高頻小信號放大器的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：我國經(jīng)濟(jì)得到了高速發(fā)展，信息化時代的到來使得人們的生活質(zhì)量得到了不斷提高，在這個大環(huán)境背景下，對電子技術(shù)的發(fā)展有了新的要求。文章研究了無線廣播中使用的高頻小信號放大器，從它的工作原理、特點入手，對其進(jìn)行了介紹，然后設(shè)計并制作出高頻小信號放大器，根據(jù)其仿真結(jié)果對高頻小信號放大器的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)分析。

關(guān)鍵詞：高頻小信號放大器；工作原理；電子技術(shù)；無線廣播；信息化 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TN72 文章編號：1009-2374（2016）19-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.020

信號通過長距離的通信傳輸會受到衰減和干擾，到達(dá)接收設(shè)備的信號是非常弱的高頻窄帶信號，在做進(jìn)一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過放大和限制干擾的處理，這就需要通過高頻小信號放大器來完成。其功能是實現(xiàn)對微弱的高頻信號進(jìn)行不失真的放大，從信號頻譜來看，輸入信號頻譜與放大輸出信號的頻譜是相同的。由于高頻放大電路常常會產(chǎn)生自激振蕩，也容易受各種因數(shù)的干擾，并且難以實現(xiàn)阻抗匹配，所以本文對其缺點做了改進(jìn)和研究。高頻小信號放大器主要由輸入電路、放大電路和輸出電路三部分組成。它的應(yīng)用比較廣泛，主要應(yīng)用在電視廣播以及通信線路中。根據(jù)負(fù)載的不同，可以將放大器分為兩種類型：諧振回路負(fù)載的放大器、濾波器為負(fù)載的放大器。高頻小信號器能夠?qū)⑿盘栠M(jìn)行有選擇地放大，最終實現(xiàn)信號質(zhì)量的提升、抗干擾性的加強(qiáng)。發(fā)射機(jī)中的振蕩器所能夠產(chǎn)生的信號非常微弱，而如果想要將信號的功率進(jìn)行有效提高，則必須進(jìn)行高頻小信號放大器的使用。而且高頻小信號放大器的輸入信號應(yīng)該設(shè)置成0.5V以上，甚至可能會更大。

1 高頻小信號放大器的工作原理

在將信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送過程中，由于各種因素的干擾，會將信號減弱，最終可能無法被接受設(shè)備接收成功。而高頻信號就是在這種情況下使用，對信號所受到的干擾進(jìn)行有效的抵制，只允許所需的信號通過，設(shè)備的增益也要足夠大，最終能將信號提高被接收器所接受。高頻小信號放大器通過將負(fù)載回路的使用方式設(shè)置為諧振，從而完成對一些特殊頻率的信號進(jìn)行過濾，并將干擾進(jìn)行對抗匹配。

根據(jù)高頻小信號放大器的輸入信號進(jìn)行分析，得出它的輸入信號一般為小信號，這是由設(shè)備的基本構(gòu)造決定的。接收器所接收到的信號一般比較微弱，工作也就被認(rèn)為是在線性晶體管范圍中的。當(dāng)線性元件中有晶體管的存在時，能夠?qū)⑵洚?dāng)作有源線性網(wǎng)絡(luò)分析。高頻小信號放大器的工作部位是發(fā)射機(jī)，目的是為了將信號的衰弱減小，并增加信號的輸出功率。

2 高頻小信號放大器的特點

高頻小信號放大器所發(fā)揮作用的信號頻率一般是在幾百到幾千kHz之間的，而信號的寬帶則有幾千Hz到幾十MHz的范圍，因此必須運用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻率的選擇，而高頻小信號放大器的工作范圍一般是線性的。

