基于Multisim的通信电路仿真实验
实验一高频小信号放大器
1.1 实验目的
1、掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。
2、熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。
3、掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。
1.2 实验内容
1.2.1 单调谐高频小信号放大器仿真
图1.1 单调谐高频小信号放大器
1、根据电路中选频网络参数值，计算该电路的谐振频率ωp。
ωp=1/(L1*C3)^2=2936KHz fp=ωp/(2*pi)=467KHz
2、通过仿真，观察示波器中的输入输出波形，计算电压增益Av0。
下图中绿色为输入波形，蓝色为输出波形
Avo=Vo/Vi=1.06/0.252=4.206
3、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。
通频带BW=2Δf0.7=7.121MHz-28.631KHz=7.092MHz
矩形系数Kr0.1=(2Δf0.1)/( 2Δf0.7)=
（14.278GHz-9.359KHz）/7.092MHz=2013.254
4、改变信号源的频率（信号源幅值不变），通过示波器或着万用表测量输出
电压的有效值，计算出输出电压的振幅值，完成下列表，并汇出f~Av
相应的图，根据图粗略计算出通频带。
Fo(KHz
)
65 75 165 265 365 465 1065 1665 2265 2865 3465 4065
Uo(mV
) 0.66
9
0.76
5
1 1.05 1.06 1.06 0.97
7
0.81
6
0.74
9
0.65
3
0.574 0.511
Av 2.65
5 3.03
6
3.96
8
4.16
7
4.20
6
4.20
6
3.87
7
3.23
8
2.97
2
2.59
1
2.278 2.028
5、在电路的输入端加入谐振频率的2、4、6次谐波，通过示波器观察图形，体会该电路的选频作用。
2次谐波
4次谐波
6次谐波
1.2.2 双调谐高频小信号放大器
图1.2 双调谐高频小信号放大器
1、通过示波器观察输入输出波形，并计算出电压增益Av0。
Avo=Vo/Vi=3.68/0.02=184
2、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。
通频带BW=2Δf0.7=9.385MHz-7.66MHz=1.725MHz
矩形系数Kr0.1=(2Δf0.1)/( 2Δf0.7)=
（19.932MHz-5.385MHz）/1.725MHz=8.433MHz
实验二高频功率放大器
2.1 实验目的
1、掌握高频功率放大器的电路组成与基本工作原理。
2、熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。
3、掌握高频功率放大器各项主要技术指标意义及测试技能。
2.2 实验内容
图2.1 高频功率放大器
一、原理仿真
1、搭建Multisim电路图（Q1选用元件Transistors中的
BJT_NPN_VIRTUAL）
2、设输入信号的振幅为0.7V，利用瞬态分析对高频功率放大器进行分析设置。要设置起始时间与终止时间，和输出变量。（提示：单击simulate菜单中中analyses选项下的transient analysis...命令，在弹出的对话框中设置。在设置起始时间与终止时间不能过大，影响仿真速度。例如设起始时间为
0.03s，终止时间设置为0.030005s。在output variables页中设置输出节点变量时选择vv3#branch即可）
3、将输入信号的振幅修改为1V，用同样的设置，观察ic的波形。
4、根据原理图中的元件参数，计算负载中的选频网络的谐振频率ω0，以及该网络的品质因数QL。根据各个电压值，计算此时的导通角θc。
ω0=6.299MHz QL=R/(ω0*L)=0.0378 导通角θc=
5、要求将输入信号V1的振幅调至1.414V。注意：此时要改基极的反向偏置电压V2=1V，使功率管工作在临界状态。同时为了提高选频能力，修改
R1=30KΩ。
6、正确连接示波器后，单击“仿真”按钮，观察输入与输出的波形。
7、读出输出电压的值并根据电路所给参数值，计算输出功率P0，PD，ηC。
二、外部特性
1、调谐特性，将负载选频网络中的电容C1修改为可变电容（400pF），在电路中的输出端加一直流电流表。当回路谐振时，记下电流表的读数，修改可变电容百分比，使回路处于失谐状态，通过示波器观察输出波形，并记下此时电流表的读数；
2、将电容调为90%时，观察波形。
3、负载特性，将负载R1改为电位器（60k），在输出端并联一万用表。根据原理中电路图知道，当R1=30k，单击仿真，记下读数U01，修改电位器的百分比为70%，重新仿真，记下电压表的读数U02。修改电位器的百分比为30%，重新仿真，记下电压表的读数U03。比较三个数据，说明当前电路各处于什么工作状态？
R1（百分比）50% 70% 30%
4、当电位器的百分比为30%时，通过瞬态分析方法，观察ic的波形。
5、振幅特性，在原理图中的输出端修改R1=30KΩ并连接上一直流电流表。将原理图中的输入信号振幅分别修改为1.06V， 0.5V，并记下两次的电流表的值，比较数据的变化，说明原因。
6、倍频特性，将原理图中的信号源频率改为500KHz，谐振网络元件参数不变，使电路成为2倍频器，观察并记录输入与输出波形，并与第2个实验结果比较，说明什么问题？通过傅里叶分析，观察结果。（提示：在单击Simulate 菜单中中Analyses选项下的Fourier Analysis...命令，在弹出的对话框中设置。在Analysis Parameters标签页中的Fundamental frequency中设置基波频率与信号源频率相同，Number Of Harmonics 中设置包括基波在内的谐波总数，Stop time for sampling 中设置停止取样时间，通常为毫秒级。在Output variables页中设置输出节点变量）。
