利用晶體管設(shè)計(jì)高頻小信號(hào)放大器的方法

王雄 王家富 孫宇博 劉桓志

摘要：我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，在信息化的時(shí)代背景下人們生活水平不斷提高，在這個(gè)大時(shí)代的背景下，人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求越來越多，要求也越來越高。本文說明了無線電通信中高頻小信號(hào)放大器的基本工作原理，然后設(shè)計(jì)出了統(tǒng)用的高頻小信號(hào)放大器。

關(guān)鍵詞：高頻小信號(hào)放大器;晶體管;通信原理;無線通信

引言：

信號(hào)經(jīng)過較長的距離傳輸會(huì)受到損失和干擾，接收設(shè)備接收到的是非常微弱的高頻窄帶小信號(hào)，在信號(hào)作進(jìn)一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過信號(hào)放大和減弱干擾的處理，即為高頻小信號(hào)放大器。其功能是對(duì)微弱的高頻小信號(hào)進(jìn)行不失真線性放大，從其信號(hào)頻域來看，要求有相同輸入信號(hào)頻譜函數(shù)和放大輸出信號(hào)的頻譜函數(shù)。在因?yàn)楦哳l小信號(hào)放大器容易產(chǎn)生自激振蕩和容易受到外界干擾，阻抗匹配難以實(shí)現(xiàn)，所以該文利用晶體管設(shè)計(jì)高頻小信號(hào)放大器并對(duì)其改進(jìn)。

一、高頻小信號(hào)放大器的工作原理

信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸過程中，收到外界不可抗元素干擾，信號(hào)會(huì)受到損失，傳輸?shù)男盘?hào)將會(huì)減弱，最終可能無法被接收設(shè)備接收成功。信號(hào)進(jìn)行處理之前，要進(jìn)行放大調(diào)制和抗干擾處理，這時(shí)就需要高頻小信號(hào)放大器來處理。最終將信號(hào)放大讓其被信號(hào)接收器所接收。高頻小信號(hào)放大器通過負(fù)載阻抗調(diào)節(jié)設(shè)置，使其諧振頻率為工作頻率，并將干擾進(jìn)行阻抗匹配。通過分析可以知道高頻小號(hào)放大器的諧振的線性圖形。根據(jù)線路圖可以得出，高頻小信號(hào)處理器應(yīng)用帶有抽頭諧振的回路，對(duì)輸入信號(hào)特定的諧振頻率，做出相應(yīng)的濾波選頻網(wǎng)絡(luò)和阻抗。根據(jù)上述小信號(hào)的輸入狀態(tài)，可以得出放大器工作在甲類狀態(tài)。

二、高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)

高頻小信號(hào)放大器工作頻率一般是幾千赫茲到幾兆赫茲，對(duì)其處理信號(hào)的頻寬是兆數(shù)量級(jí)的，所以運(yùn)用選頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選頻，而高頻小信號(hào)放大器一般工作在線性區(qū)域。無線電接收器接收到的信號(hào)有兩類，分別是輸入信號(hào)和外界產(chǎn)生的干擾信號(hào)，輸入電路的的功能是將輸入信號(hào)篩選出來，并將其他無用的信號(hào)過濾掉。而放大線路的功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，保證其傳輸不被其他信號(hào)所干擾。

三、高頻小信號(hào)的設(shè)計(jì)要求

高頻小信號(hào)是無線通信處理器的核心部分，它的位置是接收器的前端，信號(hào)傳輸質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響其接收功能，所以高頻小信號(hào)放大大體下有如下幾個(gè)要求：

1.足夠的功率增益

2.有較好的選擇性

3.一定的抗干擾能力

4.穩(wěn)定的工作狀態(tài)

通電電路元件可以組成高頻小信號(hào)放大器，集成電路也可以組成高頻小信號(hào)放大器，當(dāng)使用簡單電路元件時(shí)，提升的效率比較高且電路設(shè)計(jì)比較簡單，目前來說，是應(yīng)用最廣泛的高頻小信號(hào)放大器。根據(jù)要求設(shè)計(jì)放大技術(shù)指標(biāo)，只有整體電路設(shè)計(jì)出來才能做出要求，設(shè)計(jì)電路的可靠性在整體電路上市難以得到保證的，所以要根據(jù)實(shí)際電路做出相應(yīng)調(diào)制。

四、高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)

按照上面的設(shè)計(jì)要求，高頻小信號(hào)放大器不僅要有放大功能，還要有選頻功能。這就使得需要將噪聲控制在一定范圍內(nèi)，降低噪音，這種要求使得放大器所使用的元件必須具備良好的穩(wěn)定性，同時(shí)能夠擁有較強(qiáng)的抗干擾能力。

