高频小信号放大器——典型例题分析
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高频小信号放大器——典型例题分析
1．集成宽带放大器L1590的内部电路如图7.5所示。试问电路中采用了什么方法来扩展通频带的？答：集成宽放L1590是由两级放大电路构成。第一级由V1、V2、V3、V6构成；第二级由V7~V10构成，三极管V11~V16、二极管V17~V20和有关电阻构成偏置电路。其中第一级的V1、V3和V2、V6均为共射－共基组合电路，它们共同构成共射－共基差动放大器，这种电路形式不仅具有较宽的频带，而且还提供了较高的增益，同时，R2、R3和R4引入的负反馈可扩展该级的频带。V3、V6集电极输出的信号分别送到V7、V10的基极。第二级的V7、V8和V9、V10均为共集－共射组合电路，它们共同构成共集－共射差动放大器，R18、R19和R20引入负反馈，这些都使该级具有很宽的频带，改变R20可调节增益。应该指出，V7、V10的共集组态可将第一级和后面电路隔离。由于采取了上述措施，使L1590的工作频带可达0~150MHZ。顺便提一下，图中的V4、V5起自动增益控制（AGC）作用，其中2脚接的是AGC电压。图7.5&集成宽放L1590的内部电路2．通频带为什么是小信号谐振放大器的一个重要指标？通频带不够会给信号带来什么影响？为什么？答：小信号谐振放大器的基本功能是选择和放大信号，而被放大的信号一般都是已调信号，包含一定的边频，小信号谐振放大器的通频带的宽窄直接关系到信号通过放大器后是否产生失真，或产生的频率失真是否严重，因此，通频带是小信号谐振放大器的一个重要指标。通频带不够将使输入信号中处于通频带以外的分量衰减，使信号产生失真。3．&超外差接收机（远程接收机）高放管为什么要尽量选用低噪声管？答：多级放大器的总噪声系数为由于每级放大器的噪声系数总是大于1，上式中的各项都为正值，因此放大器级数越多，总的噪声系数也就越大。上式还表明，各级放大器对总噪声系数的影响是不同的，第一级的影响最大，越往后级，影响就越小。因此，要降低整个放大器的噪声系数，最主要的是降低第一级（有时还包括第二级）的噪声系数，并提高其功率增益。综上所述，超外差接收机（远程接收机）高放管要尽量选用低噪声管，以降低系统噪声系数，提高系统灵敏度。4．&试画出图7.6所示放大器的交流通路。工作频率f=465kHZ。答：根据画交流通路的一般原则，即大电容视为短路，直流电源视为短路，大电感按开路处理。就可以很容易画出其交流通路。对于图中0.01μF电容，因工作频率为465kHZ，其容抗为&&，相对于与它串联和并联的电阻而言，可以忽略，所以可以视为短路。画出的交流通路如图7.7所示。图7.6&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图7.75．共发射极单调谐放大器&如图7.2所示，试推导出谐振电压增益、通频带及选择性（矩形系数）公式。解：单调谐放大器的交流通路如图7.8所示。在谐振放大器中，由于晶体管工作在较高的频率段上，则其输出电容Co、输入电容Ci和rbb′的影响就不能忽略，但考虑到由于电子技术的飞速发展使器件性能不断提高，在实际工作中，用于调谐放大器的晶体管的特征频率fT都远远大于其工作的中心频率f0，故可采用简化混合π型等效电路。考虑到一般高频管的rbb′较小，器件的工作电流也很小，故rbb′的影响可忽略，则&&，于是可得到图7.9所示的输出端等效电路，图中goe和Coe为晶体管的输出电导和输出电容，gL=1/RL为负载电导（RL为负载阻抗ZL的电阻部分），CL为负载电容（即ZL中的电容部分）。在抽头LC谐振回路中，有一个重要参数─—接入系数P，它是回路与外电路之间的调节因子。P定义为与外电路相连的那一部分电抗与同一回路内参与分压的同性质总电抗之比。对于图7.9所示的等效电路而言，若回路线圈L的1-2间的匝数为N1-2，2-3间的匝数为N2-3，4-5间的匝数为N4-5，且N1-2+N2-3=N。不计互感时，晶体管接入回路的接入系数可以写为负载接入回路的接入系数&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图7.8&交流通路&&&&&&&&&（a）等效电路&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（b）等效电路的简化图7.9&单调谐放大器输出端等效电路按照自耦变压器耦合回路及变压器耦合电路的等效原理，将所有元件电压和电流折算到整个回路两端，便得到图7.9的等效电路。图中式中，Ｃ∑为回路总电容，g∑为回路总电导，其中g0为电感线圈的自损耗电导。由图7.9可得，回路的总导纳式中，&&称作一般失调，它是在&&很小时得出的；Qe是回路的有载品质因数；而&&；f0为放大器谐振回路的谐振频率（中心频率）；&&称为相对失调。又&&&&&根据放大器电压放大倍数的定义有其电压增益的模为Au&=&式中&&&&，&谐振时，由于&&，&&，则谐振电压增益Auo为可见，调谐放大器在谐振时的电压增益最大，且Auo和回路总电导g∑成反比，和晶体管跨导gm成正比。与此同时，不难得到相对电压增益为当&&时，可求得3dB带宽，即通频带BW0.7为&&&同理可以求出单调谐放大器的矩形系数为&&&&6．