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz,頻帶寬度在幾khz到幾十MHz,為頻帶放大器,故必須用選頻網(wǎng)絡(luò)。

在測(cè)試過程中，我不斷利用課堂所學(xué)理論知識(shí)調(diào)整電路，并最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的過程使自己從另一個(gè)層面更形象地理解了理論，對(duì)于理論與實(shí)踐的關(guān)系也有了新的認(rèn)識(shí)。曾經(jīng)的學(xué)習(xí)只停留在書本上，但課程設(shè)計(jì)使我更充分的接觸到了實(shí)際。

致 謝

本次課程設(shè)計(jì)，能夠順利的完成，多虧老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助。放大器的設(shè)計(jì)及制作在所有課題里是相對(duì)簡(jiǎn)單的，但實(shí)際做起來并沒有我們想的那么容易。從原理圖與參數(shù)的設(shè)計(jì)到面包板的制作。我們遇到了很大的困難，特別是在參數(shù)設(shè)置時(shí)，相對(duì)低頻放大，高頻放大的參數(shù)設(shè)置要復(fù)雜的多，在使用MULTISIM進(jìn)行仿真時(shí)，我們遇到了許多的問題，經(jīng)過我們組的成員共同努力，和同學(xué)們的交流和耐心的指導(dǎo)，我們才順利完成任務(wù)，在此我我們向他表示我們衷心的感謝。

課程設(shè)計(jì)的完成，還要感謝實(shí)驗(yàn)室老師的耐心指導(dǎo)以及老師給我們提供的各種參考文獻(xiàn)，在老師的嚴(yán)格要求下，這次的實(shí)際操作讓我學(xué)到了很多從書本上學(xué)不到卻終身受益的知識(shí)，良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，端正的學(xué)習(xí)態(tài)度。這為我以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)，更好的去面對(duì)社會(huì)，適應(yīng)社會(huì)，在此，再次向老師獻(xiàn)上我們最真誠的謝意，“老師您辛苦了”！

在此特別感謝張松華老師一學(xué)期來對(duì)我們的的耐心教學(xué)及環(huán)環(huán)引導(dǎo)讓我們對(duì)高頻電子線路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)變得生動(dòng)有趣！

參考文獻(xiàn)

[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2006 [2] 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試(第三版)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006 [3] 邱光源.電路(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2011 [4] 胡宴如，耿蘇燕.高頻電子線路 [M].北京：高等教育出版社，2012

附錄A 電路原理圖

附錄B PCB圖

附錄C 實(shí)物圖

附錄D 元器件清單

元件名稱 元件大小 元件數(shù)量 電阻 62K 一個(gè) 電阻 33K 一個(gè) 電阻 50K 電阻 1K 電位器 10K 電位器 50K 電容 100nF 電容 10nF 電容 100pF 可變電容 30pF 電感 470uH 中周 三級(jí)管3DJ6 20

一個(gè) 一個(gè) 一個(gè) 一個(gè) 一個(gè) 三個(gè) 一個(gè) 一個(gè) 一個(gè) 一個(gè) 一個(gè)

第三篇：高頻小信號(hào)諧振放大器理論

2.2 總體方案簡(jiǎn)述

高頻小信號(hào)放大器的功用就是無失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。按其頻帶寬度可以分為窄帶和寬帶放大器，而最常用的是窄帶放大器，它是以各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的基本要求是：

（1）增益要高，即放大倍數(shù)要大。

（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號(hào)和抑制無用信號(hào)的能力要強(qiáng)，通常用Q值來表示，其頻率特性曲線如圖-1所示,帶寬BW=f2-f1= 2Δf0.7，品質(zhì)因數(shù)Q=fo/2Δf0.7.（3）工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內(nèi)部噪聲要小，特別是不產(chǎn)生自激，加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能。

（4）阻抗匹配。

第三章

電路的基本原理及電路的設(shè)計(jì)

3.1 電路基本原理

圖3-1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管小信號(hào)調(diào)諧回路諧振放大器。它不僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此，晶體管的集電極負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)會(huì)影響放大器的輸出信號(hào)的頻率或相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RB1和RB2以及RE決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。

