高频小信号谐振放大器的设计

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设计任务书

（一）设计目的

1、学习高频小信号调谐放大器的设计方法

2、掌握高频单调谐放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计

3、掌握中心频率0f和电压增益uA的测试方法

4、通过设计熟练各种仿真软件，增强学生理论联系实际的能力

（二）设计已知条件和要求技术指标

1、设计已知条件：

电源电压VVcc12，负载电阻KRL1。

2、设计技术指标：

中心频率MHzf100，电压增益)56(35倍dBAu。

3、设计要求：

1、根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；

2、 绘出pcb原理图，并用仿真；

3、在万能板或面包板或PCB板上制作出电路；

4、分析设计中遇到的问题并撰写设计报告

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（三）实验仪器设备：

实验仪器设备 数量

高频信号发生器 1台

数字存储示波器 1把

无感起子 1把

数字万用表 1台

12V直流稳压电源 1台

（四）设计总结：

1、总结高频小信号调谐放大器的设计方法和运用到的主要知识点。

2、总结中心频率0f和电压增益uA的测试

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目 录

第一章 高频小信号放大器设计………………………………………5

1.1高频小信号放大器简介………………………………………5

1.2高频小信号的设计原理………………………………………6

1.3主要性能指标及测量方法……………………………………9

1.4电路设计方案…………………………………………………12

第二章 电路板制作及调试……………………………………………16

第三章

2.1元件的焊接……………………………………………………16

2.2调试及结果分析………………………………………………16

第四章 心得体会………………………………………………………18

第五章

3.1心得体会………………………………………………………18

第六章 参考文献及附录………………………………………………19

第七章

4.1参考文献………………………………………………………19

4.2附录……………………………………………………………19

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高频小信号放大器的设计

1.1高频小信号放大器简介

高频小信号放大器是用于无失真的放大某一频率范围的信号。按其频带宽度可分为窄带与宽带放大器，而最常用的为窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻变换和选频滤波功能。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。调谐放大主要用于无线电接收系统中高频和中频信号的放大。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。

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 信息工程学院课程设计

5 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。

采用谐振回路作负载，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。

1.2 高频小信号放大器设计原理

1、高频小信号放大器的基本要求：

（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.

（3）工作稳定可靠，即要求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。

（4）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。 信息工程学院课程设计

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根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路：

图—3所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。其

等效电路如下图图—4。本电路不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

图—3 谐振放大器的电路

图—4 谐振放大器电路的等效电路

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放大器在谐振时的等效电路如图—4所示，晶体管的4个y参数分别如下：

输入导纳：

输出导纳：

正向传输导纳：

反向传输导纳： 式中为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：

为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为：

为基极体电阻，一般为几十欧姆；为集电极电容，一般为几皮法；

为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。 晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流 ，电流放大系数有关外，还与工作角频率w有关。晶体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。

图—4所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即

式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即

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8 式中，N3为副边总匝数。 为谐振放大器输出负载的电导，。通常小信号谐振放大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则将是下一级晶体管的输入电导。

由图3-1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为

式中，为LC回路本身的损耗电导。

1.3 主要性能指标及测量方法

图—5 小信号放大器分析电路

如上图图—5所示，输入信号由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用于测量输入信号与输出信号的值。直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流的值，示波器监测负载两端输出波形。 表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率，谐振电压放大系数Avo，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用图—5所示电路可以粗略测信息工程学院课程设计

9 各项指标。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。

谐振频率 放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率。的表达式为：

式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；为谐路的总电容，的表达式为：

式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。

谐振频率的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。

电压增益

放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达式为：

的测量电路如图3-2-1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。计算公式如下：

通频带 信息工程学院课程设计

10 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，其表达式为：

式中，为谐振放大器的有载品质因素。 分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带BW的关系为：

上式说明，当晶体管确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。

通频带的测量电路如图3-2-1所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。采用逐点法的测量步骤是：先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的与，然后改变高频信号发生器的频率（保持Vs不变），并测出对应的电压放大倍数Av，由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图—6所示：