高频小信号放大电路
项目一 高频小信号放大器
主要内容：
基础知识
模块介绍
项目训练
1、基础知识
1.1高频小信号放大器的概念及分类
1、高频小信号放大器概念
放大高频小信号（中心频率在几百千赫兹到几百兆赫兹）的放大器称为高频小信号放大器。
2、高频小信号放大器分类
根据工作频带的宽窄不同，高频小信号放大器分为宽带型和窄带型两大类。 所谓频带的宽窄指的是相对频带，而不是绝对频带，即通频带与其中心频率的比值。
宽带放大器的相对频带较宽，往往在0.1以上；窄带放大器的相对频带较窄，往往小到0.01，本项目主要介绍小信号谐振放大器。
1.2 宽带放大器
1.2.1宽放的特点及分析方法
1、特点
①采用特征频率fT很高的高频管； ②负载为非谐振的；
③对电路的技术指标要求高。
2、分析方法
分析宽带放大器的频率特性，可以采用与分析一般音频放大器频率特性相似的方法，即稳态（又称频域分析法）。也可以用另一种分析方法，就是考察阶跃信号通过放大器后的失真情况，称为暂态法（又称时域分析法）。
1） 稳态法
依据：任何复杂的信号都可看成是由许多不同频率、不同幅度的正弦波的叠加。 方法：通过分析或测量宽带放大器对不同频率正弦波的响应，得到电路的幅频特性和相频特性，并由此分析出该放大器的一些性能指标。 应用连接图示
：
2） 暂态法
依据：任一信号都可看成由许多起始时间不同、幅度不同的矩形脉冲的叠加。 方法：通过观察矩形脉冲经宽带放大器放大后波形的失真情况，来判断该放大器
的相关特性。 应用连接图示
1.2.2 扩展通频带的方法 1、组合电路法
放大电路三种组态的特点：
共射：Au大，Ri、Ro中，fH低
共集： Au小， Ri大，Ro小， fH高 共基： Au大， Ri小， Ro大， fH
较高 适当组合可得到以下几种常见的组合电路：
2、负反馈法
引入负反馈课扩展放大器的通频带，而且反馈越深，通频带扩展得越宽。但是，引入负反馈容易造成放大器工作的不稳定，甚至出现自激振荡，这是必须注意的问题。
3、集成宽带放大器
1.3小信号谐振放大器
1.3.1谐振放大器概念
采用调谐回路作为负载的放大器，选频或滤波是其基本特点。
选频网络在高频电子线路中得到广泛应用，它能选出我们需要的频率分量，滤去不需要的频率分量。
单振荡回路
谐振回路（由L、C
组成）
耦合振荡回路
选频网络
各种滤波器
LC集中滤波器
石英晶体滤波器 陶瓷滤波器 声表面波滤波器
1、LC串联谐振回路 （1）概述
信号源与电容和电感串接，就构成LC串联谐振回路。 串联谐振回路的阻抗在某一特定频率上具有最小值，而偏离这个特定频率的时候阻抗将迅速增大。回路的这种特性称为谐振特性，这个特定频率就叫做谐振频率。
谐振回路具有选频和滤波作用。 （2）谐振条件
z=R+jx=R+j(ωL-
1
)=|z|ejωωC
12
)ωC
|z|=R2+X2=R2+(ωL-
ωL-
R
ϕ=arctg
X
=arctgR
1 V1 令X=ωL-=0 则I=Io=s达到最大值，回路发生谐振。 RωC
串联谐振角频率ωo和频率fo分别为
ωo=
（3）谐振特性
fo=
①谐振时（ω=ωo），回路电抗X为0，阻抗Z=R为最小值，且为纯电阻性；
1
，回路呈感性； ωC1
ω
ωC
②谐振时，电流达到最大且与电源同相。 ω>ω0时，ωL>
③谐振时，电感及电容两端电压模值相等，且等于外加电压的Qo倍。 品质因数Qo：
谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R的比值称为回路的品质因数，以Qo表示，它表示回路损耗的大小。
Qo=
ωoL
R
=
1
ωoCR
广义失谐系数ξ，表示回路失谐大小的量，其定义为 ξ=
(失谐时的阻抗)X
=
R
ωL-
1
=ωoL⎛ω-ωo⎫=Q⎛ω-ωo⎫
⎪⎪o
RR⎝ωoω⎭ωω⎝o⎭
（4）谐振曲线和通频带
①谐振曲线
串联谐振回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线称为谐振曲线。
