高频实验报告实验二 单调谐高频小信号谐振放大器.总结

单调谐高频小信号谐振放大器

目录

一、实验原理 ........................................................................................................................... 2 二、仿真分析 ........................................................................................................................... 8 2.1 实验一 ............................................................................................................................ 8 2.2 实验二 .......................................................................................................................... 14 三、单调谐放大电路设计实例 ............................................................................................. 22 3.1电路选择与参数计算 ................................................................................................... 23 3.1.1选定电路形式 ........................................................................................................ 23 3.1.2设置静态工作点 .................................................................................................... 24 3.1.3谐振回路参数计算 ................................................................................................ 24 3.1.4确定耦合电容与高频滤波电容： ........................................................................ 24

一、实验原理

调谐放大器的主要特点是晶体管的集电极负载不是纯电阻，而是由 L、C组成的并联谐振回路，由于L、C并联谐振回路的阻抗随频率而变化，在谐振频率处、其阻抗是纯电阻，且达到最大值。因此，用并联谐振回路作集电极负载的调谐放大器在回路的谐振频率上具有最大的放大系数，稍离开此频率放大系数就迅速减小。因此用这种放大器就可以只放大我们所需要的某些频率信号，而抑止不需要的信号或外界干扰信号。正因如此，调谐放大器在无线电通讯等方面被广泛地用作高频和中频选频放大器。

调谐放大器的电路形式很多，但基本的电路单元只有两种：一种是单调谐放大器，一种是双调谐放大器。这里先讨论单调谐放大器。

(—) 单调谐放大器的基本原理

典型的单调谐放大器电路如图1.1所示。图中R1, R2 是直流偏置电阻；LC并联谐振回路为晶体管的集电极负载，Re是为提高工作点的稳定性而接入的直流负反馈电阻， Cb和Ce是对信号频率的旁路电容。输入信号Vs’经变压器耦合至晶体管发射结，放大后再由变压器耦合到外接负载RL，CL上。为了减小晶体管输出导纳对回路的影响，晶体管T1采用抽头接入。

VCCR1Vs’C123L45RLCLVsR2CbReCe

图1.1高频小信号谐振放大器电路

在低频电子电路中，我们经常采用混合π模型来描述晶体管。把晶体管内部的物理过程用集中元器件RLC表示。用这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的π参数等效电路。混合π 参数是晶体管物理参数，与频率无关，物理概念清楚。但是由于输入输出相互牵制，在高频分析时不太方便。在高频电子线路的分析中，通常采用Y参数模型来描述晶体管。Y参数是一种网络参数，由于它将晶体管的输入输出分开，所以便于进行高频分析。Y参数与频率有关，但是通常高频小信号放大电路属于窄带放大电路，所以不影响Y参数的运用。Y参数本身可以通过混合π 参数换算，也可以通过专门的仪器进行测量。

晶体管混合π模型如下图所示

Cμbrbb'rb'eb'rb'cCπg vm b'ecrce

e图1.2混合π模型

其中rbb?是基极电阻，rb?e是发射结电阻，rb?c是集电结电阻，gm称为跨导

gm??0rb'e?Ic(mA)26(mV) (1-1)

C?为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。C?为集电结电容，一般为几皮法。对于共发射极组态的三极管电路，Y参数定义如下：

??ib?yievb?yrevc (1-2) ???ic?yoevc?yfevbyie?yoe?yfe?yre?ibvbicvcicvbibvcvc?0输出短路时的输入导纳输入短路时的输出导纳输出短路时的正向传输跨导输入短路时的反向传输跨导 (1-3)

vb?0vc?0vb?0ibvb

y vre cyieyfe v bicyoevc

图1.3 晶体管Y参数模型

根据晶体管混合π参数模型，可得到 Y参数如下：

在C???C?的情况下，近似有yie?yfe?yb'e,1?rbb'yb'egm,1?rbb'yb'eyoe?gce?yb'c?yre??yb'c1?rbb'yb'e (1-5)

yb'cgmrbb'1?rbb'yb'e (1-4)

其中：yb'e?gb'e?j?C?，yb'c?gb'c?j?C?gb'e?111，gb'c?，gce?rb'erb'crce通常情况下rbb'较小，一般几百欧姆，rb'e较大，一般几千欧姆，为了估算方便，进一步将得到 Y参数简化如下：

yie?yb'e?yb'e?gb'e?j?C?1?rbb'yb'e (1-6)

yoe?gce?yb'c?yb'cgmrbb'1?rbb'yb'e?gce?yb'c?gce?gb'c?j?C? (1-7) ?gce?j?C?例如，某晶体管的混合π参数为：

当IEQ?1mA,VCE?6V时,rbb'?60?,rb'e?1k?,rb'c?2.6M?,rce?65k?,C??780pF,C??9pF低频工作时，忽略C?,C?，有

yie?0.943mS,yoe?15.4μS,yfe?35.8mS,yre??0.363μS

高频工作时，设f=465kHz，代入前面的公式，有

yie?(1.2?j2.0)mS,yoe?(22.6?j81.9)μS,|yfe|?35.6mS,?yfe??7.4?|yre|?24.6μS,?yre??97.4?

结果是所有的参数都变成了复数，其中yfe略有变小，并略有相移。但是yre变化强烈，

并产生了很大相移，表示晶体管产生了强烈的内反馈。

根据y参数模型，得到图1.1高频小信号谐振放大器电路相应的等效电路如下：

信号源isysyie晶体管yrevceyfevbeyoeLC谐振回路G0CL35214负载RLCL

图1.4 谐振放大器电路等效电路A

根据晶体管的Y参数等效电路1.4，若忽略晶体管的内反馈，并将各元件都折算到回路两端，就可将图1.4等效成图1.5。

isys谐振回路晶体管Ciegieioe'goe'Coe'G0CL3负载gL'CL'1

图1.5 谐振放大器电路等效电路B

其中is，ys为信号源，p1?n12为晶体管的集电极接入系数，式中n13为电感线圈n13n45为输出变压器的副线圈与n13的总匝数，n12为晶体管的集电极接入电感线圈匝数；p2?原线圈的匝数比，式中n45为电感副线圈的匝数。G0为LC回路本身的损耗电导，L为谐振回路电感。其它参数如下所示：

gie?1 (1-8) rb'eCie?C? (1-9)

ioe'?p1ioe?p1yfevbeyoe'?py?goe'?j?Coe'2221oe (1-10)

其中goe'?p12goe,Coe'?p12CoeyL'?gL'?j?CL'?pgL?j?pCL22 (1-11)

gL'?j?CL'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yL'将是下一级晶体管的输人电导gi和电容Ci。

晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流、电流放大系数?有关外，还与工作角频率ω有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测量条件一定的情况下测得的。

如在f0?30MHz，IE?2mA，VCE?6V条件下测得3DG47的Y参数

gie?1.2ms，Cie?12pF，yfe?58.3ms，goe?400?s，Coe?9.5pF

（二） 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f0，谐振电压放大倍数Av0， 放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等，采用图1.6所示的测试电路可测量各项指标。实验电路被设计成多个实验通用。对于本实验来说，电路由晶体管Q1，谐振回路C2A,C2B,T1等构成。本实验的谐振频率由C2BC6是输出耦合电容，R6是负载电阻。