实验一高频小信号单调谐放大器实验 一、实验目的 1.掌握小信号单调谐放大器的基本工作原理； 2.熟悉放大器静态工作点的测量方法； 3.掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算； 4.了解高频单调谐小信号放大器幅频特性曲线的测试方法。 二、实验原理 小信号单谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号的线性放大。其实验原理电路如图1-1所示。该电路由晶体管BG、选频回路（LC并联谐振回路）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。 1．单调谐回路谐振放大器原理 单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。图中，R B1、R B2、R E用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。C E是R E的旁路电容，C B、C C 是输入、输出耦合电容，L、C是谐振回路，R C是集电极（交流）电阻，它决定了回路Q值、带宽。为了减轻负载对回路Q值的影响，输出端采用了部分接入方式。 2．单调谐回路谐振放大器实验电路 单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。其基本部分与图1-1相同。图中，C3用来调谐，K1、K2、K3用以改变集电极电阻，以观察集电极负载变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。K4、K5、K6用以改变射极偏置电阻，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。
图1-2 单调谐回路谐振放大器实验电路 高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f 0，谐振电压放大倍数A u0，放大器的通频带BW 0.7及选择性（通常用矩形系数K 0.1来表示）等。 放大器各项性能指标及测量方法如下： 1.谐振频率 放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f 0称为放大器的谐振频率，对于图1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f 0的表达式为 ∑=LC f π21 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，∑C 的表达式为 21oe C C n C ∑=+ 式中， C oe 为晶体管的输出电容； n 1（注：此图中n 1=1）为初级线圈抽头系数；n 2为次级线圈抽头系数。 谐振频率f 0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，微调C3，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f 0。 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A u0称为调谐放大器的电压放大倍数。A u0的表达式为
微波电路与系统仿真实验报告 一、实验名称：GSM900频段低噪声放大器仿真 二、实验技术指标： 1.频段：909-915MHz 2.增益：≥17dB 3.噪声系数：<0.7dB 4.输入反射系数：优于-20dB 5.输出反射系数：优于-15dB 6.芯片选择：A TF-54143或VMMK-1218 三、报告日期：2015年12月14日 四、报告页数：共7页 五、报告内容： 1.电路原理图（原理图应标明变量名称的含义，可用文字表述或画图说明） 如下图所示，a为低噪声放大器的原理框图，包括晶体管以及输出输入匹配，在图中未画出部分还有晶体管的偏置电路。对于低噪声放大器设计与最大功率传输的放大器设计不同，最大功率传输放大器的设计必须满足双共轭匹配，而这样噪声的功率也会很大，所以为了获得最小噪声系数，应选择最佳信源反射系数Гopt。此时放大器的输入匹配网络的任务是使管子端口满足如下图b中所示的要求。 （a）微波晶体管放大器原理图（b）最佳噪声匹配放大器的设计步骤为：1、选管；题目指标给出了放大器设计可选择的管子，所以本次设计选择了ATF-54143，查阅ATF-54143晶体管的模型参数，由于ATF-54143晶体管在ADS2011中没有模型，所以本文是查找网络资源下载的ATF-54143的模型文件导入到设计中的，A TF-54143模型如下图所示，左图为晶体管封装模型，右图为内部电路。2、确定工
作电流和工作电压；查阅ATF-54143介绍资料确定Vds和Ids的值，如下图所示，可以看出工作频率为900MHz时的晶体管在不同电压电流下的增益、噪声系数、P1dB、三阶截断功率的值，根据这些值选择Vds=4V，Ids=60mA，此时的Vgg=0.58V。设置电压电流，建立晶 体管的直流偏置电路。
实验一高频小信号调谐放大器实验 一、实验目的 1、掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。 2、熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。 3、掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。 二、实验内容 1、谐振频率的调整与测定。 2、主要技术性能指标的测定：谐振频率、谐振放大增益Avo及动态范围、通频带 BW0.7、矩形系数Kr0.1。 三、实验仪器 1、高频信号发生器1台 2、2号板小信号放大模块1块 3、频率计1台 4、双踪示波器1台 5、万用表1台 6、扫频仪（可选）1台 四、实验原理 （一）单调谐小信号放大器
图1-1 单调谐小信号放大电路图 小信号谐振放大器是接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线形放大。图1-1为单调谐回路小信号谐振放大器的原理电路，实验单元电路由晶体管N1和选频回路T1组成，不仅对高频小信号放大，而且还有选频作用。其中W1,R5,R6,R7为直流偏置电阻（因与C3并联相接,所以C3仅有直流负反馈作用），同时调节W1可为放大器选择合适的静态工作点。C5为输入信号的耦合电容，E4,C3,C5为旁路滤波电容，R1为中周初级负载。C1与电感L 组成并联谐振回路，调节C1或改变中周T1磁芯的位置可以使回路谐振在信号中心频率上。本实验中单调谐小信号放大的谐振频率为fs=10.7MHz 。因此频率为10.7的小信号自C5耦合输入，经选频、放大后，中周次级将获得最大输出。 放大器各项性能指标及测量方法如下： 1、谐振频率 放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f 0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），f 0的表达式为 ∑ = LC f π210 式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量；
