高頻小信號放大器的設計與應用

摘要：我國經濟得到了高速發展，信息化時代的到來使得人們的生活質量得到了不斷提高，在這個大環境背景下，對電子技術的發展有了新的要求。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，對其進行了介紹，然后設計并制作出高頻小信號放大器，根據其仿真結果對高頻小信號放大器的應用進行了相關分析。

關鍵詞：高頻小信號放大器；工作原理；電子技術；無線廣播；信息化 文獻標識碼：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，到達接收設備的信號是非常弱的高頻窄帶信號，在做進一步處理之前，應當經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。其功能是實現對微弱的高頻信號進行不失真的放大，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生自激振蕩，也容易受各種因數的干擾，并且難以實現阻抗匹配，所以本文對其缺點做了改進和研究。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。它的應用比較廣泛，主要應用在電視廣播以及通信線路中。根據負載的不同，可以將放大器分為兩種類型：諧振回路負載的放大器、濾波器為負載的放大器。高頻小信號器能夠將信號進行有選擇地放大，最終實現信號質量的提升、抗干擾性的加強。發射機中的振蕩器所能夠產生的信號非常微弱，而如果想要將信號的功率進行有效提高，則必須進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該設置成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

在將信號進行遠距離傳送過程中，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行有效的抵制，只允許所需的信號通過，設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載回路的使用方式設置為諧振，從而完成對一些特殊頻率的信號進行過濾，并將干擾進行對抗匹配。

根據高頻小信號放大器的輸入信號進行分析，得出它的輸入信號一般為小信號，這是由設備的基本構造決定的。接收器所接收到的信號一般比較微弱，工作也就被認為是在線性晶體管范圍中的。當線性元件中有晶體管的存在時，能夠將其當作有源線性網絡分析。高頻小信號放大器的工作部位是發射機，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，因此必須運用網絡進行頻率的選擇，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行篩選出來，并將干擾信號與噪音等的影響進行抵消，而放大線路的功能則與輸入線路的功能相反，是將信號進行放大，在設計電路時應該對這些進行考慮并仔細分析。

3 高頻小信號放大器的設計要求

高頻小信號放大器是通信系統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量造成直接的影響。而高頻小信號放大器的具體設計要求如下：第一，工作頻率高。目前使用的GSM數字移動通信系統的手機中，多為900MHz和1800MHz；第二，功率增益必須做到足夠高，即放大倍數要足夠大；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，故一般負載是諧振回路或濾波器等；第五，信噪率要高；第六，穩定性強，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計必須要考慮到具體的應用情況，因此在進行實際的設計時，應該對其進行具體的考慮。

4 高頻小信號放大器的設計

本文選擇晶體管小信號調諧回路諧振放大器的設計為例進行研究，選用高頻信號發生器、直流穩定電源、數字萬用表、無感起子、數字存儲示波器各一臺，進行設計。

4.1 對放大電路進行設計

高頻小信號放大器的設計按上面的要求，它不僅要放大高頻信號，還要有一定的選頻能力，故其必須要對產生的噪音控制在一定的范圍內，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定性，同時能夠擁有較強的抗輻射能力。

同時為了高頻小信號放大器的放大功能可以持續穩定，應該對電容進行有效的控制，因此可以選用同柵同源級聯電路。另外，在擴大電流的輸出范圍的要求上，使得電流也同步進行了增加，經過分析能夠得出應該選定的電流的值。

4.2 對輸入電路進行設計

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

4.3 對輸出電路進行設計

設計中，阻抗能夠將濾波進行匹配，并將其輸出到網絡。技術的設計指標中將其品質因素確定為4.9，經過分析，在輸出電路中，必須選擇負載比較高的電阻。

4.4 總電路的設計

根據三個部分的電路設計，將其連接在一起形成高頻小信號放大器的總電路。其中需要直流穩定電源的電壓為Vcc=12V，而負載的電阻為RL=1KΩ，選用的高頻三極管型號為3DG6。根據這些數據，進行分析、設計，并進行仿真。

4.5 關鍵指標

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，當工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數下降。故習慣上稱電壓放大倍數Auo下降到諧振電壓放大倍數Auo的0.707倍時，所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶BW。其數學表達式為：

BW=2Δf0.7=fo/QL（QL為回路的等效品質因數）

5 高頻小信號放大器的應用

5.1 高頻小信號放大器的仿真試驗、制作及調試

根據設計的電路，就可以進行仿真試驗，將仿真結果輸出，根據仿真結果進行分析，可以得出仿真數據和真實數據的誤差相差比較小。將仿真實驗的電路制作出來時，由于處于高頻區，分布參數的影響存在，放大器的各項技術指標滿足設計要求后的文件參數值與設計計算值有一定的偏差，所以在調試時要反復仔細調整才能使諧振回路處于諧振狀態。在測試要保證接地良好，調試靜態工作點很重要。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，方便調節靜態工作點。

5.2 高頻小信號放大器的應用分析

經過實驗得出，實驗數據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實生活的應用中存在著一定的誤差，而產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據與其所設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境的影響，電阻值以及電容值都會發生變化。

5.2.2 高頻小信號放大器的說明書中的參數一般是在一定的情況下進行測試所得的，而現實生活中高頻小信號放大器多數使用的環境并不一定，與測試環境有很大的不同，進而使得實際的數據與參數值有一定的差距。

5.2.3 高頻小信號放大器的性能指標的參數也是在一定的情況下測得的，當所采用的測量方法不同時，性能指標的參數也會有所不同。而現實生活中，它的應用情況千差萬別，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行調試的過程中，是通過對波形輸出值大小的觀察來對電路是否需要調試進行確定的，因此當對調諧頻率的測量出現誤差時，所得出的數據也會有很大的差別。

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，進而影響到其功能。

6 結語

高頻小信號放大器在具體的應用中是比較困難的，高頻小信號放大器的理論比較簡單，在實際應用中它的功能會受到各種因素的影響，我們應該根據其理論研究，對現實應用進行更深入的推廣，加強其功能的實現，為無線電廣播事業以及電視廣播事業做出貢獻。實際應用中，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行有效阻擋。

參考文獻

[1]任青蓮.高頻小信號放大器的設計與仿真[J].計算機

仿真，2009，（12）.

[2]吳有恩.CMOS 1.2V電壓10Gb/s光接收機前置放大器

設計[J].2011，（4）.

[3]陳斐.高頻小信號放大器的設計[A].IT時代周刊（論

文專版）[C].2014.

[4]王朋朋，房金明.高頻小信號放大器與高頻功率放大

器之對比學習[J].科技信息，2008，（36）.

[5]王海梅.基于Multisim的高頻小信號諧振放大器仿真

研究[J].新技術新工藝，2015，（2）.

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

（責任編輯：蔣建華）