设计一个射频小信号放大器.docVIP

题目:设计一个射频小信号放大器 概述 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;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。 2电路的基本原理 图2-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单级单调谐回路谐振放大器。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或相位。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2-1 高频小信号谐振放大器 3电路设计方案 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-fl=2△f0.7，品质因数Q=fo/2△f0.7。 图3-1谐振放大器的频率特性曲线 (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3-2 反馈导纳对 (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如图3-3所示的总体改进电路图 图3-3 改进后的高频小信号谐振放大器 4重要电路分析及功能 高频小信号谐振放大器与低频放大器的电路基本相同（如图2-1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。 Cb与Ce为高频旁路电容，提供交流通路。本放大器的高频等效电路如图4-1所示： 图4-1 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，由于因此有： 则并联回路两端电压为： 所以，当时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4-2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4-2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得频率，这就要用其他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4-3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谐振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，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