本科生实验报告 实验课程高频电路实验 学院名称信科院 专业名称物联网工程 学生姓名刘鑫 学生学号201313060108 指导教师陈川 实验地点6C1001 实验成绩 二〇年月二〇年月
高频小信号调谐放大器实验 一、实验目的 1.掌握小信号调谐放大器的基本工作原理； 2.掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算； 3.了解高频小信号放大器动态范围的测试方法； 二、实验仪器与设备 高频电子线路综合实验箱； 扫频仪； 高频信号发生器； 双踪示波器 三、实验原理 （一）单调谐放大器 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放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率f S＝12MHz。基极偏置电阻R A1、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。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。 表征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A v0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数K r0.1来表示）等。 放大器各项性能指标及测量方法如下： 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
∑ = LC f π210 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，∑ C 的表达式为 ie oe C P C P C C 2221++=∑ 式中， C oe 为晶体管的输出电容；C ie 为晶体管的输入电容；P 1为初级线圈抽头系数；P 2为次级线圈抽头系数。 谐振频率f 0的测量方法是： 用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪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f 0。 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A V0称为调谐放大器的电压放大倍数。A V0的表达式为 G g p g p y p p g y p p v v A ie oe fe fe i V ++-=-=- =∑2 22 1212100 式中，g Σ为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是y fe 本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V 0与输入电压V i 相位差不是180o 而是为（180o + Φfe ）。 A V0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R L 两端的电压V 0及输入信号V i 的大小，则电压放大倍数A V0由下式计算： A V0 = V 0 / V i 或 A V0 = 20 lg (V 0 /V i ) d B 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A V 下降到谐振电压放大倍数A V0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△f 0.7 = fo/Q L 式中，Q L 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A V0与通频带BW 的关系为 ∑ = ?C y BW A fe V π20
微波电路 CAD 射频实验报告 姓名 班级 学号
实验一低噪声放大器的设计制作与调试 一、实验目的 （一）了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。 （二）学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。 （三）掌握低噪声放大器的制作及调试方法。 二、实验内容 （一）了解微波低噪声放大器的工作原理。 （二）使用ADS软件设计一个低噪声放大器，并对其参数进行优化、仿真。 （三）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 （四）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、实验步骤及实验结果 （一）晶体管直流工作点扫描 1、启动软件后建立新的工程文件并打开原理图设计窗口。 2、选择File——New Design…进入下面的对话框； 3、在下面选择BJT_curve_tracer，在上面给新建的Design命名，这里命名为BJT Curve； 4、在新的Design中，会有系统预先设置好的组件和控件； 5、如何在Design中加入晶体管；点击，打开元件库； 6、选择需要的晶体管，可以点击查询； 7、对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型； 8、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描； 9、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 10对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型 11、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描 12、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。
