小信号放大器实验报告

2024-04-26

小信号放大器实验报告（共7篇）

小信号放大器实验报告篇1

高频电子线路实验报告

作者徐飞学号 20092334925 系部电子工程系专业班级通信三班

实验一高频小信号放大器实验

一、实验原理

高频小信号放大器的作用就是放大无线电设备中的高频小信号，以便作进一步变换或处

理。所谓“小信号”，主要是强调放大器应工作在线性范围。高频与低频小信号放大器的基本构成相同，都包括有源器件（晶体管、集成放大器等）和负载电路，但有源器件的性能及负载电路的形式有很大差异。高频小信号放大器的基本类型是以各种选频网络作负载的频带放大器，在某些场合，也采用无选频作用的负载电路，构成宽带放大器。

频带放大器最典型的单元电路如图所示，由单调谐回路做法在构成晶体管调谐放大器。

图电路中，晶体管直流偏置电路与低频放大器电路相同，由于工作频率高，旁路电

容Cb.、Ce可远小于低频放大器中旁路电容值。调谐回路的作用主要有两个：

晶体管单调谐回路调谐放大器

第一、选频作用，选择放大ff0的信号频率，抑制其它频率信号。

第二、提供晶体管集电极所需的负载电阻，同时进行阻抗匹配变换。

高频小信号频带放大器的主要性能指标有：

（1）中心频率 f0：指放大器的工作频率。它是设计放大电路时，选择有源器件、计算

谐振回路元件参数的依据。

（2）增益：指放大器对有用信号的放大能力。通常表示为在中心频率上的电压增益和

功率增益。

电压增益 AVOVO/Vi

功率增益 APOPO/Pi

式中 VO、Vi分别为放大器中心频率上的输出、输入电压幅度，PO、Pi分别为放大器中心频率上的输出、输入功率。增益通常用分贝表示。

（3）通频带：指放大电路增益由最大值下降 3db 时对应的频带宽度。它相当于输入不

变时，输出电压由最大值下降到 0.707 倍或功率下降到一半时对应的频带宽度。（4）选择性：指放大器对通频带之外干扰信号的衰减能力。通常有两种表征方法：其一，用矩形系数说明邻近波道选择性的好坏。

其二，用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率 fn信号抑制能力的大小，其定义为中心频率上功率增益 APf0与特定干扰频率fn上的功率增益 APfn之比：

df0

ApfnAp还有其它一些性能指标参数，如工作稳定性，噪声系数等。

高频小信号谐振放大电路如图所示：

高频小信号谐振放大器

晶体管基极为正偏，工作在甲类，负载为 LC 并联谐振回路，调谐在输入信号的频率

465khz 上。该放大电路能够对输入的高频小信号进行反向放大。

在 Multisim 7 电路窗口中，创建如图所示的高频小信号放大电路图，其中晶体管

Q1 选用虚拟晶体管。单击“防真”按钮，就可以从示波器中观察到输入与输出的信号波形。

二、实验内容

（一）频带放大器的测量

1.观察高频小信号放大器输入输出信号的波形，注意幅度变化和相位关系。

高频小信号放大器输入输出信号

2.高频小信号的选频作用

观察输入输出波形，分析产生此种现象的原因

3.高频小信号放大电路的通频带和矩形系数

利用 Multisim 7 仿真软件中所提供的波特图仪观察上述高频小信号放大电路的通频

带，将波特图仪接入高频小信号谐振放大电路，观察幅频特性。

4.观察双调谐回路高频小信号放大器输入与输出波形，分析幅频特性。

（二）宽带放大器的测量

小信号放大器实验报告篇2

高频小信号放大器有窄带和宽带放大器, 是按频带宽度分的。通常被放大的小信号是窄带信号, 高频小信号的基本类型是频带放大器, 负载使用各种选频电路, 有选频滤波和阻抗变换的用处。如图1-1所示电路中的电感短路、电容开路;直流偏置电路中Rb1、Rb2为基极分压偏置电阻, Re为发射极负反馈偏置电阻, Cb、Ce为旁路电阻用于稳定静态工作点。

二、高频小信号调谐放大器各级模块原理分析

2.1耦合变压器。耦合, 把两个或两个以上的体系或两种运动形式之间, 利用各种互相作用而影响彼此来结合起来的现象叫做耦合, 比如通过磁场耦合的互感线圈。耦合的变压器常常用在无线电中, 如收音机的中周、输入变压器、输出变压器都属于这一类, 称为耦合变压器。许多方面都会用到耦合变压器, 在阻抗匹配方面也用运用[1]。

2.2共发射极三极管放大电路。基本共射极放大电路式放大电路的一种基本电路形式, 应用非常广泛, 根据晶体管工作在放大区的条件, 即发射极正偏, 集电结反偏可以得到基本共射大电路。