&如图7.10所示并联谐振回路，信号源与负载都是部分接入的。已知Rs、RL，并已知回路参数L1、L2、C1、C2和空载品质因数Q0，试求谐振频率f0与带宽BW0.7。解：1.求谐振频率f0回路总电感（不考虑互感）&L=L1+L2&回路总电容&&&&谐振频率&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&2.求带宽BW0.7设信号源对回路的接入系数为P1，负载RL对回路的接入系数为P2，则把gs=1/Rs和gL=1/RL折合到回路两端，变为回路的自身损耗电导&&，它与&&、&&并联，构成总的回路电导&&，即因此，有载品质因数Qe和带宽BW0.7分别为BW0.7=&7．在图7.2（a）所示的电路中，调谐回路是由中频变压器构成的，其f0=465kHZ，L=560μH，Q0=100，N1-2=46匝，N1-3=162匝，N4-5=13匝；三极管的goe=110μS，工作电流IE=1mA。若负载电导gL=1.0mS，试求：（1）谐振电压增益Au0；（2）通频带BW0.7。解：接入系数分别为&&&&&&&&&回路的自损耗电导&μS（1）三极管的跨导又&&（μS）则谐振电压（2）有载品质因数为则通频带为&（kHZ）8．外接负载阻抗对小信号谐振放大器有哪些主要影响？答：外接负载电阻使LC回路总电导增大，即总电阻减小，从而使Qe下降，带宽BW0.7展宽；外接负载电容使放大器的谐振频率f0降低。因此，在实用电路中，三极管的输出端和负载阻抗都将采用部分接入的方式与LC回路相连，以减小它们的接入对回路Qe值和谐振频率的影响。9．图7.2所示的单调谐放大器中，若谐振频率f0=10.7MHZ，CΣ= 50pF，BW0.7=150kHZ，求回路的电感L和Qe。如将通频带展宽为300kHZ，应在回路两端并接一个多大的电阻？解：（1）求L和Qe&（H）= 4.43μH（2）电阻并联前回路的总电导为&47.1（μS）电阻并联后的总电导为&94.2（μS）因&&&&&&&故并接的电阻为10．一单调谐振放大器，集电极负载为并联谐振回路，其固有谐振频率f0=6.5MHZ，回路总电容C= 56pF，回路通频带BW0.7=150kHZ。（1）求回路调谐电感、品质因数；（2）求回路频偏Δf=600kHZ时，对干扰信号的抑制比d。解：（1）已知f0=6.5MHZ，&C= 56pF，&BW0.7=150kHZ，则&（H）= 10.7μH（2）根据定义，抑制比&&，故&（dB）11．调谐在中心频率为f0=10.7MHZ的三级相同的单调谐放大器，要求BW0.7≥100kHZ，失谐±250kHZ时的衰减大于或等于20dB。试确定每个谐振回路的有载品质因数Qe值。解：由带宽要求得由选择性指标得&（dB）即&&&故&&&&&取Qe=5012．在三级相同的单调谐放大器中，中心频率为465kHZ，每个回路的Qe=40，试问总的通频带等于多少？如果要使总的通频带为10kHZ，则允许最大的Qe为多少？解：（1）总的通频带为&（kHZ）（2）每个回路允许最大的Qe为13．中心频率都是6.5MHZ单调谐放大器和临界耦合的双调谐放大器，若Qe均为30，试问两个放大器的通频带各为多少？解：单调谐放大器的通频带为&kHZ临界耦合的双调谐放大器的通频带为&kHZ14．在小信号谐振放大器中，三极管与回路之间常采用部分接入，回路与负载之间也采用部分接入，这是为什么？解：这是因为外接负载阻抗会使回路的等效电阻减小，品质因数下降，导致增益下降，带宽展宽，谐振频率变化等，因此，采用部分接入，可以减小它们的接入对回路Q值和谐振频率的影响，从而提高了电路的稳定性，且使前后级的阻抗匹配。
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高频小信号放大器 课后习题答案
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高频小信号放大器 课后习题答案
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高频小信号放大器 课后习题答案
官方公共微信高频放大器的设计
选题意义……………………………………………………………………3
总体方案…………………………………………………………………….4
各部分设计及原理分析……………………………………………….7
参数选择…………………………………………………………………….11
实验结果…………………………………………………………………….17
结论……………………………………………………………………………18
参考文献…………………………………………………………………….19
一、选题的意义
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。
二、总体方案
高频小信号调谐放大器简述：
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BW=f2-f1=
2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.
