小信号谐振放大器设计 (2)

东北石油大学课程设计

课程高频电子线路

题目小信号谐振放大器设计

院系电子科学学院

专业班级

学生姓名

学生学号

指导教师

2011年3月4日

东北石油大学课程设计任务书

课程高频电子线路

题目小信号谐振放大器设计

专业电子信息工程姓名学号

主要内容、基本要求、主要参考资料等

1、主要内容

根据高频电子线路课程所学内容，设计一个小信号谐振放大器。通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，掌握小信号谐振放大器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。

2、基本要求

设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为：

(1) 谐振频率

06.5MHz

f=；

(2) 谐振电压放大倍数

020dB

v

A≥；

(3) 通频带0.8MHz

BW=；

(4) 矩形系数

0.110

r

k<。

3、主要参考资料

[1] 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006.

[2] 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993.

[3] 谢自美. 电子线路设计·实验·测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000.

[4] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.完成期限2月28日-3月4日

指导教师

专业负责人

2011 年 2 月25 日

一、电路原理

1．电路原理及用途

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。

高频小信号放大器的基本要求：

（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，其频率特性曲线如下图所示,带宽BW=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）前后级之间的阻抗匹配，即把各级联接起来之后仍有较大的增益，同时，各级之间不能产生明显的相互干扰。

根据上面各个具体环节的考虑设计出下面总体的电路：

图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。其等效电路如下图图2。本电路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RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

图1 谐振放大器的电路

图2 谐振放大器电路的等效电路

放大器在谐振时的等效电路如图—4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。

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2所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即

式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即式中，N3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。

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。

2．主要技术指标

图3 小信号放大器分析电路

如上图图3所示，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。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Avo，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用图3所示电路可以粗略测各项指标。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