2.3抽头式并联谐振回路。在实际应用中, 常常用到激励源或负载与回路电感或是电容部分链接的并联振荡回路, 即抽头式并联振荡回路。

2.4负反馈放大电路的自激振荡。在实用的放大电路中, 常常引入负反馈, 以改善多反面的性能, 但对于某些放大电路, 会因负反馈不当而产生自激振荡, 不能正常工作, 而有些电路又需要自激振荡。若输入信号为零, 而输出端有一定频率一定幅值的交流信号, 则称电路产生了自激振荡, 之所以会产生自激振荡是由于电路在中频段时, 放大倍数Α和反馈系数F都是实数, 它们的相角φA+φF=2nπ (n为整数) , 然而耦合的电容、旁路电容、晶体管结电容和其它杂散电容存在, 在低频和高频段, A的数值和相位均产生变化, 即A是频率的函数, F也是频率的函数, A和F此时会产生相移, 叫附加相移, 电路存在附加相移为±π的ƒ0, 且在ƒ=ƒ0时|AF|>1, 就会产生自激振荡。

三、高频小信号调谐放大器的技术参数

3.1增益。增益, 放大微弱信号能力的强弱就是放大器的增益。

3.2通频带和选择性。通频带B W 0.7 0 7与矩形系数Kr0.1。通频带BW0.707为ƒ0与QL的比值, ƒ0通为谐振回路的频率, L为回路的电感, QL为有载品质因数, 把电压增益下降到最大值的0.707倍时, 此时的频率范围为高频段。了解放大器的频率选择性, 需要矩形参数, 矩形系数越小, 选择性越好, 其抑邻进无用信号的能力就越强[2]。

3.3提高放大器稳定性的方法。为了提高放大器的稳定性, 通常从两个方面入手, 第一是从晶体管本身想办法, 减小其反向传输导纳, 它的大小主要是取决于晶体管基极电容的反馈, 选择管子时尽量选择反馈小的管子, 使其容抗增大, 反馈作用减弱。第二是从电路上设法消除晶体管的反向作用, 使它单向化, 具体方法有失配法和中和法。

四、结束语

在高频段时, 有分布参数在影响, 各项技术指标会有偏差, 所以要一遍一遍的调试, 认真的分析数据, 还要注意接地是否接好, 以便更好地进行测量。还有可能会遇到放大器不稳定和出现自激振荡, 要解决这些问题需要了解电路各组成部分的原理, 合理调整参数。今后的实际中需要高频小信号调谐放大器对一系列的小信号进行处理, 特别是现代通信的无线技术中都需要此类电路。

摘要：本文主要介绍的是有关于高频小信号调谐放大器的设计与其工作原理的分析。在通信系统和其他电子系统中, 高频调谐放大器都有很大的用处, 采取晶体管把信号放大, LC并联谐振回路谐振选频, 可以把信号的频率放大, 其过程中要注意增益、稳定性还有噪声系数等特性参数。

关键词：小信号谐振,实验设计,实验数据分析

参考文献

[1]阳昌汉, 谢红, 宫芳.高频电子线路.2版.高等教育出版社, 2013:78-92.

小信号放大器实验报告篇3

关键词：运放；窄脉冲；小信号

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业中。

文中介绍的就是一种以三个芯片级联而成的差分运算放大器，该运放能实现窄脉冲小信号放大，脉冲的上升沿可以达到50ns。

1设计目的

根据项目需要，本次设计的差分运算放大器是用于放大检波器输出的信号的，由于接收机接受的信号是小信号脉冲调制，因此设计的运放必要能够放大小信号窄脉冲。因为在小信号情况下，检波器输出为毫伏级别，而指标要求输出在-2～+2V之间，所以设计的差分放大电路放大倍数约100倍。

2 设计思路

由于此次设计的运放是为了放大脉冲信号的，所以必须要考虑脉冲信号上升沿的问题，如果上升沿时间太大会导致脉冲信号的失真，因此设计的最初就是要限定脉冲信号上升沿时间T<50ns。由于脉冲信号的带宽和上升沿存在如下关系：F×T=3.5(F表示带宽)，可知上升沿时间越小，带宽就越大，当上升沿时间T=50ns时，带宽就要达到70MHz。因为运放的带宽和增益成反比，如果只使用一级运放，在达到要求带宽的同时增益就达不到要求的100，因此本次设计的运放采用两级放大结构，每级放大10倍。

3 相关电路

从以上分析可知本次运放电路采用两级结构。第一级首先对基带信号进行差分放大，芯片选择AD公司的ADA4817-1和ADA4817-2，第一级放大电路如图1所示。

第一级放大所用的芯片ADA4817-1(单通道)和ADA4817-2(双通道)FastFET放大器是单位增益稳定、超高速电压反馈型放大器，具有FET输入。这些放大器采用ADI公司专有的超高速互补双极型(XFCB)工艺，这一工艺可使放大器实现高速和超低的噪声(4nV/√Hz；2.5 fA/√Hz)以及极高的输入阻抗。

