高频小信号谐振放大电路(打印版)

长春工程学院

高频电子线路课程设计（论文）题目：高频小信号放大电路设计

学院：电子与信息工程学院

专业班级：电子0942班

学号：20号、31号、9号、26号

学生姓名：

指导教师：

起止时间：2011.9.22~2011.10.20

电气与信息学院

和谐勤奋求是创新

内容摘要

高频小信号谐振放大电路

摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响,表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1）。

关键词： 1.谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。

2.电压增益放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益（放大倍数）

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Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。

4.矩形系数谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏离之比。

工作计划：

1.确定电路形式。

2.设置静态工作点。

3.计算谐振回路的参数。

4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。

content of marketing plan

Resonant frequency small-signal amplifier Abstract: High-frequency small-signal resonance amplifier master of engineering design methods,

resonant circuit tuning method, the technical specifications of the amplifier test methods and

high-frequency parameters of various distributions in case of impact on circuit performance and characterization of high-frequency small-signal the main performance indicators of the resonant amplifier from the resonant frequency fo, the resonant voltage gain Avo, the amplifier passband BW and selective (usually rectangular coefficient Kr0.1).

Keywords: 1 resonant circuit resonant frequency amplifier corresponding to the resonance frequency f0 is called the resonant frequency.

2 the resonant circuit voltage gain of the amplifier corresponding to the resonance voltage gain Avo called resonant amplifier voltage gain (magnification)

3 pass-band frequency selection as the role of the resonant circuit when the frequency deviation from the resonant frequency, the amplifier voltage gain drop, used to call down to the voltage gain Av resonant voltage gain Avo of 0.707 times the frequency range corresponding to known as the amplifier passband BW.

4 rectangular resonant amplifier selectivity coefficient by coefficient Kr0.1 resonance curve of the rectangle to represent a rectangle for the voltage gain coefficient Kr0.1 down to 0.1Avo corresponding to the frequency range and voltage gain drops to 0.707Avo the frequency corresponding to deviation of the ratio.

Work plan:

1 to determine the circuit form.

2 set the quiescent operating point.

3 calculate the resonant circuit parameters.

4 Make sure the input coupling loop and high frequency filter capacitor.

设计任务说明

一、设计目的

1. 了解LC 串联谐振回路和并联谐振回路的选频原理和回路参数对回

路特性的影响；

2. 掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理；

3. 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；

4. 掌握高频单调放大器的设计方案和测试方法。 二、主要技术指标及要求

1. 技术指标

已知：电源电压V V cc 12+=，负载电阻Ω=K R L 1条件下要求： 1) 中心频率：MHz f 150=； 2) 电压增益：40~60dB ；

3) 通频带：通频带B=KHz f 30020=?； 4) 输入阻抗：Z ≥50Ω。 2. 设计要求

1) 设计高频小信号谐振放大电路；

2) 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； 3) 写出设计报告。

目 录

第一章简述 (1)

1.1 论述 (1)

第二章总体方案 (2)

2.1 设计要求 (2)

2.2总体方案简述 (2)

第三章电路的基本原理及电路的设计 (3)

3.1电路的基本原理 (3)

3.2 主要性能指标及测试方法 (5)

3.3 电路的设计与参数的计算 (8)

3.3.1电路的确定 (8)

3.3.2参数计算 (8)

第四章心得体会 (11)

4.1 心得体会 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

附录元件清单 (14)

第一章简述

1.1 论述

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。

第二章 总体方案

2.1 设计要求

已知条件：电源电压V V cc 12+=，负载电阻Ω=K R L 1，高频三极管3DJ6。主要技术指标：中心频率MHz f 150=，电压增益)1000~100()60~40(倍倍dB A uo =，通频带B=KHz f 30020=?，输入阻抗：Z ≥50Ω。 课程设计要求：要求有课程设计说明书 。

2.2 总体方案简述

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

=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）阻抗匹配。

第三章电路的基本原理及电路的设计

3.1 电路基本原理

图3-1-1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。它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和以及决定，其计算

方法与低频单管放大器相同。

图3-1-1

放大器在谐振时的等效电路如图3-1-2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。

图3-1-2

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3-1-2所示的等效电路中，为晶体管的集电极接入系数，即

式中，为电感L线圈的总匝数，且；为输出变压器的副边与原边匝数比，即

式中，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。

3.2主要性能指标及测量方法

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，放大器的通频带及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用3-2-1所示电路可以

粗略测各项指标。

图3-2-1

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2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。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。

1.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。

2.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.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：

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3-3-2所示：

图3-2-2

由BW得表达式可知：

通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总

电容量。 4.矩形系数

谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数来表示，如图3-2-2所示，矩

形系数为电压放大倍数下降到

0.1时对应的频率范围与电压放大倍数下降到

0.707

时对应的频率偏移之比，即

上式表明，矩形系数

越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。

可以通过测量图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数。

3.3 电路的设计与参数计算 3.3.1 电路的确定

电路形式如图3-3-1

所示。

图 3-3-1

3.3.2参数计算

已知参数要求与晶体管3DJ6参数为

，Ω='70r b b ，pF C c b 3='，

β=50。 (1) 设置静态工作点

MHz f T 250

≥

取 EQ I =1mA, EQ V =1.5V , CEQ V =7.5V , 则 =

E R Ω=K I V EQ EQ 5.1 =

2B R Ω=?≈K I V I V CQ

BQ BQ

BQ

3.1866β , 取标称值18K Ω

=

1B R Ω=-K R V V V B BQ

BQ

CC 6.552

1B R 可用30k Ω电阻和100k Ω电位器串联,以便调整静态工作点。

(2) 计算谐振回路参数 mS mV

I g mA

E mS e b 77.026}{}{=='

