第一篇：高頻小信號功率放大器

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摘 要

在無線通信中，發(fā)射與接收的信號應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過調(diào)制處理過的高頻信號。高頻小信號放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，它所放大的信號頻率在數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫。高頻小信號放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對微弱的高頻信號進(jìn)行不失真的放大，從信號所含頻譜來看，輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是相同的。高頻小信號放大器廣泛用于廣播、電視、通信、測量儀器等設(shè)備中。它的主要功能是從接收的眾多電信號中，選出有用信號并加以放大，同時(shí)對無用信號、干擾信號、噪聲信號進(jìn)行抑制，以提高接收信號的質(zhì)量和抗干擾能力。關(guān)鍵詞：通信；小信號；功率；放大器

Abstract

In wireless communications, launching and receiving the signal should be adapted to the transmission.Therefore, the communications equipment processing and transmission of the signal is modulated high-frequency signal processing.HF communications equipment is commonly used in small-signal amplifier circuit functions.it magnified hundreds kHz to several MHz frequency signal.High-frequency small-signal amplifier is the function of the high frequency signal is weak fidelity amplification from the content spectrum signal, the output signal after amplification of input signal spectrum and the spectrum are the same.Small-signal amplifier widely used in high-frequency radio, television, telecommunications, measuring instruments and other equipment.Its main function is to receive from the many signals, and to be elected useful signal amplification, the signal useless.signal, signal noise suppressor, to improve signal reception quality and anti-jamming capability.Key words: Communications;Small signal ；power;Amplifier

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目 錄

引言..........................................................................................................................................................1 1 理論知識............................................................................................................................................2 1.1 高頻小信號功率放大器概述.........................................................................................................2 1.2基本性能指標(biāo)..................................................................................................................................2 1.3 晶小信號放大器的有關(guān)知識.........................................................................................................3 1.3.1串并聯(lián)諧振回路的特性......................................................................................................3 1.3.2串并聯(lián)阻抗的等效互換......................................................................................................3 1.3.3并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)結(jié)與接入系數(shù)..............................................................................4 2 電路的制作........................................................................................................................................7 2.1 電路原理圖及說明：.....................................................................................................................7 2.2 放大器具體分析.............................................................................................................................7 2.2.1放大器的技術(shù)指標(biāo)..............................................................................................................7 2.2.2 穩(wěn)定性...............................................................................................................................10 2.3 PCB.................................................................................................................................................15 2.3.1PCB圖..................................................................................................................................15 2.3.2高頻PCB設(shè)計(jì)的布局布線................................................................................................15 3 調(diào)試..................................................................................................................................................16 3.1 調(diào)試...............................................................................................................................................16 結(jié)論........................................................................................................................................................16 謝 辭....................................................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)................................................................................................................................................18 附 錄....................................................................................................................................................19

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引言

本文介紹的高頻小信號功率放大器的設(shè)計(jì)制作電路，高頻小信號放大器又稱為小信號放諧振放大器。本制作主要功能是：這個(gè)電路是兩級放大電路，輸入信號：100mVpp輸出負(fù)載：51Ω諧振電壓放大倍數(shù):AUO≧30dB，通頻帶帶寬為4MHz。

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共 19 頁 理論知識

1.1 高頻小信號功率放大器概述

高頻小信號放大器的功用就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號，如常見的無線電接收機(jī)中高頻和中頻放大器。

高頻：頻率范圍從幾百kHz到幾百M(fèi)Hz。

小信號：所用的非線性放大元件（如晶體管或場效應(yīng)管）可近似看成線性元件，工作在線性范圍，可等效成四端網(wǎng)絡(luò)。高頻小信號放大器的基本組成是：由“放大部分+選頻濾波部分”按“級聯(lián)”方式構(gòu)成。

具體分為：先放大后選頻，先選頻后放大，以及選頻、放大、再選頻的三種基本模式。

放大部分的核心：晶體管、場效應(yīng)管、集成運(yùn)放或?qū)Ｓ眉煞糯笃鞯取?/p>

選頻濾波部分的核心：LC諧振回路或固定濾波器。

1.2基本性能指標(biāo)

高頻小信號放大器的基本性能指標(biāo)如下：

（1）增益

增益定義為放大器的輸出信號電量與輸入信號電量的比值，用A加下標(biāo)（類似于低頻放大器的增益）來表示。

圖3-1（b）為一典型增益的幅頻特性曲線。

（2）通頻帶

通頻帶定義為放大器的增益比最大增益下降3dB時(shí)的上限截止頻率fH 與下限截止頻率fL之差，用BW0.7 = fH-fL 表示。（3）選擇性

選擇性表示放大器對通頻帶以外的各種干擾信號及其噪聲的濾除能力，或者說，從各種干擾中選出有用信號的能力。放大電路的選擇性主要由選頻電路來決定。衡量選擇性的具體指標(biāo)是矩形系數(shù)Kr0.1。

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（4）工作穩(wěn)定性

這是指選頻放大器中的非線性放大元器件的偏置，交流參數(shù)，以及其它電路元件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電路性能（如增益、通頻帶、矩形系數(shù)等）的穩(wěn)定程度。（5）噪聲系數(shù)

與低頻放大器一樣，選頻放大器的輸出噪聲也來源于輸入端和放大電路本身。通常用信噪比來表示噪聲對信號的影響，電路中某處信號功率與噪聲功率之比稱信噪比。信噪比越大，信號質(zhì)量越好。

噪聲系數(shù)是用來反映電路本身噪聲大小的技術(shù)指標(biāo)。其定義為輸入信號的信噪比與輸出信號的信噪比的比值。噪聲系數(shù)越接近于1，說明放大器的抗噪能力越強(qiáng)，輸出信號的質(zhì)量越好。

以上五項(xiàng)性能指標(biāo)，相互間有聯(lián)系也有矛盾。如增益和穩(wěn)定性，通頻帶和選擇性等。因此，應(yīng)根據(jù)要求決定主次和取舍。1.3 晶小信號放大器的有關(guān)知識 1.3.1串并聯(lián)諧振回路的特性

1.3.2串并聯(lián)阻抗的等效互換 由圖：

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圖 2-1 等效互換電路 可知

(2-2)得：

(2-3)根據(jù)品質(zhì)因數(shù)的定義，串連電路的品質(zhì)因數(shù)為

代入上式得

可見等效結(jié)果 Q 不變。即

若回路品質(zhì)因數(shù)較高，由式（2-3）可得

(2-4)

(2-5)此時(shí)可得：串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為并聯(lián)電路后，R2 為串聯(lián)電路 r1 的 電路X1相同，保持不變。

1.3.3并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)結(jié)與接入系數(shù)

當(dāng)并連諧振回路作為放大器的負(fù)載時(shí)，其連接的方式將直接影響放大器的性能。一般來看直接接入是不適用的，因?yàn)榫w管的輸出阻抗低，會降低諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q。通常，多采用部分接入方式，以完成阻抗變換的要求。

倍，而X2與串聯(lián)

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我們定義：接入系數(shù)p為轉(zhuǎn)換前的圈數(shù)（或容抗）與轉(zhuǎn)換后的圈數(shù)（或容抗）的比值。由此定義我們分別可得：

（1）變壓器耦合聯(lián)接的變比關(guān)系

圖 2-2 變壓器耦合聯(lián)接的變換 根據(jù)功率關(guān)系，故

（2-6）

根據(jù)變壓器的電壓變換關(guān)系，即

可得

(2-7)（2）自耦變壓器耦合聯(lián)接的變比關(guān)系

圖 2-3 自耦變壓器耦合聯(lián)接的變換

上圖是自耦變壓器耦合聯(lián)接形式，其變比關(guān)系的分析與變壓器耦合相同。同理可得

(2-8)（3）雙電容分壓耦合聯(lián)結(jié)的變比關(guān)系

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圖 2-4 雙電容分壓耦合聯(lián)結(jié)的變換

