高频小信号放大器的设计.pdf

高频小信号放大器的设计 陈 斐 美的制冷集团家用空调事业部海外研发中心 广东佛山市顺德区北滘林港路 22 号制冷研究院 528311 摘 要：本设计采用变压器耦合方式实现选频和输出阻抗的匹配，用 LC 振荡电路辅助来消除高频放大器自激震荡和实现准 确的频率选择，研究解决了放大电路中经常出现的自激振荡和阻抗难以匹配等问题。通过仿真分析证明了方法的有效性。 在信号传输中，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。通过长距离的通 信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制 干扰的处理。这就需要通过高频小信号放大器来完成。其功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号频谱来看， 输入信号频谱与放大输出信号的频谱是相同的。由于高频放大电路常常会产生自激振荡，也容易受各种因数的干扰，并且难 以实现阻抗匹配。所以本文对其缺点做了改进和研究。 关键词：高频；小信号；LC 振荡；阻抗匹配 1 系统方案的设计 1.1 电路结构的选择 高频小信号放大器常会产生自激振荡，也易受各种因素干扰，所以针对此电路进行改进如图 1-1 所示： 1）在LC 谐振回路中串联小电阻或并联大电阻，从而减小回路 Q 值，消除自激振荡。 2）在CT 的两端并联一个于电容器C,使其具有选频作用。 3）电源的下端接一个滤波电容，以减小干扰，提高放大器的性能。 图 1-1 高频小信号放大器的电路原理图 1.2 电路的工作过程 1.2.1 静态工作过程 当输入信号 ui=0V 时，放大器处于直流工作状态(静态)。理想情况下，变压器T1 次级、变压器 T2 的 初级视为短路，电容器 Cb、Ce、Cf 视为开路，放大器的直流通路如图 1-2(a)所示。此时，输出信号为 0。 1-2(a)直流通路 1-2 （b）交流通路 1.2.2 动态工作过程 当输入信号 ui 不等于 0V 时，放大器处于交直流工作状态(动态) 。理想情况下，电容器 Cb、Ce、Cf 视 为短路，放大器的交流通路如图 1-2(b)所示。 1.3 电路参数的计算与元件选择 1.3.1 确定静态工作点 IT Time Weekly 61 (一)选择晶体管与计算 Y 参数 ∆ 0.7 由设计要求f o 20MHz ，2 f 4MHz ，且电压增益不是很大，选用晶体管 3DG6C 在性能上可以 满足需要。晶体管选定后，根据高频小信号谐振放大器应工作于线性区，且在满足电压增益要求的前 提下，IEQ 应尽量小以减小静态功率损耗。这里采用IEQ 等于 1mA 进行 Y 参数计算，进行调整。 1、求晶体管的混合π 参数： 已知晶体管3DG6C 参数为f T ≥ 250MHz ，rbb 70Ω ，Cb c 3pF ，IEQ 1mA ，β 0 60 。可求得： (1)发射结的结电阻rbe β 0 × 26mV / IEQ (mA) 1.56 × 103 (2)发射结的结电导gb e 1/ rb e 0.64 × 10 -3S (3)晶体管的跨导gm Ie(mA) / 26(mV ) 38.46 × 10-3S π (4)发射结电容Cb e gm /(2 f T ) 24.5 × 10-12F = 24.5pF 2、由混合π 参数求 Y 参数： 由于Cb c 3pF ，Cb e Cb c ，可以按下列公式计算： (1)共射晶体管输入导纳： gb e + j ωCb e y ie 1.16 + j 2.82mS 1+ rbb (gb e