图-1频率特性曲线
（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。
图-2 反馈导纳对放大器谐振曲线的影响
（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-3 接收机天线端及高频小信号放大器
图-4 改进后的高频小信号调谐放大器
三、各部分设计及原理分析
高频小信号调谐放大器与低频放大器的电路基本相同（如图-1所示）。其中变压器T2的初级线圈为接收机前端选频网络的一部分，经次级线圈耦合后作为放大器的输入信号，输出端也采用变压器耦合方式来实现选频和输出阻抗匹配。
如图-1所示，Cb与Ce为高频旁路电容，使交流为通路。本放大器的高频等效电路（不含天线下断的选频网络）如图-3所示：
图-5调谐放大器的高频等效电路
电路中并联振荡回路两端间的阻抗为
其中R是和电感串联的电阻，由于ωL&&R因此有：
则并联回路两端电压为：
所以，当ωC=1/ωL时Vm有最大值，即回路谐振时输出电压最大。
实际制作中对基本电路的改进：
由于高频电路放大电路常常会自激振荡，也容易受各种因素的干扰，并且各级间很难实现阻抗匹配，所以要对基本电路进行适当的改进。
放大器内部电路的改进及理论依据：
如图-5所示，增加Re1形成交流负反馈，用以改变放大倍数和改善输出波形，由于电源内阻容易影响高频电路的工作，所以电源下端要接LCπ型网络作为电源去偶电路，以减少干扰，提高放大器的性能。另外还要特别注意的是，高频电路很容易产生自激振荡，所以需要想办法消除，最常用的办法是在LC谐振回路中串联一小电阻或并联一大电阻，从而减小回路的Q值，消除自激振荡。
&图- 6外加射极跟随的高频放大器&
实际制作过程及谐振频率的快速确定：
高频放大器制作中最关键也是最难的就是选取恰当的电感和电容值，使电路谐振。谐振时有ωC=1/ωL，通过计算可以确定LC的值，但实际电路与理论计算往往相差很大，甚至能相差十几倍到几十倍，这就需要一定的操作技巧。以33MHz放大器为例，经计算得电感为4.7uH时选用5—25pF的可调电容完全可以达到谐振频率，但接好电路后很少能够调到30MHz。多次实验表明，实际振荡频率一般小于计算的频率，这就要用其它办法来确定放大器的谐振频率。一个比较好的办法就是借助LC振荡电路来实现谐振。
如图-7所示，此电路为共基组态的“考毕兹”振荡器，原理不再赘述，下面说明如何利用本电路:可调电容Cx选用和放大器电路中同一规格的，电感Lx是放大器中变压器接入谐振回路的电感值，由于本电路仅由Lx和Cx决定，但在实际电路中电容对电路的振荡频率的影响远远没有电感明显，因而先选定电容（5—20pF可调），则频率为33MHz时，电感需要4uH左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否则高频损耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产，可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频Q表测量其电感值大小，不断改变其圈数，使Lx基本达到要求（4uH左右），然后把绕制好的电感作为Lx接入图-6所示的电路中，再用示波器测量此电路的震荡频率，调节Cx,看振荡频率是否为33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电感）的圈数，直到其频率为所要求的为止，最后再按照要求的比例（常用3：1）来绕变压器的次级线圈。
图-7 共基组态的“考毕兹”振荡器 。
四、参数选择
图-8调谐放大器高频等效电路
如图-8计算出放大器的技术指标
1.电压增益
根据定义，
，由上图得
从等效关系可知
放大器谐振时，对应的谐振频率为
通常，在电路计算时，电压增益用其模表示，即 可表示为
2. 谐振曲线
放大器的谐振曲线是表示放大器的相对电压增益与输入信号频率的关系。
由上式可得
对谐振放大器来讲，通常讨论的 f 与 f 0 相差不大，可认为 f 在 f 0 附近变化，则
式中， ， 称为一般失谐。
令 ， 称为广义失谐。代入上式得
下图是谐振特性的两中表示形式：
图2-7放大器的谐振特性
3.放大器的通频带
通频带的定义是
时所对应的
为放大器的通频带。根据定义得
4.放大器的矩形系数
矩形系数的定义是
其中， 是 时所对应的频带宽度，即
根据矩形系数的定义得
五、实验结果
电容对电路的振荡频率的影响远远没有电感明显，因而先选定电容（5—20pF可调），则频率为33MHz时，电感需要4uH左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的Q值一定要高，否则高频损耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产，可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频Q表测量其电感值大小，不断改变其圈数，使Lx基本达到要求（4uH左右），然后把绕制好的电感作为Lx接入图-7所示的电路中，再用示波器测量此电路的震荡频率，调节Cx,看振荡频率是否为33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电感）的圈数，直到其频率为所要求的为止，最后再按照要求的比例（常用3：1）来绕变压器的次级线圈。多次的实验表明，用本方法来确定变压器初级线圈的圈数，既准确又方便，一旦把变压器的圈数确定下来，整个高频放大器就很好制作了，也可以把做好的变压器作为样品从而实现大批量的生产制作。