其變比關(guān)系可以應(yīng)用串并聯(lián)等效互換的關(guān)系求得，首先將 Rl 與 2 組成的并聯(lián)支路等效為串聯(lián)支路。其中X不變 , 電阻 RLS 為

再將 R LS、C 1、C 2 組成的串聯(lián)支路等效為并聯(lián)支路。而電阻

又因?yàn)椋?/p>

所以

(2-9)上面以電阻 R L 的等效變換推導(dǎo)了各種聯(lián)結(jié)形式的變比關(guān)系?？梢缘玫诫娮柁D(zhuǎn)換通式為

(2-10)為了以后分析電路時(shí)運(yùn)用方便，可將上述變化關(guān)系推廣到電導(dǎo)、電抗、電流和電壓源的等效變比關(guān)系上去，可得

（2-11）

利用上式可以很方便地進(jìn)行各種變換，這對我們以后分析電路是非常有用的。同學(xué)們一定要理解和牢記。

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共 19 頁 電路的制作

2.1 電路原理圖及說明：

高頻小信號諧振放大器是由放大電路（由晶體管、場效應(yīng)管或集成電路組成）與選頻電路（主要是LC諧振回路）組成，作用是將微小的高頻信號進(jìn)行線性放大，選出中心頻率（輸入信號對應(yīng)）的信號，并濾除不需要的干擾頻率信號。原理圖如下：

L3330uFC3103R122KCT15-20PC2L522K3.3uFGNDGNDL2C92.2uF22KC4103GNDL4330uFC5103GNDGNDC6103C11100uFGNDJ21234CON4CT25-20PC10C8J312CON2100P4321CON4GNDR26.2KR333L6330uFR4101102T29018J1C1T19018102J4CON1C7103RL51GNDGNDGNDGNDGNDGND 本放大器由共發(fā)射極組態(tài)的晶體管和并聯(lián)諧振回路組成，如圖，其直流偏置由R1、R2、Re來實(shí)現(xiàn)，CT1，C2，L5和 CT2，C9，L2 分別組成L、C諧振回路。C7為高頻旁路電容。若晶體管用y參數(shù)等效電路等效，信號源用Is和Ys等效。變壓器次級的負(fù)載為下一級放大器的輸入導(dǎo)納Yie2。2.2 放大器具體分析 2.2.1放大器的技術(shù)指標(biāo)

（1）電壓增益 根據(jù)定義，由上圖得

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從等效關(guān)系可知

則

(2-26)放大器諧振時(shí)，對應(yīng)的諧振頻率為

(2-27)則

通常，在電路計(jì)算時(shí)，電壓增益用其模表示，即

可表示為

（2）諧振曲線

放大器的諧振曲線是表示放大器的相對電壓增益與輸入信號頻率的關(guān)系。

(2-28)由式（2-28）可得

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對諧振放大器來講，通常討論的 f 與 f 0 相差不大，可認(rèn)為 f 在 f 0 附近變化，則

(2-29)式中，令，稱為一般失諧。，稱為廣義失諧。代入上式得

(2-30)取模得

(2-31)下圖是諧振特性的兩中表示形式 :

圖2-11放大器的諧振特性（3）放大器的通頻帶 通頻帶的定義是

時(shí)所對應(yīng)的

為放大器的通頻帶。根據(jù)定義得

則

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故

(2-32)（4）放大器的矩形系數(shù) 矩形系數(shù)的定義是

其中，是

時(shí)所對應(yīng)的頻帶寬度，即

故

根據(jù)矩形系數(shù)的定義得

(2-33)由此可以看出，單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1。也就是它的諧振曲線與矩形相差較遠(yuǎn)，選擇性差。

2.2.2 穩(wěn)定性

(1)諧振放大器存在不穩(wěn)定的原因

前面分析電路曾假定晶體管的yre=0。但是，在實(shí)際運(yùn)用中，晶體管存在著反向傳輸導(dǎo)納yre，放大器的輸出電壓可通過晶體管的yre反向作用到輸入端，引起輸入電流的變化，這種反饋?zhàn)饔脤⒖赡芤鸱糯笃鳟a(chǎn)生自激等不良后果。

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圖2-12等效輸入電路

由上圖可見：輸入導(dǎo)納Yi為 Yi=yie+YF 其中，YF =gF+jbF為反饋導(dǎo)納。負(fù)載導(dǎo)納影響輸入導(dǎo)納，輸入導(dǎo)納影響負(fù)載導(dǎo)納。值得注意的是，YF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上，gF有可能為負(fù)值，還會使放大器自激振蕩；bF使回路失諧，中心頻率偏移。(2)放大器的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益

①放大器的穩(wěn)定系數(shù)

下圖是調(diào)諧放大器的等效電路。當(dāng)信號源提供輸入電壓后，通過晶體管得到，而

通過 y re 反饋到輸入端得

圖 2-13 調(diào)諧放大器等效電路

如果反饋電壓在相位和幅度上Ui′與Ui相同，這就意味著放大器要產(chǎn)生自激振蕩。現(xiàn)將Ui與Ui′的比值定義為穩(wěn)定系數(shù)，即

(2-39)S 越大，放大器越穩(wěn)定； S=1 為維持自激振蕩的條件。

由于，Y s 是信號源的內(nèi)導(dǎo)納，它是有前級放大器的諧振回路等效而得，即

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(2-40)式中，用幅值與相角表示

(2-41)其中

同理，輸出回路也可用相同形式表示，即

(2-42)其中，通常，放大器的輸入賄回路和輸出回路相同，即，則，(2-43)根據(jù)相位相同的條件，可得

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代入得

(2-44)②單級調(diào)諧放大器的穩(wěn)定增益

所謂穩(wěn)定增益，是指晶體管不加任何穩(wěn)定措施，而滿足穩(wěn)定系數(shù) S 要求時(shí)，放大器工作于諧振頻率的最大電壓增益。從圖 2-9 所示等效電路可求得放大器的電壓增益。設(shè)各級放大器的參數(shù)相同，且晶體管接入系數(shù)為 p 1，下級負(fù)載接入為 p 2，則單級電壓增益為

由于各級參數(shù)相同，從輸出電壓 Uo 處向放大器輸出端看，可認(rèn)為其等效導(dǎo)納為，故可得

于是

則

當(dāng)回路諧振時(shí)，諧振電壓為

故穩(wěn)定電壓增益為

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(2-45)③提高諧振放大器穩(wěn)定性的措施

由于yre的反饋?zhàn)饔茫w管是一個(gè)雙向器件。使晶體管的反饋?zhàn)饔孟倪^程稱為單向化，其目的是提高放大器的穩(wěn)定性。單向化的方法有中和法和失配法。

（一）中和法

所謂中和，是在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路，以抵消晶體管內(nèi)部yre的反饋?zhàn)饔谩?/p>

圖 2-14 具有中和電路的放大器

應(yīng)該注意的是，嚴(yán)格的中和很難達(dá)到。因晶體管的 yre 是隨頻率變化的。

（二）失配法

所謂失配是指信號源內(nèi)阻不與晶體管的輸入阻抗匹配，晶體管輸出端的負(fù)載不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。

失配法的實(shí)質(zhì)是降低放大器的電壓增益，以確保滿足穩(wěn)定的要求?？梢赃x用合適的接入系數(shù)p1、p2或在諧振回路兩端并聯(lián)阻尼電阻來實(shí)現(xiàn)降低電壓增益。在實(shí)際運(yùn)用中，較多的是采用共射-共基級聯(lián)放大器，其等效電路如下：