图1 BJT Curve仿真原理图 13、按Simulate键，开始仿真，这时会弹出一个窗口，该窗口会现实仿真或者优化的过程信息。如果出现错误，里面会给出出错信息，应该注意查看。 14、仿真结束，弹出结果窗口，如下页图。注意关闭的时候要保存为适宜的名字。另外图中的Marker是可以用鼠标拖动的。由于采用的是ADS的设计模板，所以这里的数据显示都已经设置好了。一般情况下，数据的显示需要人为自行设置。
基于Multisim的通信电路仿真实验 实验一高频小信号放大器 1.1 实验目的 1、掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。 2、熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。 3、掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。 1.2 实验内容 1.2.1 单调谐高频小信号放大器仿真 图1.1 单调谐高频小信号放大器 1、根据电路中选频网络参数值，计算该电路的谐振频率ωp。 ωp=1/(L1*C3)^2=2936KHz fp=ωp/(2*pi)=467KHz 2、通过仿真，观察示波器中的输入输出波形，计算电压增益Av0。
下图中绿色为输入波形，蓝色为输出波形 Avo=Vo/Vi=1.06/0.252=4.206 3、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。 通频带BW=2Δf0.7=7.121MHz-28.631KHz=7.092MHz 矩形系数Kr0.1=(2Δf0.1)/( 2Δf0.7)= （14.278GHz-9.359KHz）/7.092MHz=2013.254 4、改变信号源的频率（信号源幅值不变），通过示波器或着万用表测量输出
电压的有效值，计算出输出电压的振幅值，完成下列表，并汇出f~Av 相应的图，根据图粗略计算出通频带。 Fo(KHz ) 65 75 165 265 365 465 1065 1665 2265 2865 3465 4065 Uo(mV ) 0.66 9 0.76 5 1 1.05 1.06 1.06 0.97 7 0.81 6 0.74 9 0.65 3 0.574 0.511 Av 2.65 5 3.03 6 3.96 8 4.16 7 4.20 6 4.20 6 3.87 7 3.23 8 2.97 2 2.59 1 2.278 2.028 5、在电路的输入端加入谐振频率的2、4、6次谐波，通过示波器观察图形，体会该电路的选频作用。 2次谐波 4次谐波
利用ADS仿真设计低噪声放大器 内容摘要：本文给出了利用ADS仿真设计低噪声放大器的设计方法及步骤，同时给出了该电路的优化仿真结果及电路性能在批量生产中的合格率。通过设计方法可以看出，利用ADS进行微波电路仿真，它不但很方便的得出最佳电路设计，同时也能对微波电路的容差特性进行了仿真分析，是微波产品设计的良好工具。 关键词：S参量仿真、噪声系数、稳定性、YIELD、Y4IELD优化仿真。 1．引言： ADS软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便，通常对于小信号特性可以进行S参量仿真（？），可以得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性。在电原理分析中可以利用仿真器YIELD进行电路的合格率分析，可以利用仿真器YIELD OPTIM进行电路最大合格率的优化分析，从而得到电路的最佳容差设计。利用ADS软件进行低噪声放大器的设计我们会采用以上的工具进行电路的设计与优化，输出一个合格率较高的产品设计，为最终产品的开发成功奠定良好的基础。 2．设计目标 在无线通信领域，为了提高接收信号的灵敏度，一般在接收机的最前端放置低噪声放大器，由于低噪声放大器的噪声系数较小，而接收系统经过合理的增益分布后，噪声系数主要由低噪声放大器决定，因此，降低低噪声放大器的噪声系数，是提高接收灵敏度的一种关键手段。本文讲述的是用PHEMT场效应管ATF34143进行电路第一级的设计方法。对于电路的第二级以及后续电路可以采用MMIC微波单片放大器完成。因此低噪声放大器的关键设计是电路的第一级。 我们利用ATF34143完成的第一级低噪声放大的设计目标是： 频率范围：1710MHZ~1980MHZ 增益：大于12dB 增益平坦度：每5MHZ带内小于0.2 dB 输入回波损耗：小于1.5 输出回波损耗：小于2.0 噪声系数：小于0.8dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗) 第二级对第一级呈现纯50Ω阻抗。 3．仿真设计： a)利用小信号S参量仿真A TF34143场效应管的最佳噪声系数下的源阻抗匹配及负载 阻抗匹配条件。首先我们根据器件特性选择最佳条件，我们选择V DS=3V ,I D=40mA 得到初始ATF34143的最佳噪声系数匹配条件， 图1 ATF34143最佳噪声匹配条件
实验设计报告 （模拟电子技术基础实践） 学院：电气工程与自动化学院 题目：小信号放大器的设计 专业班级：自动化131班 学号：2420132905 学生姓名：吴亚敏 指导老师：曾璐 2014年10月20日
第一章理论设计 1.设计目标与技术要求 1.1 设计目标：设计一个放大倍数约为10倍的小信号交流放大器 1.2 技术要求： （1）保证电路要有较大的输入电阻，主要是为了增大获取输入信号的能力。 （2）电路要有较小的输出电阻，主要是为了增大信号输出的能力。 （3）设计该放大电路，通过测试相应的参数，理解该放大电路的工作原理，掌握一些参数（输入阻抗、输出阻抗、放大倍数）的测量和计算方法。 2.设计方法（电路、元器件选择与参数计算） 2.1 实验原理图如下：
