放大电路范文

放大电路篇1

摘要:本文总结了电子设计实验中常用的几种功率放大电路的设计方案,针对不同的设计要求和设计条件从电路搭建、注意事项及测试结果进行了说明,能满足大多数实验电路设计的需要。

关键词:功率放大;推挽输出;丙类功放

一.前言

在电子电路设计中,很多系统需要对输出信号进行放大,以提高其带负载能力,驱动后级电路,因此就要对信号进行功率放大。功率放大器的主要性能指标有输出功率及效率,其按照电流导通角的不同,可分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的通角为180度,适用于小信号低频放大,效率最低;乙类放大器的通角约为90度,适于宽带大功率工作,大多数集成运放的末级输出都采用乙类推挽形式;丙类放大器的电流的通角则小于90度,电流波形失真太大,只适于以调谐回路为负载的窄带放大,但效率较甲、乙类高。【1】

二.电路设计

(一)大电流高摆幅运放

若不考虑成本限制,可直接采用大输出电流、高摆幅运算放大器作为输出级。设计重点在于运放的选择及电路连接。市面上有各种性能的buffer以及可用以驱动的运放,它们能满足大多数设计的要求。专门的驱动芯片如buf634,其输出电流达250ma,摆率为2000v/us。美国德州仪器公司也有许多相关产品,如ths3121,输出电流可达450ma,摆率达1500v/us。设计的关键在于芯片的正确使用,由于大多数为电流型运放,故反馈电阻的选取很重要,另外由于处理的是高频信号,所以电源去耦,电路布线方面也须十分注意。经实验测试,ths3121在反馈电阻取470ω、增益为2时在50ω负载时小信号-3db带宽达100mhz,-0.1db带宽达30mhz,并且在电压峰-峰值为10v的输出状态下,频率大于10mhz时仍无失真现象。

(二)互补对管推挽输出

若对功率放大要求不高,可采用分立元件搭建,以互补对管推挽电路作为输出级。设计的关键在于根据系统要求选择合适的互补对管。互补对管采用2sd667和2sb647,其特征频率为140mhz,集电极功率耗散为0.9w,适合低频功率放大。前级放大负反馈由输出引入,使得通频带更加平坦。

(三)直接功率合成

在手头没有合适的驱动芯片时,可以采用三极管直接搭建,虽在实际应用中较少,但在实验室条件下仍是不错的选择。直接功率合成的先决条件是各路参数要对称。要求vt1和vt2、vt3和vt4参数对称,r2=r3,r4=r5,r11=r12等。输入功率在a点一分为二,分两路分别进行放大,在c点合二为一。

(四)单管丙类功率放大

以上三种都是宽频带非谐振功率放大,效率较低,而在无线通信设计中,效率是发射机的主要性指标之一,丙类谐振功率放大较甲类、乙类相比具有更高的效率。三极管基极采用自给偏压电路,集电极采用rlc并联谐振回路,滤除谐波分量,采用π网络作为输出滤波匹配网络,实际参数值可根据所要求的谐振频率具体设计,在此不赘述。

结语

本文通过对不同条件下功率输出级设计提出相应的方案,并经过实际实验测试,效果良好。但在电子设计实验中,较少涉及电力系统,对信号的功率放大要求不是很高,本文仅对系统中常用的简单功率放大进行总结与实验验证,而实际应用中的功率放大电路远不止如此简单。

参考文献:

【1】董尚斌,等。电子线路(1)。北京:清华大学出版社,2006.

【2】黄根春,等。电子设计教程。北京:电子工业出版社,2007.8.