将第一级输出的信号进行二次放大，第二级放大选择AD公司的AD8009芯片。图2所示是第二级放大电路。

第二级放大所用的芯片AD8009是一款超高速电流反馈型放大器，压摆率达到惊人的5 500 V/μs，上升时间仅为545ps，因而非常适合用作脉冲放大器。

此外为了防止自激，在两级放大的中间连接了一个10Ω电阻。图3是差分运放的整体原理图。

4测试

图4是示波器上显示的是差分输入端得两个信号，从图上可以看出，两个信号的差是2.32mV。

图5是运放的输出信号，从图中可以看出输出信号为220mV，相比输入信号的2.32mV，实现了接近100倍的放大。而且可以从图中看出，上升沿为50ns，也是满足设计目标的。

图6是运放的实物图，实物图中包含了两组运放还有12V转成+5V和-5V的电源转换模块。

5结束语

综上所述，说明该运放几乎无失真的将检波器输出的毫伏级窄脉冲小信号放大了接近100倍。这证明本次设计的差分运放是能够满足要求的并且性能良好。?笮

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础，高等教育出版社.

[2] 方振国，杨一军，陈得宝，等.差分-运放电压串联负反馈的理论计算与仿真分析.

[3] Dai，Y.;“ Noise performance analysis of bipolar operational amplifier based on the noise matrix superposition expression Circuits，Devices and Systems”，IEE Proceedings - Volume: 145，Issue: 5.

[4] Khare，K.; Khare，N.; Sethiya，P.K.; “ Analysis of low voltage rail-to-rail CMOS operational amplifier design Electronic Design”，2008. ICED 2008. International Conference on Digital Object Identifier: 10.1109/ICED.2008.4786640.

[5] Diogu，K.K.; Harris，G.L.; Mahajan，A.; Adesida，I.; Moeller，D.F.; Bertram，R.A.; “Fabrication and characterization of a 83 MHz high temperature β-SiC MESFET operational amplifier with an AlN isolation layer on (100) 6H-SiC” Device Research Conference，1996. Digest. 54th Annual.

[6] Ming-Dou Ker; Jung-Sheng Chen; “Impact of MOSFET Gate-Oxide Reliability on CMOS Operational Amplifier in a 130-nm Low-Voltage Process” Device and Materials Reliability，IEEE Transactions on Volume: 8，Issue: 2.

作者简介

高频小信号谐振放大器理论篇4

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= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.（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。

第三章

电路的基本原理及电路的设计

3.1 电路基本原理

图3-1-1所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1和RB2以及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

图3-1-1 放大器在谐振时的等效电路如图3-1-2所示，晶体管的4个y参数分别如下：

输入导纳：

输出导纳：

正向传输导纳：

反向传输导纳：式中，为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：

为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为

为基极体电阻，一般为几十欧姆；

为集电极电容，一般为几皮法；为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。

图3-1-2

，电流放大系晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流数有关外，还与工作角频率w有关。晶体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。

图3-1-2所示的等效电路中，p1为晶体管的集电极接入系数，即

式中，N2为电感L线圈的总匝数；p2为输出变压器Tr0的副边与原边匝数比，即

式中，N3为副边总匝数。

为谐振放大器输出负载的电导。通常小信号谐振放

。大器的下一级仍为晶体管谐振放大器，则由图3-1-2可见，并联谐振回路的总电导

将是下一级晶体管的输入电导的表达式为

式中，1.谐振频率为LC回路本身的损耗电导。

放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率。的表达式为：

式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；

为谐路的总电容，3 的表达式为：

式中，谐振频率为晶体管的输出电容；

为晶体管的输入电容。，输出电的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。

2.电压增益

放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.Avo的表达式为：的测量电路如图3-2-1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。计算公式如下：

3.通频带

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为：的0.707倍

式中，为谐振放大器的有载品质因素。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带BW的关系为：

上式说明，当晶体管

确定，且回路总电容

为定值时，谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。

通频带的测量电路如图3-2-1所示。可通过测量放大器的频率特性曲线来求通频带。采用逐点法的测量步骤是：先使调谐放大器的谐振回路产生谐振，记下此时的与，然后改变高频信号发生器的频率（保持Vs不变），并测出对应的电压放大倍数Av，由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的频率特性曲线如图3-3-2所示：

图3-2-2 由BW得表达式可知：

通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用调谐回路的总电容量。4.矩形系数

较大的晶体管外，还应尽量减少

谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示，如图3-2-2所示，矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707

时对应的频率偏移之比，即

上式表明，矩形系数Kr0.1越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。可以通过测量图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数Kr0.1。

3.3 电路的设计与参数计算

3.3.1 电路的确定

电路形式如图3-3-1所示。

图 3-3-1

3.3.2参数计算

已知参数要求与晶体管3DJ6参数。

(1)设置静态工作点

取

IEQ=1mA, VEQ=1.5V, VCEQ=7.5V, 则

REVEQIEQ1.5K

RB2VBQ6IBQVBQ6ICQ18.3K ，取标称值18KΩ

RB1VCCVBQVBQRB255.6K

RB1可用30kΩ电阻和100kΩ电位器串联,以便调整静态工作点。

(2)计算谐振回路参数 {gbe}mS{IE}mA0.77mS

26mV

{gm}mS{IE}mA38mS 26mV

下面计算4个y参数，yiegbejCbe0.96mSj1.5mS

1rbb(gbejCbe)

