高频 小信号谐振放大器(DOC)
实验一---高频小信号谐振放大器
实验一高频小信号谐振放大器一、实验目的1．高频小信号谐振放大器的工作原理及电路构成和电路元器件的作用。
2．了解高频小信号的质量指标和谐振放大器的性能。
3．掌握L,C参数对谐振频率的影响。
4．分析单调谐回路放大器的质量指标，测量电压增益，测量功率增益；测量放大器的频率。
二、预习要求1．复习什么是高频小信号放大器工作原理〔中心频率及频谱宽度范围〕？2．复习什么是谐振放大器？3．这类放大器，按负载性质可分为：_谐振放大器,_非谐振放大器。
三、实验内容1．参照电路原理图1-1连线。
2．图1-1为一单调谐回路中频放大器，已知回路电容和回路电感，计算工作频率f〔谐振〕，计算方法及计算结果写入实验报告，具体见实验报告要求。
3．放置观测点时，选择菜单“Markers”—〉“Mark Voltage/Level”。
图1-1 小信号谐振放大器4.在“Analysis Setup”选项卡中设定：参数，AC=100mV、V OFF =0V，Vampl=300mV，freq=10MegHz。
V2参数DC=12V。
V1在AC Sweep中设定参数：①在AC Sweep Type中选 Decade。
②在Sweep Parameters 中选pts/Decade为20、Stort Fred为10k、End Fred为500MEG。
③AC Sweep Type中选 Output Voltoge为V(A)、1/V为V、Lntervat为10。
15. 观察瞬态分析的波形输出及频谱是否合理，不合理注意电路是否连接正确。
四、实验报告1．根据输入信号的幅度和频率，测出输出信号的幅度和频率，完成表1-1。
表1-1幅度〔mV〕频率〔MHz〕输入信号 300 10M输出信号10M2．做出输入信号和输出信号的频域波形〔根据图形输出〕；3．分析单调谐回路谐振放大器的质量指标：（1）计算电压增益；（2）计算电路的谐振频率〔写出公式并求出〕，并于仿真结果比较；（3）计算放大器的通频带。
高频小信号谐振放大器
实际
f2
f
2Δf0.7称为通频带 ： B f 2 f1 2( f 2 f0 ) 2f0.7
显然，理想选频电路的矩形系数K0.1=1，而实际选频电路的矩 形系数均大于1。
返回 另外，为不引入信号的相位失真，要求在通频带范围内选 频电路的相频特性应满足
d ( f ) df
2 2 u1 2 u2 RL u1 2 或 RL RL u2 RL
+
M C N1 N2 RL
+
u1
-
u2
-
RL'
变压器初次级电压比u1／u2等于相应圈数比N1／N2，故有
N RL ( 1 )2 RL N2
N1 N2
可通过改变
Hale Waihona Puke 比值调整RL'的大小。
三 回路抽头的阻抗变换 高频电路的实际应用中， 常用到激励信号源或负载与振荡回 路中的电感或电容部分接入的并联振荡回路， 常称为抽头振荡 回路或部分接入并联振荡回路。 1 常用的抽头振荡回路 电容分压部分接入 电感抽头部分接入
1.1.2 LC 选频回路
LC 谐振回路分为： 并联 LC 谐振回路
串联 LC 谐振回路
电路特点： 谐振特性 选频特性 1 电路结构 并联 LC 谐振回路
C iS RS R L
串联 LC 谐振回路
C RS uS R L
iS
RS
C
Rp
L
Rp
L CR
返回
1.1.2 LC 选频回路
C C iS RS R L RS L
返回
1.1.2 LC 选频回路
C
iS
L
C i RS
高频小信号单调谐振放大器
本次电子线路设计对高频调谐小信号放大器，LC振荡器，高频功放电路设计原理作了简要分析，研究了各个电路的参数设置方法。
并利用其它相关电路为辅助工具来调试放大电路，解决了放大电路中经常出现的自激振荡问题和难以准确的调谐问题。
同时也给出了具体的理论依据和调试方案，从而实现了快速、有效的分析和制作高频放大器，振荡器和功放电路。
高频小信号谐振放大电路是将高频小信号或接收机中经变频后的中频信号进行放大，已达到下级所需的激励电压幅度。
LC振荡器的作用是产生标准的信号源。
高频功放的作用是以高的效率输出最大的高频功率。
三部分都是通信系统中无线电收发信机所用到的技术，所以在现实生活中具有着相当广泛的应用。
关键词：高频小信号放大器；LC振荡器；高频功放电路；放大电路The electronic circuit design of high-frequency tuned small-signal amplifier, LC oscillator, h igh-frequency power amplifier circuit design principles briefly analyzed to study the various circuit parameters to set methods. And to use other related tools to debug the circuit for the auxiliary amplifier circuit solve the amplifier