利用晶體管設計高頻小信號放大器的方法

王雄 王家富 孫宇博 劉桓志

摘要：我國經濟高速發展，在信息化的時代背景下人們生活水平不斷提高，在這個大時代的背景下，人們對電子產品的需求越來越多，要求也越來越高。本文說明了無線電通信中高頻小信號放大器的基本工作原理，然后設計出了統用的高頻小信號放大器。

關鍵詞：高頻小信號放大器;晶體管;通信原理;無線通信

引言：

信號經過較長的距離傳輸會受到損失和干擾，接收設備接收到的是非常微弱的高頻窄帶小信號，在信號作進一步處理之前，應當經過信號放大和減弱干擾的處理，即為高頻小信號放大器。其功能是對微弱的高頻小信號進行不失真線性放大，從其信號頻域來看，要求有相同輸入信號頻譜函數和放大輸出信號的頻譜函數。在因為高頻小信號放大器容易產生自激振蕩和容易受到外界干擾，阻抗匹配難以實現，所以該文利用晶體管設計高頻小信號放大器并對其改進。

一、高頻小信號放大器的工作原理

信號在遠距離傳輸過程中，收到外界不可抗元素干擾，信號會受到損失，傳輸的信號將會減弱，最終可能無法被接收設備接收成功。信號進行處理之前，要進行放大調制和抗干擾處理，這時就需要高頻小信號放大器來處理。最終將信號放大讓其被信號接收器所接收。高頻小信號放大器通過負載阻抗調節設置，使其諧振頻率為工作頻率，并將干擾進行阻抗匹配。通過分析可以知道高頻小號放大器的諧振的線性圖形。根據線路圖可以得出，高頻小信號處理器應用帶有抽頭諧振的回路，對輸入信號特定的諧振頻率，做出相應的濾波選頻網絡和阻抗。根據上述小信號的輸入狀態，可以得出放大器工作在甲類狀態。

二、高頻小信號放大器的特點

高頻小信號放大器工作頻率一般是幾千赫茲到幾兆赫茲，對其處理信號的頻寬是兆數量級的，所以運用選頻網絡進行選頻，而高頻小信號放大器一般工作在線性區域。無線電接收器接收到的信號有兩類，分別是輸入信號和外界產生的干擾信號，輸入電路的的功能是將輸入信號篩選出來，并將其他無用的信號過濾掉。而放大線路的功能是對信號進行放大，保證其傳輸不被其他信號所干擾。

三、高頻小信號的設計要求

高頻小信號是無線通信處理器的核心部分，它的位置是接收器的前端，信號傳輸質量的好壞會直接影響其接收功能，所以高頻小信號放大大體下有如下幾個要求：

1.足夠的功率增益

2.有較好的選擇性

3.一定的抗干擾能力

4.穩定的工作狀態

通電電路元件可以組成高頻小信號放大器，集成電路也可以組成高頻小信號放大器，當使用簡單電路元件時，提升的效率比較高且電路設計比較簡單，目前來說，是應用最廣泛的高頻小信號放大器。根據要求設計放大技術指標，只有整體電路設計出來才能做出要求，設計電路的可靠性在整體電路上市難以得到保證的，所以要根據實際電路做出相應調制。

四、高頻小信號放大器的設計

按照上面的設計要求，高頻小信號放大器不僅要有放大功能，還要有選頻功能。這就使得需要將噪聲控制在一定范圍內，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干擾能力。

為使高頻小信號放大器能夠持續穩定的放大，可以采用同柵同源級聯電路對電容進行有效控制，在擴大電流輸入范圍要求可使電流同步進行增加，分析即可得出穩定電流值。設計輸入電流必須要對阻抗進行匹配，對阻抗變換則需將輸入電路諧振回路設置為電感并聯式。在高頻小信號放大器中，為獲得最佳的噪聲匹配，應設置諧振電阻比輸入端電阻小。

根據上述，將其連接起來可制成高頻小信號放大器的總電路，需要直流穩定電壓VCC=12V，而負載電阻為RL=1KΩ選用的晶體管型號為3DG6。然后再進行仿真測試。

設計的關鍵技術指標有諧振增益、通頻帶，諧振增益指的是電路諧振時，輸出端電壓值與輸入端電壓值的比值，記為Auo=Uo/Ut，其中Uo和Ut分別指輸出電壓與輸入電壓。若用分貝表示則Auo=20log10Uo/Ut，當電路諧振時，諧振頻率等于輸入信號頻率fo時，增益最大。通頻帶值當工作頻率遠離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數下降，我們稱其下降到時，所對應的頻率范圍稱為高頻小信號放大器的通頻帶BW。其中BW=2△f0.7=foQL，QL為負載電路的品質因數。

五、高頻小信號放大器的應用

據上面設計的電路，再proteus中搭接出電路圖，然后進行仿真測試，根據仿真測試圖，可以得出仿真數據，其放怎數據和真實數據相差較小，由于晶體管放大處于高頻區，晶體管的參數有一定影響，在放大器的各種參數滿足技術指標后，要調節各參數的具體值，使電路在諧振狀態，在測試前，我們應當調整晶體管處于甲類工作區域，如果怎么調整波形都不對，那么就應當檢查晶體管的工作狀態是否正確。

我們通常所說的放大器有信號放大器和功率放大器，他們之間有相同點也有不同點，同屬于高頻放大器。相同點是他們都可用于信號放大，二者回路均使用諧振回路放大器負載，其可做濾波和匹配阻抗的作用。不同點是高頻小信號放大器屬于接收機器的位置，晶體管工作在線性區域，可以把晶體管當作4口進行網路分析。而高頻功率放大器在無線通信中一般處于前端部分，功能就是將高頻信號盡可能的放大輸出一個高功率的額信號。振蕩器在前端產生的信號較微弱，要獲得大功率信號就必須采用高頻功率放大器來實現。

高頻小信號放大器和高頻功率放大器在無線通信中運用頻繁。綜上比較二者，我們能更加清晰的認識高頻小信號放大器的工作特點。這一點在接收器中尤為突出，天線感受到的信號很小，數量級為微伏級別，為了確保信號傳輸，就要通道高頻小信號放大器來進行放大。

結束語：

雖然高頻小信號放大器其理論較為簡單，但其在實際的運用中較為復雜，會受到各種外來因素的影響。我們根據實際要求設計出不同的高頻小信號放大器運用于無線通信中，發生最多的問題就是自激振蕩和難以實現阻抗匹配。本文提出了運用軟件進行仿真測試后在做出相應的放大器，能較大的減少成本輸出。同時還把高頻小信號放大與高頻功率放大器作比較，突出了高頻小信號放大器的特點。

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）：315-319.

[2]任青蓮.高頻小信號放大器的設計與仿真田.計算機仿真，2009，（22）.

[3]王海梅.基于proteus的高頻小信號諧振放大器仿真研究口.新技術新工藝，2025，（2）.

作者簡介：

王雄（1998-），男，漢，重慶合川，本科，研究方向：信息工程。

王家富（1998-），男，漢，四川瀘州，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。

孫宇博（1998-），男，漢，四川成都，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。

劉桓志（1999-），男，漢，四川成都，本科，研究方向：信息工程。