圖2-15共射-共基級聯(lián)放大器

從圖中可以看出，輸入回路與晶體管采用部分接入，而輸出回路與晶體管直接接入，這是由于共基晶體管輸出電阻很大，不用部分接入。

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2.3 PCB 2.3.1PCB圖 如下圖：

2.3.2高頻PCB設(shè)計(jì)的布局布線

（1）高頻微波板的基本要求

① 基材 電訊工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)根據(jù)實(shí)際阻抗的需要，選擇了指定的介電常數(shù)、介質(zhì)厚度、銅箔厚度，因此，在接受訂單時(shí)，要認(rèn)真核對，一定要滿足設(shè)計(jì)要求。② 傳輸線制作精度要求 高頻信號的傳輸，對于印制導(dǎo)線的特性阻抗要求十分嚴(yán)格，即對傳輸線的制作精度要求一般為±0.02mm(±0.01mm精度傳的輸線也很常見)，傳輸線的邊緣要非常整齊，微小的毛刺、缺口均不允許產(chǎn)生。

③ 鍍層要求 高頻微波板傳輸線的特性阻抗直接影響微波信號的傳輸質(zhì)量。而特性阻抗的大小與銅箔的厚度有一定的關(guān)系，特別對于孔金屬化的微波板，鍍層厚度不僅影響總的銅箔厚度，而且影響蝕房刻后導(dǎo)線的精度，因此，鍍層厚度的大小及均勻性，要嚴(yán)格控制。

④ 機(jī)械加工方面的要求 首先高頻微波板的材料與印制板的環(huán)氧玻璃布材料在機(jī)加工方面有很大的不同；其次是高頻微波板的加工精度比印制板的要求高很多，一般外形公差為±0.1mm（精度高的一般為±0.05mm或者為0~-0.1mm）。

⑤ 特性阻抗的要求 前面已經(jīng)談到了有關(guān)特性阻抗的內(nèi)容，它是高頻微波板最基本的要求，不能滿足特性阻抗的要求，一切都是徒勞的。（2）高頻微波板生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題

① 工程資料的處理：對客戶的文件進(jìn)行CAM處理時(shí)，一定要把握兩方面的內(nèi)容，一是要認(rèn)真吃透傳輸線的制作精度要求；二是根據(jù)精度要求并結(jié)合本廠的制程能力，作出適當(dāng)?shù)墓に囇a(bǔ)償。

② 下料：通常印制板下料均使用剪板機(jī)或自動開料機(jī)，但對于微波介質(zhì)材料則不能一概而論，要根據(jù)不同的介質(zhì)特性，而選擇不同的下料方法，多以銑、割為主，以免影響材料的平整度以及板面的質(zhì)量。

③ 鉆孔：對于不同的介質(zhì)材料，不僅鉆孔的參數(shù)有所不同，而且對鉆頭的頂角、刃長、螺旋角等都有其特殊的要求，對于鋁基、銅基的微波介質(zhì)材料，鉆孔時(shí)加工方式也有所

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不同，以避免毛刺的產(chǎn)生。

④ 導(dǎo)通孔接地：一般情況下，導(dǎo)通孔采用化學(xué)沉銅的方法接地，化學(xué)沉銅時(shí)通常使用化學(xué)法或等離子法進(jìn)行處理，從安全方面考慮，我們采用等離子法，效果很好；而對于鋁基的微波介質(zhì)材料，若使用通常的化學(xué)沉銅，有相當(dāng)大的難度，一般建議采用金屬導(dǎo)電材料灌孔接地的方法較為合適，但孔電阻一般小于20m?。

⑤ 圖形轉(zhuǎn)移：本工序是保證圖形精度的一個(gè)重要工序。在選擇光刻膠、濕膜、干膜等感光材料時(shí)，必須滿足圖形精度的要求；同時(shí)光刻機(jī)或曝光機(jī)的光源也必須滿足制程的需要。

⑥ 蝕刻：本工序要嚴(yán)格控制蝕刻的工藝參數(shù)，如：蝕刻液各成份的含量、蝕刻液的溫度、蝕刻速度等。確保導(dǎo)線邊緣整齊，無毛刺、缺口，導(dǎo)線精度在公差要求的范圍內(nèi)。要切切實(shí)實(shí)做好這一點(diǎn)，需要細(xì)功夫，是非常必要的。

⑦ 涂鍍：高頻微波板導(dǎo)線上最后涂層一般有錫鉛合金、錫銦合金、錫鍶合金、銀、金等。但以電鍍純金較為普遍。

⑧ 成形：高頻微波板的成形與印制板一樣，以數(shù)控銑為主。但銑削的方法對于不同的材料，是有很大區(qū)別的。金屬基微波板的銑削需要使用中性冷卻液進(jìn)行冷卻，而且銑削的參數(shù)也有相當(dāng)大的差異。

總之，高頻微波板的生產(chǎn)中，除了要注意以上的一些問題，還必須小心熱風(fēng)整平時(shí)錫缸溫度、風(fēng)壓的大小及周轉(zhuǎn)、裝夾過程中的壓痕和劃傷。只有認(rèn)真仔細(xì)地注意每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能真正做出合格的產(chǎn)品來。調(diào)試

3.1 調(diào)試

調(diào)試時(shí)，可先檢查印制板及焊接的質(zhì)量是否符合要求，有無虛焊點(diǎn)及線路間有無短路、斷路。然后用萬用表測試或通電檢測，檢查無誤后，可通12V電壓，在加入100mv,11.9MHZ（我個(gè)人的學(xué)號的后三位）的信號，先調(diào)節(jié)第一級的，使得其輸出頻率為11.9MHZ，在調(diào)節(jié)第二級的，最后使得輸出電壓大于2V以上，頻率為11.9MHZ，這樣就成功了。我這次做電路板運(yùn)氣比較好，接入電源和信號，隨便調(diào)節(jié)一下就得了。

結(jié)論

次此設(shè)計(jì)不但復(fù)習(xí)鞏固了三年來所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，而且讓我門更進(jìn)一步掌握我們的所學(xué)知識。此過程對我們的動手能力又有進(jìn)一步的提高。首先掌握高頻小信號放大器的電路組成、晶體管工作的內(nèi)部物理機(jī)制、高頻參數(shù)、高頻等效電路、參數(shù)等效電路。其次掌握高頻小信號放大器放大倍數(shù)、輸入阻抗、出入阻抗的計(jì)算公式的推導(dǎo)與使用方法。再次掌握高頻小信號放大器阻抗匹配、接入系數(shù)的概念與基本計(jì)算方法。所以次此設(shè)計(jì)將對我們以后的工作起到不可磨滅的作用。此次設(shè)計(jì)還讓我明白了，做什么事情都要認(rèn)真仔細(xì)，來不得半點(diǎn)馬虎，此次制作達(dá)到了我預(yù)期的結(jié)果。

桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙

第 17 頁

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第 18 頁

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參考文獻(xiàn)

[1] 沈偉慈.通信電路.西安電子科技大學(xué)出版社，2004 [2] 曾興雯.高頻電子線路.高等教育出版社，2004 [3] 懂尚斌.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).武漢大學(xué)電子信息學(xué)院，2003 18

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附 錄

正確使用電烙鐵

1、選用合適的焊錫，應(yīng)選用焊接電子元件用的低熔點(diǎn)焊錫絲。

2、助焊劑，用25%的松香溶解在75%的酒精（重量比）中作為助焊劑。

3、電烙鐵使用前要上錫，具體方法是：將電烙鐵燒熱，待剛剛能熔化焊錫時(shí)，涂上助焊劑，再用焊錫均勻地涂在烙鐵頭上，使烙鐵頭均勻的吃上一層錫。

4、焊接方法，把焊盤和元件的引腳用細(xì)砂紙打磨干凈，涂上助焊劑。用烙鐵頭沾取適量焊錫，接觸焊點(diǎn)，待焊點(diǎn)上的焊錫全部熔化并浸沒元件引線頭后，電烙鐵頭沿著元器件的引腳輕輕往上一提離開焊點(diǎn)。

