高频课程设计——高频小信号发生器

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1、高频小信号放大器制作一、选题的意义和目的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。高频小信号调谐放大器在实际中的应用是很广泛的，它主要应用于通信系统和其它无线电系统中。实际应用中在发射机的接收端，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。高频小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。在这里将以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡

2、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，通过这两种方法的结合来实现高频小信号放大器的制作。 二、总体的电路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= 2f0.7，品质因数Q=f

3、o/2f0.7. 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（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、各个部分分析及功能 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

4、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LR因此有：则并联回路两端电压为： 所以，当C=1/L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Re

5、1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LC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C=1/L，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3

6、3MHz放大器为例，经计算得电感为4.7uH时选用525pF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（520pF可调），则频率为33MHz时，电感需要4uH

7、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、电路参数选择图-8调谐放大器高频等效电路如图-8计算出放大器

8、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则放大器谐振时，对应的谐振频率为则通常，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。代入上式得取模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。根据定义得则故(2-32)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，即故根

9、据矩形系数的定义得五、实验结果与调试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（520pF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

10、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，又方便可行，效果很好，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，同时，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

11、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。 六、结论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；克服了实际制作中的困难，使得微小信号得以放大而不失真，在实际生产中能够广泛应用。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(), 2005-08. 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，2002.4.59-60.7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，200016