因为yiegiejCie, 所以

gie0.96mS，rie11.5mS1k，Cie2.2pF gie

yoejCbcrbbgmjCbc0.06mSj0.5mS

1rbb(gbejCbe)

因为yoegoejCoe，所以

goe0.06mS，Coe

yfe0.5mS7pF

gm37mSj4.1mS

1rbb(gbejCbe)

故模

|yfe|3724.12mS37mS

回路总电容为

C

再计算回路电容

2CCp1Coep2Cie53.3pF，取标称值51pF

152.2pF

(2f0)2L输出耦合变压器Tr0的原边抽头匝数N1及副边匝数N3,即

N1p1N25匝，N3p2N25匝

(3)确定输入耦合回路及高频滤波电容

高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是指变压器耦合的谐振回路。由于输入变压器Tri原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，高频耦合电容一般选择瓷片电容

⑴在无信号输入，仅有直流激励的情况下用电流表测量三极管发射极极电流，测得IEQ约为1mA。

⑵接入信号发生器，观察示波器输入输出波形，按照设计要求调节中周。利用仪器测得各指标如下：

f0=10MHz Ａvo＝34dB 仿真数据分析：在误差允许范围里，仿真测量所得数据与理论值相等。

4.2电路的安装与测试

将上述设计的元器件参数值按照图2-1所示电路进行安装。先调整放大器的静态工作点，然后再调谐振回路使其谐振。

调整静态工作点的方法是，不加输入信号（Vi=0），将C1的左端接地，将谐振回路的电容C开路，这时用万用表测量电阻Re两端的电压，调整电阻Rb1使Veq=1.5V(Ie=1mA)。记下此时电路的Rb1值及静态工作点Vbq、Vceq、Veq、及Ieq。

调谐振回路使其谐振的方法是，按照图5-1所示的测试电路接入高频电压表V1、V2，直流毫安表mA及示波器。再将信号发生器的输出频率置于fi=10MHZ，输出电压Vi=5mV。为避免谐振回路失谐引起的高反向电压损坏晶体管，可先将电源电压+Vcc降低，如使+Vcc=+6V。调输出耦合变压器的磁芯使回路谐振，即电压表V2的指示值达到最大，毫安表mA为最小且输出波形无明显失真。回路处于谐振状态后，再将电源电压恢复至+12V。

实验数据：

f0=9.7MHz Ａvo＝28dB

数据分析：

在误差允许范围内，中心频率的理论值与实际值一致，在放大器处于谐振状态下，电压放大倍数Avo放大倍数与理论值有一定的差距，导致误差的原因有如下几点：

（1）实物的实际值与理论值有一定的差距。如电阻电容的理论值与标称值不一致，并且电阻电容的标称值也有一定的误差。

（2）由于分布参数的影响，晶体管手册中给出的分布参数一般都是在测试条件一定的情况下测得的。且分布参数还与静态工作电流及电流放大系数有关。放大器的各项技术指标满足设计要求后的元器件参数值与设计计算值有一定的偏离。（3）性能指标参数的测量方法存在一定的误差。如在调谐过程中，我们通过直接观察波形的输出值的大小来确定电路是否调谐。这样调谐频率的测量值存在误差的同时，放大倍数的测量值也会产生误差。

（4）实验仪器设备的老化等也会导致电路调试过程中出现一定的误差。

小信号放大器实验报告篇5

高频电子线路课程设计（论文）

题目：

高频小信号放大电路设计

学

院：

电子与信息工程学院

专业班级：

电子0942班

学

号：

20号、31号、9号、26号

学生姓名：

指导教师：

起止时间：

2011.9.22~2011.10.20

电气与信息学院

和谐

勤奋

求是

创新

内容摘要

高频小信号谐振放大电路

摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响,表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1）。

关键词： 1.谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。

2.电压增益放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益（放大倍数）

3.通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。

4.矩形系数谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏离之比。

工作计划：

1.确定电路形式。

2.设置静态工作点。3.计算谐振回路的参数。

4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。

content of marketing plan

Resonant frequency small-signal amplifier Abstract: High-frequency small-signal resonance amplifier master of engineering design methods, resonant circuit tuning method, the technical specifications of the amplifier test methods and high-frequency parameters of various distributions in case of impact on circuit performance and characterization of high-frequency small-signal the main performance indicators of the resonant amplifier from the resonant frequency fo, the resonant voltage gain Avo, the amplifier passband BW and selective(usually rectangular coefficient Kr0.1).Keywords: 1 resonant circuit resonant frequency amplifier corresponding to the resonance frequency f0 is called the resonant frequency.2 the resonant circuit voltage gain of the amplifier corresponding to the resonance voltage gain Avo called resonant amplifier voltage gain(magnification)3 pass-band frequency selection as the role of the resonant circuit when the frequency deviation from the resonant frequency, the amplifier voltage gain drop, used to call down to the voltage gain Av resonant voltage gain Avo of 0.707 times the frequency range corresponding to known as the amplifier passband BW.4 rectangular resonant amplifier selectivity coefficient by coefficient Kr0.1 resonance curve of the rectangle to represent a rectangle for the voltage gain coefficient Kr0.1 down to 0.1Avo corresponding to the frequency range and voltage gain drops to 0.707Avo the frequency corresponding to deviation of the ratio.Work plan: 1 to determine the circuit form.2 set the quiescent operating point.3 calculate the resonant circuit parameters.4 Make sure the input coupling loop and high frequency filter capacitor.设计任务说明