2.2 元件的选择： 电阻：需要33KΩ、16KΩ、3.9KΩ、2KΩ、1.2KΩ、390Ω的电阻各一个； 电容：需要47uF的4个，0.1uF的一个； 三极管：需要NPN型通用小信号晶体管2SC2458两个； 2.3 参数的计算： (1)基极的直流电位Ve是用R1和R2对电源电压Vcc分压后的电位，则 Vb=（R2/(R1+R2))*Vcc (2)发射机的直流电位Ve，则 Ve=Vb-Vbe (3)发射极上流过的直流电流Ie，则 Ie=Ve/Re=(Vb-Vbe)/Re (4)集电极的直流电压Vc等于电源电压减去Rc的压降而得到的值，则 Vc=Vcc-Ic*Rc (5)由于基极电流很小，我们在计算的时候可以省去， 则 Ic=Ie，Vc=Vcc-Ie*Rc (6)交流电压的放大倍数，则 Av=Rc/Re (7)确定耦合电容C1,C2和C3,C4的阻值 因为C1和C2是将基极或集电极的直流电压截止，仅让交流成分进行输入输出的耦合电容，电路中C1和输入阻抗，C2和连接在输出端的负载电阻分别形成高通滤波器--也就是让高频通过的滤波器，所以C1=C2=10uF，而C3和C4是电源的耦合电容应该是降低电源对GND交流阻抗的电容，如果没有这个电容的话，电路中可能产生振荡。所以要在电源上并联连接好小容量的C3=0.1uF电容器和大容量的C4=10uF电容器，能在宽频范围降低电源对GND的阻抗。 (8)静态工作点： Vbq=5*(R2/(R1+R2))=5*(33/(33+16))=3.44V Ieq=Ve/Re=(Vb-Vbe)/Re=Icq=0.5mA Vceq=Vcc-Ieq*Rc-Icq*Re=2.8V Ibq=Icq/(1+β)=0.05mA (9)动态工作点: Av=Rc/Re=3.9K/(2K//390)=10 Ri=Rb1//Rb2=33K//16K=0.093KΩ Ro=Rc=0Ω
微波电路与系统仿真实验报告 姓名：学号：院系： 一、实验名称：低噪声放大器设计与仿真 二、实验技术指标： 1.建立仿真原理图 2.仿真结果 三、报告日期：2012年10月9日 四、报告页数：共8页 五、报告内容： 5.1、晶体管直流工作点的扫描 1.电路原理图 建立工程、晶体管直流工作点扫描（目的：进行直流工作点扫描和分析；检查电路的静态工作点）。 2.电路图 3.仿真结果
5.2、偏置电路的设计 2.1 bjt_bias设计 1.电路原理图 设计偏置电路。 2.电路图 3.仿真结果 1）、在Design Guide中设置相关参数后，生成直流偏置电路 2.2 bjt_biascircuit的设计 1.电路原理图 设计偏置电路。 2.电路图（点击【Simulation】→【Annotate DC Solution】可看到各节点电压电流） 5.3、稳定性分析 1.电路原理图
2.电路图 3.ADS仿真图 稳定系数K（稳定性判别系数）：此处K<1，放大器电路不稳定。需加入负反馈电路。加入负反馈电路后的ADS电路图为： 其相应的ADS仿真图为：
1.电路原理图为： 2.ADS仿真结果图为： 修改S参数仿真器，加入噪声系数的仿真，用列表形式显示数据，结果为：
5.5、输入匹配的设计 1.电路原理图为： 2.仿真结果为： S11、S22的仿真结果
S11、S22、S21和S12、Zin、nfmin、nf(2)的仿真结果5.6、输出匹配设计1 1.ADS原理图 2.ADS仿真结果 S11、S22的仿真结果 S11、S22、S21和S12、Zin、nfmin、nf(2)的仿真结果5.7、输出匹配设计2 1.初始电路图（未加入直流偏置网络）
一、实验目的 1、了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。 2、学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。 3掌握低噪声放大器的制作及调试方法。 二、设计思想 LNA 是射频接收机前端的主要部分，它主要有四个特点。首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声系数越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。放大器在工作频段内应该是稳定的。其次，它所接受的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接受信号的同时又可能伴随许多强干扰信号输入，因此要求放大器有足够的线型范围，而且增益最好是可调节的。第三，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或者天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们很好的匹配，以达到功率最大传输或者最小的噪声系数，并保证滤波器的性能。第四，应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰，因此它一般是频带放大器,所以必须LNA的指标进行综合折中考虑。 三、理论分析 1、S参数，也就是散射参数。是微波传输中的一个重要参数。S12为反向传输系数，也就是隔离。S21为正向传输系数，也就是增益。S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。、 2、纹波指通带内信号的平坦度，即通带内最大衰减与最小衰减之间的差值，习惯上转换为用dB表示。 3、插入损耗：在理想情况下，射频电路中的理想滤波器在通带内是没有任何功率损耗的，然而在实际的工程设计中，不可能完全消除滤波器固有的一些功率损耗。滤波器插入损耗及描述了通带内的功率损耗大小，其表达式为 IL=-10log(Pin/Pl) 对于一般的双端口网络而言，插入损耗A定义为：网络输出端接匹配负载时，网络输入端的入射功率Pin和负载吸收功率Pl之比。即 A=Pin/Pl=1/|S21|2. 因此，滤波器的插入损耗也可以用散射参数S21来定义： IL=-10log(Pin/Pl)A=Pin/Pl=1/|S21|2=-10log|S21|2 所以经计算要使4GHz插入损耗大于20dB即4GHz处S21<-20dB. 4、在输入输出端口要端接特性阻抗为50Ω的SMA或SMB端子，保证输入输出阻抗50Ω。
实验一 小信号调谐放大器实验报告 一 实验目的 1．进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理和基本电路结构。 2．掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。 3．掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数）的测试。 二、实验使用仪器 1．小信号调谐放大器实验板 2．200MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 模拟扫频仪（安泰信） 5. 高频信号源 三、实验基本原理与电路 1、 小信号调谐放大器的基本原理 所谓“小信号”，通常指输入信号电压一般在微伏 毫伏数量级附近，放大这种信号的放大器工作在线性范围内。所谓“调谐”，主要是指放大器的集电极负载为调谐回路（如LC 调谐回路）。这种放大器对谐振频率0f 及附近频率的信号具有最强的放大作用，而对其它远离0f 的频率信号，放大作用很差，如图1-1所示。 图1.1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线 小信号调谐放大器技术参数如下： 1 0.707
