高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)

明國東

摘 要：高頻小信號(hào)放大器是在無線廣播使用的一種相關(guān)設(shè)備。信息化不斷發(fā)展的當(dāng)代，對(duì)于此類器具的需求也在不斷提高，本文從高頻小信號(hào)放大器入手對(duì)于此類高頻小信號(hào)發(fā)達(dá)器進(jìn)行相關(guān)方面的研究與設(shè)計(jì)，從工作原理和運(yùn)作特點(diǎn)等方面入手，分析當(dāng)下此類產(chǎn)品的一般工作原理，以供他人參考。

關(guān)鍵詞：高頻小信號(hào)放大器；工作原理；仿真調(diào)試

中圖分類號(hào)：TN72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、高頻小信號(hào)放大器的工作原理及分類

1.高頻小信號(hào)放大器的工作原理

在人們開發(fā)對(duì)于信息的遠(yuǎn)距離傳送時(shí)，電波作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)信息遠(yuǎn)距離傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，被人們廣泛運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中的各種信息傳輸上去。而在電波長距離的傳遞過程中，由于中途可能發(fā)生的各種信號(hào)干擾，會(huì)導(dǎo)致在相關(guān)設(shè)備接收到的信號(hào)發(fā)生一定的變化，影響了電波信號(hào)傳輸過程中的信息準(zhǔn)確性和及時(shí)性。在這種情況下，人們就會(huì)選擇使用高頻信號(hào)，來抵抗信號(hào)在傳遞的過程中遇到的影響信號(hào)傳遞的種種因素。

高頻信號(hào)是電子傳輸信號(hào)的一種，高頻是對(duì)于此類電波的一種描述，通常情況下指的是3MHz～30MHz的信號(hào)頻率，但是其實(shí)高頻信號(hào)的頻率范圍則是包含了3MHz～X00GHz的頻率范圍中所有頻率的電波。在具體的應(yīng)用上，是將一般信號(hào)提高到一定頻率范圍，對(duì)所通過的信號(hào)進(jìn)行限制，然后增益設(shè)備，高頻接收器接收信號(hào)，并獲取和分析出信號(hào)中所攜帶的信息，完成信息的傳遞。由于傳遞信息時(shí)所使用的是高頻信號(hào)進(jìn)行傳輸，因此對(duì)于傳輸途中各種因素對(duì)于信號(hào)的影響也能夠降至最低。整體改善了通信傳輸中對(duì)于無線傳輸技術(shù)層面的困境。

根據(jù)高頻小信號(hào)放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行分析，得出它的輸入信號(hào)一般為小信號(hào)，這是由設(shè)備的基本構(gòu)造決定的。接收器所接收到的信號(hào)一般比較微弱，工作也就被認(rèn)為是在線性晶體管范圍中的。當(dāng)線性元件中有晶體管的存在時(shí)，能夠?qū)⑵洚?dāng)作有源線性網(wǎng)絡(luò)分析。高頻小信號(hào)放大器的工作部位是發(fā)射機(jī)，目的是為了將信號(hào)的衰弱減小，并增加信號(hào)的輸出功率。

2.高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)

由于高頻小信號(hào)放大器的信號(hào)應(yīng)用范圍一般在幾百到幾千千赫之間，而需要傳輸?shù)男盘?hào)的寬帶則有幾千赫茲到幾十兆赫這樣大的范圍，如何對(duì)于目標(biāo)的信號(hào)進(jìn)行傳遞處理，在方法的選擇上主要依靠對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用來選擇信號(hào)的頻率問題。

3.高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)理念

作為能夠直接影響接收信號(hào)質(zhì)量的通信系統(tǒng)重要組成部分，高頻小信號(hào)放大器在設(shè)計(jì)上有著以下要求：第一，是要能滿足當(dāng)前主體通信設(shè)備的頻率，根據(jù)當(dāng)前我國國內(nèi)所使用的設(shè)備的硬性條件來決定設(shè)計(jì)的高頻小信號(hào)放大器所適應(yīng)的波段要求；第二，功率增益上，要能夠?qū)Πl(fā)射和接收信號(hào)的裝置進(jìn)行足夠程度的增幅，即對(duì)信號(hào)方面的放大倍數(shù)必須足夠；第三，固定通頻寬帶，也就帶寬的標(biāo)準(zhǔn)；第四，對(duì)于信號(hào)能夠進(jìn)行精確選擇，對(duì)于信號(hào)的篩選和處理的能力一定要強(qiáng)，這也是高頻小信號(hào)放大器的工作要點(diǎn)；第五，信號(hào)與噪音之間的信噪比要高，對(duì)于信息傳遞與接收過程中出現(xiàn)的噪音，要能合理消除或抵消，對(duì)于正確信息傳遞量要確保，提高信噪比，是實(shí)現(xiàn)一個(gè)高頻小信號(hào)放大器工作的基礎(chǔ)；第六，對(duì)于穩(wěn)定性的保障，在儀器本身的正常運(yùn)行中，要保持一個(gè)良好的工作狀態(tài)不受外界因素的影響也很重要，只有當(dāng)高頻小信號(hào)放大其本身工作狀態(tài)得到保證，才能穩(wěn)定地進(jìn)行型號(hào)的輸出與傳遞的相關(guān)工作。此外，對(duì)于不同工作環(huán)境的適應(yīng)性也應(yīng)該是在進(jìn)行高頻小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮的工作重點(diǎn)，對(duì)于不同環(huán)境中進(jìn)行相對(duì)具有適應(yīng)性和針對(duì)性的設(shè)計(jì)，能夠確保在具體操作中高頻小信號(hào)放大器工作的穩(wěn)定性，進(jìn)一步確保儀器發(fā)揮出相應(yīng)的工作水準(zhǔn)。

