【文章內(nèi)容簡介】 以通過點(diǎn)頻法改變輸入信號頻率，得到輸出增益隨頻率變化的幅頻特性曲線，電壓諧振曲線的峰值即對應(yīng)諧振頻率點(diǎn) 。 諧振頻率 0f 的測試步驟是，首先使高頻信號發(fā)生器的輸出頻率為 0f ，輸出電壓為幾毫伏；然后調(diào)諧集電極回路即改變電容 C或電感 L使回路諧振。 LC并聯(lián)諧振時，直流毫安表 mA的指示為最?。ó?dāng)放大器工作在丙類狀態(tài)時），電壓表指示值達(dá)到最大，且輸出波形無明顯失真 [11]。這時回路諧振頻率就等于信號發(fā)生器的輸出頻率 [12]。 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 6 頁 共 39 頁 諧振增益（ VA ） 放大器的諧振電壓增益放大倍數(shù)指：放大器處在在諧振頻率0f下，輸出電壓與輸入電壓之比。 0VA 的表達(dá)式為 1 2 1 200 2212fe feVi o e iep p y p p yVA V g p g p g G???? ? ? ? ?? 式中， g? 為諧振回路諧振時的總電導(dǎo)。要注意的是fey本身也是一個復(fù)數(shù)，所以諧振時輸出電壓 0V 與輸入電壓 iV 相位差不是 180186。 而是為 180186。+ fe?。 VA 的測量方法：當(dāng)諧振回路處于諧振狀態(tài)時，用高頻毫伏表測量輸入信號 iV 和輸出信號 0V 大小，利用下式計(jì)算： oviVA V? ，則電壓放大分貝數(shù)定義為 20 lg oiVK V??? ???? 另外，也可以利用功率增益系數(shù)進(jìn)行估算： opiPA P? 10 lg oApiPK p??? ???? 通頻帶 由于諧振回路的選頻作用，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，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù) /V o iA V V? 下降到諧振電壓放大倍數(shù) 0VA 的 倍時所對應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶帶寬 BW，通常用 2Δ 表示，有時也稱 ? 為 3dB 帶寬 [10]。 通頻帶帶寬： 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 7 頁 共 39 頁 0 .7 02/HLB W f f f f Q? ? ? ? ? 式中， Q為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。 當(dāng)晶體管選定后，回路總電容為定值時，諧振電壓放 大倍數(shù)0f與通頻帶 BW的乘積為一常數(shù)。 頻帶 BW 的 測量 方法：根據(jù)概念，可以通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法主要采用掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。 掃頻法：即用掃頻儀直接測試。測試時，掃頻儀的輸出接放大器的輸入，放大器的輸出接掃頻儀檢波頭的輸入，檢波頭的輸出接掃頻儀的輸入。在掃頻儀上觀察并記錄放大器的頻率特性曲線，從曲線上讀取并記錄放大器的通頻帶。 逐點(diǎn)法：又叫逐點(diǎn)測量法，就是測試電路在不同頻率點(diǎn)下對應(yīng)的信號大小，利用得到的數(shù)據(jù)，做出信號大小隨頻率變 化的曲線，根據(jù)繪出的諧振曲線，利用定義得到通頻帶。 具體測量方法如下： a、用外置專用信號源做掃頻源，正弦輸入信號的幅度選擇適當(dāng)?shù)拇笮?，并保持不變? b、示波器同時監(jiān)測輸入、輸出波形，確保電路工作正常（電路無干擾、無自激、輸出波形無失真）； c、改變輸入信號的頻率，使用毫伏表測量不同頻率時輸出電壓的有效值； d、描繪出放大器的頻率特性曲線，在頻率特性曲線上讀取并記錄放大器的通頻帶。測試時，可以先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率 0f 及電 壓放大倍數(shù) 0VA ，然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓不變），并測出對應(yīng)的電壓放大倍數(shù) [5]。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖 。 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 8 頁 共 39 頁 圖 放大器的通頻帶和諧振曲線 選擇性 調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù) 時來表示，矩形系數(shù) 為電壓放大倍數(shù)下降到 AV0 時對應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到 AV0 時對應(yīng)的頻率偏移之比，即 / 2 2 /vK f f f BW? ? ? ? ? 