基于 Multisim 的高频放大器的设计与分析.doc

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1、学校代码： 11059 学 号：0905076032Hefei University毕业论文（设计） BACHELOR DISSERTATION论文题目： 基于Multisim的高频放大器的设计与分析 学位类别： 工 学 学 士 年级专业(班级)： 09通信工程（2）班 作者姓名： 洪伟 导师姓名： 顾涓涓 完成时间： 2013年5月22日 基于Multisim的高频放大器的设计与分析中 文 摘 要我们知道，无线通信接收设备的接收天线接收从空间传来的电磁波并感应出的高频信号的电压幅度是（V）到几毫伏（mV），而接收电路中的检波器（或鉴频器）的输入电压的幅值要求较高，最好在1V左右。这就需要在检

2、波前进行高频放大和中频放大。为此，我们就需要设计高频小信号放大器，完成对天线所接受的微弱信号进行选择并放大，即从众多的无线电波信号中，选出需要的频率信号并加以放大，而对其它无用信号、干扰与噪声进行抑制，以提高信号的幅度与质量。晶体管集电极负载通常是一个由 LC组成的并联谐振电路。由于 LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，理论上可以分析，并联谐振在谐振频率处呈现纯阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，输出增益减小。总之，调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用，同时也起着滤波和选频的作用。本次设计以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡

3、电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。此次设计的指标为：输入中心频率为4MHZ的正弦波，通频带100KHZ，增益40dB。关键词：高频小信号、谐振放大器、谐振频率、通频带、矩形系数、电压增益Design and analysis of high frequency amplifier based on MultisimABSTRACTWe know that the radio communication receiving apparatus receiving antenna electromagnetic waves com

4、ing from space, and senses the voltage amplitude of the high frequency signal is (V) to several millivolts (mV), and the receiving circuit of the detector (or the frequency discriminator unit) of the input voltage amplitude higher, preferably about 1V. This requires high-frequency amplification and

5、detection prior to the IF amplifier. To this end, we need to design high-frequency small-signal amplifier, the completion of the weak signal received by the antenna to select and amplify, from numerous radio wave signal, select the desired frequency signals to be amplified, and other unwanted signal

6、s, interference and noise suppression to improve the quality of the amplitude of the signal. The transistor collector load is typically composed of a parallel LC resonant circuit. Since the impedance of the LC parallel resonant circuit with frequency changes, can be analyzed in theory, at the resona

7、nt frequency of the parallel resonant presented purely resistive, and the maximum. The amplifier circuit has a resonant frequency will be the maximum voltage gain. If you deviate from the resonant frequency, the output gain is reduced. In short, the tuning amplifier only has the specific frequency s

8、ignal amplification effect, but also plays the role of filtering and frequency selection.The design is based on a theoretical analysis, based on the actual production, with the LC oscillator circuit for the assistance, to eliminate high frequency amplifier to achieve self-oscillation and accurate fr

9、equency selection; plus other circuits to achieve impedance matching amplifier before and after class. The design of indicators: input 4MHZ center frequency sine wave pass-band 100KHZ, gain 40dB.KEY WORDS: High-frequency small-signal; The resonant amplifier; The resonant frequency; Pass-Band; Rectan

10、gular coefficient; Voltage gain目录第一章 绪论11.1 背景及意义11.2 Multisim软件的简单介绍11.3 设计过程及工艺要求21.3.1 基本参数21.3.2 主要组成部分3第二章 电路的基本原理和性能指标42.1总体设计电路方框图42.2高频小信号调谐放大器的原理分析42.3小信号调谐放大器的主要质量指标52.3.1谐振频率52.3.2谐振增益（）62.3.3通频带62.3.4选择性82.4晶体管高频小信号等效电路与分析方法8第三章 电路设计方案的选择与参数计算123.1电路设计方案123.1.1方案一：单级谐振放大电路的设计123.1.2方案二：多

11、级谐振放大电路的设计133.1.3方案选择153.2多级谐振放大电路的设计和分析153.2.1电路设计分析153.3电路参数的计算163.3.1设置静态工作点173.3.2谐振回路参数计算173.3.3确定耦合电容与高频滤波电容19第四章 高频谐振放大器电路测试结果分析204.1仿真测试结果分析204.1.1测量并调整放大器的静态工作点204.1.2谐振频率的调测与技术指标的测量214.2高频小信号谐振放大器的硬件实现234.2.1多级放大器的PCB图234.2.2电路元器件的安装234.2.3放大器的焊接254.3实际测试结果分析264.3.1放大器实际测试环境264.3.2放大器实际调试及