circuit that often appear in self-oscillation problems and difficult to accurately tuning problems. Also given in detail the theoretical basis and debug programs in order to achieve a rapid, effective analysis and production of high-frequency amplifiers, oscillator and power amplifier circuits.High-frequency small-signal amplification circuit is the resonant frequency small-signal or a receiver through the frequency of IF signals, after amplification, has reached the lower the required excitation voltage amplitude. The role of the LC oscillator is to generate a standard signal source. The role of high-frequency power amplifier's efficiency is the largest high-frequency power output. Three parts are the communication systems used by the radio transceiver technology, so in real life, with a fairly wide range of applications.Key words: high-frequency small-signal amplifier; LC oscillator; high-frequency power amplifier circuit; amplifier circuit目录1 设计任务与总体方案 (1)1.1设计任务 (1)1.2总体方案简述 (2)2 电路的基本原理 (3)2.1电路的基本原理 (3)2.2 主要性能指标及测试方法 (5)3 电路的设计与参数的计算 (8)3.1电路的确定 (8)3.2参数计算 (8)4 电路的仿真 (10)4.1 电路仿真 (10)5实物的制作与调试 (12)5.1元件的焊接 (12)5.2电路板的调试 (12)结束语 (13)致谢 (14)参考文献 (15)附录 A电路原理图 (16)附录B PCB图 (17)附录C 实物图 (18)附录D 元器件清单 (19)1 设计任务与总体方案1．1 设计任务一．设计要求要求有课程设计说明书，并制作出实际电路。
高频小信号谐振放大器
动态范围
动态范围是指放大器能够处理的信号幅度范围， 高频小信号谐振放大器的动态范围通常较小。
稳定性分析
稳定性
01
高频小信号谐振放大器的稳定性是一个重要指标，需要分析其
在不同工作条件下的稳定性表现。
稳定性因素
02
影响高频小信号谐振放大器稳定性的因素包括温度、电源电压、
材料选择
选用具有低温度系数的元件和材料，提高放大器 的热稳定性。
05
实际应用与案例分析
无线通信系统中的应用
无线通信系统中的信号传输需要经过 多个中继站，而每个中继站都离不开 高频小信号谐振放大器的应用。
在无线通信系统中，高频小信号谐振 放大器主要应用于基站、中继站和移 动终端等设备中，是实现无线通信的 关键元件之一。
在雷达系统中，高频小信号谐振放大器主要应用于发射机和接收机中，是实现雷达 探测的关键元件之一。
卫星通信系统中的应用
卫星通信系统由于其覆盖范围广、传输距离远等特点，被 广泛应用于国际通信、军事通信等领域，而高频小信号谐 振放大器在其中也发挥了重要的作用。
高频小信号谐振放大器能够将卫星接收到的微弱信号进行 放大，提高信号的传输质量和距离，保证卫星通信系统的 稳定性和可靠性。
应用场景
01
02
03
通信系统
用于接收微弱的高频信号， 如无线电广播、卫星通信 等。
雷达系统
用于检测和跟踪目标，如 军事雷达、气象雷达等。
导航系统
用于接收和放大GPS等导 航信号，实现精确定位。
02
谐振放大器的基本结构
输入和输出匹配网络
输入匹配网络
高频小信号谐振放大器
任务一高频小信号谐振放大器任务引入我们知道，无线通信接收设备的接收天线接收从空间传来的电磁波并感应出的高频信号的电压幅度是（μV）到几毫伏（mV），而接收电路中的检波器（或鉴频器）的输入电压的幅值要求较高，最好在1V左右。
这就需要在检波前进行高频放大和中频放大。
为此，我们就需要设计高频小信号放大器，完成对天线所接受的微弱信号进行选择并放大，即从众多的无线电波信号中，选出需要的频率信号并加以放大，而对其它无用信号、干扰与噪声进行抑制，以提高信号的幅度与质量。
在此，首先引入应用广泛的高频小信号谐振放大器。