上式表明，矩形系數(shù) 越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于 1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器?？梢酝ㄟ^測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)。 晶體管高頻小信號等效電路與分析方法 因?yàn)榉糯笃饔尚盘栐础⒕w管、并聯(lián)諧振回路、和負(fù)載阻抗 并聯(lián)組成，采用導(dǎo)納分析比較方便 。 高頻小信號放大器由于輸入信號幅值小，可以認(rèn)為晶體管工作在線性區(qū)，經(jīng)常采用有源線性四端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。如圖 的 Y參數(shù)等效電路 圖： f合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 9 頁 共 39 頁 圖 2. 3 Y 參數(shù)等效電圖 2101 |i vIyV ?? 稱為輸出短路時的輸入導(dǎo)納； 1102 |r vIyV ?? 稱為輸入短路時的反向傳輸導(dǎo)納； 2201 |f vIyV ?? 稱為輸出短路時的正向傳輸導(dǎo)納； 1202 |o vIyV ?? 稱為輸入短路時的輸出導(dǎo)納； 計(jì)算得到如下結(jié)果： re fei ieoe LyyYy yY?? ?， re feo oe ie syyYy yY?? ? 21fevoe LyVAyYV? ? ? ?,其中oeY 為晶體管的輸出導(dǎo)納； LY 為負(fù)載導(dǎo)納。 rey 表示輸出電壓對輸入電流的控制作用（反向控制）； fey 表示輸入電壓對輸出電流的控制作用（ 正向控制 ） ； fey 越大，表示晶體管的放大能力越強(qiáng)， rey 越大，表示晶體管的內(nèi)部反饋越強(qiáng)。 rey的存在，對實(shí)際工作帶來很大危險，是諧振放大器的根源，同時也使分析過程變得復(fù)合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 10 頁 共 39 頁 雜，因此盡可能使其減小，或削弱它的影響。 Y參數(shù)的缺點(diǎn)：隨頻率變化，不涉及晶體管內(nèi)物理過程。 Y參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：分析電路簡單。 相比 Y參數(shù)，混合π等效 電路中各個原件在很寬的頻率范圍內(nèi)都保持常數(shù)，但在電路分析上不夠方便 [3]。如圖 ： 39。bcC 圖 混合π等效電路圖 圖中： 39。bec 是發(fā)射結(jié)電阻； 39。bcr 集電結(jié)電阻； 39。bec 是發(fā)射結(jié)電容 ； 39。bcc 集電結(jié)電容 39。bbr 基極體電阻； 39。m begV 代表晶體管的電流放大作用； cer 集射極間電阻； cec 集射級電容； 高頻電路取長補(bǔ)短合成這兩個等效電路 ，用混合 π 參數(shù)表示的 Y 參數(shù)： 239。101 39。 39。| 1beieV bb b eYIy V r Y?? ?。 2201 39。 39。| 1mfeV bb b egIy I r Y?? ?。 beC b 39。bbr 39。bcr 39。b 39。beC bcC 39。bcr 39。m begV ccr ceC c 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 11 頁 共 39 頁 139。102 39。 39。| 139。bcfeV bb b ejCIy V r Y???? ?。 139。2 39。02 39。 39。|1 139。m b bo e b cV b b b egrIy j CI r Y???????????。 其中 39。39。39。b e b eY j C?? ， 39。 39。 39。()b e b e b cY j C C???。 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 12 頁 共 39 頁 第三章 電路設(shè)計(jì) 方案的選擇 與參數(shù)計(jì)算 電路設(shè)計(jì)方案 高頻小信號放大器的功 能 就是無失真的放大某一頻率范圍內(nèi)的信號。對高頻小信號放大器的基本要求是： （ 1） 、 增益要高，即放大倍數(shù)要大。 （ 2） 、 頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強(qiáng)，通常用 Q值來表示，帶寬 2 1 f f f? ? ? ?