12、结果分析27第五章 总结：32参考文献34致 谢35附录1：36附录2：39 第一章 绪论1.1 背景及意义放大高频小信号（中心频率在几百KHZ到几百MHZ，频谱宽度在几KHZ到几十MHZ的范围内）的放大器，称为高频小信号放大器。高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。所谓谐振放大器，就是采用谐振回路作负载的放大器。谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号

13、进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的1。高频小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器;按频带分为：窄带放大器、宽带放大器；按电路形式分为：单级放大器、多级放大器;按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器；1.2 Multisim软件的简单介绍Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力6。特点如下（1）可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；（2）所有

14、的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；（3）所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。仿真的内容：（1）、器件建模及仿真；（2）、电路的构建及仿真；（3）、系统的组成及仿真；（4）、仪表仪器原理及制造仿真。器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模拟器件（二极管，三极管，功率管等）；数字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。电路的构建及仿真：单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真。系统的组成及仿真：Commsim是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如信号与系统、通信、网络等课程，难度适合从一般介绍到高级。使学生学

15、的更快并且掌握的更多。Commsi含有200多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等，Commsim中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术8。要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，XY图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。PCB的设计及制作：产品级版图的设计及制作6。 1.3 设计过程及工艺要求1.3.1 基本参数l 谐振频率4MHZl 电压放大100倍以上l 增益40dBl 通频带100KHZl

16、 稳定性好1.3.2 主要组成部分 l 高频小功率晶体管：9018l 选频网络：LC并联谐振回路l 放大方式：射级偏置电路l 缓冲电路：射级跟随器l 耦合输出第二章 电路的基本原理和性能指标2.1总体设计电路方框图选频网络耦合输出小信号放大电路图2.1电路设计方框图2.2高频小信号调谐放大器的原理分析（1）高频放大电路放大电路部分采用的是基极分压式射级偏置电路。因为在实际应用中，电源电压的波动、原件参数的分散性及元件的老化 、环境温度变化等，都会引起静态工作点的不稳定，影响放大电路的正常工作。这当中属环境温度变化的影响最大。采用基极分压式设计偏置电路的好处在于当温度升高时电路能自动地适当减小基

17、极电流，就不会使得放大电路中的集电极静态电流随温度升高而增加导致Q点随温度变化。高频小信号放大电路中采用的高频小功率晶体管与低频小功率晶体管不同，主要区别是工作截止频率不同。低频晶体管只能工作在3MHz以下的频率上，而高频晶体管可以工作在几十到几百兆赫兹，甚至更高的频率上。 目前高频小功率晶体管工的作频率可达几千兆赫，噪声系数为几个分贝。高频小功率晶体管的作用与低频小功率晶体管一样，工作在甲类工作状态，起电流放大作用2。在此我们选用9018高频功率管，其工作频率大于600MHz。（2）LC并联谐振回路在接收机的各级高频小信号放大器中，利用LC并联谐振回路的选频作用，对谐振点频率的电流信号呈现较

18、大的阻抗，而且是纯电阻性的，将电流信号转换成电压信号输出，而对失谐点频率的电流信号呈现很小的阻抗，抑制失谐点频率电流信号的输出，起到选择出所需接收的信号，抑制无用的信号和干扰的目的4。本次设计的电路为共发射极接法的两级晶体管小信号调谐回路谐振放大器。在两级放大之间加上缓冲电路，这里我们用射级跟随器作为缓冲电路。隔离前后级的相互干扰,保证电路的正常工作它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数会影响放大器的输出信号的频率或相位9。2.3小信号调谐放大器的主要质量指标衡量小信号调谐放大器的主要质

19、量和测量方法主要包括以下几个方面：2.3.1谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率称为谐振频率。的表达式为： 式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；为谐路的总电容，的表达式为： 式中，为晶体管的输出电容；为晶体管的输入电容。谐振频率的测试方法：放大器的调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，可以用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，另外，也可以通过点频法改变输入信号频率，得到输出增益随频率变化的幅频特性曲线，电压谐振曲线的峰值即对应谐振频率点 。谐振频率的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。LC并联谐振时