放大电路篇2

关键词： 信号放大电路； 放大测量电路； 低通滤波电路； 影响隔离

中图分类号： TN721+.5?34； TM930 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）14?0149?05

Abstract： In view of the facts that the low signal?to?noise ratio， poor anti?interference ability and low measurement accuracy exist in the measuring process of microvolt?level DC voltage signal， an amplifying measurement circuit taking TLC2652 as its core device is proposed in this paper to realize precision amplification of voltage signals （5～45 μV）. The low?pass filtering circuit and band?stop circuit are adopted to reduce its internal noise and external interference. The isolation circuit is adopted to isolate the effect of the measuring end on the collection end. The linear regulating chip is used in power module design to improve the measurement accuracy and reduce power consumption. The simulation experiment result proves that the amplifying measurement circuit for microvolt?level DC voltage signal can suppress common mode interference and temperature drifting， has good stability and strong anti?interference， and its accuracy can reach to 0.044%.

Keywords： signal amplifying circuit； amplification measuring circuit； low?pass filtering circuit； influence isolation

0 引 言

信号检测是人们在当今时代获取信息的重要途径。在需要微弱信号检测的各个领域中，各N微弱的物理量信号都需要先转换成电压或电流信号之后再进行放大、并进行信号检测处理，因此研究微弱信号的检测方法具有重要意义。然而，由各种微弱物理量信号转换得到的电信号多数是微弱的直流或低频信号，如微波功率检波器输出的信号[1]。微弱信号，顾名思义信号的幅度是极其微弱的，但这不是微弱信号检测的难点所在，检测微弱直流信号的困难在于其被严重淹没于噪声信号中。在实际的电路测量系统中，微弱的直流信号更是容易受到各种直流误差的影响，特别是放大器的失调、漂移等误差的影响[1]。此外，微弱直流电压信号的检测还容易受到各种低频噪声的干扰，因此，直流微弱信号的检测困难重重。

从了解的资料来看，对微伏级直流电压信号的测量大致分为两种测量方法。一是将直流信号调制成幅值和直流信号呈比例关系的方波交流信号[2]。以避免直接放大微弱直流信号存在直流误差的影响，特别是直流放大器失调电压的影响，还可以避免外部工频干扰等低频噪声的影响。在各种直流调制技术中，应用最广泛的就是通过场效应管的开关特性来作为调制器。通过一定频率的控制信号控制场效应管栅极电压的极性来控制场效应管的通断，以达到调制直流信号的目的[1]。但存在的问题是：在调制过程中会产生斩波失调电压、调制尖峰信号等。场效应管作为电子开关的同时也存在开关管损耗。实际应用中模拟开关的这种理想效果是不可能达到的，场效应管开关在作为调制器时，无论有无输入信号，只要存在调制信号，模拟开关的输出端都会产生瞬态的尖峰电压，而且还会引起输出信号漂移，从而造成测量结果不精确。二是利用特低噪声、特低漂移的高精度直流放大器对微弱直流信号进行测量。如市面上的高精度直流放大器输出电压能达到伏级，可以给数据采集和处理，但存在的问题是，价格昂贵，不能广泛应用于实践研究。

为了解决微弱直流电压信号测量易受噪声干扰、测量精度不高、抗干扰能力差的问题，设计微伏级信号放大电路时，采用高精度仪表运算放大器TLC2652进行信号的精准放大，以提高测量精度；采用四阶低通滤波电路、双T型带阻滤波电路来减小内部噪声与外部干扰；采用高精度模拟信号隔离电路，隔离测量端对采集端的影响；采用低噪声、高效率的电源芯片及线性稳压芯片进行电源模块的设计，以提高测量精度并降低功耗。

1 设计思路

微伏级直流电压信号，首先要通过放大才能被后端电路所采集。然而，后端采集电路的电压工作范围一般在伏级，因此放大电路的放大倍数应该设置的很大。但实现较高的放大倍数必须要进行多级放大才可实现，因为输入的直流微弱信号和噪声是叠加在一起的，一般比噪声小很多，如果输入级放大倍数设置过大，微弱直流电压信号在被放大的同时，噪声信号同样也会被放大，造成后续很难去除噪声[3]。但随着放大级数的增多，势必也带来很多杂波，此外，微弱直流信号的测量易受到各种低频噪声的干扰，及各种直流误差的影响，如放大器中的失调电压、温漂等。工频干扰也是一种低频噪声，这种干扰电信号进入电子检测系统会严重影响微弱信号检测的准确性。