一、设计目的

1.了解LC串联谐振回路和并联谐振回路的选频原理和回路参数对回路特性的影响；

2.掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理；

3.掌握高频单调谐放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计； 4.掌握高频单调放大器的设计方案和测试方法。

二、主要技术指标及要求

1.技术指标

已知：电源电压Vcc12V，负载电阻RL1K条件下要求： 1)中心频率：f015MHz； 2)电压增益：40~60dB；

3)通频带：通频带B=2f0300KHz； 4)输入阻抗：Z≥50Ω。2.设计要求

1)设计高频小信号谐振放大电路；

2)根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； 3)写出设计报告。

第一章简述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.1 论述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 第二章总体方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1 设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.2总体方案简述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第三章电路的基本原理及电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.1电路的基本原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.2 主要性能指标及测试方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3 电路的设计与参数的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3.1 电路的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3.2参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 第四章心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 4.1 心得体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 附录元件清单 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

第一章

简述

1.1 论述

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。

高频小信号放大器的分类：

按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器;按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;其中高频小信号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。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。本文以理论分析为依据，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。

第二章总体方案

2.1 设计要求

已知条件：电源电压Vcc12V，负载电阻RL1K，高频三极管3DJ6。主要技术指标：中心频率f015MHz，电压增益Auo(40~60)dB(100倍~1000倍)，通频带B=2f0300KHz，输入阻抗：Z≥50Ω。课程设计要求：要求有课程设计说明书。

2.2 总体方案简述

（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

=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7.（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。第三章

电路的基本原理及电路的设计

3.1 电路基本原理

图3-1-1所示电路为共发射极接法的晶体管小信号调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数会影响放大器的输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻方法与低频单管放大器相同。

和

以及

决定，其计算

图3-1-1

放大器在谐振时的等效电路如图3-1-2所示，晶体管的4个y参数分别如下：

输入导纳：

输出导纳：

正向传输导纳：

反向传输导纳：式中，为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：

为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及有关，其关系为

为基极体电阻，一般为几十欧姆；射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。

为集电极电容，一般为几皮法；为发

图3-1-2

，电流放大系数有晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作点的电流关外，还与工作角频率w有关。晶体管手册中给出了的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。

图3-1-2所示的等效电路中，为晶体管的集电极接入系数，即

式中，为电感L线圈的总匝数，且匝数比，即

；为输出变压器的副边与原边式中，为副边总匝数。

。通常小信号谐振放大器的下。

为谐振放大器输出负载的电导，一级仍为晶体管谐振放大器，则

将是下一级晶体管的输入电导由图3-1-2可见，并联谐振回路的总电导的表达式为

式中，为LC回路本身的损耗电导。

3.2主要性能指标及测量方法

表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率，放大器的通频带粗略测各项指标。，谐振电压放大系数

及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用3-2-1所示电路可以

图3-2-1 输入信号信号由高频小信号发生器提供，高频电压表，分别用于测量2输入的值，示与输出信号的值。直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流波器监测负载

1.谐振频率两端输出波形。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。

放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率。的表达式为：

式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；达式为：

式中，谐振频率为晶体管的输出电容；

为晶体管的输入电容。，输出电压为几毫

为谐路的总电容，的表的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表

指示值达到最大，且输出波形无明显失真。这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率。

2.电压增益

放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益.表达式为：的的测量电路如图3-2-1所示，测量条件是放大器的谐振回路处于谐振状态。计算公式如下：

3.通频带

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数率范围称为放大器的通频带BW，其表达式为：的0.707倍时所对应的频

式中，为谐振放大器的有载品质因素。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数与通频带的关系为：

上式说明，当晶体管通频带确定，且回路总电容

为定值时，谐振电压放大倍数

与的乘积为一常数。

图3-2-2 由BW得表达式可知：

通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用电容量。4.矩形系数

谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数形系数0.707 为电压放大倍数下降到0.1时对应的频率偏移之比，即

上式表明，矩形系数

越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。

来表示，如图3-2-2所示，矩

较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总

时对应的频率范围与电压放大倍数下降到可以通过测量图3-2-2所示的谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数