20、，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表指示值达到最大，且输出波形无明显失真11。这时回路谐振频率就等于信号发生器的输出频率12。2.3.2谐振增益（）放大器的谐振电压增益放大倍数指：放大器处在在谐振频率下，输出电压与输入电压之比。的表达式为 式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是本身也是一个复数，所以谐振时输出电压与输入电压相位差不是180 而是为180+ 。的测量方法：当谐振回路处于谐振状态时，用高频毫伏表测量输入信号和输出信号大小，利用下式计算： ，则电压放大分贝数定义为另外，也可以利用功率增益系数进行估算： 2.3.3通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率

21、偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数下降到谐振电压放大倍数的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW，通常用2f0.7 表示，有时也称为 3dB 带宽10。通频带带宽：式中，Q为谐振回路的有载品质因数。当晶体管选定后，回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数与通频带BW的乘积为一常数。频带BW 的测量方法：根据概念，可以通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法主要采用扫频法，也可以是逐点法。扫频法：即用扫频仪直接测试。测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特

22、性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。 逐点法：又叫逐点测量法，就是测试电路在不同频率点下对应的信号大小，利用得到的数据，做出信号大小随频率变化的曲线，根据绘出的谐振曲线，利用定义得到通频带。具体测量方法如下： a、用外置专用信号源做扫频源，正弦输入信号的幅度选择适当的大小，并保持不变； b、示波器同时监测输入、输出波形，确保电路工作正常（电路无干扰、无自激、输出波形无失真）； c、改变输入信号的频率，使用毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值； d、描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。测试时，可以先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率及电压放大

23、倍数，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压不变），并测出对应的电压放大倍数5。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图 2.2所示。图2.2 放大器的通频带和谐振曲线2.3.4选择性调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kv0.1时来表示，矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0.1 AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707 AV0时对应的频率偏移之比，即 上式表明，矩形系数Kv0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测

24、量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数。2.4晶体管高频小信号等效电路与分析方法因为放大器由信号源、晶体管、并联谐振回路、和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便。高频小信号放大器由于输入信号幅值小，可以认为晶体管工作在线性区，经常采用有源线性四端网络进行分析。如图2.3所示的Y参数等效电路图：图2. 3 Y参数等效电图 称为输出短路时的输入导纳；称为输入短路时的反向传输导纳；称为输出短路时的正向传输导纳；称为输入短路时的输出导纳；计算得到如下结果：，,其中为晶体管的输出导纳；为负载导纳。表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）；表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）；越大，表示晶体管的

25、放大能力越强，越大，表示晶体管的内部反馈越强。的存在，对实际工作带来很大危险，是谐振放大器的根源，同时也使分析过程变得复杂，因此尽可能使其减小，或削弱它的影响。Y参数的缺点：随频率变化，不涉及晶体管内物理过程。Y参数的优点：分析电路简单。相比Y参数，混合等效电路中各个原件在很宽的频率范围内都保持常数，但在电路分析上不够方便3。如图2.4所示：b图2.4 混合等效电路图图中：是发射结电阻；集电结电阻；是发射结电容；集电结电容基极体电阻；代表晶体管的电流放大作用；集射极间电阻；集射级电容；高频电路取长补短合成这两个等效电路，用混合参数表示的 Y 参数：;其中，。第三章 电路设计方案的选择与参数计算

26、3.1电路设计方案 高频小信号放大器的功能就是无失真的放大某一频率范围内的信号。对高频小信号放大器的基本要求是：（1）、增益要高，即放大倍数要大。（2）、频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，带宽，品质因数。 （3）、工作稳定可靠，即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等外界因素变化的影响，内部噪声要小，特别是不产生自激，加入负反馈可以改善放大器的性能。 （4）、阻抗匹配。 3.1.1方案一：单级谐振放大电路的设计依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器9，设计参考电路见图3.1所示。图3.1 单级谐振放

27、大器电原理图3.1.2方案二：多级谐振放大电路的设计考虑到放大器的通频带和放大器的稳定性等因素，单级调谐放大器的电压增益不能做得很高，当需要较大电压增益时，就需要多级放大器级联来实现。多级放大器时，必须处理好各项指标之间的矛盾，包括合理地选择电路形式，半导体器件类型和谐振回路的参数。为了减少级数和简化电路，一般都采用增益较大的共发电路。电路形式锁定以后，根据对增益的要求和每级放大器可能达到的稳定增益，确定放大器的级数。然后根据通频带和选择性的要求，确定选用谐振电路的形式和谐振回路的个数7。 多级放大器中的每级增益都受到最大稳定增益的限制。（1）、多级单调谐放大器的电压增益 设有n级单调谐放大器