1.增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力 2.通频带和选择性：通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时，所对应的频率范围为高频放大器的通频带，用B0.7表示。衡量放大器的频率选择性，通常引入参数——矩形系数K0.1。 2.实验电路 原理图分析： In1是高频信号输入端，当信号从In1输入时，需要将跳线TP1的上部连接起来。In2是从天线接收空间中的高频信号输入，电感L1和电容C1,C2组成选频网络，此时，需要将跳线TP1的下部连接起来。电容C3是隔直电容，滑动变阻器RW2和电阻R2,R3是晶体管基极的直流偏置电阻，用来决定晶体管基极的直流电压，电阻R1是射极直流负反馈电阻，决定了晶体管射极的直流电流Ie。晶体管需要设置一个合适的直流工作点，才能保证小信号谐振放大器正常工作，有一定的电压增益。 通常，适当的增加晶体管射极的直流电流Ie可以提高晶体管的交流放大倍数 ，增大小信号谐振放大器的放大倍数。但Ie过大，输出波形容易失真。一般控制Ie在1-4mA之间。 电容C3是射极旁路电路，集电极回路由电容和电感组成，是一个并联的LC 谐振回路，起到选频的作用，其中有一个可变电容可以改变回路总的电容值。电
微波电路CAD 射频实验报告 姓名 班级 学号
实验一低噪声放大器的设计制作与调试 一、实验目的 （一）了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。 （二）学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。 （三）掌握低噪声放大器的制作及调试方法。 二、实验内容 （一）了解微波低噪声放大器的工作原理。 （二）使用ADS软件设计一个低噪声放大器，并对其参数进行优化、仿真。 （三）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 （四）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、实验步骤及实验结果 （一）晶体管直流工作点扫描 1、启动软件后建立新的工程文件并打开原理图设计窗口。 2、选择File——New Design…进入下面的对话框； 3、在下面选择BJT_curve_tracer，在上面给新建的Design命名，这里命名为BJT Curve； 4、在新的Design中，会有系统预先设置好的组件和控件； 5、如何在Design中加入晶体管；点击，打开元件库； 6、选择需要的晶体管，可以点击查询； 7、对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型； 8、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描； 9、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 10对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型 11、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描 12、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 图1 BJT Curve仿真原理图
高频小信号调谐放大器 一、实验目的 1.进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理和基本电路结构。 2.掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。 3.掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数）的测试方法。 4.熟练掌握multisim软件的使用方法，并能够通过仿真而了解到电路的一些特性以及各电路原件的作用 二、实验仿真 利用实验室计算机或者自己计算机上安装的Multisim9（10）软件，参照实验电路图，进行仿真 仿真电路图如下：
六、数据处理
()f MHz 7 8 9 9.7 9.8 9.9 10 10.1 10.2 10.3 ()i u mV 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 () o u mV 19 28 55 120 128 138 143 150 140 130 (/) u o i A u u 1.27 1.87 3.67 8.00 8.53 9.20 9.53 10.00 9.33 8.67 ()f MHz 10.4 10.5 10.6 10.7 11 12 13 14 15 16 ()i u mV 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 () o u mV 120 100 90 80 64 39 28 24 20 18 (/) u o i A u u 8.00 6.67 6.00 5.33 4.27 2.60 1.87 1.60 1.33 1.20 78910111213141516 25 50 75 100 125 1 50 f(MHz) 二、实验仿真 利用实验室计算机或者自己计算机上安装的Multisim9（10）软件，参照实验电路图，进行仿真 仿真电路图如下：