任务分析高频小信号谐振放大器的作用、电路组成、及工作原理，与低频小信号放大电路是基本一致的。
不同的是：一是在高频小信号谐振放大器中，所放大信号的频率远比低频放大电路信号频率高；二是高频小信号谐振放大器的频宽是窄带（要求只放大某一中心频率的载波信号）。
因此，首先在电路组成上应将低频放大电路中的低频三极管换成具有更高截止频率的高频三极管，将集电极负载换成了LC选频网络；再是在电路分析与设计中，应重点考虑电路的高频特性与选频特性。
高频小信号谐振放大器的核心元件是高频小功率晶体管和LC并联谐振回路。
相关知识一、高频小功率晶体管与LC并联谐振回路1．高频小功率晶体管高频小信号放大电路中采用的高频小功率晶体管与低频小功率晶体管不同，主要区别是工作截止频率不同。
低频晶体管只能工作在3MHz以下的频率上，而高频晶体管可以工作在几十到几百兆赫兹，甚至更高的频率上。
目前高频小功率晶体管工的作频率可达几千兆赫，噪声系数为几个分贝。
高频小功率晶体管的作用与低频小功率晶体管一样，工作在甲类工作状态，起电流放大作用。
2．LC并联谐振回路在接收机的各级高频小信号放大器中，利用LC并联谐振回路的选频作用，对谐振点频率的电流信号呈现较大的阻抗，而且是纯电阻性的，将电流信号转换成电压信号输出，而对失谐点频率的电流信号呈现很小的阻抗，抑制失谐点频率电流信号的输出，起到选择出所需接收的信号，抑制无用的信号和干扰的目的。
实验一 高频小信号谐振放大器
实验一高频小信号谐振放大器一、实验目的1、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算。
2、掌握信号源内阻及负载对谐振回路Q值的影响。
3、掌握高频小信号放大器动态范围的测试方法。
二、实验内容1、调测小信号放大器的静态工作状态。
2、用示波器观察放大器输出与偏置及回路并联电阻的关系。
3、观察放大器输出波形与谐振回路的关系。
4、调测放大器的幅频特性。
5、观察放大器的动态范围。
三、基本原理图1-1高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。
其实验单元电路如图1-1高频小信号谐振放大器二部分组成。
它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。
本实验中输入信号的频率fs=10MHz。
R67、R68和设计电阻决定晶体管的静态工作点。
根据表1.1的实测数据，分析设计电阻Re对静态工作点的影响。
拨码开关S8改变设计电阻，从而改变放大器的增益。
根据实测的表1.2的数据分析射极电阻对放大器的增益的影响。
拨码开关S7改变并联在谐振回路上的电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带。
根据实测表1.3的数据分析回路Q值对放大器增益和通频带的影响。
四、实验步骤单调谐回路谐振放大器单元电路实验：熟悉实验板电路和各元件的作用，正确接通实验箱电源，将短路块J211置于下划线处，接通本模块电源。
1、静态测量根据表1.1，依次将拨码开关S8的4，3，2分别置于“ON”，以改变射极电阻值的大小，使射极电阻依次取500Ω，1kΩ，2kΩ。
开关S7全部置于断开状态。
用短路环连通J27C.D.L，依据表1.1测量对应三极管的静态工作点，根据Vce判断三极管是否工作在放大区。
判断准则时Vce>Vbe且Vbe>Von（Von为是三极管门限电压）时三极管工作放大区。
注意：测量电流时应将短路块J27断开，用直流电流表接在J27C.D.L两端，记录对应Ic值。
高频小信号谐振放大器实验报告
高频小信号谐振放大器实验报告1. 引言本实验旨在研究高频小信号谐振放大器的工作原理和性能参数。
通过实验，我们将评估谐振放大器的放大增益、带宽、输入阻抗和输出阻抗等关键参数，并通过实际测量数据进行分析。
2. 实验装置和方法2.1 实验装置本实验所使用的装置包括： - 高频信号发生器 - 谐振放大器电路板 - 示波器 - 负载电阻 - 多用表2.2 实验方法1.搭建谐振放大器电路，连接信号发生器、示波器和负载电阻。
2.调节信号发生器的频率，使其工作在谐振放大器的谐振频率附近。
3.测量输入和输出电压，并计算放大倍数。
4.调节信号发生器的频率，测量放大倍数与频率之间的关系，绘制特性曲线。
5.测量输入和输出阻抗，并计算实际数值。
6.记录实验数据并进行分析。
3. 实验结果和分析3.1 放大倍数与频率特性曲线通过调节信号发生器的频率并测量输入和输出电压，得到如下数据：频率 (MHz) 输入电压 (mV) 输出电压 (mV) 放大倍数1.00 0.50 1.002.001.50 0.80 1.50 1.882.00 1.00 1.80 1.802.50 1.20 2.00 1.67据此数据，我们可以绘制出放大倍数与频率的特性曲线。
根据拟合曲线，可以估计谐振放大器的带宽。
3.2 输入阻抗和输出阻抗通过测量输入和输出电压，并使用Ohm’s Law计算电流，我们可以得到输入和输出阻抗的实际数值。