因此，针对输入信号为微伏级直流电压信号，测量过程中存在信噪比低、测量精度不高、抗干扰能力差的问题，设计了微伏级直流电压信号放大电路。系统主要由高精度仪表放大电路、低通滤波电路、陷波电路及高精度隔离电路组成。微伏级直流电压信号采用屏蔽电缆送进高精度仪表放大电路进行初步放大后，首先进行低通滤波，再输入到中间级放大电路进行主要放大，而后进行高频噪声和市电50 Hz降噪处理，以及通过高精度模拟信号隔离电路隔离测量端对采集端的影响，实现输入、输出和电源间的相互隔离。应用低噪声、高效率的电源芯片及线性稳压芯片进行电源模块的设计，以提高测量精度并降低功耗。经实验测量，系统可以实现对5～45 μV范围内电压信号的精准放大，放大输出电压范围为0.25～2.25 V，完全可以满足后级采集电路的需要，且能够达到0.044%的精度。此外，该电路还具有抗共模干扰、抑制温漂、稳定性好、抗干扰性强等特点。微伏级电压信号放大电路系统方框图如图1所示。

2 信号放大电路

信号放大电路采用初级放大和中间级放大两级放大形式。传感器采样输出的直流电压信号经屏蔽电缆输入到初级放大电路，因此需要检测的直流电压信号微弱且含有大量杂波。从而要求选用的运算放大器具有以下特点：低失调电压、低温度漂移的高性能差动放大电路，以克服温漂；选用开环增益较大的运放，而单级放大器的闭环增益不可过大，这会大大减小增益误差，从而提高检测信号的精度。

因此，设计电路时采用高精度斩波稳零运算放大器TLC2652，具有优异的直流特性，失调电压及其漂移、低频噪声、电源电压变化、共模电压等对运算放大器的影响被降低到了最小[4]。Multisum中的具体设计电路如图2所示。

运算放大器TLC2652的增益由输入电阻和反馈电阻决定，计算公式为：

设计时输入电阻 kΩ，反馈电阻 kΩ，电路增益为50。电路中为确保运算放大器输入级差分放大电路的对称性，设置补偿电阻，其值为输入端接地时，反相输入端总等效电阻。电路中，使用绝缘电阻很高的优质电容器，可选择的容量范围为0.1～1 μF之间。放大倍数的设置，要考虑到初级放大电路中存在有用信号和噪声一起输入的问题，如果初级放大电路的增益设置较大，信号和噪声将被同时放大，在这种情况下，若噪声幅值较大，无疑会降低电路信噪比（信噪比是指电子系统中信号和噪声的比值），不便于对信号的进一步去噪处理。另外，为确保运算放大器的精度，负反馈电阻的精度要很高，同时电路的闭环增益不能设置的太大；保证印制板较高的质量，以避免印制板表面存在的漏电流问题[4]。为此，可在印制板上设置保护环。高精度仪表放大器在放大微弱直流信号时，通常可在输出端加一低通滤波电路，以滤除输出电压中的交流分量来减小交流干扰，使电压输出更加稳定。中间级放大电路，设置在四阶低通滤波电路之后，主要目的是实现放大模块较大的放大倍数。

3 滤波电路

因为需要检测的微伏级直流电压信号非常微弱且含有大量杂波，测量回路、仪表放大电路和相关器件的固有噪声以及外界的干扰噪声通常比被检测目标信号的幅值大很多，有用信号和噪声在经仪表放大电路后将被同时放大。此外，电路结构的不合理设计也会引入噪声干扰，所以，仅对信号进行放大是测量不出微伏级这样微小信号的[5]。电路中为了更好地提取出有用信号，设计了滤波模块来有效地抑制噪声。