高频小信号放大器——典型例题分析 1．集成宽带放大器L1590的内部电路如图7.5所示。试问电路中采用了什么方法来扩展通频带的？答：集成宽放L1590是由两级放大电路构成。第一级由V1、V2、V3、V6构成；第二级由V7~V10构成，三极管V11~V16、二极管V17~V20和有关电阻构成偏置电路。其中第一级的V1、V3和V2、V6均为共射－共基组合电路，它们共同构成共射－共基差动放大器，这种电路形式不仅具有较宽的频带，而且还提供了较高的增益，同时，R2、R3和R4引入的负反馈可扩展该级的频带。V3、V6集电极输出的信号分别送到V7、V10的基极。第二级的V7、V8和V9、V10均为共集－共射组合电路，它们共同构成共集－共射差动放大器，R18、R19和R20引入负反馈，这些都使该级具有很宽的频带，改变R20可调节增益。应该指出，V7、V10的共集组态可将第一级和后面电路隔离。由于采取了上述措施，使L1590的工作频带可达0~150MHZ。顺便提一下，图中的V4、V5起自动增益控制（AGC）作用，其中2脚接的是AGC电压。图7.5 集成宽放L1590的内部电路2．通频带为什么是小信号谐振放大器的一个重要指标？通频带不够会给信号带来什么影响？为什么？答：小信号谐振放大器的基本功能是选择和放大信号，而被放大的信号一般都是已调信号，包含一
定的边频，小信号谐振放大器的通频带的宽窄直接关系到信号通过放大器后是否产生失真，或产生的频率失真是否严重，因此，通频带是小信号谐振放大器的一个重要指标。通频带不够将使输入信号中处于通频带以外的分量衰减，使信号产生失真。3．超外差接收机（远程接收机）高放管为什么要尽量选用低噪声管？答：多级放大器的总噪声系数为由于每级放大器的噪声系数总是大于1，上式中的各项都为正值，因此放大器级数越多，总的噪声系数也就越大。上式还表明，各级放大器对总噪声系数的影响是不同的，第一级的影响最大，越往后级，影响就越小。因此，要降低整个放大器的噪声系数，最主要的是降低第一级（有时还包括第二级）的噪声系数，并提高其功率增益。综上所述，超外差接收机（远程接收机）高放管要尽量选用低噪声管，以降低系统噪声系数，提高系统灵敏度。4．试画出图7.6所示放大器的交流通路。工作频率f=465kHZ。答：根据画交流通路的一般原则，即大电容视为短路，直流电源视为短路，大电感按开路处理。就可以很容易画出其交流通路。对于图中0.01μF电容，因工作频率为465kHZ，其容抗为，相对于与它串联 和并联的电阻而言，可以忽略，所以可以视为短路。画出的交流通路如图7.7所示。图7.6 图7.75．共发射极单调谐放大器如图7.2所示，试推导出 谐振电压增益、通频带及选择性（矩形系数）公式。解：单
低噪声放大器设计仿真及优化 摘要 快速发展的无线通信对微波射频电路如低噪声放大器提出更高的性能。低噪声放大器(LNA)广泛应用于微波接收系统中，是重要器件之一，它作为射频接收机前端的主要部分，其主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。它的噪声性能直接决定着整机的性能，进而决定接收机的灵敏度和动态工作范围。而近年来由于无线通信的迅猛发展也对其提出了新的要求，主要为：低噪声、低功耗、低成本、高性能和高集成度。所以本论文针对这一需求，完成了一个2.45GHz无线射频前端接收电路的低功耗低噪声放大器的设计。 本文从偏置电路、噪声优化、线性增益及输入阻抗匹配等角度分析了电路的设计方法，借助 ADS 仿真软件的强大功能对晶体管进行建模仿真，在这个基础上对晶体管的稳定性进行了分析，结合 Smith 圆图，对输入输出阻抗匹配电路进行了仿真优化设计，设计了一个中心频率为2.45GHz、带宽为100MHz、输入输出驻波比小于1.5、噪声系数小于2dB和增益大于15dB的低噪声放大器。 关键词：微波；低噪声放大器；噪声系数；匹配电路；ADS仿真
ABSTRACT Rapid growth of wireless data communications Microwave communication system receiver, as the main part of the RF front-end receiver, the function of the low noise amplifier is amplifying the faint signal which incepted from air by the antenna. It can reduce the noise jamming, so as to demodulate right information for the system. The noise performance of the LNA will affect the performance of the whole system directly, and then deciding the sensitivity and dynamic working scope of the receiver. From the aspect of bias circuit, noise optimization, linear gain, impedance match, and the design methodology for LNA is analyzed, This article carries on the modelling simulation with the aid of the ADS simulation software's powerful function to the transistor, the analysis in this foundation to transistor's stability, the simulation optimization design. a radio frequency power amplifier is designed, which 1.5, Noise coefficient less than 2dB and Wattandgain 15dB. Key Words：microwave;low-noise amplifier; noise figure; matching circuit; ADS simulation
