宽带中频放大电路

宽带中频放大电路摘要中频放大电路是超外差接收设备的重要部件，其性能在很大程度上决定了整机的重要性能。

在通信系统中，处于前端的前置低噪声放大器LAN和混频之后的中频放大器需要采用宽频带放大器进行小信号放大。

宽频带放大电路是由晶体管、场效应管或集成电路提供电压增益，既要有较大的电压增益, 又要有很宽的通频带,增益带宽积越大的宽频带放大器的性能越好。

为了展宽工作频带,不但要求有源器件的高频性能好, 而且在电路结构上采取了一些改进措施。

本设计从通频带、中频电压放大倍数、上冲量、平顶下降量等方面介绍了宽带中频放大电路,并对中心频率、通频带、总增益等参数进行了分析，通过对调幅调频电路的分析与理解很好的实现了中频信号处理电路对中频信号进行放大, 获得足够的增益, 吸收邻近的特殊干扰、提供自动增益控制信号的目的。

关键词：宽带中频放大电路、电压增益、混合π型等效电路目录1 绪论 (1)2 设计过程 (2)2.1宽频放大器的主要性能指标 (2)2.2 扩展通频带的方法和电路 (2)2.3 其他必要电路 (5)2.3.1 混合Π型等效电路 (5)2.3.2 Y参数等效电路 (6)2.3.3 谐振放大器电路 (7)2.3.4 多级单调谐放大器 (9)2.3.5 中和电路 (9)2.3.6 自动增益控制电路 (10)2.4 结构框图及性能参数 (11)2.5 性能分析 (15)总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)1 绪论在电子技术领域内，中频放大电路是超外差接收设备的重要部件，其性能在很大程度上决定了整机的重要性能。

同时中频放大器的前级接混频电路或高频放大电路，后级接解调电路，是中间的重要桥梁，可由此建立两个频段间的信号变换与阻抗匹配，有重要的理论价值与实践意义。

接收信号的频谱是很宽的，放大器很难做到在很宽的频带内都有一致性很好的增益平坦性，所以通常的做法是将接收到的信号变频到一个固定的频点上（通常叫做中频），然后放大，这样就带来诸多好处：选择性更好、增益也好控制在接收机中，由于中频频率较低，且频率固定不变，可以很容易地得到较高的增益，为下一级提供足够大的输入，所以中频放大电路的应用非常广泛。

但是，无线电信号强弱差异很大，中频放大器本身也有一定的动态范围，输入信号增大时会出现失真，因此常采用AGC电路自动调节中频放大器的增益，使中放输出信号电平基本保持不变。

超外差收音机把接受到的电台信号本机振荡信号同时送入变频管进行混频，并始终保持本机振荡频率比外来信号频率高465KHz，通过选频电路取两个信号的“差频”进行中频放大。

因此，在接收波段范围内信号放大量均匀一致，同时，超外差收音机还具有灵敏度高、选择性好等优点。

其框图如图1—1所示。

图1—1 超外差收音机框图输入回路从天线接收到的众多广播电台发射出的高频调幅波信号中选出所需接收的电台信号，将它送到混频管，本机振荡产生的始终比外来信号高465KHz的等幅振荡信号也被送入混频管。

利用晶体管的非线性作用，混频后产生这两种信号的“基频”、“和频”、“差频”，其中差频为465KHz，由选频回路选出这个465KHz的中频信号，将其送入中频放大器进行放大，经放大后的中频信号再送入检波器检波，还原成音频信号，音频信号再经前置低频放大和功率放大送到扬声器，由扬声器还原成声音。

2 设计过程2.1宽频放大器的主要性能指标宽频放大器的主要性能指标有：（1）通频带△f由定义知△f=fH-fL，通常下限频率fL≈O，△f≈f Ho，因此放大器通频带的扩展是设法增大上限频率fH数值。

（2）中频电压放大倍数KO：它的定义中频段的输出电压UO与输入电压Ui之比。

（3）增益与带宽乘积KO△f存在矛盾，即增大△f就会减小KO，反之则反，所以要用两者之积才能更全面地衡量放大器的质量。

KO△f越大，则宽频放大器的性能就越好。

（4）上升时间ts：它定义为脉冲幅度从10%上升至90%所需时间，放大器的高频特性越好，则上升时间ts越小。

（5）下降时间tf：它的定义为脉冲幅度从90%下降至10%所需时间。

（6）上冲量δ：超过脉冲幅度的百分数。

（7）平顶下降量△：脉冲持续期内，顶部下降的百分数，放大器低频特性越好，平顶下降量越小。

2.2 扩展通频带的方法和电路通常使用扩展频带的方法有三种：（1）负反馈法，在电路中引入负反馈，并使负反馈量高频时比低频时小，以补尝高频时输出电压减小的损失，这种方法是在不损坏失低频增益下进行补尝，但它的幅频特性却开不平坦，使输出脉冲波出现上冲；（2）电感串并联补偿法，在晶体管集电极上接入电感，和放大器输出端等效电容组成LC并联回路，可以提高放大器的上限截止频率；（3）利用各种接地电路的特点进行电路组合，以扩展放大器的通频带，下面介绍扩展带的电路。

1、电压并联负反馈电路图1是电压并联负反馈电路，这种电路主要补偿晶体管集-基结电容CC、输出电容CO及电流放大倍数β随频率升高而引起放大器增益下降的作用，因为，低频时CO的容抗较小，使UO减小,所以，负反馈量也减小，使高、低频放大倍数基本一致，若RF取值与CC在高频时容抗相当，则CC只能在高频上起作用，把上限频率扩展。