圖3-1-1 放大器在諧振時(shí)的等效電路如圖3-1-2所示，晶體管的4個(gè)y參數(shù)分別如下：

輸入導(dǎo)納：

輸出導(dǎo)納：

正向傳輸導(dǎo)納：

反向傳輸導(dǎo)納： 式中，為晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為：

為發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)及有關(guān)，其關(guān)系為

為基極體電阻，一般為幾十歐姆；

為集電極電容，一般為幾皮法；為發(fā)射結(jié)電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。

圖3-1-2

，電流放大系晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作點(diǎn)的電流數(shù)有關(guān)外，還與工作角頻率w有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出了的分布參數(shù)一般是在測(cè)試條件一定的情況下測(cè)得的。

圖3-1-2所示的等效電路中，p1為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)；p2為輸出變壓器Tr0的副邊與原邊匝數(shù)比，即

式中，N3為副邊總匝數(shù)。

為諧振放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)。通常小信號(hào)諧振放

。大器的下一級(jí)仍為晶體管諧振放大器，則由圖3-1-2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)

將是下一級(jí)晶體管的輸入電導(dǎo)的表達(dá)式為

式中，1.諧振頻率 為LC回路本身的損耗電導(dǎo)。

放大器的諧振回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為諧振頻率。的表達(dá)式為：

式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；

為諧路的總電容，3 的表達(dá)式為：

式中，諧振頻率為晶體管的輸出電容；

為晶體管的輸入電容。，輸出電的測(cè)試步驟是，首先使高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率為壓為幾毫伏；然后調(diào)諧集電極回路即改變電容C或電感L使回路諧振。LC并聯(lián)諧振時(shí)，直流毫安表mA的指示為最?。ó?dāng)放大器工作在丙類狀態(tài)時(shí)），電壓表指示值達(dá)到最大，且輸出波形無明顯失真。這時(shí)回路諧振頻率就等于信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率。

2.電壓增益

放大器的諧振回路所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為諧振放大器的電壓增益.Avo的表達(dá)式為：的測(cè)量電路如圖3-2-1所示，測(cè)量條件是放大器的諧振回路處于諧振狀態(tài)。計(jì)算公式如下：

3.通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶BW，其表達(dá)式為： 的0.707倍

式中，為諧振放大器的有載品質(zhì)因素。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶BW的關(guān)系為：

上式說明，當(dāng)晶體管

確定，且回路總電容

為定值時(shí)，諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。

通頻帶的測(cè)量電路如圖3-2-1所示。可通過測(cè)量放大器的頻率特性曲線來求通頻帶。采用逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是：先使調(diào)諧放大器的諧振回路產(chǎn)生諧振，記下此時(shí)的與，然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率（保持Vs不變），并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Av，由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的頻率特性曲線如圖3-3-2所示：

圖3-2-2 由BW得表達(dá)式可知：

通頻帶越寬的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時(shí)又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用調(diào)諧回路的總電容量。4.矩形系數(shù)

較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減少

諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1來表示，如圖3-2-2所示，矩形系數(shù)Kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)下降到0.707

時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即

上式表明，矩形系數(shù)Kr0.1越接近1，臨近波道的選擇性越好，濾除干擾信號(hào)的能力越強(qiáng)?？梢酝ㄟ^測(cè)量圖3-2-2所示的諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數(shù)Kr0.1。

3.3 電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

3.3.1 電路的確定

電路形式如圖3-3-1所示。

圖 3-3-1

3.3.2參數(shù)計(jì)算

已知參數(shù)要求與晶體管3DJ6參數(shù)。

(1)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)

取

IEQ=1mA, VEQ=1.5V, VCEQ=7.5V, 則

RE?VEQIEQ?1.5K?

RB2?VBQ6IBQ?VBQ??6ICQ?18.3K? ，取標(biāo)稱值18KΩ

RB1?VCC?VBQVBQRB2?55.6K?

