高频小信号放大器的设计与应用

摘要：我国经济得到了高速发展，信息化时代的到来使得人们的生活质量得到了不断提高，在这个大环境背景下，对电子技术的发展有了新的要求。文章研究了无线广播中使用的高频小信号放大器，从它的工作原理、特点入手，对其进行了介绍，然后设计并制作出高频小信号放大器，根据其仿真结果对高频小信号放大器的应用进行了相关分析。

关键词：高频小信号放大器；工作原理；电子技术；无线广播；信息化 文献标识码：A

中图分类号：TN72 文章编号：1009-2374（2016）19-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.020

信号通过长距离的通信传输会受到衰减和干扰，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。高频小信号放大器主要由输入电路、放大电路和输出电路三部分组成。它的应用比较广泛，主要应用在电视广播以及通信线路中。根据负载的不同，可以将放大器分为两种类型：谐振回路负载的放大器、滤波器为负载的放大器。高频小信号器能够将信号进行有选择地放大，最终实现信号质量的提升、抗干扰性的加强。发射机中的振荡器所能够产生的信号非常微弱，而如果想要将信号的功率进行有效提高，则必须进行高频小信号放大器的使用。而且高频小信号放大器的输入信号应该设置成0.5V以上，甚至可能会更大。

1 高频小信号放大器的工作原理

在将信号进行远距离传送过程中，由于各种因素的干扰，会将信号减弱，最终可能无法被接受设备接收成功。而高频信号就是在这种情况下使用，对信号所受到的干扰进行有效的抵制，只允许所需的信号通过，设备的增益也要足够大，最终能将信号提高被接收器所接受。高频小信号放大器通过将负载回路的使用方式设置为谐振，从而完成对一些特殊频率的信号进行过滤，并将干扰进行对抗匹配。

根据高频小信号放大器的输入信号进行分析，得出它的输入信号一般为小信号，这是由设备的基本构造决定的。接收器所接收到的信号一般比较微弱，工作也就被认为是在线性晶体管范围中的。当线性元件中有晶体管的存在时，能够将其当作有源线性网络分析。高频小信号放大器的工作部位是发射机，目的是为了将信号的衰弱减小，并增加信号的输出功率。

2 高频小信号放大器的特点

高频小信号放大器所发挥作用的信号频率一般是在几百到几千kHz之间的，而信号的宽带则有几千Hz到几十MHz的范围，因此必须运用网络进行频率的选择，而高频小信号放大器的工作范围一般是线性的。

无线电所接受到的信号一般有三种成分，分别为有用信号、干扰信号、噪音信号，而输入电路的功能则是将有用的信号进行筛选出来，并将干扰信号与噪音等的影响进行抵消，而放大线路的功能则与输入线路的功能相反，是将信号进行放大，在设计电路时应该对这些进行考虑并仔细分析。

3 高频小信号放大器的设计要求

高频小信号放大器是通信系统的一个重要组成部分，它的功能好坏会给接收器接收到的信号质量造成直接的影响。而高频小信号放大器的具体设计要求如下：第一，工作频率高。目前使用的GSM数字移动通信系统的手机中，多为900MHz和1800MHz；第二，功率增益必须做到足够高，即放大倍数要足够大；第三，通频带宽是一定的；第四，选择性良好，即选择所需信号和抑制无用信号大的能力要强，故一般负载是谐振回路或滤波器等；第五，信噪率要高；第六，稳定性强，即要求放大器的性能尽可能不受温度、电源等外界因素变化的影响。高频小信号放大器的设计必须要考虑到具体的应用情况，因此在进行实际的设计时，应该对其进行具体的考虑。

4 高频小信号放大器的设计

本文选择晶体管小信号调谐回路谐振放大器的设计为例进行研究，选用高频信号发生器、直流稳定电源、数字万用表、无感起子、数字存储示波器各一台，进行设计。

4.1 对放大电路进行设计

高频小信号放大器的设计按上面的要求，它不仅要放大高频信号，还要有一定的选频能力，故其必须要对产生的噪音控制在一定的范围内，极大程度地降低噪音，这种要求使得放大器所使用的元件必须具备良好的稳定性，同时能够拥有较强的抗辐射能力。

同时为了高频小信号放大器的放大功能可以持续稳定，应该对电容进行有效的控制，因此可以选用同栅同源级联电路。另外，在扩大电流的输出范围的要求上，使得电流也同步进行了增加，经过分析能够得出应该选定的电流的值。