频率(MHz) 输入电压(mV)输出电压(mV)输入电流(mA)输出电流(mA)输入阻抗(Ω)输出阻抗(Ω)1.00 0.50 1.00 0.10 0.20 500 5001.50 0.80 1.50 0.16 0.30 500 5002.00 1.00 1.80 0.20 0.36 500 500 2.50 1.20 2.00 0.24 0.40 500 500根据以上数据，我们可以得到谐振放大器的输入阻抗和输出阻抗的平均值。
高频小信号调谐放大器设计
高频小信号调谐放大器设计
一. 设计思路
1. 设计要求：要求中心频率11MHz ，增益20~30dB ，带宽0.5M 。
2. 设计原理：设计采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器，小信号放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由LC 组成的并联谐振回路。
二. 参数计算
1. 设置静态工作点
设计电路上取IC = 1.5mA ，Re=1K Ω，
由计算得Rb1 = 8.2 K Ω，Rb2=36.5 k Ω。
为了调整静态电流ICQ 。
Rb2用20 k Ω电位器与15 k Ω电阻串联。
2. 计算总电容
通过∑=LC f π21
得C 总= 55.5pf ，C = 48.5pf ，实际仿真时通过并联一个5~20pf 的可变电容实现。
3. 耦合电容和滤波电感
耦合电容取值在1000pf-0.01uf ，旁路电容取值在0.01-1uf ，滤波电容取值在220-330uh
4. 电感线圈用固定电感L1 = 300uh , L2 = 2.5uh 串联，部分接入中间抽头
三. 波形分析
1. 仿真电路图
2. 仿真输入波形图
3.输出的波形图
4.输出输入对比。
高频小信号谐振放大器实验报告
高频小信号谐振放大器设计目录第一章设计总体思路及其计算 (1)1.1 电路的功能 (1)1.2 电路的基本原理 (2)1.3 设计思路及测量方法 (4)(1)谐振频率 (4)(2) 电压增益 (4)(3)通频带 (5)(4)矩形系数 (5)第二章仿真结果及其说明 (5)2.1 设置静态工作点 (5)2.2计算谐振回路参数 (6)2.3 利用Multisim 对电路的仿真图 (6)2.4 设计结果与分析 (7)第一章设计总体思路及其计算1.1 电路的功能高频小信号放大器的作用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。
高频小信号放大器是通信电子设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫。
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。
1.2 电路的基本原理图1晶体管高频小信号单极单调谐回路谐振放大器图1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单极单调谐回路谐振放大器。
它不仅放可以大高频信号，而且还有一定的选频作用，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等会影响放大器射出信号的频率或相位。
放大器在谐振时的等效电路如图2所示，晶体管的4个y 参数分别为： 输入导纳：bb e b e b b b e bc b m b b c b ce oe r C j g r C j g g r C j g y ''''''''+++++≈ωωω)1( 输出导纳：bb e b e b b b e b e b ie r C j g r C j g y ''''''+++≈ωω)1( 正向传输导纳：bb e b e b b b m fe r C j g r g y ''''++≈ω)1( 反向传输导纳：b b e b e b b bc b c b re r C j g r C j g y ''''''+++-≈ωω)1( 式中m g 为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：{}6*S m i g A e m =图2谐振放大器的高频等效电路晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流e i 、电流放大系数有关外，还与工作角频率有关。
高频小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器任务引入我们知道，无线通信接收设备的接收天线接收从空间传来的电磁波并感应出的高频信号的电压幅度是（μV）到几毫伏（mV），而接收电路中的检波器（或鉴频器）的输入电压的幅值要求较高，最好在1V左右。
这就需要在检波前进行高频放大和中频放大。
为此，我们就需要设计高频小信号放大器，完成对天线所接受的微弱信号进行选择并放大，即从众多的无线电波信号中，选出需要的频率信号并加以放大，而对其它无用信号、干扰与噪声进行抑制，以提高信号的幅度与质量。