5、焊接時(shí)間不宜過長，否則容易燙壞元件，必要時(shí)可用鑷子夾住管腳幫助散熱。

6、焊點(diǎn)應(yīng)呈正弦波峰形狀，表面應(yīng)光亮圓滑，無錫刺，錫量適中。

7、焊接完成后，要用酒精把線路板上殘余的助焊劑清洗干凈，以防炭化后的助焊劑影響電路正常工作。

8、集成電路應(yīng)最后焊接，電烙鐵要可靠接地，或斷電后利用余熱焊接?；蛘呤褂眉呻娐穼Ｓ貌遄?，焊好插座后再把集成電路插上去。

9、電烙鐵應(yīng)放在烙鐵架上。

第二篇：高頻功率放大器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：

高頻電子線路實(shí)驗(yàn)

指導(dǎo)老師：

韓杰、龔淑君

成績：__________________ 實(shí)驗(yàn)名稱：

高頻功率放大器

實(shí)驗(yàn)類型：

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)

同組學(xué)生姓名：

_

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿?/p>

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）

三、主要儀器設(shè)備（必填）

四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）

七、討論、心得

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)——輸出功率、中心頻率、末級集電極效率、穩(wěn)定增益或輸入功率、線性動態(tài)范圍等基本概念，掌握實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的功率放大器基本設(shè)計(jì)方法，包括輸入、輸出阻抗匹配電路設(shè)計(jì)，回路及濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)，功率管的安全保護(hù)，偏置方式及放大器防自激考慮等。

2、掌握高頻功率放大器選頻回路、濾波器的調(diào)諧，工作狀態(tài)（通角）的調(diào)整，輸入、輸出阻抗匹配調(diào)整，功率、效率、增益及線性動態(tài)范圍等主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法和技能。

二、實(shí)驗(yàn)原理

高頻功率放大器實(shí)驗(yàn)電路原理圖如下圖圖1所示。電路中電阻、電容元件基本上都采用貼片封裝形式。放大電路分為三級，均為共射工作，中心頻率約為10MHz。

圖1 高頻功率放大器

第一極（前置級）管子T1采用9018或9013，工作于甲類，集電極回路調(diào)諧于中心頻率。第二級（驅(qū)動級）管子T2采用3DG130C，其工作狀態(tài)為丙類工作，通角可調(diào)。通角在45°~60°時(shí)效率最高。調(diào)整RW1時(shí)，用示波器在測試點(diǎn)P2可看到集電極電流脈沖波形寬度的變化，并可估測通角的大小。第二級集電極回路也調(diào)諧于中心頻率。第三級（輸出級）管子T3也采用3DG130C，工作于丙類，通角調(diào)在60°~70°左右。輸出端接有T形帶通濾波器和π型阻抗變換器，具有較好的基波選擇性、高次諧波抑制和阻抗匹配性能。改變短路器開關(guān)K1~K4可觀看濾波器的失諧狀態(tài)，為保證T3管子安全，調(diào)整時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低電源電壓或減小激勵(lì)幅度。改變K5、K6可影響T3與51Ω負(fù)載的匹配狀態(tài)。匹配時(shí)，51Ω負(fù)載上得到最大不失真功率為200mW左右，二次諧波抑制優(yōu)于20dB，三級總增益不小于20dB，末級集電極到負(fù)載上的凈效率可達(dá)30%左右，考慮濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的插入損耗，集電極效率可達(dá)40%以上。開關(guān)K8只有在接通后才能使功放達(dá)到預(yù)定效率，但實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了使R16對末級管子T3起到限流保護(hù)作用，K8不要接通，而R16上的電壓降也不必扣除，這只使功放總效率略有降低。電源開關(guān)K7用于防止穩(wěn)壓電源開機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)電壓上沖導(dǎo)致末級功放管損壞。

三、主要儀器設(shè)備

10MHz高頻功率放大器實(shí)驗(yàn)板、BT3C（或NW1252）掃頻儀、高頻信號發(fā)生器（QF1056B或EE1461）、示波器、超高頻毫伏表（DA22）、直流穩(wěn)壓電源（電壓5~15V連續(xù)可調(diào)，電流1A）、500型萬用表（或數(shù)字萬用表

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

主要測試指標(biāo)：功率、效率、線性動態(tài)范圍 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與儀器設(shè)置

1、實(shí)驗(yàn)板：

? 開關(guān)K7用于防止穩(wěn)壓電源開機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)電壓上沖導(dǎo)致末級功放管損壞，所以穩(wěn)壓電源開機(jī)或關(guān)機(jī)前，開關(guān)K7必須置于關(guān)閉（向下）；

? 短路開關(guān)置于K1、K3、K6、K9、K10，否則濾波器失諧，影響T3與51Ω負(fù)載的匹配狀態(tài)，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2、電源：

? 為保證T3管子安全，電源電壓最高不超過+15V，實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)置為+14.5V~+15V。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

4）用信號源及示波器測功放輸出功率及功率增益

（1）適當(dāng)改變信號幅度（200~300mV左右），使51Ω負(fù)載上得到額定功率200mW。

（2）在測試點(diǎn)P2觀察電流脈沖，寬度應(yīng)為周期的1/3左右。

（3）從輸入輸出信號幅度求得功放的（轉(zhuǎn)換）功率增益。

（4）比較濾波器輸入輸出幅度，估計(jì)濾波器插入衰減。

5）用雙蹤示波器觀察電流電壓波形

（1）比較功放末級發(fā)射極電流脈沖波形和負(fù)載上基波電壓波形的相位。（2）比較功放第二級發(fā)射極電流脈沖波形與集電極電壓基波波形的相位，并分別畫出波形。

6）高頻功放效率（主要是末級）的調(diào)試與測量

（1）用示波器觀看第二級發(fā)射極電阻電流脈沖寬度。

（2）用示波器在第三級功放發(fā)射極電阻上觀看其電流脈沖波形。

8）功放線性觀察

(1)調(diào)幅波通過功率放大器

將中心頻率為10MHz、調(diào)制度為60%的調(diào)幅信號電壓加到功放輸入端，適當(dāng)調(diào)整輸入信號幅度（200mV），使51Ω負(fù)載上輸出調(diào)幅波峰值功率不超過功放額定功率200mW，用雙蹤

示波器比較輸入、輸出調(diào)幅波的波形并加以說明。

(2)調(diào)頻波通過功率放大器

將中心頻率為10MHz的調(diào)頻波（頻偏60KHz）輸入功放，調(diào)節(jié)信號幅度使負(fù)載上調(diào)頻信號功率不超過功放額定功率，比較輸入、輸出調(diào)頻波的波形并加以說明。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理

1、用信號源及示波器測功放輸出功率及功率增益

（1）適當(dāng)改變信號幅度（200~300mV左右），使51Ω負(fù)載上得到額定功率200mW。

本次實(shí)驗(yàn)采用的電路板，當(dāng)輸入信號幅度為350mv時(shí)，51Ω負(fù)載上可以達(dá)到200mW的額定功率，此時(shí)負(fù)載兩端輸出電壓峰峰值為9.02V。

當(dāng)輸入信號幅度為350mW時(shí)，負(fù)載兩端波形如下所示：

由圖可知此時(shí)波形峰峰值為9.02V，與理論計(jì)算的9.03V十分接近，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