RB1可用30kΩ電阻和100kΩ電位器串聯(lián),以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。

(2)計(jì)算諧振回路參數(shù) {gb?e}mS??{IE}mA?0.77mS

26?mV

{gm}mS?{IE}mA?38mS 26mV

下面計(jì)算4個(gè)y參數(shù)，yie?gb?e?j?Cb?e?0.96mS?j1.5mS

1?rb?b(gb?e?j?Cb?e)

因?yàn)閥ie?gie?j?Cie, 所以

gie?0.96mS，rie?11.5mS?1k?，Cie??2.2pF gie?

yoe?j?Cb?crb?bgm?j?Cb?c?0.06mS?j0.5mS

1?rb?b(gb?e?j?Cb?e)

因?yàn)閥oe?goe?j?Coe，所以

goe?0.06mS，Coe?

yfe?0.5mS??7pF

gm?37mS?j4.1mS

1?rb?b(gb?e?j?Cb?e)

故模

|yfe|?372?4.12mS?37mS

回路總電容為

C??

再計(jì)算回路電容

2C?C??p1Coe?p2Cie?53.3pF，取標(biāo)稱值51pF

1?52.2pF

(2?f0)2L輸出耦合變壓器Tr0的原邊抽頭匝數(shù)N1及副邊匝數(shù)N3,即

N1?p1N2?5匝，N3?p2N2?5匝

(3)確定輸入耦合回路及高頻濾波電容

高頻小信號(hào)諧振放大器的輸入耦合回路通常是 指變壓器耦合的諧振回路。由于輸入變壓器Tri原邊諧振回路與放大器諧振回路的諧振頻率相等，也可以直接采用電容耦合，高頻耦合電容一般選擇瓷片電容

⑴在無信號(hào)輸入，僅有直流激勵(lì)的情況下用電流表測(cè)量三極管發(fā)射極極電流，測(cè)得IEQ約為1mA。

⑵接入信號(hào)發(fā)生器，觀察示波器輸入輸出波形，按照設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)中周。利用儀器測(cè)得各指標(biāo)如下：

f0=10MHz Ａvo＝34dB 仿真數(shù)據(jù)分析：在誤差允許范圍里，仿真測(cè)量所得數(shù)據(jù)與理論值相等。

4.2電路的安裝與測(cè)試

將上述設(shè)計(jì)的元器件參數(shù)值按照?qǐng)D2-1所示電路進(jìn)行安裝。先調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后再調(diào)諧振回路使其諧振。

調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)的方法是，不加輸入信號(hào)（Vi=0），將C1的左端接地，將諧振回路的電容C開路，這時(shí)用萬用表測(cè)量電阻Re兩端的電壓，調(diào)整電阻Rb1使Veq=1.5V(Ie=1mA)。記下此時(shí)電路的Rb1值及靜態(tài)工作點(diǎn)Vbq、Vceq、Veq、及Ieq。

調(diào)諧振回路使其諧振的方法是，按照?qǐng)D5-1所示的測(cè)試電路接入高頻電壓表V1、V2，直流毫安表mA及示波器。再將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率置于fi=10MHZ，輸出電壓Vi=5mV。為避免諧振回路失諧引起的高反向電壓損壞晶體管，可先將電源電壓+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。調(diào)輸出耦合變壓器的磁芯使回路諧振，即電壓表V2的指示值達(dá)到最大，毫安表mA為最小且輸出波形無明顯失真?；芈诽幱谥C振狀態(tài)后，再將電源電壓恢復(fù)至+12V。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

f0=9.7MHz Ａvo＝28dB

數(shù)據(jù)分析：

在誤差允許范圍內(nèi)，中心頻率的理論值與實(shí)際值一致，在放大器處于諧振狀態(tài)下，電壓放大倍數(shù)Avo放大倍數(shù)與理論值有一定的差距，導(dǎo)致誤差的原因有如下幾點(diǎn)：

（1）實(shí)物的實(shí)際值與理論值有一定的差距。如電阻電容的理論值與標(biāo)稱值不一致，并且電阻電容的標(biāo)稱值也有一定的誤差。

（2）由于分布參數(shù)的影響，晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般都是在測(cè)試條件一定 的情況下測(cè)得的。且分布參數(shù)還與靜態(tài)工作電流及電流放大系數(shù)有關(guān)。放大器的 各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后的元器件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏離。（3）性能指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量方法存在一定的誤差。如在調(diào)諧過程中，我們通過直接觀察波形的輸出值的大小來確定電路是否調(diào)諧。這樣調(diào)諧頻率的測(cè)量值存在誤差的同時(shí)，放大倍數(shù)的測(cè)量值也會(huì)產(chǎn)生誤差。

