高频小信号放大器汇总
XUCHANG UNIVERSITY通信电路课程设计报告院 系 电气（机电）工程学院组 号=指导教师李文鑫人员名单吴胜楠、郭凯、徐中秋、唐泮泮XUCHANG UNIVERSITY通信电路课程设计报告课题名称 院系专业班级学号学生姓名联系方式摘要高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，其功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大。高频小信号放大器按照所用负载的性质可分为谐振和非谐振放大器。本文对高频小信号谐振放大器进行设计与仿真研究， 采用 Multisim 仿真软件对各部分电路进行了辅助设计分析，并对电路的谐振频率，谐振电压增益，通频带宽，矩形系数等性能进行了仿真分析。结果表明，所设计的放大器满足预期设计指标要求，设计过程和方法都比较简单，仿真结果误差也很小。关键词： 高频小信号谐振放大器； Multisim1绪论错误！未定义书签。1.1 课题研究的背景 错误！未定义书签。1.2 课题研究的意义 错误！未定义书签。2高频电路的基础知识 错误！未定义书签。2.1滤波器（选频回路）的分类及功能错误！未定义书签。1.1.1 电感线圈和电容元件的高频特性 错误！未定义书签。二、电容元件的高频特性 错误！未定义书签。1.1.2 LC串并联谐振回路 错误！未定义书签。2.3 小信号谐振放大器的技术指标要求 错误！未定义书签。2.4 小信号谐振放大器的稳定性 错误！未定义书签。3高频小信号谐振放大器的仿真实现错误！未定义书签。3.1 Multisim的简介 错误！未定义书签。3.2 高频小信号谐振放大器的理论设计 73.2.1 高频小信号谐振放大器的工作原理 73.2.2 设计电路图 错误！未定义书签。3.2.3 放大器的技术指标 错误！未定义书签。3.3 高频小信号谐振放大器的仿真错误！未定义书签。4分析与总结 10参考文献错误！未定义书签。1 绪论1.1 课题研究的背景20世纪末，电子通讯获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。在无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。所以，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。而且，通过长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理。这就需要通过高频小信号放大器来完成。这种小信号放大器是一种谐振放大器。1.2 课题研究的意义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。高频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。其中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。2 高频电路的基础知识2.1 滤波器（选频回路）的分类及功能滤波器是根据某一特定的性能要求实现对信号的频谱进行处理的电路。滤波器的分类，可以按照它具有的频率特性分，也可以按构成滤波器所用器件分，或者按它所处理的信号形式分。按其频率特性可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器。按所用器件的特点可分为无源和有源滤波器。无源滤波器是由无源器件构成，例如电感和电容组成的LC滤波器，电阻和电容组成的RC滤波器，利用石英晶体构成的滤波器，还有陶瓷滤波器和声表面滤波 器等。有源滤波器指在所构成的滤波器中含有放大器等有源电路，例如 RC滤波器、开关 电容滤波器等。按处理的信号形式可分为模拟滤波器、数字滤波器和抽样数据滤波器等。高频电路中目前应用较多的是无源滤波器中的LC滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面滤波器等，主要用于实现带通滤波和低通滤波。1.1.1 电感线圈和电容元件的高频特性一、电感线圈的高频特性在高频电路中电感元件的损耗是不能忽略的，因而在等效电路中应该考虑到损耗电阻 的影响。一个实际的的电感元件可以用一个理想无损耗的电感L和一个串联的损耗电阻ro来等效，也可以用一个理想无损耗的电感 L和一个并联电导来等效。通常一个损耗电感线圈可在工作频率下通过表测得电感线圈的电感值 Q和空载品质因数Q0,而Q0的大小就能 反映损耗的大小。二、电容元件的高频特性对于电容元件，由于在高频电路所讨论的频率范围内，损耗很小，因而就认为是理想 元件，不考虑其损耗的影响。1.1.2 LC串并联谐振回路无论频率低还是高，LC串联电路均呈现高阻抗，LC串联电路两端的电压极高，只有 处于低频和高频之间的某一个频率，LC串联电路会呈现比较低的阻抗，其两端的电压会较低，电路图如下:谐振时的阻抗最小:用联谐振电路图Z0 = r时的角频率为切0：0=。0时，此时回路为纯电阻，且电路的阻值最小，回路的电流最大，电流电压同相,当大于或小于。0时，回路的电流随着它们的增加或减小而使电流减小。LC并联谐振电路如图所示。其中 LC并联谐振电路的损耗电阻R来代表，主要是电感 的电阻消耗。