3.3 电路的设计与参数计算 3.3.1 电路的确定

电路形式如图3-3-1所示。

图 3-3-1

3.3.2参数计算

已知参数要求与晶体管3DJ6参数为(1)设置静态工作点

f MHz T  250，β=50。rbb70，Cbc3pF，取

IEQ=1mA, VEQ=1.5V, VCEQ=7.5V, 则

REVEQIEQVBQ1.5K VBQ6ICQ

RB26IBQ18.3K ，取标称值18KΩ

RB1VCCVBQVBQRB255.6K

RB1可用30kΩ电阻和100kΩ电位器串联,以便调整静态工作点。

(2)计算谐振回路参数 {gbe}mS{IE}mA0.77mS

26mV

{gm}mS{IE}mA38mS 26mV

下面计算4个y参数，yie

因为yiegiejCie, 所以

gie0.70mS，rie

yoegbejCbe0.70mSj1.5mS，由此可得yie1.66mS

1rbb(gbejCbe)1.5mS11k，Cie2.2pF giejCbcrbbgmjCbc0.02mSj0.5mS由此可得yoe0.5mS，1rbb(gbejCbe)，Z112000Ω＞50Ω。YOyoe所以可知输出阻抗：

因为yoegoejCoe，所以

goe0.02mS，Coe

yfe

0.5mS7.0pF

gm37mSj4.1mS由此可得：yfe37.2mS

1rbb(gbejCbe),由中心频率f015MHz，通频带B=2f0300KHz，则回路的有载品质因数得：

QLfo50 B.设定回路的空载品质因数:

C

再计算回路电容为：

的电容串联。

回路中的自损耗电导为： go=200,回路电感:L=5.6

120.1pF

(2f0)2L,故回路总电容为:，故可采取两个标称值为39pF

119.4210-6SRoQo2foL

则回路总电导：

再设定晶体管的集电极接入系数则根据公式可得，即：

Auo由分贝表示电压增益

综合以上理论分析可知，计算求出的单级放大器谐振时的电压增益满足设计要求。但若要验证设计是否能够在实验室条件下工作，还需要搭建电路进行实际操作，所以此方案还有待于进一步的实验验证。

(3)确定输入耦合回路及高频滤波电容

高频小信号谐振放大器的输入耦合回路通常是指变压器耦合的谐振回路。由于输入变压器原边谐振回路与放大器谐振回路的谐振频率相等，也可以直接采用电容耦合，p1p2yfeg109.7

为

2，输出变压器3的副边与原边匝数比

1为，6。

高频耦合电容一般选择瓷片电容。

第四章心得与体会

4.1 心得与体会

本次课程设计的完成，收获颇多，巩固和加深了对电子线路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力。通过此次电路设计让我们学会初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

在这次课程设计过程中最深刻的感触是光有理论知识是远远不够的，还必须懂一些实践中的知识，比如，元器件的参数在设置时尽量选择与标称值相等或相近的（如电阻和电容值的选择）；元器件的等效替换。

在本课程设计中，是我的动手能力有了更进一步的提高，巩固了已学的理论知识。高频电路课程设计相对于以前的模电课程设计来更有难度，更有挑战。

此次课程设计中不但考查了我们对高频电子线路的了解程度，更进一步的使我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用和在电子领域的重要性。在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，但在同伴们的共同努力下，辛苦的去钻研，去学习，最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。其中遇到的问题很多都是在书上不能找到的，所以我们必须自己查找相关资料，利用图书馆和网络，这是一个比较辛苦和漫长的过程，你必须从无数的信息中分离出对于你有用的，然后加以整理，最后才学习到变为自己的并用到设计中的问题去。

通过这次课程设计，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。也为后续课程的学习打下了实践的基础。提高了我们发现问题和解决问题的能力及对相关问题资料查找、分析、筛选、整合的能力。

总而言之，从此次电路设计过程中我们受益匪浅。

参考文献

[1]王卫东.高频电子电路（第二版）.电子工业出版社 2004.[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社 2006.致谢

本次课程设计，能够顺利的完成，多亏老师和同学的指导和帮助。

放大器的设计及制作在所有课题里是相对简单的，但实际做起来并没有我们想的那么容易。在原理图与参数的设计的过程中，我们遇到了很大的困难，特别是在参数设置时，相对低频放大，高频放大的参数设置要复杂的多，我们遇到了许多的问题，经过我们组的成员共同努力，和同学们的交流和耐心的指导，我们才顺利完成任务，在此我我们向他表示我们衷心的感谢。

课程设计的完成，感谢老师的耐心指导帮助，在老师的严格要求下，这次的实际操作让我学到了很多从书本上学不到却终身受益的知识，良好的学习习惯，端正的学习态度。这为我以后的学习和工作打下了良好的基础，更好的去面对社会，适应社会，在此，再次向老师献上我们最真诚的谢意，“老师您辛苦了”！

在此特别感谢姜航老师对我们的耐心教学及环环引导让我们对高频电子线路设计的学习变得生动有趣！

附录

元件清单

元件名称元件大小元件数量

电阻 30KΩ 一个

电阻 18K 电阻 1.5k 电阻 1k 电位器 100K 电容 1000pF 电容 0.01uF 电容 0.033uF 瓷片电容 39pF 三级管3DJ6

Ω Ω Ω Ω 一个一个一个一个一个一个一个

两个

多级放大电路实验报告（定稿）篇6

电子工程学院

一、实验目的

1.理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法 2.熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法 3.掌握多级放大器性能指标的测试方法 4.掌握在放大电路中引入负反馈的方法