当然，也有其它可行的方法来确定谐振回路的频率，如：可以在放大器输入端加一幅度恒定的信号，然后改变其频率，用示波器观察输出信号在哪一频率下最大，从而找到谐振频率。这一方法思路简单，可行性也较强，但是，如果放大器的工作频率过高，那么许多种类的高频信号源就很难输出恒定的正弦波，频率升高时，信号源的输出电压幅度明显的下降，甚至波形严重失真。在这种情况下，借助于LC振荡器可以很容易的找到谐振频率，从而确定变压器初级线圈的电感量及圈数。
本文通过对实际电路的分析，结合实际实验，并利用其它电路作为辅助，提出了一种制作高频小信号调谐放大器的有效方法，解决了在制作高频放大器时经常出现的自激振荡、频率难以确定以及电路中各级间阻抗不匹配问题。
七、参考文献：
[1] 谢嘉奎，电子线路 非线形部分（第四版），北京：高等教育出版社，1996。
[2] 高吉祥，易凡，丁文霞，陆珉，刘安芝，电子技术基础实验与课程设计，北京：电子工业出版社，2002。
[3] 郭维芹. 模拟电子线路实验. 同济大学出版社，1985.
[4] 陆宗逸. 非线性电子线路实验指导书. 北京理工大学出版社，1989.
[5] 周晓宁. 音频功率放大电路. 中国科技论文在线(http://www.),
[6] 黄智伟，基于射频收发芯片NRF403的无线接口电路设计[J]，电子技术，-60.
[7]张义芳，冯建化。高频电子线路.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.
[8]沈伟慈.高频电路.西安：西安电子科技大学出版社，2000
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第三章 高频小信号放大器习题答案
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第三章 高频小信号放大器习题答案
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> 高频小信号调谐放大器
高频小信号调谐放大器
一、实验目的是电子线路中的基本单元电路，主要用于或微弱信号的线性放大。在本实验中，通过对谐振回路的调试，对放大器处于谐振时各项技术指标的测试（电压放大倍数，通频带，矩形系数），进一步掌握高频小信号的工作原理。学会小信号调谐放大器的设计方法。二、实验原理图1-1 所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。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等会影响放大器输出信号的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1，RB2 及RE 决定，其计算方法与低频单管放大器相同。图1-1 小信号调谐放大器晶体管放大器设计放大器在高频情况下的等效电路如图1-2 所示，晶体管的4 个y 参数yie，yoe，yfe 及yre 分别为由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流IE，电流放大系数β 有关外，还与工作频率ω 有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在f0=30MHz，IE=2mA，UCE=8V 条件下测得3DG6C的y 参数为：式中，G 为LC 回路本身的损耗电导。谐振时L 和C 的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/G，并联谐振电抗为无限大，则jwC 与1/（jwL）的影响可以忽略。三、调谐放大器的性能指标及测量方法表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW 及选择性（通常用矩形系数Kr0.1 来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下：1、谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0 称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0 的表达式为上式说明，当晶体管选定即yfe 确定，且回路总电容CΣ为定值时，谐振电压放大倍数AV0 与通频带BW 的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带BW 的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0 及电压放大倍数AV0 然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压uS 不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。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1-3所示。由式（1-14）可得上式表明，矩形系数Kv0.1 越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数Kv0.1 远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数Kv0.1。四、实验参考电路1、主要技术指标：
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