無線電所接受到的信號一般有三種成分，分別為有用信號、干擾信號、噪音信號，而輸入電路的功能則是將有用的信號進(jìn)行篩選出來，并將干擾信號與噪音等的影響進(jìn)行抵消，而放大線路的功能則與輸入線路的功能相反，是將信號進(jìn)行放大，在設(shè)計電路時應(yīng)該對這些進(jìn)行考慮并仔細(xì)分析。

3 高頻小信號放大器的設(shè)計要求

高頻小信號放大器是通信系統(tǒng)的一個重要組成部分，它的功能好壞會給接收器接收到的信號質(zhì)量造成直接的影響。而高頻小信號放大器的具體設(shè)計要求如下：第一，工作頻率高。目前使用的GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的手機(jī)中，多為900MHz和1800MHz；第二，功率增益必須做到足夠高，即放大倍數(shù)要足夠大；第三，通頻帶寬是一定的；第四，選擇性良好，即選擇所需信號和抑制無用信號大的能力要強(qiáng)，故一般負(fù)載是諧振回路或濾波器等；第五，信噪率要高；第六，穩(wěn)定性強(qiáng)，即要求放大器的性能盡可能不受溫度、電源等外界因素變化的影響。高頻小信號放大器的設(shè)計必須要考慮到具體的應(yīng)用情況，因此在進(jìn)行實際的設(shè)計時，應(yīng)該對其進(jìn)行具體的考慮。

4 高頻小信號放大器的設(shè)計

本文選擇晶體管小信號調(diào)諧回路諧振放大器的設(shè)計為例進(jìn)行研究，選用高頻信號發(fā)生器、直流穩(wěn)定電源、數(shù)字萬用表、無感起子、數(shù)字存儲示波器各一臺，進(jìn)行設(shè)計。

4.1 對放大電路進(jìn)行設(shè)計

高頻小信號放大器的設(shè)計按上面的要求，它不僅要放大高頻信號，還要有一定的選頻能力，故其必須要對產(chǎn)生的噪音控制在一定的范圍內(nèi)，極大程度地降低噪音，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，同時能夠擁有較強(qiáng)的抗輻射能力。

同時為了高頻小信號放大器的放大功能可以持續(xù)穩(wěn)定，應(yīng)該對電容進(jìn)行有效的控制，因此可以選用同柵同源級聯(lián)電路。另外，在擴(kuò)大電流的輸出范圍的要求上，使得電流也同步進(jìn)行了增加，經(jīng)過分析能夠得出應(yīng)該選定的電流的值。

4.2 對輸入電路進(jìn)行設(shè)計

設(shè)計出的輸入電流必須要對抗匹配場效應(yīng)的輸入值進(jìn)行獲取，而要想將阻抗進(jìn)行變換，則必須要將輸入電路將諧振回路與分壓式電感設(shè)置成并聯(lián)。而在高頻小信號放大器中，要想獲得最佳的噪聲匹配，應(yīng)該設(shè)置電路的諧振電阻比放大電路中的輸入電阻小。

4.3 對輸出電路進(jìn)行設(shè)計

設(shè)計中，阻抗能夠?qū)V波進(jìn)行匹配，并將其輸出到網(wǎng)絡(luò)。技術(shù)的設(shè)計指標(biāo)中將其品質(zhì)因素確定為4.9，經(jīng)過分析，在輸出電路中，必須選擇負(fù)載比較高的電阻。

4.4 總電路的設(shè)計

根據(jù)三個部分的電路設(shè)計，將其連接在一起形成高頻小信號放大器的總電路。其中需要直流穩(wěn)定電源的電壓為Vcc=12V，而負(fù)載的電阻為RL=1KΩ，選用的高頻三極管型號為3DG6。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、設(shè)計，并進(jìn)行仿真。

4.5 關(guān)鍵指標(biāo)

4.5.1 諧振增益。放大器的諧振增益是指放大器在諧振頻率上的電壓增益，記為Au0，其值也可以用分貝dB表示。f0是諧振中心頻率，當(dāng)輸入信號的頻率剛好等于諧振頻率時，放大增益最大。