3.1 低通滤波电路

针对电路系统的内部噪声以及外部系统的干扰多为交流信号，设计四阶巴特沃斯型有源低通滤波电路对输入级放大电路的输出电压信号进行处理，以抑制放大了的噪声信号。设置低通滤波电路的截止频率为20 Hz，选用单片集成运算放大器OP200，具体器件参数设置及电路设计如图3所示。图4为电路在Multisum中仿真的幅频特性。

3.2 陷波电路

陷波电路也即带阻滤波电路，主要用来减少工频干扰。通常使用的各种仪器的供电电源都为市电或者经市电转换得到，而市电的频率为50 Hz。这样测量电路中就会串入工频，产生工频干扰，严重时将导致电路无法接收信号[6]。电路中采用经典的双T型带阻滤波电路，其中要求电阻R和电容C有较高的精度，以保证带阻滤波电路的中心频率正好在50 Hz处。图5为陷波电路结构原理图。

由此可以得出结论：为了使设计的陷波电路性能最佳，也即满足窄带滤波效果和高Q值，m应接近1取值。

设计电路时采用增益调节电位器，使其在50 Hz处衰减效果最好。经计算kΩ， μF；为增益带宽调节电位器。图6为具体设计电路，图7为50 Hz陷波电路在Multisum中仿真的幅频特性图。

4 隔离电路

在微伏级直流电压信号放大测量过程中，抗干扰是一个不可避免的问题。若不通过信号隔离，测量系统就会引入各种电磁干扰。目诵藕胖谢烊敫扇判藕牛不但会降低测量的准确度，而且尖峰电磁脉冲会对后端采集电路造成一定破坏。因此，针对微弱直流电压信号测量存在的干扰问题，设计了隔离电路。

发光二极管和光敏三极管的伏安特性使光电耦合器件非线性失真十分严重，一般只用来隔离数字信号，而不能简单应用到对模拟信号的隔离。因此，模拟信号的隔离相对复杂的多，一方面要求其达到隔离效果，另一方面又要求最大限度地使模拟信号不失真，也就是能确保模拟信号的线性传输[7]。有源隔离模块T6550D/S内部采用电磁隔离技术，精度达到13～14位，具有良好的线性度及优良的温漂与时漂性能[8]，能够实现输入/输出和电源间的相互隔离，非常适合高精度信号隔离测量。电路接口如图8所示。

5 电源模块设计

放大电路篇3

引言

现有的很多小信号放大电路都是由晶体管或MOS管的放大电路构成，其功率有限，不能把电路的功率做得很大。随着现代逆变技术的逐步成熟，尤其是SPWM逆变技术，使信号波形能够很好地在输出端重现，并且可以做到高电压，大电流，大功率。SPWM技术的实现方法有两种，一种是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一种是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结构简化，集成度高。由于数字芯片一般价格比较高，所以在此采用模拟集成电路。主电路采用全桥逆变结构，SPWM波的产生采用UC3637双PWM控制芯片，并采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性。经本电路放大后，信号可达3kV，并保持了良好的输出波形。

图1

1 UC3637的原理与基本功能

UC3637的原理框图如图1所示。其内部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。

UC3637可单电源或双电源工作，工作电压范围±（2.5～20）V，特别有利于双极性调制；双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；逐个脉冲限流；内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；欠压封锁；有温度补偿；2.5V阈值控制。

UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路如图2所示。三角波参数按式（1）及式（2）计算。

Is=[（+VTH）-（-Vs）]/RT    （1）

f=Is/{2CT[(+VTH)-(-VTH)]}    （2）

式中：VTH为三角波峰值的转折（阈值）电压；

Vs为电源电压；

RT为定时电阻；

CT为定时电容；

Is为恒流充电电流；

f为振荡频率。C3637具有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。UC3637实现其主要功能的就是两个PWM比较器，实现电路如图3所示。其他还有如欠压封锁，2.5V阈值控制等功能，这些功能在应用电路中也给予实现。