28、级联，且各级的电压增益相同，即 则级联后放大器的总电压增益为 （2）、多级单调谐放大器的通频带多级放大器级联后的幅频特性曲线如图3.2所示，级联后总的通频带要比单级放大器的通频带窄。级数越多，总通频带越窄。 图3.2 多级单调谐放大器的幅频特性曲线图 多级放大器的总通频带为称为频带缩小因子，表3.1列出了几种不同值对应的缩小因子的值。表3.1 缩小因子与级数的关系1234510.640.510.430.39（3）、多级单调谐放大器的选择性放大器的级数越多，曲线的形状越接近于矩形，也就是说矩形系数越接近1，选择性越好。级相同的单调谐放大器级联后的矩形系数为表3.2列出了不同值时矩形系数的大小。表

29、3.2 矩形系数与级数的关系1234569.954.663.753.43.23.1如图3.3所示的多级谐振放大电路： 图3.3 多级谐振放大器电原理图3.1.3方案选择在此次设计中我们选用方案二作为研究对象。因为多级放大器中，级联后放大器的总电压增益比单级放大器的电压增益大、选择性好，但总通频带比单级放大器通频带窄4。如果要保证总的通频带与单级时一样，则必须通过减小每级回路有载品质因素的值，以加宽各级放大器的通频带的方法来弥补。3.2多级谐振放大电路的设计和分析3.2.1电路设计分析由于此次设计是以方案二为主，所以在后续的电路分析中都是以方案二作为研究对象的。由图3.3我们可知，方案二是两极放

30、大，在两极放大之间用射级跟随电路作为两极放大之间的连接。而级间耦合即放大器级与级之间的连接，其方式有三种：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合。我们在这之所以使用射级跟随电路作为级间耦合，是因为射极跟随器输入阻抗高，输出阻抗低，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。具体到电路图中，处于射极跟随状态,其将输入级和输出级相互隔开,减弱了和的相互影响,并且由于具有的电压跟随特性,使得的加入对电路的工作状态没有影响.因此,此时所起的作用是缓冲、隔离前后级的相互干扰,保证电路的正常工作。而第一级放大和第二级放大采用的是射级偏置电路。因为温度的变化会导致三极管的性

31、能发生变化，致使放大器的工作点发生变化，影响放大器的正常工作。通过增加下偏置电阻和射极电阻可以改善直流工作点的稳定性。在直流电源后面加上滤波电容C3可以滤除电源网络的高频信号，保证电路供电的平稳。加上滤波电感L1和电容C4串联作为去偶电路，可以来短路掉电源滤波电路中的高频成分及窜入电源的高频杂波。图中R1和R3为阻尼电阻，阻尼电阻式根据电阻在电路中的作用而命名的。是为了防止回来构成等幅震荡，在线路中串联或者并联电阻来消耗掉一部分能引起震荡的能量，并减小回路的值。L2、L3、C10和L4、L5、C6分别为第一级和第二级的LC振荡网络，起选频谐振和作用。电容C1、C2和C5都是耦合电容，其中C2、

32、C5可以隔离两级直流通路，以使两级静态工作点相互独立。3.3电路参数的计算图中放大管选用9018，该电路静态工作点Q主要由和、与确定。利用和、的分压固定基极偏置电位，如满足条件：当温度变化，抑制了变化，从而获得稳定的工作点。由此可知，只有当时，才能获得恒定，故硅管应用时，。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求，一般硅管取：。3.3.1设置静态工作点由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流一般在0.82mA之间选取为宜，设计电路中取 ，设。因为： 而 所以：因为： (硅管的发射结电压为0.7V) 所以： 因为： 所以：因为： 而 取则： 取标称电阻8.2K因为： 则：，考虑调整静态