（4）實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的老化等也會(huì)導(dǎo)致電路調(diào)試過程中出現(xiàn)一定的誤差。

（5）由于工作頻率較高，高頻小信號(hào)放大器容易受到外界各種信號(hào)的干擾，特別是射頻干擾。通常采取的措施是把放大器裝入金屬屏蔽盒內(nèi)（屏蔽盒與地線應(yīng)接觸良好）。但電路調(diào)試環(huán)境條件有限。

第四篇：高頻諧振小信號(hào)放大器

課程名稱：高頻電子線路

設(shè)計(jì)題目：LC高頻小信號(hào)放大器

院 系：機(jī)械與電子信息工程學(xué)院

專業(yè)班級(jí)：電子信息工程071121班

小組成員：趙培杰20121000181

張?jiān)戳?0121000136

裴生偉20121000291

肖曲林20121000182

指導(dǎo)老師：羅大鵬

日 期：2014年3月

ABSTRACT

High frequency signal resonance amplifier was widely used in telecommunications.Broadcasting equipment and so on.We can use, LC loop resonance frequency selective parallel resonant frequency amplifier , thus the particular signal.Transistor amplifier with voltage gain of emitter, output voltage and input voltage, frequency characteristics of the poor performance, suitable for low and middle level of multi-level amplifier circuit, using two levels of signal tuned circuit will original weak signal, and by using the LC 100 times parallel resonant circuit will be elected signal.The technical indexes of amplifier and test method, the impact of distribution parameters of the circumstances about circuit performance.Small signal resonance frequency amplifier, characterized by the main performance indexes, the harmonic resonance frequency and voltage magnification Av0 amplifier pass band BW and selective rectangular K1.0r coefficient usually.Keywords triode LC resonant quality factor pass band rectangular coefficient.摘 要

高頻小信號(hào)諧振放大器在通信、廣播等設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用，可以利用三極管放大信號(hào)、LC并聯(lián)諧振回路諧振選頻，從而放大特定頻率的信號(hào)。三極管共發(fā)射極放大具有電壓增益大、輸出電壓與輸出電壓反相、低頻性能差的特點(diǎn)，適用于高頻和多級(jí)放大電路的中間級(jí)，利用兩級(jí)單調(diào)諧電路將原始微弱信號(hào)放大100倍，并利用LC并聯(lián)諧振回路將特定信號(hào)選出。表征高頻小信號(hào)諧振放大器的主要性能指標(biāo)由諧振頻率f0,諧振電壓放大倍數(shù)AV0,放大器的通頻帶ＢＷ及選擇性（矩形系數(shù)Ｋ1.0r）的計(jì)算。

關(guān)鍵詞 三極管；ＬＣ；諧振；品質(zhì)因數(shù)；通頻帶；矩形系數(shù)

本設(shè)計(jì)以理論分析為依據(jù)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實(shí)現(xiàn)放大器與前后級(jí)的阻抗匹配。

分工

趙培杰,主要參數(shù)計(jì)算及仿真實(shí)驗(yàn)

張?jiān)戳?參數(shù)計(jì)算及報(bào)告制作

裴生偉,PPT制作及仿真實(shí)驗(yàn)

肖曲林，參數(shù)計(jì)算及PPT演講

1電路設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。要求 ：

（1）諧振頻率10.7mhz，諧振電壓放大倍數(shù)>20db，帶寬為1mhz（2）矩形系數(shù)<10，噪聲系數(shù)<7db(3)輸入、輸出阻抗為50歐姆。

1.2 高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)

（1）頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz頻帶寬度在幾KHz到幾十MHz，故必須用選頻網(wǎng)絡(luò)。

