低功耗高频小信号放大器设计

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1、第25卷第5期白城师范学院学报Vol．25，No．52011年10月JournalofBaichengNormalUniversityOct．，2011低功耗高频小信号放大器设计辛春雨(白城师范学院物理系，吉林白城137000)摘要:本文根据高频调谐放大器原理设计了一个低功耗高频小信号放大器，该设计方案由电源电路，衰减电路以及主要的LC谐振放大电路三部分组成，并利用其它辅助工具完成了该电路的调试工作，调试结果表明该低功耗高频小信号放大器有效解决了放大电路中经常出现的自激振荡问题，难以准确的调谐问题以及实现放大器与前后级的阻抗匹配问题．从而实现了快速、有效的分析和制作高频放大器，使L

2、C谐振放大器达到低压，低功耗的设计要求．关键词:稳压电源;衰减;LC谐振放大;自激振荡;阻抗匹配中图分类号:TN722．1文献标识码:A文章编号:1673-3118(2011)05-0008-051LC谐振放大器原理如图1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路．除偏置电路和电源外，其主要是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成．高频功放中常采用平面工艺制造的NPN高频大功率晶体管，它能承受［1］高电压和大电流，并有较高的特征频率fT．晶体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流iB，iB控制了较大的集电极电流iC，iC流过谐振回路产生高频功率输出，从而

3、完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务．为了使高频功放以高效输出大功率，常选在丙类状态下工作，为［2］了保证在丙类工作，基极偏置电压应使晶体管工作在截止区，一般为负值，即静态时发射结为反偏．此时输入激励信号应为大信号，一般在0．5V以上，可达1到2V，甚至更大．晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用．图1谐振功率放大器的基本电路1．1线路特点(1)LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用;(2)电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高;基极负偏压(或零偏压)．收稿日期:2011－09－07作者简介:辛春雨(1964———)，男，

4、白城师范学院物理系教授，研究方向:非线性物理．8低功耗高频小信号放大器设计1．2各部分关系式［3］(1)外部电路关系式:ube=－UBB+Ubmcosωtuce=UCC－Ucmcosωt(2)晶体管的内部特性:Ic=gm(ube－UBB)

5、UBB

6、+U'BB(3)(半)导通角:根据晶体管的转移特性曲线有:Ubmcosθ=

7、UBB

8、+U'BBθ=arccosUbm2电路方案设计2．1总体设计思路设计分为电源电路，衰减电路以及主要的谐振放大电路．电源部分采用直流稳压的技术输出稳定的电源电压;衰减部分采用高精度的电阻组成一个40dB的固定衰减器插入到放大器的输入端，方便于测试;谐振放大电

9、路以晶体管为核心，以LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用．但要注意的是放大电路是由输入信号的频带来确定，为了不失真地放大，要求放大电路的通频带应大于信号［3］的频带．在具体设计时可根据衰减程度的要求采用一级或多级放大，本设计采取的是三级LC谐振放大．总体电路框图如同2所示．图2总体设计电路框图2．2电源电路的设计该电源电路为谐振放大器的制作提供了电源，为谐振的放大提供了基础．其电路设计如图3所示．图3稳压电源从电路中可以看到，7805的输入输出端都接有电容，而且是一大一小，大容量电容是低频滤波作用，［4］小容量电容是高频滤波用;然后在电路中加入稳压二极管使5V

10、的电压转变为3．6V电压．该电源电路抗干扰性能好，稳压精度高，响应快，电路简单，工作可靠．2．3衰减电路设计该电路可以在不改变等效阻抗的前提下实现对信号电压的衰减，这种方法的衰减效果可以很好匹配［5］下级电路，图中增加的两个电阻可以保持等效电阻不变．衰减电路的设计为谐振放大的测试提供了方便，同时为了达到3dB要求带宽，特性阻抗保持50欧，设计电路图采用精密电阻，以便有效提高衰减量精确度及减少温漂影响．该电路中的电阻可以选择可变电阻，使衰减程度可调．其电路设计如图4所示．2．4LC谐振功率放大器电路设计［6］晶体管选择2N2222A，其主要参数为:VCC=12V，PC=0．5W，Ic

11、m=0．8A主要技术指标:增益不小于60dB，输出交流电压峰－峰值:VOP－P＞2V(RL=2kΩ)，中心频率:15MHz，通频带宽:±250KHZ(－3dB)．根据功率放大器设计原理，所设计电路如图5所示．9白城师范学院学报第25卷第5期3功率放大器主要技术指标分析计算图6LC谐振功放的输出波特图图7LC谐振功放的输出波特参数3．1中心频率根据LC谐振功放输出波特图和输出的波特参数可知中心频率为13．3448MHz．3．2放大倍数根据Lc谐振功放输入输出电压，如图