4.2 对输入电路进行设计

设计出的输入电流必须要对抗匹配场效应的输入值进行获取，而要想将阻抗进行变换，则必须要将输入电路将谐振回路与分压式电感设置成并联。而在高频小信号放大器中，要想获得最佳的噪声匹配，应该设置电路的谐振电阻比放大电路中的输入电阻小。

4.3 对输出电路进行设计

设计中，阻抗能够将滤波进行匹配，并将其输出到网络。技术的设计指标中将其品质因素确定为4.9，经过分析，在输出电路中，必须选择负载比较高的电阻。

4.4 总电路的设计

根据三个部分的电路设计，将其连接在一起形成高频小信号放大器的总电路。其中需要直流稳定电源的电压为Vcc=12V，而负载的电阻为RL=1KΩ，选用的高频三极管型号为3DG6。根据这些数据，进行分析、设计，并进行仿真。

4.5 关键指标

4.5.1 谐振增益。放大器的谐振增益是指放大器在谐振频率上的电压增益，记为Au0，其值也可以用分贝dB表示。f0是谐振中心频率，当输入信号的频率刚好等于谐振频率时，放大增益最大。

Auo=Uo/Ui（输出电压与输入电压之比）

Auo=20lg（Uo/Ui）dB（分贝表示）

4.5.2 通频带。谐振回路具有选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降。故习惯上称电压放大倍数Auo下降到谐振电压放大倍数Auo的0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。其数学表达式为：

BW=2Δf0.7=fo/QL（QL为回路的等效品质因数）

5 高频小信号放大器的应用

5.1 高频小信号放大器的仿真试验、制作及调试

根据设计的电路，就可以进行仿真试验，将仿真结果输出，根据仿真结果进行分析，可以得出仿真数据和真实数据的误差相差比较小。将仿真实验的电路制作出来时，由于处于高频区，分布参数的影响存在，放大器的各项技术指标满足设计要求后的文件参数值与设计计算值有一定的偏差，所以在调试时要反复仔细调整才能使谐振回路处于谐振状态。在测试要保证接地良好，调试静态工作点很重要。往往电路并不是刚焊接好就能正常工作的，通常就没有波形或者波形不对，要检查的内容就是看晶体管是否有正常工作。我们说晶体管基极电压在2V左右时是正确的，而且集电极电压VC要大于VB才好，所以在实际电路中，将上偏置电阻换成了一个滑变与一个固定电阻串联，方便调节静态工作点。

5.2 高频小信号放大器的应用分析

经过实验得出，实验数据与实际值之间存在着一定的误差，代表着高频小信号放大器在现实生活的应用中存在着一定的误差，而产生这些误差的原因主要有以下几点：

5.2.1 高频小信号放大器的各组成部分的实际数据与其所设定的理论值存在着一定的差距，例如里面的电阻值可能会受到环境的影响，电阻值以及电容值都会发生变化。

5.2.2 高频小信号放大器的说明书中的参数一般是在一定的情况下进行测试所得的，而现实生活中高频小信号放大器多数使用的环境并不一定，与测试环境有很大的不同，进而使得实际的数据与参数值有一定的差距。

5.2.3 高频小信号放大器的性能指标的参数也是在一定的情况下测得的，当所采用的测量方法不同时，性能指标的参数也会有所不同。而现实生活中，它的应用情况千差万别，因此性能也会受到影响。例如，在我们对高频小信号放大器进行调试的过程中，是通过对波形输出值大小的观察来对电路是否需要调试进行确定的，因此当对调谐频率的测量出现误差时，所得出的数据也会有很大的差别。

5.2.4 高频小信号放大器的使用时间会对器件的性能造成影响，进而影响到其功能。

6 结语

高频小信号放大器在具体的应用中是比较困难的，高频小信号放大器的理论比较简单，在实际应用中它的功能会受到各种因素的影响，我们应该根据其理论研究，对现实应用进行更深入的推广，加强其功能的实现，为无线电广播事业以及电视广播事业做出贡献。实际应用中，高频小信号放大器的最主要问题一般是振荡自激，不能将其各级之间的匹配进行有效阻挡。

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作者简介：陈奕锋（1978-），男，广西藤县人，桂林电子科技大学电子与通信工程系教师，助教，研究方向：电子与通信工程。

（责任编辑：蒋建华）