（2）小信號(hào)信號(hào)較小故工作在線性范圍內(nèi)即工作在線形放大狀態(tài)。

（3）采用諧振回路作負(fù)載，即對(duì)靠近諧振頻率附近的信號(hào)有較大的增益，對(duì)遠(yuǎn)離諧振頻率附近的信號(hào)其增益迅速下降，即具有選頻放大作用。

1.4 電路原理圖

根據(jù)上面各個(gè)具體環(huán)節(jié)的考慮設(shè)計(jì)出下面總體的電路：

2選用三極管

選取適用于高頻放大的三極管，2N2222三極管 型號(hào)：2N2222A 封裝：TO92 極性：NPN 主要參數(shù)：60V，0.8A，500mW，300MHZ，HFE=100～300，從參數(shù)可以知道需要放大的頻率為10.7MHZ《300*0.2，即可以使用 又查表可知放大系數(shù)為50。

以下是從網(wǎng)上查的2N2222型三極管參數(shù)資料.3電路參數(shù)的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)

取

Ieq =1mA, Veq =1.5V, Vceq=7.5V, 則

Re=Veq/Ieq=1.5KΩ

Rb2=Vbq/(6Ibq)=18.3KΩ

Rb1=(Vcc-Vbq)*Rb2/Vbq=55.6KΩ

3.2 計(jì)算諧振回路參數(shù)

根據(jù)要求應(yīng)由諧振頻率選取電感L，中心頻率f0=10.7MHz取電容為51pF 由公式

L=(1/2x3.14)2/C

得L=4uH 3.3計(jì)算輸入回路的LC的值

Q=f0/bw=10.7/1=10.7；

設(shè)R1=800；Xl1=Xc1=R1/Q=77.7；C=1/(2*3.14*f0*77.7)=200pH；L=77.7/(2*3.14)=1.2uH；p1=R1/RS=0.25;

4仿真結(jié)果

從示波器可知與原信號(hào)反向放大

5心得體會(huì)

從本次設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)抽頭變壓器時(shí),沒能找到合適的線圈比,只能使用電容耦合輸出,從而達(dá)到了輸出波形的目的.當(dāng)增益輸出不夠時(shí)主要通過調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn),以增加增益.在輸入端設(shè)計(jì)諧振回路目的是為了濾波,以減少噪音的影響.輸出回路可以先設(shè)置一個(gè)電感值,再經(jīng)過計(jì)算得到適當(dāng)?shù)碾娙葜?三極管必須選用高頻管,且fT>5fo.

第五篇：第一章小信號(hào)諧振放大器作業(yè)

第一章作業(yè) 圖示的單調(diào)諧回路諧振放大器,已知: w0=2π×107rad/s, 在w0 上測(cè)的三極管y 參數(shù)為：yie=(2+j0.5)×10-3s, yre=-(10+j50)×10-6s, yfe=(20+j5)×10-3s, yoe=(20+j40)×10-6s.若要求此放大器的Avo=-50(倍), BW0.7=100KHz, 試求回路元件L,C及Q0值。

2圖示的單調(diào)諧回路諧振放大器.已知 f0=10.7MHz, BW0.7=500KHz, Avo=-100.回路空載品質(zhì)因數(shù)Q0=60.三極管y參數(shù)同上題,試計(jì)算回路元件R, L, C的值。由相同三極管組成的同步調(diào)諧放大器,已知:f0=465KHz, gie=0.49ms,cie=142pf,goe=55us,coe=18pf, yfe=36.8ms,∮fe=0,yre=0.回路接入系數(shù)n1=0.35, n2=0.035, 等效電容Ce=200pf.(1)若回路Q0=80, 試求Qe=？

(2)求單級(jí)放大器的諧振電壓增益Avo.由相同三極管組成的同步調(diào)諧放大器如圖示，已知:f0=465KHz，gie=0.49ms,cie=140pf,goe=50us,coe=20pf, yfe=36.8ms,yre=0.中頻變壓器各引出端子如圖所示，其中W12=35匝，W23=65匝，W45=3.5匝，回路空載品質(zhì)因數(shù)Q0=100，等效電容Ce=200pf, <1>畫出放大器的交流等效電路

<2>計(jì)算單級(jí)放大器的諧振電壓增益Avo和通頻帶BW0.7。