二、高頻小信號(hào)放大器的相關(guān)設(shè)計(jì)

對(duì)于高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)，通常的思路都是選擇形成電阻電容諧振回路的原理來進(jìn)行的，必要的情況下，還可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，模擬信號(hào)傳遞過程中頻率、振幅等實(shí)際情況與受影響結(jié)果。采用的設(shè)備有，高頻信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)定電源、數(shù)字萬用表、無電感螺絲刀和數(shù)字存儲(chǔ)示波器等。

在儀器的組成上，整體的思路是對(duì)于整體的電路提前進(jìn)行規(guī)劃，確保對(duì)指標(biāo)進(jìn)行測定的階段可以合理地進(jìn)行。在電子元件的使用上，分立元件與集成元件都能夠成為高頻小信號(hào)放大器的元件應(yīng)用模式，分立元件的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)于晶體管的應(yīng)用效率較高，線路要求相對(duì)簡單，加工、關(guān)聯(lián)原件的方式也不復(fù)雜；而集成的方式則有著體積輕便，設(shè)計(jì)簡單等提點(diǎn)，具體的使用方法要根據(jù)工作環(huán)境的具體要求來進(jìn)行選擇。

在組成上高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)上大體分為三個(gè)部分，即對(duì)信號(hào)的收集，在電路的輸入部分，包括了篩選有用信號(hào)功能、過濾和低效噪音干擾功能、根據(jù)噪音自動(dòng)匹配阻抗的功能；第二部分是將電路進(jìn)行放大的功能在直線的領(lǐng)域內(nèi)，盡可能地進(jìn)行擴(kuò)大，對(duì)于噪音的處理也要能夠最大程度的保證；第三部分是輸出電路的部分，此部分的主要內(nèi)容是對(duì)于頻率選擇功能的確立，和對(duì)于阻抗正確匹配。完成此三方面的設(shè)計(jì)后可根據(jù)情況對(duì)于高頻小信號(hào)放大器進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)分析。

1.電路方面的設(shè)計(jì)

首先要明確的是，我國的廣播帶的調(diào)頻頻率是在88MHz～108MHz之間，所以廣播FM頻帶的小信號(hào)放大器的頻率也是在88MHz～108MHz之間，規(guī)定頻帶的寬度就是20MHz，中心的頻率是98MHz，電纜同軸的阻抗特性應(yīng)當(dāng)和輸出輸入的阻抗相同是50Ω。那么，在放大電路的設(shè)計(jì)上，對(duì)于眾多形式的電路進(jìn)行選擇，盡可能選取較為穩(wěn)定，適應(yīng)能力較好?？馆椛淠芰?qiáng)的場效應(yīng)管。以滿足使用環(huán)境對(duì)于高頻小信號(hào)放大器電路上的要求。而輸入電路上采取電感分壓式LC并聯(lián)的諧振回路，來滿足對(duì)于場相應(yīng)管輸入阻抗與匹配阻抗的變換；針對(duì)目前50Ω的負(fù)載的電阻，在輸出電路上，根據(jù)阻抗以及選頻匹配的結(jié)果得出設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)指標(biāo)的品質(zhì)因數(shù)。并根據(jù)場效應(yīng)管得出負(fù)載交流和電壓的相關(guān)數(shù)值，最后選出系統(tǒng)中的最優(yōu)電阻進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)。

2.關(guān)鍵指標(biāo)的測算工作

對(duì)于所使用的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的測算，用以評(píng)估設(shè)計(jì)整體的合理性。對(duì)于在整個(gè)系統(tǒng)中存在的諧振增益、通頻帶等要進(jìn)行仔細(xì)的測算。此外，在電路的設(shè)計(jì)上還要確定出靜態(tài)的工作點(diǎn)和電壓的增益數(shù)值，方便在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于電子元件的選擇上進(jìn)行參考。對(duì)于電路結(jié)構(gòu)的選擇也是基于關(guān)鍵指標(biāo)測算結(jié)果得出的數(shù)據(jù)，綜合實(shí)際工作環(huán)境所得出的結(jié)論。對(duì)于電阻，電容等原件的選擇，基于電路中對(duì)于先前指標(biāo)測算工作得出的結(jié)論進(jìn)行合理選擇，構(gòu)建出相對(duì)較為完善的LC諧振回路，完善在整個(gè)高頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)。

三、高頻小信號(hào)放大器的仿真調(diào)試及應(yīng)用分析

1.仿真調(diào)試

根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，就可以進(jìn)行仿真試驗(yàn)，將仿真結(jié)果輸出，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出仿真數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)的誤差相差比較小。將仿真實(shí)驗(yàn)的電路制作出來時(shí)，由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后的文件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時(shí)要反復(fù)仔細(xì)調(diào)整才能使諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測試要保證接地良好，調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)很重要。

2.應(yīng)用分析

高頻小信號(hào)放大器在通信體系和無線電體系中被廣泛地運(yùn)用，尤其是在接收發(fā)射機(jī)的一端，在天線上只能感應(yīng)到微弱的信號(hào)，這時(shí)候就要有放大器。高頻小信號(hào)放大器具有簡單的理論和困難的實(shí)際操作。發(fā)生最多問題就是振蕩自激，難以實(shí)現(xiàn)阻抗各級(jí)之間的匹配。文中使用了軟件對(duì)廣播頻帶小信號(hào)進(jìn)行了仿真分析，研究了電路中的功率增益、通頻帶等。同時(shí)還通過和高頻功率放大器作比較，充分說明了高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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