可用N(f)表示谐振曲线的函数。
Vs
R+j(ωL-) 失谐时电流 IR N(f)===
1V谐振时电流 IsoR+j(ωL-)
ωCR
11
==
11+jξωL-1+
R
由图可见，回路的Qo值越高，谐振曲线越尖锐，回路的选择性好。因此，回路Qo值的大小可说明回路选择性的好坏。 ②通频带
回路外加电压的幅值不变，改变频率，回路电
流I 下降到I o
时所对应的频率范围称为谐振
回路的通频带，其绝对值（用2∆ω0.7或2∆f0.7表示）为
2∆ω0.7=ω2-ω1=
ω0
Qo
或 2∆f0.7=f2-f1=
f0
Qo
由此可见，通频带与回路的品质因数Qo成反比，
Qo越高，谐振曲线越尖锐，回路的选择性越好，但
通频带越窄。
2、LC并联谐振回路 （1）概述
对于信号源内阻和负载比较大的情况，宜采用并联谐振回路。
电感线圈L、电容C、外加信号源相互并联，就构成LC并联谐振回路。
LC并联谐振回路 LC并联谐振回路的等效电路 （2）谐振条件
11
(R+jωL)
jωCjωC
z= =
11
R+jωL+R+j(ωL-)
jωCωC
(R+jωL)
一般回路的损耗很小，满足ωL R L/CR
∴ z≈
1+j(ωL-)
RωC1
当X=ωL-=0时，回路发生谐振。并联谐振角频率ωo和频率fo分别为
ωC
ωo≈
fo≈ （3）谐振特性
①谐振时（ω=ωo），回路电抗X为0，阻抗Z为纯电阻性，并达到最大值；
1
，回路呈容性； ωC1
ω
ωC
ω>ω0时，ωL>
达到最大且与电源同相。②谐振时，电压Vo
③谐振时，电感及电容中的电流幅值相等，且等于外加电流源的Qo倍。 品质因数Qo： Qo= 广义失谐系数ξ
⎛ωω⎫
ξ=Qo -o⎪
⎝ωoω⎭
ωoL
R
=
1
ωoCR
（4）谐振曲线和通频带 ①谐振曲线
N(f)=
1
⎛ωωo⎫
1+jQo -⎪
ω⎝oω⎭
≈1
1+jξ
0Q1> Q2
f
②通频带
2∆ω0.7=ω2-ω=1
ω0
Qo
或 2∆f0.7=f2-f1=
f0
Qo
并联谐振回路的通频带、选择性与回路品质因数与串联谐振回路是一样的。
1.3.2谐振放大器分类
1.3.3主要性能指标
①谐振电压增益Au0—放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。
②通频带BW0.7—放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率范围。 ③选择性
§抑制比： d=20lgAu0/Au(dB) §矩形系数： K0.1=BW0.1/BW0.7
2、模块介绍
本项目涉及的模块主要包括单调谐放大器、双单调谐放大器、集中选频放大器。
2.1单调谐放大器
1、单级单调谐放大器电路结构
① 集电极负载为LC并联谐振回路 ② 采用了部分接入方式
2、单级单调谐放大器的性能分析：
谐振频率：
f=1
0 2πLC∑
其中：C∑为等效的回路总电容。
通频带： BW00.7=
f
Qe
其中：QRe为回路的有载品质因数。有： Q∑
e=
ωL
=R∑ω0C∑
0 矩形系数： KBW0.1
0.1=≈9.95
BW0.7
其中：可见其矩形系数远大于1，选择性较差。
3、多级单调谐放大器的性能指标
① 电压增益：如果有n级且各级增益相同 则：Au=AU1.AU2.AU3.AU4……..AUN =(Au1)n ② 通频带： 1
BW1∙f
0.7=2n-
Qe
1③ 选择性：N级的矩形系数为 K0.1
100n
-1
0.1=
BW
BW=
0.7
12n
-1
2.2双调谐放大器
1、双调谐放大器电路结构
1) 集电极负载为双调谐耦合回路 2) 初、次级均采用了部分接入方式
2、双调谐放大器性能特点：
双调谐放大器在临界耦合的条件下谐振电压增益是单调谐的1/2倍。 双调谐的通频带和单调谐通频带的关系：BW0.7=2
f0
Qe
矩形系数小于单调谐，选择性好，即K0.1= 缺点是调谐不方便。
2.3集中选频放大器
