小信号谐振放大器

目录

一、高频小信号谐振放大器原理 (1)

1、小信号调谐放大器的主要特点 (1)

2、小信号调谐放大器的主要质量指标 (1)

二、电路具体设计计算 (6)

1、设计内容 (6)

2、技术指标 (6)

3、设计电路过程及计算 (6)

三、仿真结果及结论 (10)

1、仿真电路 (10)

2、波形图 (11)

3、通频带的测量 (11)

四、设计体会 (13)

五、参考文献 (14)

第一章高频小信号谐振放大器原理

1、小信号调谐放大器的主要特点

晶体管集电极负载通常是一个由 LC组成的并联谐振电路。由于 LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，理论上可以分析，并联谐振在谐振频率处呈现纯阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，输出增益减小。总之，调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用，同时也起着滤波和选频的作用。

2、小信号调谐放大器的主要质量指标

衡量小信号调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面：

2.1谐振频率

放大器调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，理论上，对于 LC 组成的并联谐振电路，谐振频率的表达式为：

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。

2.2谐振增益（Av）

放大器的谐振电压增益放大倍数指：放大器处在在谐振频率f0下，输出电压与输入电压之比。

Av的测量方法：当谐振回路处于谐振状态时，用高频毫伏表

测量输入信号Vi和输出信号Vo大小，利用下式计算：

另外，也可以利用功率增益系数进行估算：

2.3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=Vo/Vi下降到谐振电压放大倍数Avo的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW，通常用2Δf0.1 表示，有时也称2Δf0.1为 3dB 带宽。通频带带宽：

式中，Q为谐振回路的有载品质因数。

当晶体管选定后，回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数fo与通频带BW的乘积为一常数。

频带BW 的测量方法：根据概念，可以通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法主要采用扫频法，也可以是逐点法。

扫频法：即用扫频仪直接测试。测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输

出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。

逐点法：又叫逐点测量法，就是测试电路在不同频率点下对应的信号大小，利用得到的数据，做出信号大小随频率变化的曲线，根据绘出的谐振曲线，利用定义得到通频带。

具体测量方法如下：

a、用外置专用信号源做扫频源，正弦输入信号的幅度选择适当的大小，并保持不变；

b、示波器同时监测输入、输出波形，确保电路工作正常（电路无干扰、无自激、输出

波形无失真）；

c、改变输入信号的频率，使用毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值；

d、描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。测试时，可以先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率fo及电压放大倍数Avo，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压不变），并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图 1-1 所示。

图1-1 放大器的通频带和谐振曲线

2.4增益带宽积

增益带宽积BW?G也是通信电子电路的一个重要指标，通常，增益带宽积可以认为是一个常数。放大器的总通频带宽度随着放大级数的增加而变窄，BW越大，增益越小。二者是一对矛盾。

不同电路中，放大器的通频带差异可能比较大。如：在设计电视机和收音机的中频放大器时，对带宽的考虑是不同的，普通的调幅无线电广播所占带宽是9kHz，而电视信号的带宽需要6.5MHz，显然，要获得同样的增益，中频放大器的带宽设计是完全不同的。

2.5选择性

放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号，排

除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。选择性的基本指标是矩形系数。其中，定义矩形系数是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数的10％所对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707时所对应的频率偏移2Δf0.1之比，即：

同样还可以定义矩形系数，即：

显然，矩形系数越接近1，曲线就越接近矩形，滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。

第二章电路具体设计计算

1、设计内容：

设计一高频小信号谐振放大器

设计目的：设计一个工作电压为9V，中心频率为20MHz的高频小信号谐振放大器，可用作接收机的前置放大器和中频放大器。

2、技术指标：

已知条件：负载电阻

R=1K，电源电压Vcc=9v。

L

技术指标：

1中心频率f=20M；

2电压增益Ao=20dB；

3通频带BW=2HZ；

3、设计电路过程及计算

高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性:

只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。

除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作考虑即可

选定电路形式

依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器，设计参考电路见图2-1所示。

图2-1 单调谐高频小信号放大器电原理图

图中放大管选用9018，该电路静态工作点Q 主要由1b R 和1w R 、

2b R 、Re 与Vcc 确定。利用1b R 和1w R 、2b R 的分压固定基极偏置电位BQ V ，如满足条件BQ I I >>1：当温度变化CQ I ↑→BQ V ↑→BE V ↓→BQ I ↓→CQ I ↓，抑制了CQ I 变化，从而获得稳定的工作点。 由此可知，只有当BQ I I >>1时，才能获得BQ V 恒定，故硅管应用时，

BQ I I )105(1-=。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求BE BQ V V >，一般硅管取：BE BQ V V )53(-=。

3.1 设置静态工作点

取 EQ I =1.0mA , EQ V =1.0V , CEQ V =7.5V , 则 =

E R Ω=K I V EQ

EQ 0..1

=

2R Ω=?≈

K I V I V CQ

BQ BQ

BQ 2.1466β , 取标称值

14K Ω

=

1R Ω=-K R V V V BQ

BQ

CC 1.602 取标称值60K Ω

1R 可用30k Ω电阻和100k Ω电位器串联,以便调整静态工作点。

3.2 计算谐振回路参数

mS mV

I g mA

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

'β m S m V

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 7.23.1)

(1+≈+++=

'''''ωω

因为ie ie ie C j g y ω+=, 所以 mS

g ie 4.1=，

Ω≈=

k g r ie

ie 77.01

，

pF mS

C ie 5.217.2==

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 19.09.0)

(1+≈+++=

''''''ωωω

因为oe oe oe

C j g y

ω+=，所以

mS g oe 9.0=，pF mS

C oe 5.119.0==

ω

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

fe 2.75.34)

(1-=++=

'''ω

故模 mS y fe 35||=

回路总电容为 pF L

f C 211)2(1

2

0==

∑π 再计算回路电容

pF C p C p C C ie oe 2112

221=--=∑，

取标称值211pF

设空载品质因数Qo=100，谐振回路唯一电阻

Rp=QoWoL=3.8K Ω,go=

Rp

1

=0.26ms =εg 0.26ms+0.35ms+1.2ms=1.8ms Auo=

108

.135

5.0≈? QL=

εWoLg 1 ≈10 B=

2≈QL

fo

MHZ

第三章、仿真结果及结论

1、仿真电路:

利用MULTISIM绘制出如图所示的仿真实验电路

2、波形图

3、通频带的测量

通频带的测量通常采用扫频法和逐点法来进行测量，在这里，因为已经计算出了所求电路的同频带宽BW=2MHZ，所以能使输出电压在最大电压的0.707倍的频率应该在19MHZ和21MHZ左右。

在电路的仿真上，分别让函数发生器的频率在19MHZ和21MHZ 时，所得结果如下图所示：

所以，由上图可知电路满足课题的条件，BW大致等于2MHZ。

第四章设计体会

在这过去的两周里，我非常的忙碌，因为我上个学期的期末考试没有通过，要在第一周补考，而且还要在这两周里完成高频电子线路的课程设计。这让我非常苦恼，因为我的高频成绩本来就不好，在课程设计上拥有的时间却比别人还要少一周我不知道我能不能完成这个高频的课程设计。

不过，好在我还有许多同学，在他们的帮助下，我尽了自己的努力，最后还是在第二周的最后一天完成了我的课程设计报告。虽然我不知道我的高频课程设计报告最后能不能通过，但我还是要感谢那些曾经帮助过我的老师和同学，谢谢你们对我的支持与鼓励。要是没有你们，我也许连怎么动手都不知道。通过这一课程设计，我掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力，使自己无论在今后的学习中还是工作中遇到困难的时候都能自己将其解决。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。

为期一周的高频课程设计已经结束了，回顾设计的点点滴滴，我们有太多的收获，过程是痛苦的结果是收获的这就是我这一周来最大的感受啦。我们就是在发现问题和解决问题中不断进步。这样我们才能在将来立足于这个社会立足于这个行业呀！本周课程设计不但锻炼了我么最基本的高频电子线路的设计能力，更重要的是让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。还是有书到用时方恨少的感觉呀。

第五章参考文献

1、高频电子线路高吉祥主编电子工业出版社

2、高频电子线路曹兴雯主编高等教育出版社

3、高频电子线路吴慎山主编电子工业出版社