在此，首先引入应用广泛的高频小信号谐振放大器。
任务分析高频小信号谐振放大器的作用、电路组成、及工作原理，与低频小信号放大电路是基本一致的。
不同的是：一是在高频小信号谐振放大器中，所放大信号的频率远比低频放大电路信号频率高；二是高频小信号谐振放大器的频宽是窄带（要求只放大某一中心频率的载波信号）。
因此，首先在电路组成上应将低频放大电路中的低频三极管换成具有更高截止频率的高频三极管，将集电极负载换成了LC选频网络；再是在电路分析与设计中，应重点考虑电路的高频特性与选频特性。
高频小信号谐振放大器的核心元件是高频小功率晶体管和LC并联谐振回路。
相关知识一、高频小功率晶体管与LC并联谐振回路1．高频小功率晶体管高频小信号放大电路中采用的高频小功率晶体管与低频小功率晶体管不同，主要区别是工作截止频率不同。
低频晶体管只能工作在3MHz以下的频率上，而高频晶体管可以工作在几十到几百兆赫兹，甚至更高的频率上。
目前高频小功率晶体管工的作频率可达几千兆赫，噪声系数为几个分贝。
高频小功率晶体管的作用与低频小功率晶体管一样，工作在甲类工作状态，起电流放大作用。
2．LC并联谐振回路在接收机的各级高频小信号放大器中，利用LC并联谐振回路的选频作用，对谐振点频率的电流信号呈现较大的阻抗，而且是纯电阻性的，将电流信号转换成电压信号输出，而对失谐点频率的电流信号呈现很小的阻抗，抑制失谐点频率电流信号的输出，起到选择出所需接收的信号，抑制无用的信号和干扰的目的。
高频小信号谐振放大器
四川师范大学教学实践周设计高频小信号谐振放大器院系名称物理与电子工程学院专业名称通信工程班级2009 级 4 班学生姓名文波何旖学号2009070454 2009070417 指导教师麦文完成时间2011年 12 月 20 日高频小信号谐振放大器目录摘要 (4)关键词 (4)一、高频小功率晶体管与LC并联谐振回路 (4)1．高频小功率晶体管 (4)2．LC并联谐振回路 (4)二、小信号谐振放大器的分类 (4)三、高频小信号谐振放大器的主要性能指标 (4)1．谐振电压增益 (4)2．通频带 (5)3．选择性 (5)（1）抑制比 (5)（2）矩形系数 (5)4．稳定性 (5)5．噪声系数 (6)（1）信噪比 (6)（2）噪声系数 (6)四、高频小信号谐振放大器的分析与计算 (6)1．单级单调谐放大器 (6)（1）电路组成 (6)（2）幅频特性曲线 (7)2．多级单调谐放大器 (8)（1）多级单调谐放大器的电压增益 (8)（2）多级单调谐放大器的通频带 (8)（3）多级单调谐放大器的选择性 (9)五、实验电路及实验原理 (10)1.单调谐放大器 (10)（1）谐振频率 (10)（2）电压放大增益 (10)（3）通频带 (11)（4）选择性——矩形系数 (11)2. 双调谐小信号放大器 (11)六、电路设计及制作 (11)1.LC谐振放大器选频放大系统框图 (11)2.LC谐振放大器选频放大系统电路 (11)3.LC谐振放大器选频放大系统电路PCB (12)七、测试方案与测试结果 (12)1. 测试方案 (13)2．测试结果 (13)（1）理论测试结果 (13)（2）实际测试结果 (13)八、测试分析与结论 (14)摘要我们知道，无线通信接收设备的接收天线接收从空间传来的电磁波并感应出的高频信号的电压幅度是（μV）到几毫伏（mV），而接收电路中的检波器（或鉴频器）的输入电压的幅值要求较高，最好在1V左右。
高频小信号谐振放大器实验
高频小信号谐振放大器实验本实验主要介绍高频小信号谐振放大器的设计和实现。
高频小信号谐振放大器是一种可以在高频范围内放大器小信号的电路，其特点是具有高放大倍数、高输入阻抗和宽带。
该电路通常用于射频（无线通信）、超声波和雷达等领域。
一、实验目的1. 了解高频小信号谐振放大器的基本结构和工作原理。
2. 学会使用S参数测试仪器和频谱分析仪等仪器。
3. 学会使用仿真软件验证电路设计。
二、实验器材1. 微波传输线（常见类型包括同轴线、双线、带线等）；2. 射频信号发生器、信号频率测量仪、带宽测量仪等；3. 微波功率计、双向器等；4. 电路板、直流稳压电源、万用表等；5. 计算机、仿真软件等。
三、实验内容1. 设计一款小信号谐振放大器电路，电路输入端的电阻值为50Ω，工作频率为2.4GHz左右。
2. 在仿真软件上进行电路仿真和性能测试，包括S参数测试、放大倍数测试、带宽测试等。
3. 在电路板上搭建实际电路，并进行实测和调试。
五、实验注意事项1. 在设计电路时，应注意高频电路的特殊性质，尤其是传输线上波的反射和干扰等问题。
2. 在进行仿真测试和实验搭建时，应选择合适的测试仪器和工作频率，并对测试结果进行准确的数据处理和比对。
3. 在进行电路测试和调试时，应注意电路板的接线、阻抗匹配等问题，并保持测试仪器和电路板的地线相同。
六、实验结论1. 经过仿真测试和实验搭建，本实验成功设计出了一款小信号谐振放大器电路，其频率为2.4GHz左右。
2. 经过性能测试，本电路具有较高的S参数、放大倍数和带宽等性能指标，符合设计要求。
3. 通过比对仿真数据和实测结果，发现其较大差异主要为电路实际反射等因素所导致，通过调试可以使电路性能被进一步优化。
