1、高頻小信號放大器設計學號:320708030112姓名:楊新梅年級:07電信本1班專業:電子信息工程指導老師: 張 煒2008年12月3日目 錄一、 選題意義3二、 總體方案.4三、 各部分設計及原理分析.7四、 參數選擇.11五、 實驗結果.17六、 結論18七、 參考文獻.19一、選題的意義高頻小信號放大器是通信設備中常用的功能電路，它所放大的信號頻率在數百千赫至數百兆赫。高頻小信號放大器的功能是實現對微弱的高頻信號進行不失真的放大，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。高頻小信號放大器的分類：按元器件分為：晶體管放大器、場效應管放大器、集成電路放大器;按頻帶分為

2、：窄帶放大器、寬帶放大器;按電路形式分為：單級放大器、多級放大器;按負載性質分為：諧振放大器、非諧振放大器;其中高頻小信號調諧放大器廣泛應用于通信系統和其它無線電系統中，特別是在發射機的接收端，從天線上感應的信號是非常微弱的，這就需要用放大器將其放大。高頻信號放大器理論非常簡單，但實際制作卻非常困難。其中最容易出現的問題是自激振蕩，同時頻率選擇和各級間阻抗匹配也很難實現。本文以理論分析為依據，以實際制作為基礎，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實現準確的頻率選擇；另加其它電路，實現放大器與前后級的阻抗匹配。 二、總體方案高頻小信號調諧放大器簡述： 高頻小信號放大器的功用就是無失真

3、的放大某一頻率范圍內的信號。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載，兼具阻抗變換和選頻濾波功能。對高頻小信號放大器的基本要求是：（1）增益要高，即放大倍數要大。（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強，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= 2f0.7，品質因數Q=fo/2f0.7. 圖-1頻率特性曲線（3）工作穩定可靠，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，內部噪聲要小，特別是不產生自激，加入負反饋可以改善放大器的性能。 圖-2 反饋導納對放大器諧振曲線的影響（4）

4、前后級之間的阻抗匹配，即把各級聯接起來之后仍有較大的增益，同時，各級之間不能產生明顯的相互干擾。 根據上面各個具體環節的考慮設計出下面總體的電路：圖-3 接收機天線端及高頻小信號放大器 圖-4 改進后的高頻小信號調諧放大器三、各部分設計及原理分析 高頻小信號調諧放大器與低頻放大器的電路基本相同（如圖-1所示）。其中變壓器T2的初級線圈為接收機前端選頻網絡的一部分，經次級線圈耦合后作為放大器的輸入信號，輸出端也采用變壓器耦合方式來實現選頻和輸出阻抗匹配。 如圖-1所示，Cb與Ce為高頻旁路電容，使交流為通路。本放大器的高頻等效電路（不含天線下斷的選頻網絡）如圖-3所示： 圖-5調諧放大器的高頻等

5、效電路電路中并聯振蕩回路兩端間的阻抗為其中R是和電感串聯的電阻，由于L>>R因此有：則并聯回路兩端電壓為： 所以，當C=1/L時Vm有最大值，即回路諧振時輸出電壓最大。 實際制作中對基本電路的改進： 由于高頻電路放大電路常常會自激振蕩，也容易受各種因素的干擾，并且各級間很難實現阻抗匹配，所以要對基本電路進行適當的改進。 放大器內部電路的改進及理論依據： 如圖-5所示，增加Re1形成交流負反饋，用以改變放大倍數和改善輸出波形，由于電源內阻容易影響高頻電路的工作，所以電源下端要接LC型網絡作為電源去偶電路，以減少干擾，提高放大器的性能。另外還要特別注意的是，高頻電路很容易產生自激振蕩，

6、所以需要想辦法消除，最常用的辦法是在LC諧振回路中串聯一小電阻或并聯一大電阻，從而減小回路的Q值，消除自激振蕩。 圖- 6外加射極跟隨的高頻放大器 實際制作過程及諧振頻率的快速確定： 高頻放大器制作中最關鍵也是最難的就是選取恰當的電感和電容值，使電路諧振。諧振時有C=1/L，通過計算可以確定LC的值，但實際電路與理論計算往往相差很大，甚至能相差十幾倍到幾十倍，這就需要一定的操作技巧。以33MHz放大器為例，經計算得電感為4.7uH時選用525pF的可調電容完全可以達到諧振頻率，但接好電路后很少能夠調到30MHz。多次實驗表明，實際振蕩頻率一般小于計算的頻率，這就要用其它辦法來確定放大器的諧振頻