（2）測試點(diǎn)P2的電流脈沖： 已測：頻率為10MHz，周期為T=100ns，電流脈沖寬度為43ns，約為周期的1/3。

（3）功放的（轉(zhuǎn)換）功率增益：

∵VPP-in=300mV*2=0.6V

Vpp-out=9.03V

又輸入輸出阻抗匹配

2Vpp9.032?out∴功率增益：A?10?lg2?10?lg?23.55dB2Vpp?in0.6

上述結(jié)果滿足實(shí)驗(yàn)原理中三級總增益不小于20dB的結(jié)論。

（4）比較濾波器輸入輸出幅度，估計(jì)濾波器插入衰減。

濾波器輸入：信號峰峰值= 2.01V

濾波器之后的輸出峰峰值=1.27V 插入損耗為：20*lg（1.27/2.01）=-3.99db

2、用雙蹤示波器觀察電流電壓波形。

（1）功放末級發(fā)射極電流脈沖波形的相位與負(fù)載上基波電壓波形的相位比較：

由上圖可知，兩者之間的相位差約為180度。

（2）功放第二級發(fā)射極電流脈沖波形與集電極電壓基波波形的相位比較：

根據(jù)波形比較可知，兩者之間的波形相位相差180度。

3、高頻功放頻率（主要是末級）的調(diào)試與測量

（1）第二級發(fā)射極電阻電流脈沖寬度：

第二級發(fā)射極電流脈沖寬度約為42ns

（2）第三級功放發(fā)射極電阻上觀察電流脈沖波形：

4、功放線性觀察：

（1）輸入、輸出調(diào)幅波的波形：

如圖可以看出，輸出調(diào)幅波與輸入調(diào)幅波相比較，可知輸入調(diào)幅波通過高頻功放之后波形產(chǎn)生了很大的失真。

（2）輸入、輸出調(diào)頻波的波形：

如圖所示，通過高頻功率放大器之后調(diào)頻波的輸入輸出波形并沒有太大的差別（均為正弦波），只是輸出波形稍微有些失真，但是并不明顯。

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1、用信號源及示波器測功放輸出功率及功率增益

實(shí)驗(yàn)中，通過調(diào)節(jié)變阻器的值調(diào)節(jié)電路，最終當(dāng)輸入信號幅度取到300mV時(shí)，51Ω負(fù)載上得到的功率為200mW。由于實(shí)驗(yàn)中T2管子工作狀態(tài)為丙類，即為C類高頻功放，導(dǎo)通角約為60度，因此在發(fā)射極P2測試點(diǎn)測得的電流脈沖為周期T的1/3左右（60°/180°=1/3）。比較濾波器的輸入輸出波形可以看出，功率增益為23.55dB，滿足三級功放的功率增益不小于20dB，插入的濾波器可以將C類放大器引起的非線性失真補(bǔ)償，這是因?yàn)門形帶通濾波器和π型阻抗變換器具有較好的基波選擇性、高次諧波抑制和阻抗匹配性能，但同時(shí)付出了增加插入損耗的代價(jià)。實(shí)驗(yàn)中測得濾波器的插入損耗為

dB。

2、用雙蹤示波器觀察電流電壓波形

比較功放第2級發(fā)射極P2電流脈沖波形與集電極P3電壓基波波形的相位，發(fā)現(xiàn)相位差約為180度，這與三極管的反相特性吻合；當(dāng)比較功放末級發(fā)射極P4電流脈沖波形與負(fù)載上基波電壓波形的相位，發(fā)現(xiàn)相差也為180度。

3、高頻功放頻率的調(diào)試與測量

通過觀察高頻功放末級發(fā)射極上電流脈沖波形，發(fā)現(xiàn)仍然存在失真，脈沖寬度約為一周期的0.4，但是信號的幅度與第二級發(fā)射極電流脈沖來講已經(jīng)被放大了。

4、功放線性觀察

試驗(yàn)中分別觀察了調(diào)幅波通過高頻功放與調(diào)頻波通過高頻功放之后的失真，發(fā)現(xiàn)調(diào)幅失真度比調(diào)頻的失真度要大很多，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中T2T3均為C類放大器，是屬于非線性放大器，不適合放大為非恒定包絡(luò)的已調(diào)信號。對于普通調(diào)幅波信號，C類放大器對幅度不同的輸入信號的導(dǎo)通角不同，輸出電流基波分量的幅度與導(dǎo)通角成非線性關(guān)系，使得輸出電壓幅度的包絡(luò)與輸入電壓包絡(luò)不成正比，從而產(chǎn)生較大失真，而調(diào)頻信號適合使用C類高頻功放，因此輸入輸出波形沒有太大差別。

八、思考題

1、簡述放大器分類以及各類放大器的區(qū)別與應(yīng)用？

答：功率放大器根據(jù)輸出功率與效率不同，分為A、B、C、D、E等幾類。

按照信號一周期內(nèi)晶體管的導(dǎo)通情況，即按導(dǎo)通角的大小，功率放大器可分為A、B、C三類。在信號一周期內(nèi)管子均導(dǎo)通，導(dǎo)通角為180°，稱為A類放大器，理想效率為50%，負(fù)載為電阻。一周期內(nèi)只有一半導(dǎo)通的稱為B類放大器，導(dǎo)通角為90°，理想效率為78.5%，電路一般采用兩個(gè)管子輪流導(dǎo)通的推挽形式。AB類放大器介于A、B類兩者之間，導(dǎo)通角為90°~180°，理想效率為50%~78.5%，電路同樣采用推挽形式。而導(dǎo)通時(shí)間小于一半周期的成為C類放大器，即導(dǎo)通角小于90°，理想效率大于78.5%。

如果按照晶體管的等效電路分，則A、B、C屬于一大類，它們的晶體管都等效為一個(gè)受控電流源。而D、E屬于另一類功放，它們的晶體管被等效為受輸入信號控制的開關(guān)，導(dǎo)通角都近似為90°，都屬于高效率的非線性功率放大器。

對于音頻功率放大器，目前使用最多的是AB 類功放，這類功放優(yōu)點(diǎn)是音質(zhì)較好，缺點(diǎn)是它的平均效率不高，大約40%左右，在大音量時(shí)整機(jī)溫升較高。因此許多電子工作者設(shè)計(jì)了其他種類的音頻功率放大器，如G類功放。G類功率放大器設(shè)計(jì)基本思想是，當(dāng)功放輸出幅度較小時(shí)功放末級供電采用低電壓，當(dāng)輸出幅度升高時(shí)功放末級供電采用較高一些電壓，如輸出幅度繼續(xù)升高時(shí)，功放末級供電再用更高一些電壓，這樣就減小了信號小幅度下的管耗，大大提高了整機(jī)效率。采用數(shù)字切換電源方式的G類功放的功率管功耗很低，帶來的好處是整機(jī)發(fā)熱大大降低，提高了電路的可靠性，減小了電源的功率和功率管散熱片的大小，而音質(zhì)又與AB 類功放差不多，是很值得推廣的一種音頻功率放大器。

2、當(dāng)高頻功放負(fù)載電阻發(fā)生短路或開路時(shí)，功放管會發(fā)生什么危險(xiǎn)？

答：當(dāng)負(fù)載短路時(shí)會使功放管燒毀，當(dāng)負(fù)載開路時(shí)會使功放管擊穿。

3、當(dāng)高頻功放集電極回路或?yàn)V波器電路嚴(yán)重失諧時(shí)，功放管可能出現(xiàn)什么危險(xiǎn)，為什么？

答：功放管可能因集電極電流過大而燒毀，也可能因集電極脈沖電壓過大而擊穿。具體情況與激勵(lì)幅度、信號頻率、回路或?yàn)V波器阻抗、Q值、失諧量、阻抗變換比、電源電壓等因素有關(guān)。

4、當(dāng)高頻功放激勵(lì)幅度過大或過小時(shí)，會產(chǎn)生什么不良后果？

答：若高頻功放管激勵(lì)幅度過小時(shí)，則輸出功率太小，觀察不明顯，容易與噪聲混淆。若輸入信號激勵(lì)過大時(shí)則可能會產(chǎn)生波形的失真、模糊等現(xiàn)象，即出現(xiàn)寄生調(diào)制，間歇振蕩或高頻自激等，從而可能使得功放管燒毀或擊穿。

5、調(diào)節(jié)RW1減小功放第二級導(dǎo)通角時(shí)，功放總幅頻特性會發(fā)生什么變化，為什么？導(dǎo)通角改變對功放管安全性有什么影響？