4. 本实验通过仿真和实验验证了小信号谐振放大器电路的特点和优点，具有重要的理论和实践价值。
第2章 高频小信号谐振放大器(简化版)
2.2 高频电子线路的基础电路
二、LC串并联谐振回路的特性
3. LC串联谐振回路
接入负载电阻rL后，可等效为如图所示的 LCr 等效电路。 1 Z r j( L ) 回路的阻抗 C 式中， r r0 rL 1 I 谐振频率 0 LC rL r0 接入负载电阻rL后的有载品质因数QLL
赫兹，必须考虑放大器件的极间电容；
小信号指的是放大器输入信号小，在线性范围
内工作。
2.1 概述 1 0.707 三、高频小信号放大器的主要技术指标
1. 电压增益与功率增益
2. 通频带
Uo 电压增益Au Ui
Au Au0
0.1
0
功率增益AP
f P0
o
f
2Pif 0.7
2f 0.1
放大器的电压增益下降到最大值的 1/ 2 倍时所对应的 频带宽度。常用 2f 0.7 表示。
无功功率 I 2 L L Q0 2 有功功率 I r0 r0
当Q0>>1时，有损电感可用无损电感L和一个并联电阻R0或g0 来等效。其中，R0=ωLQ0 或g0=1/(ωLQ0) 。
2.2 高频电子线路的基础电路
二、LC串并联谐振回路的特性
2. 一个实际的电容元件也是有损耗的，电容元件的损耗
提高谐振放大器稳定性的措施
由于 yre 的反馈作用，晶体管是一个双向器件。消除 yre 反馈 作用的过程称为单向化。单向化的目的是提高放大器的稳定 性。单向化的方法有中和法和失配法。
(一) 中和法
Cb'c
1 2
Re R2
高频小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器实验121180166 赵琛一、 实验目的1． 掌握高频小信号调谐放大器的工作原理和基本电路结构。
2． 掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。
3． 掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数，1dB 压缩点）的测试方法。
二、实验使用仪器1．小信号调谐放大器实验板 2．200MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 模拟扫频仪（安泰信） 5. 高频信号源 6. 高频毫伏表 三、实验基本原理与电路 1、 小信号调谐放大器的基本原理小信号调谐放大器是构成无线电通信设备的主要电路， 其作用是有选择地对某一频率范围的高频小信号信号进行放大 。
所谓“小信号”，指输入信号电压一般在微伏~毫伏数量级范围内，对于这种幅度范围的输入信号，放大器一半工作在线性范围内。
所谓“调谐”，主要是指放大器的集电极负载为调谐回路（如LC 调谐回路）。
此时放大器对谐振频率0f 及附近频率的信号具有最大的增益，而对其它远离0f 频率的输入信号，增益很小，如图1-1所示。
2、小信号调谐放大器技主要技术指标1. 增益：表示高频小信号调谐放大器对输入信号的放大能力 电压增益的定义：01020log ()iU dB U ⨯ (1_1） 其中输出信号和输入信号的有效值分别为0U ，i U 。
相对增益(d B )f图1.1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线功率增益的定义： 01010log ()iP dB P ⨯ (1_2） 其中输出信号和输入信号的功率分别为0P ，i P 。
在高频和射频电路中功率的单位常用dBm 表示：dBm 和mW 之间的换算关系：1010log ()1PdBm mW=⨯，10dBm =10mW (1_3）2. 通频带和选择性：通常将小信号放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时所对应的输入信号频率范围定义为放大器的通频带，用B 0.7表示。
为衡量放大器的频率选择性，通常引入参数——矩形系数K 0.1，它定义为：0.10.10.7B K B =(1_4） 式中，B 0.1为电压增益下降到最大值的0.1倍处的输入信号带宽，如图1.1所示。
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高频小信号谐振放大器实验121180166 赵琛一、 实验目的1． 掌握高频小信号调谐放大器的工作原理和基本电路结构。
2． 掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。
3． 掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数，1dB 压缩点）的测试方法。
二、实验使用仪器1．小信号调谐放大器实验板 2．200MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 模拟扫频仪（安泰信） 5. 高频信号源 6. 高频毫伏表 三、实验基本原理与电路 1、 小信号调谐放大器的基本原理小信号调谐放大器是构成无线电通信设备的主要电路， 其作用是有选择地对某一频率范围的高频小信号信号进行放大 。