33、电流的方便，用50K电位器与15K电阻串联。3.3.2谐振回路参数计算回路电感L=4H, ，晶体管用9018，。查手册可知，9018在、时，,，。负载电阻。电源供电。 （1）、回路中的总电容因为： 则:（2）、回路电容C因有所以取C为标称值。（3）、求电感线圈N2与N1的匝数： 根据理论推导，当线圈的尺寸及所选用的磁心确定后，则其相应的参数就可以认为是一个确定值，可以把它看成是一个常数。此时线圈的电感量仅和线圈匝数的平方成正比，即： 式中：K-系数，它与线圈的尺寸及磁性材料有关； N-线圈的匝数:一般K值的大小是由试验确定的。当要绕制的线圈电感量为某一值时，可先在骨架上(也可以直接在磁心上)缠

34、绕10匝，然后用电感测量仪测出其电感量，再用下面的公式求出系数K值： 式中：-为实验所绕匝数，由此根据和K值便可求出线圈应绕的圈数，即：L采用带螺纹磁芯、金属屏蔽罩的10S型高频电感绕制。在原线圈骨架上用0.08mm漆包线缠绕10匝后得到的电感为2uH。由此可确定要得到4uH的电感，所需匝数为 最后再按照接入系数要求的比例，来绕变压器的初级抽头与次级线圈的匝数。因有，而匝。则： 匝。3.3.3确定耦合电容与高频滤波电容耦合电容C1、C2、C5的值，可在1000 pf0.01uf之间选择 ，一般用瓷片电容。旁路电容、C8的取值一般为0.01-1F，滤波电感的取值一般为220-330uH。第四章

35、高频谐振放大器电路测试结果分析4.1仿真测试结果分析4.1.1测量并调整放大器的静态工作点仿真条件：晶体管用理想库（default）中的（ideal）器件。电感线圈用固定电感L1=2.8uH、L2=1.2uH，中间抽头。其余元件参数参见图3.3。调整静态工作点的方法是：不加输入信号，将C1的左端接地，将谐振回路的电容C2、C5开路，记下此时电路的静态工作点，。仿真结果表4.1：表 4.1 静态工作点数据测量三极管Q11.941.30120.64Q21.981.321.520.66Q31.941.30120.64具体数据如图4.1：图4.1 直流工作点分析4.1.2谐振频率的调测与技术指标的测量

36、仿真条件：输入高频信号频率fo=4MHz,幅度（峰-峰值）20mV。示波器的调节如图4.2所示：图 4.2 函数信号发生器输出阻尼电阻分别为470和1.5K、反馈电阻Re=510、负载电阻RL=10K。示波器的CH1接的是输入，CH3接的是一级放大的输出，CH4接的是二级放大的输出，结果如图4.3所示：图4.3 示波器输出结果（1）、谐振频率在交流工作下绘出输出增益随频率变化的幅频特性曲线，电压谐振曲线的峰值即对应谐振频率点，得到结果如下图：图4.4 输出增益随频率变化的幅频特性曲线由图 4.4可知：谐振频率。（2）、电压增益由图可知，输入Ui=20mV，第一级放大输出U1=370mV，第二级

37、放大输出U2=9.39V由示波器可知三者的输出波形反向。放大倍数为：第一级放大：Av1=U1/Ui=18.5，第二级放大：Av2=U2/U1=25.3。由此可知总的放大：Av=U2/Ui= Av1 *Av2=469.5。（3）、通频带调整输入信号频率使输出幅度为0.7Uomax，得到如下结果：F0.7l=3.84MHZ F0.7h=4.16MHZ通频带BW0.7= F0.7h- F0.7l=0.32 MHZ总结如下表：表4.2 一级放大与二级放大之间的比较电压 mV/V增益dB频率 MHZ中心频率 MHZ通频带宽 MHZ信号输入端20无4无无一级LC放大输出端37025.3无41.25二级LC

38、放大输出端9.3953.4无40.324.2高频小信号谐振放大器的硬件实现4.2.1多级放大器的PCB图在基于Multisim仿真结果正确的情况下，用绘制电路板软件Altium Designer画出电路板，具体如下图所示：图4.5 多级谐振放大器的PCB图然而由于打样出的PCB电路板在最后功能实现上与设计要求有差别，PCB板最后测试的增益只有20dB，而设计要求为40dB，在加上波形的不稳定，所以又重新手工绘制了一快电路板，在后面的演示中均已手工绘制电路板为主。4.2.2电路元器件的安装（1）、操作前检查：i.焊接前3-5分钟把电烙铁插头插入规定的插座上,检查烙铁是否发热，如不发热，应及时更换