7、率。一個比較好的辦法就是借助LC振蕩電路來實現諧振。 如圖-7所示，此電路為共基組態的“考畢茲”振蕩器，原理不再贅述，下面說明如何利用本電路:可調電容Cx選用和放大器電路中同一規格的，電感Lx是放大器中變壓器接入諧振回路的電感值，由于本電路僅由Lx和Cx決定，但在實際電路中電容對電路的振蕩頻率的影響遠遠 沒有電感明顯，因而先選定電容（520pF可調），則頻率為33MHz時，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否則高頻損耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產，可把繞好的做樣品），繞適當的圈數后再用高頻Q表測量其電感值大小，不斷改變其圈數，

8、使Lx基本達到要求（4uH左右），然后把繞制好的電感作為Lx接入圖-6所示的電路中，再用示波器測量此電路的震蕩頻率，調節Cx,看振蕩頻率是否為33MHz,若不是，則相應的減少或增加變壓器（即接入的電感）的圈數，直到其頻率為所要求的為止，最后再按照要求的比例（常用3：1）來繞變壓器的次級線圈。圖-7 共基組態的“考畢茲”振蕩器 。 四、參數選擇圖-8調諧放大器高頻等效電路如圖-8計算出放大器的技術指標1.電壓增益 根據定義，由上圖得從等效關系可知則放大器諧振時，對應的諧振頻率為則通常，在電路計算時，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

9、率的關系。由上式可得對諧振放大器來講，通常討論的 f 與 f 0 相差不大，可認為 f 在 f 0 附近變化，則式中， ， 稱為一般失諧。令 ， 稱為廣義失諧。代入上式得取模得下圖是諧振特性的兩中表示形式：圖2-7放大器的諧振特性3.放大器的通頻帶通頻帶的定義是時所對應的 為放大器的通頻帶。根據定義得則 故(2-32)4.放大器的矩形系數矩形系數的定義是其中， 是 時所對應的頻帶寬度，即故根據矩形系數的定義得五、實驗結果電容對電路的振蕩頻率的影響遠遠沒有電感明顯，因而先選定電容（520pF可調），則頻率為33MHz時，電感需要4uH左右。用一外徑較大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否則高頻損耗

10、太大，放大器就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產，可把繞好的做樣品），繞適當的圈數后再用高頻Q表測量其電感值大小，不斷改變其圈數，使Lx基本達到要求（4uH左右），然后把繞制好的電感作為Lx接入圖-7所示的電路中，再用示波器測量此電路的震蕩頻率，調節Cx,看振蕩頻率是否為33MHz,若不是，則相應的減少或增加變壓器（即接入的電感）的圈數，直到其頻率為所要求的為止，最后再按照要求的比例（常用3：1）來繞變壓器的次級線圈。多次的實驗表明，用本方法來確定變壓器初級線圈的圈數，既準確又方便，一旦把變壓器的圈數確定下來，整個高頻放大器就很好制作了，也可以把做好的變壓器作為樣品從而實現大

11、批量的生產制作。當然，也有其它可行的方法來確定諧振回路的頻率，如：可以在放大器輸入端加一幅度恒定的信號，然后改變其頻率，用示波器觀察輸出信號在哪一頻率下最大，從而找到諧振頻率。這一方法思路簡單，可行性也較強，但是，如果放大器的工作頻率過高，那么許多種類的高頻信號源就很難輸出恒定的正弦波，頻率升高時，信號源的輸出電壓幅度明顯的下降，甚至波形嚴重失真。在這種情況下，借助于LC振蕩器可以很容易的找到諧振頻率，從而確定變壓器初級線圈的電感量及圈數。 六、結論本文通過對實際電路的分析，結合實際實驗，并利用其它電路作為輔助，提出了一種制作高頻小信號調諧放大器的有效方法，解決了在制作高頻放大器時經常出現的自激振蕩、頻率難以確定以及電路中各級間阻抗不匹配問題。七、參考文獻： 1 謝嘉奎，電子線路 非線形部分（第四版），北京：高等教育出版社，1996。2 高吉祥，易凡，丁文霞，陸珉，劉安芝，電子技術基礎實驗與課程設計，北京：電子工業出版社，2002。3 郭維芹. 模擬電子線路實驗. 同濟大學出版社，1985. 4 陸宗逸. 非線