Auo=Uo/Ui（輸出電壓與輸入電壓之比）

Auo=20lg（Uo/Ui）dB（分貝表示）

4.5.2 通頻帶。諧振回路具有選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降。故習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)Auo下降到諧振電壓放大倍數(shù)Auo的0.707倍時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶BW。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

BW=2Δf0.7=fo/QL（QL為回路的等效品質(zhì)因數(shù)）

5 高頻小信號放大器的應(yīng)用

5.1 高頻小信號放大器的仿真試驗、制作及調(diào)試

根據(jù)設(shè)計的電路，就可以進(jìn)行仿真試驗，將仿真結(jié)果輸出，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出仿真數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)的誤差相差比較小。將仿真實驗的電路制作出來時，由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計要求后的文件參數(shù)值與設(shè)計計算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時要反復(fù)仔細(xì)調(diào)整才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好，調(diào)試靜態(tài)工作點很重要。往往電路并不是剛焊接好就能正常工作的，通常就沒有波形或者波形不對，要檢查的內(nèi)容就是看晶體管是否有正常工作。我們說晶體管基極電壓在2V左右時是正確的，而且集電極電壓VC要大于VB才好，所以在實際電路中，將上偏置電阻換成了一個滑變與一個固定電阻串聯(lián)，方便調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點。

5.2 高頻小信號放大器的應(yīng)用分析

經(jīng)過實驗得出，實驗數(shù)據(jù)與實際值之間存在著一定的誤差，代表著高頻小信號放大器在現(xiàn)實生活的應(yīng)用中存在著一定的誤差，而產(chǎn)生這些誤差的原因主要有以下幾點：

5.2.1 高頻小信號放大器的各組成部分的實際數(shù)據(jù)與其所設(shè)定的理論值存在著一定的差距，例如里面的電阻值可能會受到環(huán)境的影響，電阻值以及電容值都會發(fā)生變化。

5.2.2 高頻小信號放大器的說明書中的參數(shù)一般是在一定的情況下進(jìn)行測試所得的，而現(xiàn)實生活中高頻小信號放大器多數(shù)使用的環(huán)境并不一定，與測試環(huán)境有很大的不同，進(jìn)而使得實際的數(shù)據(jù)與參數(shù)值有一定的差距。

5.2.3 高頻小信號放大器的性能指標(biāo)的參數(shù)也是在一定的情況下測得的，當(dāng)所采用的測量方法不同時，性能指標(biāo)的參數(shù)也會有所不同。而現(xiàn)實生活中，它的應(yīng)用情況千差萬別，因此性能也會受到影響。例如，在我們對高頻小信號放大器進(jìn)行調(diào)試的過程中，是通過對波形輸出值大小的觀察來對電路是否需要調(diào)試進(jìn)行確定的，因此當(dāng)對調(diào)諧頻率的測量出現(xiàn)誤差時，所得出的數(shù)據(jù)也會有很大的差別。

5.2.4 高頻小信號放大器的使用時間會對器件的性能造成影響，進(jìn)而影響到其功能。

6 結(jié)語

高頻小信號放大器在具體的應(yīng)用中是比較困難的，高頻小信號放大器的理論比較簡單，在實際應(yīng)用中它的功能會受到各種因素的影響，我們應(yīng)該根據(jù)其理論研究，對現(xiàn)實應(yīng)用進(jìn)行更深入的推廣，加強(qiáng)其功能的實現(xiàn)，為無線電廣播事業(yè)以及電視廣播事業(yè)做出貢獻(xiàn)。實際應(yīng)用中，高頻小信號放大器的最主要問題一般是振蕩自激，不能將其各級之間的匹配進(jìn)行有效阻擋。

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作者簡介：陳奕鋒（1978-），男，廣西藤縣人，桂林電子科技大學(xué)電子與通信工程系教師，助教，研究方向：電子與通信工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）