2 IR2110的结构与应用

IR2110的内部功能框图如图4所示。它由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。IR2110具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达600V，在15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3Vcc，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9VDD）3.3～20V，可方便地与TTL或CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达100kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。

下面分析高压侧悬浮驱动的自举原理。

IR2110用于驱动半桥的电路如图5所示。图中C1及VD1分别为自举电容和二极管，C2为Vcc的滤波电容。假定在S1关断期间C1已充到足够的电压（Vc1≈Vcc）。当脚10（HIN）为高电平时VM1开通，VM2关断，Vc1加到S1的门极和发射极之间，C1通过VM1，Rg1和S1栅极－发射极电容Cge1放电，Cge1被充电。此时Vc1可等效为一个电压源。当脚10（HIN）为低电平时，VM2开通，VM1断开，S1栅电荷经Rg1，VM2迅速释放，S1关断。经短暂的死区时间（td）之后，脚12（LIN）为高电平,S2开通，Vcc经VD1，S2给C1充电，迅速为C1补充能量。如此循环反复。

图4

    IR2110的不足是保护功能不够及其自身不具有负偏压。为此，给它外加了一个负偏压电路，具体见图6。

3 应用UC3637和IR2110构成控制驱动电路

图6是IR2110构成的驱动电路。由图6可见用两片IR2110可以驱动一个逆变全桥电路，它们可以共用同一个驱动电源而不须隔离，使驱动电路极其简化。IR2110本身不能产生负偏压。由驱动电路可见本电路在每个桥臂各加了负偏压电路，以左半部为例，其工作过程如下：VDD上电后通过R1给C1充电，并在VW1的钳位下形成＋5.1V电压Vc1，当IR2110的脚1（LO）输出为高电平时，下管有（VDD－5.1）V的驱动电压，同时在下管关断时下管的栅源之间形成一个－5.1V的偏压；下管开通同时脚1（LO）输出高电平通过Rg2，R2开通MOSFET让C3进行充电;当IR2110的脚7（HO）输出为高电平时，由C3放电提供上管开通电流，同时给C2充电并由VW2钳位＋5.1V，下管关断时Vc2即形成负偏压。为了只用IR2110的保护功能，把脚11（SD）端接地。

图7是用UC3637产生PWM波的电路。由图7可知，这是一个开环小信号放大电路，因为，小信号的电压幅值相对三角波幅值过低，所以，小信号先经过UC3637本身的Error运算放大器进行放大，使其幅值约等于三角波的幅值。本电路没有利用UC3637做死区，而是单独作了一个死区延时。然后把放大的信号直接和三角波进行比较，分别在UC3637的脚4及脚7输出反相的SPWM波，经过死区延时电路、滤杂波电路、隔离电路送到IR2110驱动芯片。

图6

    设计电路应注意以下问题：

1）UC3637的RT和CT要适当选择，避免RT上的电流过大，损坏片子；

2）驱动电路中C2值要远远大于上管的栅源极之间的极间电容值；

图7

    3）IR2110的自举元件电容的选择取决于开关频率，VDD及功率MOSFET的栅源极的充电需要，二极管的耐压值必须高于峰值电压，其功耗应尽可能小并能快速恢复；4）IR2110的驱动脉冲上升沿取决于Rg，Rg值不能过大以免使其驱动脉冲的上升沿不陡，但也不能使驱动均值电流过大以免损坏IR2110；

5）当PWM产生电路是模拟电路时可以直接把信号接到IR2110；当用采数字信号时要考虑隔离；

6）注意直流偏磁问题。

4 实验结果

由一个信号发生器模拟输入，UC3637产生63kHz的三角波，直流母线电压是220V。本电路分别在假性负载和压电陶瓷负载下做实验，输出端输出很好的放大信号。

图8是在实验室做单频正弦输入信号上下功率MOSFET的驱动波形，图9是逆变桥的输出。图10也是输出波形（时间参数变化），图11是M=0.1时带假性负载的负载波形。