為使高頻小信號(hào)放大器能夠持續(xù)穩(wěn)定的放大，可以采用同柵同源級(jí)聯(lián)電路對(duì)電容進(jìn)行有效控制，在擴(kuò)大電流輸入范圍要求可使電流同步進(jìn)行增加，分析即可得出穩(wěn)定電流值。設(shè)計(jì)輸入電流必須要對(duì)阻抗進(jìn)行匹配，對(duì)阻抗變換則需將輸入電路諧振回路設(shè)置為電感并聯(lián)式。在高頻小信號(hào)放大器中，為獲得最佳的噪聲匹配，應(yīng)設(shè)置諧振電阻比輸入端電阻小。

根據(jù)上述，將其連接起來可制成高頻小信號(hào)放大器的總電路，需要直流穩(wěn)定電壓VCC=12V，而負(fù)載電阻為RL=1KΩ選用的晶體管型號(hào)為3DG6。然后再進(jìn)行仿真測(cè)試。

設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)有諧振增益、通頻帶，諧振增益指的是電路諧振時(shí)，輸出端電壓值與輸入端電壓值的比值，記為Auo=Uo/Ut，其中Uo和Ut分別指輸出電壓與輸入電壓。若用分貝表示則Auo=20log10Uo/Ut，當(dāng)電路諧振時(shí)，諧振頻率等于輸入信號(hào)頻率fo時(shí)，增益最大。通頻帶值當(dāng)工作頻率遠(yuǎn)離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，我們稱其下降到時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為高頻小信號(hào)放大器的通頻帶BW。其中BW=2△f0.7=foQL，QL為負(fù)載電路的品質(zhì)因數(shù)。

五、高頻小信號(hào)放大器的應(yīng)用

據(jù)上面設(shè)計(jì)的電路，再proteus中搭接出電路圖，然后進(jìn)行仿真測(cè)試，根據(jù)仿真測(cè)試圖，可以得出仿真數(shù)據(jù)，其放怎數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)相差較小，由于晶體管放大處于高頻區(qū)，晶體管的參數(shù)有一定影響，在放大器的各種參數(shù)滿足技術(shù)指標(biāo)后，要調(diào)節(jié)各參數(shù)的具體值，使電路在諧振狀態(tài)，在測(cè)試前，我們應(yīng)當(dāng)調(diào)整晶體管處于甲類工作區(qū)域，如果怎么調(diào)整波形都不對(duì)，那么就應(yīng)當(dāng)檢查晶體管的工作狀態(tài)是否正確。

我們通常所說的放大器有信號(hào)放大器和功率放大器，他們之間有相同點(diǎn)也有不同點(diǎn)，同屬于高頻放大器。相同點(diǎn)是他們都可用于信號(hào)放大，二者回路均使用諧振回路放大器負(fù)載，其可做濾波和匹配阻抗的作用。不同點(diǎn)是高頻小信號(hào)放大器屬于接收機(jī)器的位置，晶體管工作在線性區(qū)域，可以把晶體管當(dāng)作4口進(jìn)行網(wǎng)路分析。而高頻功率放大器在無線通信中一般處于前端部分，功能就是將高頻信號(hào)盡可能的放大輸出一個(gè)高功率的額信號(hào)。振蕩器在前端產(chǎn)生的信號(hào)較微弱，要獲得大功率信號(hào)就必須采用高頻功率放大器來實(shí)現(xiàn)。

高頻小信號(hào)放大器和高頻功率放大器在無線通信中運(yùn)用頻繁。綜上比較二者，我們能更加清晰的認(rèn)識(shí)高頻小信號(hào)放大器的工作特點(diǎn)。這一點(diǎn)在接收器中尤為突出，天線感受到的信號(hào)很小，數(shù)量級(jí)為微伏級(jí)別，為了確保信號(hào)傳輸，就要通道高頻小信號(hào)放大器來進(jìn)行放大。

結(jié)束語：

雖然高頻小信號(hào)放大器其理論較為簡單，但其在實(shí)際的運(yùn)用中較為復(fù)雜，會(huì)受到各種外來因素的影響。我們根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)出不同的高頻小信號(hào)放大器運(yùn)用于無線通信中，發(fā)生最多的問題就是自激振蕩和難以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。本文提出了運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真測(cè)試后在做出相應(yīng)的放大器，能較大的減少成本輸出。同時(shí)還把高頻小信號(hào)放大與高頻功率放大器作比較，突出了高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任青蓮.高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2009（12）：315-319.

[2]任青蓮.高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)與仿真田.計(jì)算機(jī)仿真，2009，（22）.

[3]王海梅.基于proteus的高頻小信號(hào)諧振放大器仿真研究口.新技術(shù)新工藝，2025，（2）.

作者簡介：

王雄（1998-），男，漢，重慶合川，本科，研究方向：信息工程。

王家富（1998-），男，漢，四川瀘州，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

孫宇博（1998-），男，漢，四川成都，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

劉桓志（1999-），男，漢，四川成都，本科，研究方向：信息工程。