論文：高頻小信號放大器設(shè)計

1、高高頻頻小小信信號號放放大大器器設(shè)設(shè)計計學(xué)號:姓名: 年級:07 電信 2 班專業(yè):電子信息工程指導(dǎo)老師: 2010 年 6 月 25 日高頻電子線路課程設(shè)計2目目 錄錄一、選題意義 3二、總體方案 3三、各部分設(shè)計及原理分析 .6四、參數(shù)選擇 9五、實驗結(jié)果14六、結(jié)論 14七、心得體會.15八 參考文獻(xiàn) 15高頻電子線路課程設(shè)計3一、選題意義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。高頻小信號放大器的分類：1.按元器件分為：

2、晶體管放大器、場效應(yīng)管放大器、集成電路放大器;2.按頻帶分為：窄帶放大器、寬帶放大器;3.按電路形式分為：單級放大器、多級放大器;4.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(xiàn)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(xiàn)。本文以理論分析為依據(jù)，以實際制作為基礎(chǔ)，用LC振蕩電路為輔助，來消除高頻放大器自激振蕩和實現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率選擇；另加其它電路，實現(xiàn)放大器與前后級的阻抗匹配。 二、

3、總體方案高頻小信號調(diào)諧放大器簡述： 高頻小信號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。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。對高頻小信號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，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強(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= 2f0.7，品質(zhì)因數(shù)高頻電子線路課程設(shè)計4Q=fo/2f0.7. 圖1頻率特性曲線（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)

4、生自激，加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能。 高頻電子線路課程設(shè)計5圖2 反饋導(dǎo)納對放大器諧振曲線的影響（4）前后級之間的阻抗匹配，即把各級聯(lián)接起來之后仍有較大的增益，同時，各級之間不能產(chǎn)生明顯的相互干擾。 根據(jù)上面各個具體環(huán)節(jié)的考慮設(shè)計出下面總體的電路：圖3 接收機(jī)天線端及高頻小信號放大器 圖4 改進(jìn)后的高頻小信號調(diào)諧放大器高頻電子線路課程設(shè)計6三、各部分設(shè)計及原理分析 高頻小信號調(diào)諧放大器與低頻放大器的電路基本相同（如圖 3 所示）。其中變壓器 T2 的初級線圈為接收機(jī)前端選頻網(wǎng)絡(luò)的一部分，經(jīng)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(xiàn)選頻和輸出阻抗匹配。 如圖 4 所

5、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如圖 5 所示： 圖5調(diào)諧放大器的高頻等效電路電路中并聯(lián)振蕩回路兩端間的阻抗為其中R是和電感串聯(lián)的電阻，由于LR因此有：高頻電子線路課程設(shè)計7則并聯(lián)回路兩端電壓為： 所以，當(dāng)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(jìn)： 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(xiàn)阻抗匹配，所以要對基本電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。 放大器內(nèi)部電路的改進(jìn)及理論依據(jù)： 如圖6所示，增加Re1形成交流負(fù)反饋，用以改變放大倍數(shù)和改善輸出波形，由于電源內(nèi)阻容易影響高頻電路的工作，所以電源

6、下端要接LC型網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生自激振蕩，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(lián)一小電阻或并聯(lián)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 高頻電子線路課程設(shè)計8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(guān)鍵也是最難的就是選取恰當(dāng)?shù)碾姼泻碗娙葜?，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(jīng)計算得電感為4.7uH時選用525pF的可調(diào)電容完

7、全可以達(dá)到諧振頻率，但接好電路后很少能夠調(diào)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率。一個比較好的辦法就是借助LC振蕩電路來實現(xiàn)諧振。 如圖7所示，此電路為共基組態(tài)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(diào)電容Cx選用和放大器電路中同一規(guī)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(yuǎn)遠(yuǎn) 沒有電感明顯，因而先選定電容（520pF可調(diào)），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

8、就不能放大），然后用漆包線手工繞制電感（若要大批量生產(chǎn)，可把繞好的做樣品），繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻Q表測量其電感值大小，不斷改變其圈數(shù)，使Lx基本達(dá)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(diào)節(jié)Cx,看振蕩頻率是否為33MHz,若不是，則相應(yīng)的減少或增加變壓器（即接入的電感）的圈數(shù)，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(tài)的“考畢茲”振蕩器 。 高頻電子線路課程設(shè)計9四、參數(shù)選擇圖 8 調(diào)諧放大器高頻等效電路如圖-8 計算出放大器的技術(shù)指標(biāo)1.電壓增益 根據(jù)定義由上圖得從等效關(guān)系

9、可知高頻電子線路課程設(shè)計10則放大器諧振時，對應(yīng)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率的關(guān)系。高頻電子線路課程設(shè)計11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(rèn)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。代入上式得取模得高頻電子線路課程設(shè)計12下圖是諧振特性的兩中表示形式：圖 9 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(yīng)的 為放大器的通頻帶。根據(jù)定義得則 高頻電子線路課程設(shè)計13故(2-32)4.放大器的矩形系數(shù)矩形系

10、數(shù)的定義是其中， 是 時所對應(yīng)的頻帶寬度，即故根據(jù)矩形系數(shù)的定義得高頻電子線路課程設(shè)計14五、實驗結(jié)果電容對電路的振蕩頻率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有電感明顯，因而先選定電容（520pF 可調(diào)），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(chǎn)，可把繞好的做樣品），繞適當(dāng)?shù)娜?shù)后再用高頻 Q 表測量其電感值大小，不斷改變其圈數(shù)，使 Lx 基本達(dá)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(diào)節(jié) Cx,看振蕩頻率是否為

11、 33MHz,若不是，則相應(yīng)的減少或增加變壓器（即接入的電感）的圈數(shù)，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(shù)，既準(zhǔn)確又方便，一旦把變壓器的圈數(shù)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(xiàn)大批量的生產(chǎn)制作。當(dāng)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(qiáng)，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

12、，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(yán)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(shù)。 六、結(jié)論本文通過對實際電路的分析，結(jié)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(diào)諧放大器的有效方法，解決了在制作高頻放大器時經(jīng)常出現(xiàn)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。高頻電子線路課程設(shè)計15七心得體會 在課程設(shè)計當(dāng)中合作交流是必不可少的，每個人都把這樣一種事情當(dāng)成是自己的重要任務(wù)，并為之付出很大的努力，不斷的去思考自己所遇到的問題，不斷的去改善自己。生活當(dāng)中，我們面對很多問題的時候所采取的具體行動

13、也是不同的，但是我們面對問題時候的態(tài)度是非常重要的，而不是一個人的能力到底有多強(qiáng)，態(tài)度決定一切，端正的態(tài)度和明確的目標(biāo)是我們解決問題的關(guān)鍵。實踐的過程中出現(xiàn)了無法解決的問題，所以我也查閱了大量相關(guān)資料和書籍，這也是獲取知識最重要的途徑之一，吸取前人的經(jīng)驗也是解決問題的很好途徑。整個設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。課程設(shè)計要親手做過，不管它是否有結(jié)果。你要學(xué)的是知識，是解決問題的方法和思想，要端正學(xué)習(xí)態(tài)度，一時的成敗不足以論英雄，每一次突破都是一種收獲，就是在這樣的過程中我們才能不斷提高。在從開始接到課程