低噪声放大器实验（虚拟实验） 一、实验目的 （1）了解低噪声放大器的工作原理； （2）掌握双极性体管放大器的工程设计方法； （3）掌握低噪声放大器基本参数的测量方法； （4）熟悉Multisim软件的高级分析功能，分析高频电路的性能。 二、实验原理 低噪声放大器是射频接收前端的关键器件，其主要作用是提供足够的增益将来自接收天线的微弱信号放大从而抑制后级电路的噪声影响。相较于普通的放大器，LNA有较低的噪声系数、一定的功率增益、足够的线性范围、良好的噪声匹配特性。 一个双极性晶体管LNA的小信号模型如图1所示。其主要参数有发射结的结电阻r b’e、发射结电容C b’e、集电结电容C b’c、基极电阻r bb’、g m U b’e、特征频率f T等。 图1 为了改善噪声性能，LNA需设计匹配噪声匹配网络。常见的匹配网络有并联共源结构、并‐串反馈式结构、共栅式结构、源极反馈式等。 三、实验内容 （一）1MHz LNA 1、电路结构 1MHz LNA的电路图如图2所示。根据电路原理图，选取相应的器件，构成试验电路。在放大器的输入端加入输入信号U i后，在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反幅值被放大了的输出信号U o，实现电压放大。
图2 如图3所示，在器件工具条上选择左起第一个按钮，选择输入信号U i。 图3 如图4所示，选择“AC Power”作为输入信号，置于晶体管U1的栅极与地之间。 图4 双击AC_Power 图标，出现如图5所示的对话框。改动对话框中的相关设置可以改变幅值频率偏置电压等。Voltage(RMS)选择5mV，Frequency选择1MHz，
浅谈低噪声放大器的设计 摘要为提高低噪声放大器的增益，降低接收机系统的噪声系数，宜采用多级低噪声放大器。本文介绍了低噪声放大器的设计方法及单级低噪声放大器间的级连方式，详述了采用传输短接线方式进行级间匹配级连的过程，通过比较传输短接线和匹配网络两种级连方式的效果，建议电子设备应根据接收机系统对噪声和增益指标的要求来合理选择低噪声放大器间的级间方式，以达到经济实用设计功效。 关键词低噪声放大器;级连;匹配;S参数;增益平坦度 前言 随着电子科技工业的飞速发展，对雷达、通信、电子对抗、遥感测控等系统技术的要求也越来越高，功率辐射小，稳定性好，频带宽，作用距离远等技术已成为电子装备科研生产单位的普遍追求，这对系统的接收灵敏度也提出了更高的要求。 1 接收机系统灵敏度 接收机系统灵敏度即接收机系统可以接收到的并仍能正常工作的最低信号强度，为保持接收机正常工作的最小可接收信号强度，灵敏度可用功率来表示。我们知道，如果没有噪声，那无论多么微弱的信号，只要充分地加以放大，信號总是可以被检测出来的。但在实际应用中，噪声是不可避免存在的，它与微弱信号一起被放大或被衰减，影响着接收机对信号的辨别，噪声成为限制接收机灵敏度的主要因素，因此，接收机的低噪声设计就显得尤其重要。接收系统灵敏度的计算公式如下： P=kTOBNF（W）（1） 式中，k为波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K，TO为接收机工作环境的绝对温度，TO=290k，B为系统带宽，NF为接收机噪声系数，P为最小可检测功率。 由公式（1）可知，在系统带宽确定、工作环境相对稳定的通信系统中，要提高系统灵敏度（最小可检测功率越小），关键就是降低接收机的噪声系数NF。接收机的噪声系数是由位于接收机最前端的放大器决定的，也即我们通常所说的低噪声放大器，低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收来的微弱信号，降低噪声的干扰，使系统能解调出所需的信息数据[1]。 单级放大器的增益一般不能满足系统接收机的要求，通常需要采用多级放大器来达到系统接收机对增益要求。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算公式为：
南京信息工程大学滨江学院高频电子线路实验报告 作者徐飞 学号 20092334925 系部电子工程系 专业班级通信三班
实验一 高频小信号放大器实验 一、实验原理 高频小信号放大器的作用就是放大无线电设备中的高频小信号， 以便作进一步变换或处 理。所谓“小信号” ，主要是强调放大器应工作在线性范围。高频与低频小信号放大器的基 本构成相同，都包括有源器件（晶体管、集成放大器等）和负载电路，但有源器件的性能及负载电路的形式有很大差异。 高频小信号放大器的基本类型是以各种选频网络作负载的频带 放大器，在某些场合，也采用无选频作用的负载电路，构成宽带放大器。 频带放大器最典型的单元电路如图所示， 由单调谐回路做法在构成晶体管调谐放大器。 图电路中，晶体管直流偏置电路与低频放大器电路相同，由于工作频率高，旁路电 容C b.、C e 可远小于低频放大器中旁路电容值。调谐回路的作用主要有两个： 晶体管单调谐回路调谐放大器 第一、选频作用，选择放大0f f =的信号频率，抑制其它频率信号。 第二、提供晶体管集电极所需的负载电阻，同时进行阻抗匹配变换。 高频小信号频带放大器的主要性能指标有： （1）中心频率 0f ：指放大器的工作频率。它是设计放大电路时，选择有源器件、计算 谐振回路元件参数的依据。 （2）增益：指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和 功率增益。 电压增益 /VO O i A V V = 功率增益 /PO O i A P P = 式中 O V 、i V 分别为放大器中心频率上的输出、输入电压幅度， O P 、i P 分别为放大器中心频率上的输出、输入功率。增益通常用分贝表示。 （3）通频带：指放大电路增益由最大值下降 3db 时对应的频带宽度。它相当于输入不 变时，输出电压由最大值下降到 0.707 倍或功率下降到一半时对应的频带宽度。
高 频 小 信 号 放 大 器 设 计 学号:320708030112 姓名:杨新梅 年级:07电信本1班 专业:电子信息工程 指导老师:张炜 2008年12月3日
目录 一、选题意义 (3) 二、总体方案 (4) 三、各部分设计及原理分析 (7) 四、参数选择 (11) 五、实验结果 (17) 六、结论 (18) 七、参考文献 (19)
一、选题的意义 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; 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振荡电路为辅助，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。
二、总体方案 高频小信号调谐放大器简述： 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。对高频小信号放大器的基本要求是： （1）增益要高，即放大倍数要大。 （2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7. 图-1频率特性曲线