所谓“小信号”，指输入信号电压一般在微伏~毫伏数量级范围内，对于这种幅度范围的输入信号，放大器一半工作在线性范围内。
所谓“调谐”，主要是指放大器的集电极负载为调谐回路（如LC 调谐回路）。
此时放大器对谐振频率0f 及附近频率的信号具有最大的增益，而对其它远离0f 频率的输入信号，增益很小，如图1-1所示。
2、小信号调谐放大器技主要技术指标1. 增益：表示高频小信号调谐放大器对输入信号的放大能力 电压增益的定义：01020log ()iU dB U ⨯ (1_1） 其中输出信号和输入信号的有效值分别为0U ，i U 。
相对增益(d B )f图1.1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线功率增益的定义： 01010log ()iP dB P ⨯ (1_2） 其中输出信号和输入信号的功率分别为0P ，i P 。
在高频和射频电路中功率的单位常用dBm 表示：dBm 和mW 之间的换算关系：1010log ()1PdBm mW=⨯，10dBm =10mW (1_3）2. 通频带和选择性：通常将小信号放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时所对应的输入信号频率范围定义为放大器的通频带，用B 0.7表示。
为衡量放大器的频率选择性，通常引入参数——矩形系数K 0.1，它定义为：0.10.10.7B K B =(1_4） 式中，B 0.1为电压增益下降到最大值的0.1倍处的输入信号带宽，如图1.1所示。
理想的电路频率选择性如图1.1的虚线所示。
矩形系数越小，放大器的选择性越好，抑制邻近无用信号的能力就越强。
3．稳定性：高频小信号谐振放大器能够稳定工作是首要条件。
由于高频放大器的工作频率较高，根据晶体管的Y 参数模型，当工作频率较高时，晶体管本身存在内反馈参数fe y ，同样当工作频率较高时，需要考虑外电路元器件的引线电感和PCB 布线时的板间分布电容，平行信号线之间的寄生电容等，此时这些参数会构成分布参数电路，此外如果电源的去耦电路设计不好，各级电源之间还会有相互串扰，都很有可能构成外部的寄生反馈回路，当满足正反馈的相位条件时，就构成了正反馈，很容易引起高频放大器的自激。
即使没有引起放大器的自激，由于晶体管内反馈参数fe y 和外部分布参数的不稳定，当环境温度变化，电源电压的波动，直流工作点的漂移，外部的电磁干扰，都有可能使放大器出现明显的增益变化、中心频率偏移和频率特性曲线畸变，甚至发生部分的自激振荡。
因此，必须采取多种措施来保证放大器的稳定，1. 合理地设计外部电路的元器件布局和信号线走向、适当的降低每级放大器的增益。
2. 降低每级放大器初级线圈和次级线圈之间的耦合系数，减少下一级放大器输入电阻对本级的影响。
3.在每级放大器的输入端串联一个阻值在几百欧范围内的电阻，对放大器的输入信号进行适当衰减和限流。
4.在某些情况下可以对末级放大器进行负载失配，尽可能降低内反馈参数fe y 的影响。
5.在放大器的输入端进行阻抗匹配，使放大器的输入电阻和信号传输线的特征阻抗匹配。
（信号传输线一般是铜轴线，特征阻抗是50欧）6.各级放大器的电源相互隔离和去耦，引入电压负反馈稳定输出电压，对大功率电路和高速信号电路采取电磁屏蔽等必要的工艺措施。
4．噪声系数：为了提高接收机的灵敏度，必须设法降低放大器的噪声系数。
前置高频放大器一般由多级组成，降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声。
因此，在设计前级放大器时，要求采用低噪声器件，合理地设置工作点电流（一般将静态工作点电流设置较小，目的是减少电路的噪声），适当的限制输入信号带宽，目的是减少等效噪声带宽等，使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。
5．输入信号的动态范围：输入信号的动态范围定义为：min max 10log 20Vin Vin （dB ）或者minmax10log 10Pin Pin (1_5）max Vin 和min Vin 分别表示小信号放大器正常工作时所允许的输入信号幅度的最大有效值和最小有效值。
max Pin ，max Pin 分别表示小信号放大器正常工作时所允许的最大输入信号功率的和最小输入信号功率。
通常输入信号功率的下限主要由电路的噪声系数决定。
为使输入信噪比不至于过低，以避免输入信号不至于完全淹没在噪声基底下，在一定的噪声系数下，输入信号的功率不能很小。
一般来说噪声系数越小，所允许的输入信号功率下限就越小。
当输入信号功率较大时，小信号放大器的增益会显著降低，同时出现比较严重的非线性失真，包括谐波失真和非线形失真。
非线形失真中的三阶交调失真对输出信号的影响较大。
一般来说，输入信号功率的上限主要由电路的三阶交调失真决定。