下面分析它的谐振频率：当频率低时容抗大，感抗小，并联电路的特性由电感支路决定；当频率高时容抗小，感抗大，并联电路的特性由电容支路决定。所以无论频率低还是高， LC并联电路均呈现低 阻抗，其端电压较低，只有处于低频和高频之间的某一个频率，LC并联电路呈现高的阻抗， 其端电压会较高。LC并联谐振电路图13并联电路的导纳为:1 j Lj C=G。 jB()式中:r02 2L2G0()=当B（。）=0时，可得并联谐振回路的谐振频率 6s为:谐振阻抗对于谐振频率，LC并联电路的阻抗为:ZoRC8=6。时回路谐振，回路等效为电阻，其阻值最大为 R,随着与偏离6 0阻抗值越来越小，当大于。时，回路呈容抗特性，当小于 8。时回路呈感抗特性。利用LC串联或并联谐振回路的选频作用，对谐振点频率的电流信号呈现较大的阻抗， 而且是纯电阻性的，将电流信号转换成电压信号输出，而对失谐点频率的电流信号呈现很 小的阻抗，抑制失谐点频率电流信号的输出，起到选择出所需接收的信号，抑制无用的信 号和干扰的目的。2.3 小信号谐振放大器的技术指标要求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= 2 Af0.7 ,品质因数Q=fo/2 Af0.7.(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)阻抗匹配。2.4 小信号谐振放大器的稳定性谐振放大电路，通常是指负载具有谐振特性(或选频特性)的放大电路。该电路广泛 应用于通信，广播、电视、雷达等接收系统中，主要起选频，放大作用。但是由于内反馈 使存在，使得谐振放大器的定性受到影响。主要表现在放大器调试困难，甚至使放大器自 激，因而必须想办法克服内反馈。克服内反馈的途径有两个：一个是从晶体管本身想办法， 使反向传输导纳尽量减小。另一方面是在电路上想办法，把反馈导纳的作用抵消或减小， 也就是说，从电路上设法取消晶体管的反向作用，使它变为单向化。具体的方法有中和法 和失配法。失配就是不匹配。在小信号谐振放大器中，失配专指信号源内阻与晶体管输入 阻抗之间，放大器输出端的负载阻抗与晶体管输出阻抗匹配之间的失配。中和法是解决放 大器的增益和稳定性之间的矛盾的一种有效措施。它是在晶体管的输入端和输出端之间引 入一个外加的反馈电路(中和电路)，使该反馈电路的作用与晶体管内部反馈的作用相互抵消。通常是在输出回路与晶体管基极之间接入一个电容来实现中和作用，该电容亦称中和电容。3 高频小信号谐振放大器的仿真实现3.1 Multisim 的简介Multisim 是 Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows 为基础的仿真工具， 适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力 。 NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真， 能够快速、 轻松、 高效地对电路进行设计和验证。凭借 NI Multisim ， 可以立即创建具有完整组件库的电路图， 并利用工业标准SPICE 模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE 分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与 NI Lab VIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程， 从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。 NI Multisim 软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的 EDA 工具软件。 作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。 NI Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。 NI Multisim 软件是电子学教学的首选软件工具。直观的图形界面，整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；丰富的元器件，提供了世界主流元件提供商的超过17000 多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件； ，强大的仿真能力以 SPICE3F5 和 Xspice 的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能；丰富的测试仪器，提供了 22 种虚拟仪器进行电路动作的测量。这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。除了 Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建Lab VIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器；完备的分析手段，Multisimt提供了许多分析功能；独特的射频（RF）