'β

mS mV

I g mA

E mS m 3826}{}{==

下面计算4个y 参数， mS j mS C j g r C j g y e b e b b b e

b e b ie 5.170.0)

(1+≈+++='''''ωω，由此可得mS y ie 66.1≈

因为ie ie ie C j g y ω+=, 所以 mS g ie 70.0=，Ω≈=k g r ie ie 11

，pF mS C ie 2.25.1==ω

mS j mS C j C j g r g r C j y c b e b e b b b m

b b

c b oe 5.002.0)(1+≈+++=

''''''ωωω，

由此可得mS

y oe 5.0≈，所以可知输出阻抗： ΩΩ＞5020001

1=≈=

oe

O y Y Z 。

因为oe oe oe C j g y ω+=，所以 mS g oe 02.0=，pF mS

C oe 0.75.0==ω

mS j mS C j g r g y e b e b b b m

fe 1.437)(1-=++=

'''ω,

由此可得：mS y fe 2.37≈

由中心频率MHz f 150=，通频带B=KHz f 30020=?，则回路的有载品质因数得：

50

==

B

f Q o

L .

设定回路的空载品质因数:=200,回路电感:L=5.6

,故回路总电容为:

pF L

f C 1.20)2(1

20≈=∑π

再计算回路电容为： ，故可采取两个标称值为39pF

的电容串联。

回路中的自损耗电导为：

S L f Q R g o o o o 6-1042.9211?≈???==

π

则回路总电导：

再设定晶体管的集电极接入系数为

3

2

，输出变压器的副边与原边匝数比

为6

1，则根据公式可得，即： 7.10921≈??=∑

g y p p A fe

uo

由分贝表示电压增益。

综合以上理论分析可知，计算求出的单级放大器谐振时的电压增益满足设计要求。

但若要验证设计是否能够在实验室条件下工作，还需要搭建电路进行实际操作，所以此方案还有待于进一步的实验验证。

(3) 确定输入耦合回路及高频滤波电容

高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是指变压器耦合的谐振回路。由于输入变压器

原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，

高频耦合电容一般选择瓷片电容。

第四章心得与体会

4.1 心得与体会

本次课程设计的完成，收获颇多，巩固和加深了对电子线路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力。通过此次电路设计让我们学会初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

在这次课程设计过程中最深刻的感触是光有理论知识是远远不够的，还必须懂一些实践中的知识，比如，元器件的参数在设置时尽量选择与标称值相等或相近的（如电阻和电容值的选择）；元器件的等效替换。

在本课程设计中，是我的动手能力有了更进一步的提高，巩固了已学的理论知识。高频电路课程设计相对于以前的模电课程设计来更有难度，更有挑战。

此次课程设计中不但考查了我们对高频电子线路的了解程度，更进一步的使我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用和在电子领域的重要性。在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，但在同伴们的共同努力下，辛苦的去钻研，去学习，最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。其中遇到的问题很多都是在书上不能找到的，所以我们必须自己查找相关资料，利用图书馆和网络，这是一个比较辛苦和漫长的过程，你必须从无数的信息中分离出对于你有用的，然后加以整理，最后才学习到变为自己的并用到设计中的问题去。

通过这次课程设计，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。也为后续课程的学习打下了实践的基础。提高了我们发现问题和解决问题的能力及对相关问题资料查找、分析、筛选、整合的能力。

总而言之，从此次电路设计过程中我们受益匪浅。

参考文献

[1]王卫东. 高频电子电路（第二版）. 电子工业出版社 2004.

[2] 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础（第四版）. 高等教育出版社 2006.

致谢

本次课程设计，能够顺利的完成，多亏老师和同学的指导和帮助。

放大器的设计及制作在所有课题里是相对简单的，但实际做起来并没有我们想的那么容易。在原理图与参数的设计的过程中，我们遇到了很大的困难，特别是在参数设置时，相对低频放大，高频放大的参数设置要复杂的多，我们遇到了许多的问题，经过我们组的成员共同努力，和同学们的交流和耐心的指导，我们才顺利完成任务，在此我我们向他表示我们衷心的感谢。

课程设计的完成，感谢老师的耐心指导帮助，在老师的严格要求下，这次的实际操作让我学到了很多从书本上学不到却终身受益的知识，良好的学习习惯，端正的学习态度。这为我以后的学习和工作打下了良好的基础，更好的去面对社会，适应社会，在此，再次向老师献上我们最真诚的谢意，“老师您辛苦了”！

在此特别感谢姜航老师对我们的耐心教学及环环引导让我们对高频电子线路设计的学习变得生动有趣！

附录元件清单

元件名称元件大小元件数量电阻 30KΩ一个电阻 18KΩ一个电阻 1.5kΩ一个电阻 1kΩ一个电位器 100KΩ一个电容 1000pF 一个电容 0.01uF 一个电容 0.033uF 一个瓷片电容 39pF 两个三级管3DJ6 一个