二、实验预习与思考

1.多级放大电路的耦合方式有哪些？分别有什么特点？

2.采用直接偶尔方式，每级放大器的工作点会逐渐提高，最终导致电路无法正常工作，如何从电路结构上解决这个问题？

3.设计任务和要求

（1）基本要求

用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知VCC=+12V,-VEE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=1~1.5mA，第二级放大射极电流IEQ4=2~3mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10kΩ，输出电阻小于10Ω，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。

三、实验原理

直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07的等效内部结构，简化部分电路，采用差分输入，共射放大，互补输出等结构形式，设计出一个电压增益足够高的多级放大器，可对小信号进行不失真的放大。

1.输入级电路的输入级是采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它常用作多级直流放大电路的前置级，用以放大微笑的直流信号或交流信号。

典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入，双端输出。放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各对应电阻阻值相同，电路的共模抑制比很高，利于抗干扰。

该电路作为多级放大电路的输入级时，采用vi1单端输入，uo1的单端输出的工作组态。计算静态工作点：差动放大电路的双端是对称的，此处令T1，T2的相关射级、集电极电流参数为IEQ1=IEQ2=IEQ，ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB1=UB2≈0V，则Ue≈-Uon，算出T3的ICQ3，即为2倍的IEQ也等于2倍的ICQ。

此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电路，此处有个较为简单的确定工作点的方法：因为IC3≈IE3，所以只要确定了IE3就可以了，而IE3UR4UE3(VEE)，R4R4UE3UB3Uon(VCC(VEE))R5Uon

R5R6uo1ui1采用ui1单端输入，uo1单端输出时的增益Au12.主放大级

(Rc//RLRL(P//）122

RbrbeR1rbe本级放大器采用一级PNP管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合，各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN型晶体管，输出端uo1处的集电极电压Uc1已经被抬得较高，同时也是第二级放大级的基极直流电压，如果放大级继续采用NPN型共射放大电路，则集电极的工作点会被抬得更高，集电极电阻值不好设计，选小了会使放大倍数不够，选大了，则电路可能饱和，电路不能正常放大。对于这种情况，一般采用互补的管型来设计，也就是说第二级的放大电路用PNP型晶体管来设计。这样，当工作在放大状态下，NPN管的集电极电位高于基极点位，而PNP管的集电极电位低于基极电位，互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点，保证主放大器工作于最佳的工作点上，设计出不失真的最大放大倍数。

采用PNP型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路，其中T4为主放大器，其静态工作点UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2决定。

差分放大电路和放大电路采用直接耦合，其工作点相互有影响，简单估计方式如下：，UC4VEEIC4RP2 UE4VCCIE4R7，UB4UE4UonUE40.7（硅管）由于UB4UC1，相互影响，具体在调试中要仔细确定。此电路中放大级输出增益AU23.输出级电路

输出级采用互补对称电路，提高输出动态范围，降低输出电阻。

其中T4就是主放大管，其集电极接的D1、D2是为了克服T5、T6互补对称的交越失真。本级电路没有放大倍数。

四、测试方法

用Multisim仿真设计结果，并调节电路参数以满足性能指标要求。给出所有的仿真结果。

电路图如图1所示

uo2Rc uo1Rbrbe

仿真电路图

图1 静态工作点的测量：

测试得到静态工作点IEQ3，IEQ4如图2所示，符合设计要求。

图2 静态工作点测量

输入输出端电压测试：

测试差分放大器单端输入单端输出波形如图3，输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍数大约为12.89倍。放大倍数符合要求。

图3 低电压下波形图主放大级输入输出波形如图4

图4 主放大级输入输出波形图

如图所示输入电压为VPP=51.5mV，输出电压为VPP=6.75V放大倍数为131.56倍。整个电路输入输出电压测试如图5

图5 多级放大电路输入输出波形图

得到输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=4.29V，放大倍数计算得到为1062倍实验结论：

小信号放大器实验报告篇7

关键词：声发射,圆锥,波导杆,放大信号

0引言

声发射 (AE) 是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象, 也称为弹性波发射。声发射检测是无损检测和评估中的一种重要方法, 具有动态评估和实时诊断性。目前广泛应用于航空航天、石油化工、材料实验、交通运输等工业[1]。对于传感器不能直接安放在被检测对象上的情况, 需要用导波杆进行辅助检测[2,3,4]。在美国, 检测人员已将波导杆用于原子能压力容器在线监测和可靠性评价, 得到良好的效果。大庆石油学院李善春博士通过研究不同长度和不同截面积的导波杆, 得出杆长度和面积对声发射信号的影响, 将其用于石油管道和水管泄漏检测[5]。本文在以上研究的基础上, 通过理论分析和实验相结合方法, 设计出一种能放大信号的波导杆, 使波导杆的应用范围更广泛。

1弹性波经过杆截面突变的传播

当声发射弹性波沿金属杆传播时, 在杆截面面积发生突变处, 会发生波的透射和反射作用。设声发射弹性波从大截面杆传播到小截面杆, 其位移投射系数[6]为:

$Μ = u_{Τ} / u_{Ι} = \frac{2}{1 + S_{2} / S_{1}}$

式中:S1为杆大截面面积;S2为杆小截面面积;uI为入射波位移;uT为透射波位移。令α=S2/S1, 则M=2/ (1+α) 。由上式可知, 当S2一定时, 增加S1则位移透射系数M增加。但当S2/S1→0时, uT/uI→2, 所以弹性波每经过一个截面积间断杆时, 单级放大倍数的极限为2。圆锥形杆可以近似看做由一系列面积发生强间断的阶梯杆所组成。弹性波在其传播也会增加位移透射系数[7]。

声发射弹性波经过变截面杆透射后位移增大, 质点间的振幅增加, 所以质点间弹力增加, 利用压电传感器把力信号转换为电信号原理[8], 其电信号也增加, 起到放大声发射信号的效果。

2实验方案与步骤

为了研究不同结构形状的导波杆对声发射信号的放大情况, 采集经过不同结构的导波杆信号, 利用能量、最大振幅二个参数研究其放大规律。所以设计了一系列不同结构的杆来研究其放大规律。如图1所示, (a) 为阶梯形杆, (b) 为圆锥形杆, 尺寸见表1。

采集系统:声华科技公司SR150声发射传感器, 自带前置放大器 (放大倍数为40 dB) ;成都中科动态仪器公司PCI4721数据采集卡;上位机PC。

试验步骤如下:

(1) 利用0.5 mm HB铅笔芯折断作为声源进行传感器标定。

(2) 把传感器1放在铁板 (500 mm×500 mm×4 mm) 表面, 传感器2安放在导波杆上面, 且布置在同一圆周上 (圆周半径R=200 mm) , 传感器与铁板及杆之间使用凡士林耦合。在两传感器分布圆圆心处断铅, 采集信号, 每组杆采集20次断铅信号。

(3) 换不同的杆重复步骤 (2) , 记传感器同时在导波杆1和铁板采集信号为第一组, 传感器同时在导波杆2和铁板采集信号为第二组, 依次类推至第七组。

3结果与分析

采集到的信号经过小波去噪处理后[9,10], 处理结果见表2 (比值为传感器安放在导波杆的信号与安放铁板信号之比) 。

由第一组和第二组数据分析, 对面积比α=0.46阶梯杆1和面积比α=0.65阶梯杆2, 随着面积比α的增加, 最大振幅比和能量比都减小, 符合位移透射系数M=2/ (1+α) 随α增加而减小的性质。对圆锥杆3～6, 其大小端面积相同, α为定值, 由第三组至第六组数据可知, 随着锥度的减小, 其最大振幅比和能量比都减小。其原因在于这里的假设是完全弹性体, 没有能量的损失, 而实际金属介质并非完全弹性体, 除了弹性外还有粘性和塑形, 内部还有少量杂质和缺陷, 这些都会引起能量的损耗。设单位体积的能量损耗一定, 对圆锥杆而言, 锥度愈小, 其体积愈大, 波在其传播时, 损耗也愈大。这就解释了相同面积比, 不同锥度的圆锥杆对信号的放大情况不同。从第一、三、四组数据可以看出, 相同面积比的阶梯杆1和圆锥杆3, 4, 圆锥杆的最大振幅比和能量比都比阶梯杆1的大些。比较第三组和第七组数据, 杆3和杆7为相同的高度和小端面积, 但杆3的大端面积比杆7大, 其最大振幅和能量比也比杆7大。

4结论

(1) 位移透射系数M=2/ (1+α) 只对完全弹性体适合, 实际应用中, M除了与α有关外, 还与杆的具体结构和杆的物理性质等有关, 需要实验去修正M。

(2) 阶梯形杆的放大比与其面积比有关, 固定小端面积, 当大端面积增加时, 放大比增加, 但并非线性关系。

(3) 当圆锥形波导杆的大小端面面积一定时, 锥度越大, 能量、最大振幅值越大, 反之越小。

(4) 当圆锥形杆的高度和小端面积固定时, 大端面积越大, 放大倍数也越大。

由此可知, 圆锥形波导杆在声发射检测中, 可以起到导波与放大信号作用, 使得波形更清晰, 有利于准确检测, 提高分析精度, 使导波杆应用更广泛。

参考文献

[1]RAE Min, LEE Joorr-Hyun.Acoustic emission techniquefor pipeline leak detection[J].Key Engeer Materials, 2000, 186 (4) :17-21.

[2]FRIESEL M A.Acoustic emission source identificationusing long-waveguide sensors[J].NDT International, 1986, 19 (3) :161-172.

[3]蒋仕良.波导杆对声发射信号的影响[J].无损检测, 2006, 28 (1) :51-52.

[4]李善春, 戴光, 高峰, 等.波导杆中声发射信号传播特性实验[J].大庆石油学院学报:自然科学版, 2006, 30 (5) :65-68.

[5]李伟, 郭福平.波导杆中声发射源传播特性实验研究[J].化工机械, 2007, 34 (4) :179-183.