答：當(dāng)調(diào)節(jié)RW1減小功放第二級導(dǎo)通角時(shí)，可能使功放總特性輸出幅度升高，而帶寬變窄，并在中心頻率的1/

2、1/

3、1/4……處產(chǎn)生增益。因?yàn)閷?dǎo)通角減小時(shí)，管子阻抗升高，從而使得賄賂的損耗減小，Q值升高，進(jìn)而使得功放級等效阻抗升高，電壓增益升高，線性動態(tài)范圍減小，因而出現(xiàn)嚴(yán)重非線性失真，即在中心頻率1/

2、1/3……處出現(xiàn)明顯的高次諧波輸出。這會使得末級功放容易被擊穿，并可能在帶外產(chǎn)生嚴(yán)重的雜波輻射，對其他射頻信號產(chǎn)生干擾。

6、高頻功放電源電壓應(yīng)如何選定？若外接負(fù)載固定為50Ω，為得到最大輸出功率，甲類、乙類高頻功放的輸出阻抗匹配應(yīng)如何考慮？

答：高頻功放電源電壓一般小于BVCEO/2（30/2V=15V），并盡可能采用通用標(biāo)準(zhǔn)直流電壓，即功放調(diào)諧后，電源電壓最高不超過15V。為了提高功率，功放末級管子T3采用3DG130C，工作于丙類，通角在60°~70°左右，此時(shí)集電極匹配負(fù)載阻抗約為（2.5~3）BVCEO/ICM，再將50Ω負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)換成這個(gè)值即可。末級功放甲類、乙類工作時(shí)，上述阻抗括號內(nèi)數(shù)字為1和2。

8、如何提高高頻功放的穩(wěn)定功率增益？

答：根據(jù)公式

功放管穩(wěn)定功率增益與管子的工作點(diǎn)及穩(wěn)定系數(shù)大小有關(guān)，當(dāng)滿足絕對穩(wěn)定條件： |K|>

1、|S11|<

1、|S22|<1時(shí)，只要輸入輸出端滿足阻抗共軛匹配，即可達(dá)到最大穩(wěn)定功率增益。然而大多數(shù)管子不滿足絕對穩(wěn)定條件，因而通常只在輸入端實(shí)行共軛匹配，而輸出端失配，失配負(fù)載阻抗可能有兩個(gè)值，也可能有一個(gè)值或者沒有值。如有兩個(gè)值，則可根據(jù)其他指標(biāo)作出選擇；如只有一個(gè)值，則沒有選擇余地；如沒有穩(wěn)定失配阻抗值，則應(yīng)改變工作點(diǎn)，電源電壓或跟換管子。穩(wěn)定失配負(fù)載電阻為：

式子中Vsat為管子高頻飽和壓降（比直流飽和壓降大很多，測試方法為：輸入額定功率，監(jiān)視輸出電壓或功率，逐漸降低VCC至電壓或功率開始下跌時(shí)，記下VCC值，并測出輸出電壓幅值Vom，則Vsat=、VCC-Vom。

9、高頻功放的實(shí)際功率增益如何測量？

答：高頻功放的實(shí)際功率增益測量,主要是不匹配輸入阻抗實(shí)部Rin的測量。方法有開路(高阻為近似開路)法,等效 阻抗置換法及電流取樣法等。

1）開路法最簡單信號源內(nèi)阻Rs通常為50Ω已知，加上額定激勵(lì)幅度Uin（注意輸入回路調(diào)諧），再斷開后測信號源開路電勢E，則Rin=UinRs/（E-Uin），Pin=Uin/Rin，實(shí)際功率增益Kp=Pout/Pin。

2）等效阻抗置換法稍麻煩，既要保證管子輸入端回路

調(diào)諧，又要調(diào)整等效電阻大小，使電阻上電壓與管子額定輸入電壓幅度相等。

3）電流取樣法需要在輸入端調(diào)諧后串接一個(gè)小電阻R，測出電阻兩端電壓差Vin-Vin，求出電流Iin=（Vin-Vin）/R，則Pin=VinIin，實(shí)際功率增益Kp=Pout/Pin=PoutR/Uin（Vin-Vin）。

10、怎樣防止高頻功放自激？

答：預(yù)防功放自激措施如下所示。

1）選擇合適的管子參數(shù)（功率PcM、電流IcM、頻率fT、耐壓BVce0等； 2）選擇合適的工作狀態(tài)（電源電壓、導(dǎo)通角（60~70o））； 3）正確選擇電路形式；

4）正確設(shè)計(jì)電路參數(shù)，特別是回路阻抗、帶寬及扼流圈電感量等，并根據(jù)絕對穩(wěn)定條件，充分留有穩(wěn)定性余量；

5）準(zhǔn)確測出管子S參數(shù)，并適當(dāng)修正設(shè)計(jì)參數(shù)；

6）正確設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局，充分縮短電路走線和元件引線（特別是管子發(fā)射極引線）長度，減少元件之間的分布電容，級間雙電容寬帶去耦、級間及總體屏蔽，采用大面積地線及就近接地；

7）準(zhǔn)確調(diào)諧頻率和調(diào)整信號激勵(lì)幅度；

8）微帶功放要采用較薄、高 εr的氧化鈹陶瓷基板，采用加散熱器、風(fēng)冷等穩(wěn)定措施，進(jìn)行低頻濾波，采用低頻短路負(fù)載等。

11、用3DG130C管設(shè)計(jì)一個(gè)5MHz高頻功放，負(fù)載為50Ω，輸出功率200mW，功率增益大于20dB，二次諧波抑制優(yōu)于20dB，末級放大器到負(fù)載凈效率大于35%，電源電壓為12~15V。

答：電路的設(shè)計(jì)與本次實(shí)驗(yàn)及其類似，但是幾個(gè)元器件的工作參數(shù)發(fā)生了變換，具體參數(shù)如下： 1.第一級

1）管子：9013（fT 300MHz，PcM 700mW，BVce0實(shí)測 ≥30V）2）工作狀態(tài)：甲類 2.第二級

1）管子：3DG130C（fT≥300MHz，IcM≥300mA，PcM≥700mW，BVce0≥30V，實(shí)測≥30V）

2）工作狀態(tài)：丙類-乙類-甲乙類-甲類連續(xù)可調(diào)。3.第三級

1）管子： 3DG130C（參數(shù)同第二級）2）工作狀態(tài)：

丙類通角：60~70°

集電極負(fù)載：300Ω

最大輸出功率：約300mW

集電極效率：約35% 3）濾波器 ：

最平型帶通T型3級（視諧波抑制指標(biāo)而定）

中心頻率：

5MHz

相對帶寬（2Δf/f。）：約0.05~0.1

終端阻抗:

200~300Ω

插入損耗:

約3~5dB 4)π型導(dǎo)納變換器:

特征阻抗:

約50Ω

第三篇：小信號調(diào)諧放大器專題

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課 程: 高頻電子線路實(shí)驗(yàn) 實(shí) 驗(yàn): 小信號調(diào)諧放大器 班 級: 09電信2班 姓 名: 林小龍 學(xué) 號: 20090662224

日 期: 年 月 日

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

①通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步熟悉小信號調(diào)諧放大器的工作原理，初步了解工程估算的方法。②掌握調(diào)諧放大器的電壓增益、選擇性、通頻帶及動態(tài)范圍的測試方法。③掌握使用頻率特性測試儀調(diào)整小信號諧振放大器諧振特性的方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

小信號調(diào)諧放大器的主要特點(diǎn)是晶體管的集電極負(fù)載不是純電阻，而是由LC組成的并聯(lián)諧振回路，如圖1-1所示。由于LC并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨頻率而變的，在諧振頻率

處其阻抗是純電阻，達(dá)到最大值。因此，用并聯(lián)諧振回路作集電極負(fù)載的調(diào)諧放大器在回路的諧振頻率上具有最大的電壓增益。稍離開此頻率，電壓增益迅速減小。我們用這種放大器可以放大所需要的某一頻率范圍的信號，而抑制不需要的信號或外界干擾信號。因此，調(diào)諧放大器在無線電通信系統(tǒng)中被廣泛用作高頻和中頻放大器。