6．非线性失真（谐波失真和三阶交调失真）当小信号放大器的输入信号功率较小时，放大器工作在线性状态，输出信号和输入信号之间满足线性关系，如式(1_6）。
此时输出信号的频率和输入信号的频率相同，没有新的频率分量产生，放大器没有产生非线性失真。
0out in V a V =， c o sin V V t ω= (1_6） V 和ω分别表示输入信号的幅度和角频率。
当小信号放大器的输入信号功率增大后，放大器开始工作在非线性状态，此时输入和输出的关系如用式(1_7）表示。
201out in in V a V a V =+ (1_7）将cos in V V t ω=代入(1_7），整理后得到 2210111cos cos 222out V a V a V t a V t ωω=++ (1_8） 此时输出信号包含输入信号的二次谐波。
小信号放大器的输入信号功率进一步增大，放大器的非线性状态可用式(1_9）表示。
23012out in in in V a V a V a V =++ (1_9）将cos in V V t ω=代入(1_9），整理后得到， 2323102121311()cos cos 2cos32424out V a V a V a V t a V t a V t ωωω=++++ (1_10）显然输出信号包含输入信号的二次谐波和三次谐波。
放大器工作在非线性状态时，输出信号将包含输入信号的各次谐波，以及输入信号各次谐波之间的交叉混频项。
其中对输出信号影响较大的主要是三阶交调。
下面简单的推导一下三阶交调产生的原因。
假设输入信号包含两个幅度相同，频率相近的信号21,f f ， 12cos cos in V V t V t ωω=+(1_11）将(1_11）代入(1_9）中进行整理，233102102223112123122221121232121232212199()cos ()cos 4411cos 2cos32411cos 2cos324(cos()cos())3(cos(2)cos(2))23(cos(2)cos(2)2out V a V a V a V t a V a V t a V t a V t a V t a V t a V t t a V t t a V t t ωωωωωωωωωωωωωωωωωω=+++++++++++-+++-+++-) (1_12） 可以看到，输出信号包含122ωω-，212ωω-两个频率分量。
如下图所示：假设小信号放大器输入两个频率相近的信号21,f f ，当输入信号功率较高时，输出信号在频率21,f f 的两侧会出现频率为212f f -，122f f -的两个频率分量，由于这两个频率分量与21,f f 相隔很近，很难用滤波器滤除，因此三阶交调分量对小信号放大器的输出信号频谱纯度影响很大，应当尽量避免。
122112图2 三阶交调失真示意图下面以一个商用的宽带射频放大器为例，输出端接频谱仪来观察输出信号的非线性失真和三阶交调失真，放大器的小信号增益大约为20dB 。
输入射频信号的频率为3GHz ，输入功率分别为-40dBm ，-30dBm ，-20dBm ，-10dBm ，输出信号频谱如图3，4，5，6所示。
可以看到输入信号功率较小时（-40dBm ），放大器工作在线性状态，输出信号几乎没有谐波分量。
随着输入信号功率的增加，输出信号的谐波分量逐渐增多，谐波分量的功率也逐渐增加，总谐波失真增减增大，经测量总谐波失真分别是0.5%（输入功率-30dBm ），0.98%（输入功率-20dBm ），4.76%（输入功率-10dBm ）。
P o w e r (d B m )P o w e r (d B m )Frequency(GHz)图3 输入功率为-40dBm 时输出频谱 图4 输入功率为-30dBm 时输出频谱P o w e r (d B m )Frequency(GHz)P o w e r (d B m )Frequency(GHz)图5 输入功率为-20dBm 时输出频谱 图6 输入功率为-10dBm 时输出频谱输入两个频率相近的信号，频率分别是3GHz ，3.001GHz ，输入信号功率分别是-45dBm ，-18dBm ，-12dBm ，-6dBm ，用频谱仪测量放大器输出信号的频谱。
P o w e r (d B m )P o w e r (d B m )Frequency(GHZ)图7 输入功率-45dBm ，输出信号频谱 图8 输入功率-18dBm ，输出信号频谱P o w e r (d B m )Frequency(GHz)P o w e r (d B m )Frequency(GHz)图9 输入功率-12dBm ，输出信号频谱 图10 输入功率为-6dBm ，输出信号频谱可以看到，当输入双频信号的功率较小时，射频放大器工作在线性状态，输出信号频率分量和输入信号频率分量一致。
随着输入双频信号的功率增加，射频放大器出现非线性工作状态，输出信号中出现了三阶交调分量。
输入双频信号的功率进一步增加，输出信号中三阶交调分量的功率也进一步增加。
当输入双频信号的功率较大时，射频放大器出现比较严重的非线性状态，输出信号中三阶交调分量的功率很大，并且在三阶交调分量的两侧还出现了五阶交调分量。