1、集中选频放大器的组成 第一种形式
BW0.1
≈3.16 BW0.7
第二种形式
2、集中选频滤波器
(1) 晶体滤波器
1)石英晶体的物理特性
石英晶体是一种各向异性的结晶体，化学成分是SiO2，具有稳定的物理化学特性。
2)石英晶体的压电效应
石英晶体的具有正、反两种压电效应。当石英晶体沿某一电轴受到交变电场
作用时，就能沿机械轴产生机械振动，反过来，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生电场,且换能性能具有谐振特性，在谐振频率，换能效率最高。 3)石英晶体符号及等效电路石英晶体的等效电路如右图所示，电容C0称为石英谐振器的静电容，。其容量主要决定于石英片尺寸和电极面积；Lq、
Cq、rq等效它的串联谐振特性，Lq为晶体的质量（惯性），Cq
为等效弹性模数，rq为机械振动中的摩擦损耗。
3)石英晶体的电抗特性
由等效电路可知，石英晶体有两个谐振频率： 一个是由Lq、Cq、rq组成的串联谐振频率
fq=
另一个是包含C0在内的整个电路的并联谐振频率
fp=
≈fq(1+
Cq2C0
)
晶体滤波器的等效电抗为
22
11-fq/f
X=- 22
ωC01-fp/f
电抗特性曲线如右图所示，由图可知：
当f>fp,f0，晶体呈现感性。
由于f=fq时X=0，f=fp时X→∞，因此，石英晶体滤波器可用作高频窄带滤波器。石英晶体滤波器工作时，石英晶体两个谐振频率之间感性区的宽度决定了滤波器的通带宽度。
(2) 陶瓷滤波器
1) 陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”
陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”
与石英晶体相似，因此工作原理、等效
电路与石英晶体滤波器相同，其电路符号与石英晶体滤波器也相同。 2) 两端陶瓷滤波器（外形及符号）
两个谐振频率：
1
fs=
2πL1C1
1
fp=
C1C0
2πL1 C1+C0
3)三端陶瓷滤波器
陶瓷滤波器：工作频率为几百kHz ~ 几十MHz，使用时，其输入阻抗须与信号源阻抗匹配其输出阻抗须与负载阻抗匹配。 优点：体积小、成本低、受外界影响小。
缺点：频率特性较难控制，生产一致性较差，BW不够宽。 (3)声表面波滤波器
声表面波滤波器是声表面波（用SAW 表示）器件的一种。 SAW 器件是一种利用弹性固体表面传播机械振动波的器件。
声表面波滤波器优点：体积小、重量轻、性能稳定、特性一致性好、工作频率高（几MHz～几GHz）、通频带宽、抗辐射能力强、动态范围大等。 实用的声表面波滤波器的矩形系数可小于1.2，相对带宽可达50%。
本学习项
目小结：
11
1、高频小信号放大器分为宽带和窄带两类。
2、扩展频带的方法有负反馈法、组合电路法和补偿法。
3、小信号谐振放大器是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成 ，具有选频或滤波功能。按谐振负载的不同，可分为单调谐放大器、双调谐放大器等。 4、集中选频放大器是由集中选频滤波器和宽带放大器组成。常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。
3、项目训练
项目训练一 单调谐放大器
一、训练目的及原理
目的：1.熟悉电子元器件和高频电路实验箱。
2.熟悉谐振回路的幅频特性分析--通频带与选择性。
3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展。 4.熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。
原理：调谐放大器由晶体管和调谐回路两部分组成，调谐回路并接在晶体管输出
端，具有选频作用，晶体管的工作频率很高且工作在窄带状态，从而提高了电路的稳定性。 二、实验仪器设备