圖1—1 小信號調(diào)諧放大器

三、實(shí)驗(yàn)電路

圖1-1所示電路為實(shí)驗(yàn)電路，它是由共發(fā)射極組態(tài)的晶體管和并聯(lián)諧振回路組成的單級單調(diào)諧放大器。

本實(shí)驗(yàn)電路要求完成單級調(diào)諧放大器的技術(shù)指標(biāo)：中心頻率f0=15MHz，通頻帶2△f0.7=4MHz，增益A>20dB，RL=1 kΩ。

電路主要元件參數(shù)：晶體管3DG6C，β=60，查手冊知在f0=30MHz，IC=2mA，Vcc=9V條件下測得y參數(shù)為gie=2mS，Cie=12PF，goe=250μs，Coe=4pF，yfc=40mS，yre=350μS。如果工作條件發(fā)生變化，則上述參數(shù)值僅作為參考。要得到晶體管的y參數(shù)也可由混合π參數(shù)計(jì)算出y參數(shù)。中頻變壓器參數(shù)：L=4μH，Q0=100，P1=0.6，P2=0.3?；芈冯娙軨1=10PF，C2=(5～20)PF，在調(diào)諧過程中使用微調(diào)電容C2，調(diào)整中心頻率。直流偏置由Rb1、Rb2、Rc實(shí)現(xiàn)，電阻器W1為47kΩ，用于調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。電路中的電容一般使用體積小的瓷片電容。

四、調(diào)諧放大器的調(diào)整與測試

首先應(yīng)調(diào)整每一級所需的直流工作點(diǎn)。其調(diào)試方法與阻容耦合放大器相同。但要注意一點(diǎn)：在多級調(diào)諧放大器中，由于增益高，容易引起自激振蕩。因此，在測試其直流工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先用示波器觀察一下放大器的輸出端是否有自激振蕩波形。如果已經(jīng)有自激振藹，應(yīng)先設(shè)法排除它，然后再測試其直流工作點(diǎn)。否則，所測數(shù)據(jù)就是不準(zhǔn)確的。對于調(diào)諧放大器的頻率特性、增益及動態(tài)范圍的調(diào)整與測試，一般有兩種方法：一種是逐點(diǎn)法；一種是掃頻法。后者比較簡單、直觀。但由于其頻標(biāo)較粗，對于窄帶調(diào)諧放大器難以精確測試。

(一)逐點(diǎn)法

所謂逐點(diǎn)法，就是以高頻信號發(fā)生器為信號源，用示波器或電壓表為測試儀器，直接接線如圖1-4所示。

圖1-4調(diào)諧放大器的測試電路

1．諧振頻率的調(diào)試

將信號發(fā)生器的輸出頻率置于f=15MHz，輸出電壓Uo=10mv，Vcc=+12v，調(diào)可變電容器C2使回路諧振，即高頻毫伏表的指示值達(dá)到最大，回路處于諧振狀態(tài)。

對于多級單調(diào)諧放大器的諧振頻率的調(diào)試，應(yīng)該從末級開始，逐級向前進(jìn)行調(diào)試。即先將信號源的輸出電壓加到末級放大器的基極，調(diào)節(jié)末級放大器調(diào)諧回路中的電感或電容，使輸出電壓達(dá)到最大?！绱送七M(jìn)到第一級后，就說明各級的諧振同路都基本上工作在所需的fo附近了。但由于各級之間存在著相互影響，因此當(dāng)信號源輸出電壓加到第·級輸入端后還應(yīng)再反復(fù)調(diào)節(jié)各級調(diào)諧回路的電感或電容，使輸出電壓達(dá)到最大。

在調(diào)整過程中，應(yīng)注意幾點(diǎn)：第一，信號源輸出幅度對末級應(yīng)適當(dāng)大些，越呈向前級推進(jìn)，其輸出幅度就應(yīng)該相應(yīng)減小。否則由于輸入幅度過大而使放大器進(jìn)入非線性狀態(tài)，將使調(diào)諧不準(zhǔn)。第二，當(dāng)信號源輸出端接到各級輸入端時(shí)，應(yīng)有隔直電容，否則信號源的接入會影響放大器的直流工作點(diǎn)。第三，在調(diào)諧回路的電感或電容時(shí)，最好采用絕緣材料做的改錐，以減小金屬改錐對回路電感或電容的影響。

2．幅頻特性的調(diào)試

當(dāng)中心頻率調(diào)整好后，就可測試放大器的頻率特性了。在輸出幅度不超過放大器線性動態(tài)范圍的條件下，保持輸入電壓幅度不變，在諧振頻率fo兩旁逐點(diǎn)改變信號頻率，用示波器或高頻毫伏表測出相應(yīng)的輸出電壓Uo，計(jì)算出各點(diǎn)的放大倍數(shù)Au,就可描出放大器的諧振曲線Au-f，如圖1-5所示。從曲線上即可求出2△f0.7和2△f0.1。

若這些指標(biāo)的測量值與設(shè)計(jì)值相差較遠(yuǎn)，應(yīng)根據(jù)它們的表達(dá)式分析。例如放大倍數(shù)

Au0較小，可以通過調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)Ic，接入系數(shù)p1或更換β較大的晶體管，使Auo增加。如果2△f0.7窄了，可以通過調(diào)整阻尼電阻R使之變小，從而增加插入損耗使2△f0.7變寬。

由于分布參數(shù)的影響，放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足要求后的元件參數(shù)與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定偏差。

采用逐點(diǎn)法測量，調(diào)整起來比較麻煩，花費(fèi)的時(shí)間也比較多。因此目前采用最多的方法是掃頻法，用BT-3頻率特性測試儀測量回路的諧振曲線。

(二)掃頻法

I．放大器的調(diào)諧

將BT-3頻率特性測試儀提供的掃頻信號用終端接有75Ω電阻的電纜加到單級放大器的輸入端，檢波探頭接到末級的輸出負(fù)載上，然后調(diào)節(jié)中心頻率旋鈕，屏幕上就可顯示出放大器的諧振特性曲線。這時(shí)調(diào)節(jié)回路電容或回路電感，使諧振特性曲線在規(guī)定的中心頻率上出現(xiàn)最大值。

多級單調(diào)諧放大器的調(diào)諧，要先調(diào)諧末級放大器的諧振回路，然后調(diào)前一級回路，使中心頻率上出現(xiàn)的峰值增大。按此逐級向前推移。這種從后級調(diào)到前級的方法，可以減小后級回路參數(shù)通過晶體管內(nèi)部反饋對前級回路的影響。實(shí)際上，這種影響是難免的，因此必須多次由后級向前級反復(fù)調(diào)諧。應(yīng)注意的是各調(diào)諧回路調(diào)到同一頻率時(shí)，放大器的增益不斷提高，掃頻信號必須相應(yīng)減小，以防止放大器飽和。

2．增益的測量

參考第四章頻率特性測試儀中有關(guān)增益的測量方法。

五、實(shí)驗(yàn)儀器

高頻信號產(chǎn)生器

QF-1056

1臺

雙蹤示波器

DOS-645B

1臺

頻率特性測試儀

BT-3

1臺

超高頻毫伏表

DA-36

1臺

晶體管直流穩(wěn)壓電源

1臺

萬用表

1塊 高頻Q表

QBC-3

1臺 無感起子

1把 小信號調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)電路板

1塊

六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(一)單級單調(diào)諧放大器的調(diào)整與測試

①知圖1-1為單調(diào)諧放大器的實(shí)驗(yàn)電路圖。L=4μH，p1=0.6，p2=0.3，晶體管為3DG6C，Vcc=+12V，RL=1 KΩ

主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率fo=15 MHz，諧振電壓放大倍數(shù)Au0≥20dB，通頻帶2△f0.7=4 MHz。