图1 电压并联负反馈电路图2 电流串联负反馈电路2、电流串联负反馈电路图2是电流串联负反馈电路，这种电路只能补偿因β减小而造成的损失，但不能补偿CO的作用，只适用于分布电容小的场合，因为，负返馈量取决于R eLe低频时β大，所以Ie 也大，引入负反馈也较大，而高频时，由于β↓Ie 减小使负反馈量也减小，从而补偿了因β↓而使增益下降的损失。

3、电抗元件补偿电路图3是电抗元件补偿电路，图中Ce约为几个皮法至几十个皮法，低频时其容抗甚大于，Reo由Re，引入较大的负反馈量，高频时Ce容抗变小，使发射极的反馈总阻抗变小，相应的高频负反馈减弱了。

这就更有效地补偿β的下降，最佳补偿条件为：（3-5）ReCe=(0.35/△f)。

通过调整ReCe数值，可以同时补偿β↓及Co的作用，当CoRe较小时，按最佳条件选ReCe即可。

若Co较大时，应由调整确定。

4、并联电感补偿电路图4为并联电感补偿电路，从交流观点看，L与输出负载并联，故称并联电感补偿。

由L与[Co+CL]组成回路，高频时产生谐振。

由于谐振阻抗大，故补偿了β↓使入大倍数减小的作用，通常按下式选择电感：L=0.4RL(CL+CO)5、串联电感补偿电路图5为串联电感补偿电路，图中L与RL串联称为电感串联补偿。

L与CC 及CL组成谐振回路，补偿效果不如并联电感补偿法好。

6、串、并联电感补偿电路图6为串、并联电感补偿电路，图中C1、C2、C3分别为晶体管集电极电容及电路输出端的分布电容，电感L1和L2可以由下式选择：L1=[（1/2）+（C1/C2）]L2L2=[（1/2）+（C3/C2）]L0LO=RC/2π△f由于L1、L2有二次谐振机会，使通频带有较大的扩展。

7、电容和电感的混合补偿电路图7为电容和电感的混合补偿电路，电路由BG1和BG2两级组成，其中BG 2的集-基之间由RF和LF实现并联电压负反馈。

高频时LF感抗增大使负反馈量减小，从而补偿了高频时输出电感受的下降，这种电路的输入、输出阻抗很低，故能承受较大容性负载，使频宽大大扩展。

BG1和BG2实现电容的补偿。

由于BG2输入阻抗小，BG1集电极交流负载减小，使BG1输入电容也减小，所以BG1放大级频响更好。

8、共射、共集组合电路图8共射、共集组合电路，图中BG2是共集电路，具有输入阻抗高，输入电容小的优点，它接于BG1共射电路后面，可以减轻后级输入电容对前级的影响。

与共射-共射电路相比，它具有更好的频响特性。

又由于共集电路输出阻抗低，可以承受较重的负载，输出电容对频响特性影响小，由于共集电路本身的频率特性较好，所以共射-共集电路的频响声基本上决定于共射电路，这种电路适用于放大器的末级。

9、共射、共基组合电路图9为共射、共基电路，图中BG2共基电路的输入阻抗小，一般在几欧至十几欧范围，它作为BG1共射电路后级，当BG1集电极存在有分布民容时，对电路的频响的影响较小。

所以比共射-共射电路的通频带有较大的扩展这种电路总的带宽增益不积不及共射-共集电路，但共射-共基电路应用在多级电路中，不易产生寄生振荡。

适用于较高频的宽带放大器。

图3 电抗元件补偿电路图4 并联电感补偿电路图5 串联电感补偿电路图6 串并联电感补偿电路图7 电容和电感的混合补偿电路图8 共射、共集组合电路图9 共射、共基组合电路2.3 其他必要电路2.3.1 混合π型等效电路图10 混合π型等效电路图中各元件名称及典型值范围如下：ｒbb′：基区体电阻, 约１５Ω～５０Ωｒb′e：发射结电阻re折合到基极回路的等效电阻, 约几十欧到几千欧。

ｒb′c：集电结电阻, 约１０kΩ～１０MΩ。

ｒce：集电极—发射极电阻, 几十千欧以上。

ｃb′e：发射结电容, 约１０皮法到几百皮法。

ｃb′c：集电结电容, 约几个皮法。

ｇm：晶体管跨导, 几十毫西门子以下。

此外可以把C b′c折合到输入端b′、 e之间, 与电容C b′e并联, 其等效电容为：CM=(1+gmR′L)Cb′c 。

即把Cb′c的作用等效到输入端, 这就是密勒效应。

其中gm是晶体管跨导, R′L是考虑负载后的输出端总电阻, CM称为密勒电容。

简化电路如下：图11 简化的高频混合π型等效电路2.3.2 Y参数等效电路放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成。

其中3DGl00组成放大器将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。

与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。

图12 晶体管共发射级Y 参数等效电路反向传输导纳正向传输导纳输出导纳图中受控电流源 表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）；yfeUb 表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）。

yfe 越大, 表示晶体管的放大能力越强；ｙre 越大, 表示晶体管的内部反馈越强。

yre 的存在, 对实际工作带来很大危害, 是谐振放大器自激的根源, 同时也使分析过程变得复杂,因此应尽可能使其减小, 或削弱它的影响。

2.3.3 谐振放大器电路谐振放大器的主要性能指标是电压增益, 通频带和矩形系数。

0|==⋅⋅b bbie U U I Y 0|==⋅⋅c b c ie U U I Y 0|==⋅⋅b c c oe U U I Y ⋅C re U y图13 单管单调谐放大电路Cb与Cc分别是和信号源（或前级放大器）与负载（或后级放大器）的耦合电容,Ce是旁路电容。

电容C与电感L组成的并联谐振回路作为晶体管的集电极负载, 其谐振频率应调谐在输入有用信号的中心频率上。