39、烙铁。ii.如发现已经氧化凹凸不平的或带钩的烙铁头，应及时更新。iii.检查吸锡海绵是否有水和清洁,若没水,请加入适量的水,海绵要清洗干净,不干净的海绵中含有金属颗粒,或含硫的海绵都会损坏烙铁头。iv.人体与烙铁是否可靠接地,人体是否佩带静电环。（2）、焊接步骤高质量的焊接需要高水平的焊接技术，并在焊接时对工件仔细观察，观察焊锡的熔化速度并且辨别工件在加热时颜色和亮度的变化。以下是焊接的步骤：i.将烙铁靠近工件将干净的铜头置于被焊金属之间。被焊金属的热度必须达到足够熔化焊锡的温度。焊锡必须是被工件熔化而非烙铁。ii.形成热桥将少量焊锡置于铜头与工件接触处（但不要将焊锡放在铜头尖上）。这少量焊锡

40、形成的液态称之为热桥。热桥为热量有效传导到工件提供了路径。iii.加焊锡用烙铁尽快将工件加热到焊接温度，然后往焊点（非铜头上）上加锡，即在元件脚末端实际需要焊接处擦拭焊锡。当工件达到焊接温度时，焊锡自行熔化。不要移动烙铁，仅仅是将焊锡丝沿焊点绕行。iv.停止加锡在移开烙铁前先移开焊锡丝。先移开焊锡丝，再移开烙铁，则停留工件上的烙铁可保证助焊剂失去活性。但不要将烙铁停留过久，否则，助焊剂会被烧焦。v.保存热量移开焊锡丝后，烙铁再在工件上停留约半秒钟，这样可保证所有的焊锡达到焊接温度，同时也可保证用此热量使助焊剂失去活性。但烙铁停留时间不能太长，否则，它可能损坏元件或电路板，同时还可能导致助焊剂残

41、渣烧毁或烧焦。烧过的助焊剂必须清除。vi.移开烙铁沿被焊导线方向移开烙铁，可减少形成焊锡穗（或“冰柱”）的可能性。vii.冷却焊点让焊点自然冷却，不要吹它。viii.保持焊点平稳当完成数个点的焊接后，烙铁铜头上会形成一圈黑环，这是烧焦的助焊剂，在湿海绵上均匀擦拭即可将其清除12。4.2.3放大器的焊接按照上述的焊接知识，严格按照其步骤执行，得到焊接实物如图4.6和4.7所示，其分别为放大器的正面元件图和背面焊接图。图4.6 放大器的正面焊接图图4.7 放大器的背面焊接图焊接注意事项：由于所制作的为高频小信号谐振放大器，其工作频率较高，如果元器件间距太大或其连线太细都会使高频信号在经过的过程中产

42、生较大的衰减，故焊接时需要注意以下几点。（1）、元器件间距尽量减小。（2）、在原件间的线路要用焊锡焊实，使线路附在底板上，并且要加粗，以减小信号的衰减。（3）、线路中不能有尖锐的管脚或焊锡暴露在外，以防止其作为天线将信号辐射出去。（4）、地线不能焊成一个回路，以防止不希望的振荡出现。4.3实际测试结果分析4.3.1放大器实际测试环境由于此次设计为高频小信号谐振放大器，需要直流信号还需要交流信号及测试静态工作点所需要的器件。这样需要的工作环境为：函数信号发生器一台、直流电源（12V）、示波器一台、万用表。具体的测试情况如下图所示：图4.8 放大器的测试环境图4.3.2放大器实际调试及结果分析（一

43、）放大器的调试（1）、静态工作点的调试首先将万用表打到通断档位，测试电路的连通情况，经测试线路中连接良好。在将12V的直流电源接入电路中，调解可调电位器，测试静态工作点，使三极管工作在放大状态。三个晶体管的静态工作点测试数据如下：表4.3 晶体管的静态工作点测试数据三极管3.9111.873.190.722.061.331.300.763.9011.873.180.72（2）、交流工作状态下的调试通过测试静态工作点，使晶体管处在放大状态。调节函数信号发生器，使输入的中心频率为4MHZ的正弦波，幅度（峰-峰值）为20mV，将产生的交流信号接入电路中。最后用示波器来记录放大器中一级放大和二级放大的工作结果。（二）放大器的结果分析以下是在测试过程中记录的一组数据（输入Vip-p=20mV）：（1）、测