②擬定實(shí)驗(yàn)步驟。

③確定測量方法。

④測量主要技術(shù)指標(biāo)‘

⑤實(shí)驗(yàn)分析與研究。

(二)兩級單調(diào)諧放大器的調(diào)整與測試

①用兩塊如圖1-1所示的單級單調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)板組成兩級單調(diào)諧放大器。

注意：把作為第一級放大器的輸出負(fù)載RL取下，即第二級的輸入阻抗為第一級的輸出負(fù)載。

②主要技術(shù)指標(biāo)：諧振頻率fo=15MHz，諧振電壓放大倍數(shù)Auo=40db，通頻帶2△f0.7=2.5MHz

③擬定實(shí)驗(yàn)步驟。

④確定測量方法。

⑤誤差分析。

⑥電路的改進(jìn)意見及本次實(shí)驗(yàn)中的收獲體會。

七、實(shí)驗(yàn)研究與思考題

①回路的諧振頻率fo與哪些參數(shù)有關(guān)?如何判斷諧振回路處于諧振狀態(tài)，用實(shí)驗(yàn)說明。

解：回路諧振頻率主要和電容電感的大小有關(guān)，由于諧振實(shí)放大電路輸出的增益應(yīng)最大，故只要測出功率最大的頻率即諧振頻率。判斷方法有兩種：

1、用高頻毫伏表觀測Uo，當(dāng)Uo得最大值時(shí)，并聯(lián)諧振回路處于諧振狀態(tài)；

2、用示波器監(jiān)測Uo，當(dāng)波形最大不失真時(shí)，并聯(lián)諧振回路處于諧振狀態(tài)。②為什么說提高電壓放大倍數(shù)Auo時(shí)，通頻帶2△f0.7，會減小?可以采取哪些措施提高放大倍數(shù)Auo?可以采取哪些措施使2△f0.7加寬?實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何? 解：因?yàn)锳U?P1P2YfeGT，要提高AV，則可適當(dāng)增加接入系數(shù)，但因?yàn)榻尤胂禂?shù)過大導(dǎo)致GT增加，由BW0.7?f0可知，GT增大，BW0.7減小，即帶寬BW減小。GT③在調(diào)諧LC諧振回路時(shí)，對放大器的輸入信號有何要求?如果輸入信號過大會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

解：由AU?P1P2YfeGT 知AV與輸入信號大小無關(guān)。但由于UO的增大將可能超出小信號放大器的線形動態(tài)范圍。引起信號失真，也會通過外部寄生耦合導(dǎo)致放大器工作不穩(wěn)定。所以，輸入信號不能太大，過大則引起信號失真和放大器工作不穩(wěn)定。

④影響小信號調(diào)諧放大器穩(wěn)定的因素（使放大器不穩(wěn)定的因素）有哪些?如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象，采取什么措施解決? 解：有溫度，電阻電容值，信號源等等。如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)象可以使用：（1）中和法：

在晶體管的輸出和輸入端之間插入一個(gè)外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。

外加的反饋電路克服自激

（2）失配法：

失配法一般采用共射——共基級聯(lián)放大器實(shí)現(xiàn)，失配法是用犧牲增益換來提高放大器的穩(wěn)定性。如下圖：

⑤諧振回路的接入系數(shù)對放大器的性能有哪些影響? Ａv0與接入系數(shù)p1、p2有關(guān), 但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系。而p1和p2還會影響回路有載Q值，并進(jìn)一步影響通頻帶,所以p1與p2的選擇應(yīng)全面考慮, 選取最佳值。

第四篇：高頻小信號放大器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院

高頻電子線路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

作者 徐飛 學(xué)號 20092334925 系部 電子工程系 專業(yè)班級 通信三班

實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號放大器實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)原理

高頻小信號放大器的作用就是放大無線電設(shè)備中的高頻小信號，以便作進(jìn)一步變換或處

理。所謂“小信號”，主要是強(qiáng)調(diào)放大器應(yīng)工作在線性范圍。高頻與低頻小信號放大器的基 本構(gòu)成相同，都包括有源器件（晶體管、集成放大器等）和負(fù)載電路，但有源器件的性能及負(fù)載電路的形式有很大差異。高頻小信號放大器的基本類型是以各種選頻網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載的頻帶 放大器，在某些場合，也采用無選頻作用的負(fù)載電路，構(gòu)成寬帶放大器。

頻帶放大器最典型的單元電路如圖所示，由單調(diào)諧回路做法在構(gòu)成晶體管調(diào)諧放大器。

圖電路中，晶體管直流偏置電路與低頻放大器電路相同，由于工作頻率高，旁路電

容Cb.、Ce可遠(yuǎn)小于低頻放大器中旁路電容值。調(diào)諧回路的作用主要有兩個(gè)：

晶體管單調(diào)諧回路調(diào)諧放大器

第一、選頻作用，選擇放大f?f0的信號頻率，抑制其它頻率信號。

第二、提供晶體管集電極所需的負(fù)載電阻，同時(shí)進(jìn)行阻抗匹配變換。

高頻小信號頻帶放大器的主要性能指標(biāo)有：

（1）中心頻率 f0：指放大器的工作頻率。它是設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，選擇有源器件、計(jì)算

諧振回路元件參數(shù)的依據(jù)。

（2）增益：指放大器對有用信號的放大能力。通常表示為在中心頻率上的電壓增益和

功率增益。

電壓增益 AVO?VO/Vi

功率增益 APO?PO/Pi

式中 VO、Vi分別為放大器中心頻率上的輸出、輸入電壓幅度，PO、Pi分別為放大器中心頻率上的輸出、輸入功率。增益通常用分貝表示。

（3）通頻帶：指放大電路增益由最大值下降 3db 時(shí)對應(yīng)的頻帶寬度。它相當(dāng)于輸入不

變時(shí)，輸出電壓由最大值下降到 0.707 倍或功率下降到一半時(shí)對應(yīng)的頻帶寬度。（4）選擇性：指放大器對通頻帶之外干擾信號的衰減能力。通常有兩種表征方法： 其一，用矩形系數(shù)說明鄰近波道選擇性的好壞。

其二，用抑制比來說明對帶外某一特定干擾頻率 fn信號抑制能力的大小，其定義為中心頻率上功率增益 AP?f0?與特定干擾頻率fn上的功率增益 AP?fn?之比：

d??f0?

Ap?fn?Ap還有其它一些性能指標(biāo)參數(shù)，如工作穩(wěn)定性，噪聲系數(shù)等。

高頻小信號諧振放大電路如圖所示：

高頻小信號諧振放大器

晶體管基極為正偏，工作在甲類，負(fù)載為 LC 并聯(lián)諧振回路，調(diào)諧在輸入信號的頻率

465khz 上。該放大電路能夠?qū)斎氲母哳l小信號進(jìn)行反向放大。

在 Multisim 7 電路窗口中，創(chuàng)建如圖所示的高頻小信號放大電路圖，其中晶體管

Q1 選用虛擬晶體管。單擊“防真”按鈕，就可以從示波器中觀察到輸入與輸出的信號波形。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）頻帶放大器的測量

1.觀察高頻小信號放大器輸入輸出信號的波形，注意幅度變化和相位關(guān)系。

高頻小信號放大器輸入輸出信號

2.高頻小信號的選頻作用

觀察輸入輸出波形，分析產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因

3.高頻小信號放大電路的通頻帶和矩形系數(shù)

利用 Multisim 7 仿真軟件中所提供的波特圖儀觀察上述高頻小信號放大電路的通頻

帶，將波特圖儀接入高頻小信號諧振放大電路，觀察幅頻特性。

4.觀察雙調(diào)諧回路高頻小信號放大器輸入與輸出波形，分析幅頻特性。

（二）寬帶放大器的測量

觀察輸入輸出信號的波形，分析幅頻特性。

第五篇：高頻小信號諧振放大器

高頻小信號諧振放大器實(shí)訓(xùn)電路

高頻小信號諧振放大器實(shí)訓(xùn)電路

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

高頻小信號諧振放大器的幅頻特性曲線