，品質(zhì)因數(shù) 0 ??。 （ 3） 、 工作穩(wěn)定可靠，即要求放大器的性能盡可能地不受溫度、電源電壓等外界因素變化的影響，內(nèi)部噪聲要小，特別是不產(chǎn)生自激，加入負(fù)反饋可以改善放大器的性能。 （ 4） 、 阻抗匹配。 方案一 ：單級諧振放大 電路 的設(shè)計(jì) 依設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，考慮高頻放大器應(yīng)具有的基本特性 ,可采用共射晶體管單調(diào)諧回路諧振放大器 [9]，設(shè)計(jì)參考電路見圖 。 圖 單級諧振放大器電原理圖 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 13 頁 共 39 頁 方案二：多級諧振放大 電 路 的設(shè)計(jì) 考慮到放大器的通頻帶和放大器的穩(wěn)定性等因素，單級調(diào)諧放大器的電壓增益不能做得很高，當(dāng)需要較大電壓增益時，就需要多級放大器級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。 多級放大器時，必須處理好各項(xiàng)指標(biāo)之間的矛盾，包括合理地選擇電路形式，半導(dǎo)體器件類型和諧振回路的參數(shù)。為了減少級數(shù)和簡化電路，一般都采用增益較大的共發(fā)電路。電路形式鎖定以后，根據(jù)對增益的要求和每級放大器可能達(dá)到的穩(wěn)定增益，確定放大器的級數(shù)。然后根據(jù)通頻帶和選擇性的要求，確定選用諧振電路的形式和諧振回路的個數(shù) [7]。 多級放大器中的每級增益都受到最大穩(wěn)定增益的限制。 （ 1） 、 多級單調(diào)諧放大器的電壓增益 設(shè)有 n級單調(diào)諧放大器級聯(lián)，且各級的電壓增益相同，即 1 2 3u u u unA A A A? ? ? 則級聯(lián)后放大器的總電壓增益為 ? ?1 2 3 1 nu u u u u n uA A A A A A? ?? （ 2） 、 多級單調(diào)諧放大器的通頻帶 多級放大器級聯(lián)后的幅頻特性曲線如圖 ，級聯(lián)后總的通頻帶要比單級放大器的通頻帶窄。級數(shù)越多，總通頻帶越窄。 圖 多級單調(diào)諧放大器的幅頻特性曲線 圖 多級放大器的總通頻帶為 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 14 頁 共 39 頁 1100 . 7 0 . 72 1 2 1nnefB W B WQ? ? ? ? ? 121n? 稱為頻帶縮小因子，表 n 值對應(yīng)的縮小因子的值。 表 縮小因子與級數(shù) 的關(guān)系 1 2 3 4 5 ? 1 ? （ 3） 、 多級單調(diào)諧放大器的選擇性 放大器的級數(shù)越多，曲線的形狀越接近于矩 形，也就是說矩形系數(shù)越接近 1，選擇性越好。 n 級相同的單調(diào)諧放大器級聯(lián)后的矩形系數(shù)為 121nBWK ?? ? ? 表 n 值時矩形系數(shù)的大小。 表 矩形系數(shù)與級數(shù) n 的關(guān)系 1 2 3 4 5 6 ? ? 如圖 ： 合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 15 頁 共 39 頁 圖 多級諧振放大器電原理圖 方案選擇 在此次設(shè)計(jì)中我們選用方案二作為研究對象。因?yàn)槎嗉壏糯笃髦?，級?lián)后放大器的總電壓增益比單級放大器的電壓增益大、選擇性好，但總通頻帶比單級放大器通頻帶窄[4]。如果要保證總的通頻帶與單級時一樣，則必須通過減小每級回路有載品質(zhì)因素eQ 的值，以加寬各級放大器的通頻帶的方法來彌補(bǔ)。 多級諧振放大電路的設(shè)計(jì)和分析 電路設(shè)計(jì)分析 由于此次設(shè)計(jì)是以方案二為主，所以在后續(xù)的電路分析中都是以方案二作為研 究對象的。 由圖 ，方案二是兩極放大，在兩極放大之間用射級跟隨電路作為兩極放大之間的連接。而級間耦合即放大器級與級之間的連接，其方式有三種：阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合。我們在這之所以使用射級跟隨電路作為級間耦合，是因?yàn)?射極跟隨器輸入阻抗高，輸出阻抗低，因而從信號源索取的電流小而且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)，減少電合肥學(xué)院（畢業(yè)論文） 第 16 頁 共 39 頁 路間直接相連所帶來的影響，起緩沖作用 。具體到電路圖中，2Q處于射極跟隨狀態(tài) ,其將輸入級 1Q 和輸出 級 3Q 相互隔開 ,減弱了 1Q 和 3Q 的相互影響