双踪示波器 、高频信号发生器、高频毫伏表、数字万用表、高频电路实验箱及实验板G1 三、预习要求
1.复习谐振回路的工作原理。 2.了解谐振放大器的电压放
大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。 3.实验电路中, 若电感量 L=1μh，回路总电容C=220pf (分布电容包括在内),计算回路中心频率f。 四、实验内容及步骤
(一)单调谐回路谐振放大器。 实验电路见图1-1
12
图1-1 单调谐回路谐振放大器原理图
(1).按图1-1所示连接电路 (注意接线前先测量+12V电源电压，无误后，
关断电源再接线)。
(2).接线后仔细检查，确认无误后接通电源。 1. 静态测量
实验电路中选Re=1K
测量各静态工作点，计算并填表1.1
表1.1
* VB，VE是三极管的基极和发射极对地电压。 3.动态研究
(1). 测放大器的动态范围Vi～V0(在谐振点)
选R=10K，Re=1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接
高频毫伏表，选择正常放大区的输入电压Vi，调节频率f使其为10.7MHz，调节CT使回路谐振，使输出电压幅度为最大。此时调节Vi由0.02伏变到0.8伏，逐点记录V0电压，并填入 表1.2。Vi的各点测量值可根据(各自)实测情况来确定。
表1.2
(2).当Re分别为500Ω、2K时，重复上述过程，将结果填入表1.2。 (3).测量放大器的频率特性
当回路电阻R=10K时, 选择正常放大区的输入电压Vi，将高频信号发
生器输出端接至电路输入端，调节频率f使其为10.7MHz，调节CT使
13
回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的回路谐振频率f0=10.7MHz为中心频率，然后保持输入电压Vi不变，改变频率f由中心频率向两边逐点偏离，测得在不同频率f时对应的输出电压V0，将测得的数据填入表1.3。频率偏离范围可根据(各自)实测情况来确定。
表1.3
计算f0=10.7MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。
(4).改变谐振回路电阻，即R分别为2KΩ，470Ω时，重复上述测试，并填入表1.3。比较通频带情况。 五、实验报告要求
1．在同一坐标纸上画出IC不同时的动态范围曲线，并进行比较和分析。 2．整理实验数据，并画出单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通 频带,整理并分析原因.
项目训练二 双调谐放大器实验
1. 实验线路见图1-2
图1-2 双调谐回路谐振放大器原理图
(1) .用扫频仪调双回路谐振曲线
接线方法同上3(3)。观察双回路谐振曲线，选C=3pf，反复调整CT1、
CT2使两回路谐振在10.7MHz。
14
(2).测双回路放大器的频率特性
按图1-2所示连接电路,将高频信号发生器输出端接至电路输入端，
选C=3pf，置高频信号发生器频率为10.7MHz，反复调整CT1 、CT2使两回路谐振，使输出电压幅度为最大，此时的频率为中心频率，然后保持高频信号发生器输出电压不变，改变频率，由中心频率向两边逐点偏离，测得对应的输出频率f和电压值,并填入表1.3。
五、实验报告要求
1.写明实验目的。
2.画出实验电路的直流和交流等效电路，计算直流工作点，与实验实测结果比较。
3.写明实验所用仪器、设备及名称、型号。
4.整理实验数据，并画出幅频特性。
(1).单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带,整理并分析原因。
(2).双调谐回路耦合电容C对幅频特性，通频带的影响。从实验结果找出
单调谐回路和双调谐回路的优缺点。
5.本放大器的动态范围是多少（放大倍数下降1dB的折弯点V0定义为放大
器动态范围），讨论IC对动态范围的影响。
15