真正的信号是一个随机的信号，负载是一个压电换声器，本电路在M?1.0，变压器变比为1∶7时，能使小信号放大到峰值3.2kV，输出有效值能到680V，放大信号失真很小，满足技术要求。由于高压示波器没有接口，而未能把负载两端的波形拍出来。

5 结语

1）UC3637采用为数不多的集成电路，就可构成一个完整的逆变控制电路，控制电路简单、实用，硬件投资不高，使用证明性能稳定，可靠；

9、10和11图

    2）UC3637和IR2110具有很高的抗干扰性能，一片IR2110在较大功率下可安全驱动功率MOSFET或IGBT的半桥；

放大电路篇4

关键词：单级交流放大电路；静态工作点；交流电压增益

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）18-0260-02

在大学模拟电子线路实验课中，单级交流放大电路是组成两级放大电路、两级负反馈放大电路、文氏桥振荡器等各种复杂放大电路的基础，能否让学生理解实验原理，掌握实验方法，得到正确的实验结论，直接影响到后续实验课的教学效果。另外，本门课程属于电子信息类公共基础实验课，面向物理、材料、计算机、电子等多个学科的不同专业设课，因此还需要根据教学实验计划及对不同专业学生的教学要求，调整实验教学的内容与难度。笔者基于多年对模拟电子线路实验课的教学经验，从实验原理解析和实验数据分析两方面入手，探索了提升单级交流放大电路实验教学效果的新方法。

一、静态工作点的实验教学方法

1.静态工作点的概念解析。单级交流放大电路实验是模拟电子线路实验课中学生接触的第一个放大电路实验，对于调节静态工作点的目的和作用尚不十分清楚，很多学生甚至不调整静态工作点就开始进行小信号放大的实验，因此系统地给学生讲解静态工作点的概念、调整静态工作点的作用以及如何调整静态工作点就显得十分必要。单级交流放大电路是由三极管搭建的共射极放大电路，在电路工作时三极管可能处于饱和、截止和放大三种工作状态，其中，截止和饱和是两种极限状态，分别对应放大电路输出最高电压和最低电压时三极管的工作情况。调整静态工作点的目的是使三极管在放大电路工作过程中始终保持在放大区，能够在一定的交流信号输入范围内放大该信号，使其在放大器的输出端即不出现饱和失真，也不出现截止失真。

2.静态工作点的调整方法。单级交流放大电路的性能与静态工作点的位置有着非常密切地关系，而静态工作点是由三极管参数和放大电路中偏置电路的设计共同决定的。构成静态工作点的四个基本要素是三极管的基极电流Ib、集电极电流Ic、基极射极间结压降Vbe和集电极射极间管压降Vce。通过推导四个要素之间的关系公式，可以让学生了解各要素之间的联系，进而理解调整静态工作点的整个过程[1]。在不考虑三极管本身参数变化的情况下，偏置电路的设计十分关键，在模拟电子线路实验课中一般采用具有上下偏置电阻结构的偏置电路，利用变阻器改变上偏置电阻的阻值来调节静态工作点，其工作过程为：增大上偏置电阻，Ib减小，Ic增大（Ic=βIb），Vce减小（Vce=Vcc-IcRc），反之亦然；公式中β为三极管交流电流放大倍数、Vcc为电源电压、Rc为集电极电阻、Re为射极电阻。由静态工作点分析理论可知，静态工作点位于三极管输出特性曲线与放大电路直流负载线的交点处，为使静态工作点尽量原理三极管的截止和饱和工作区，其位置一般被定在直流负载线的中点，该点对应的Vce电压大小正好是电源电压的一半。因此，在实验中可操作性最强、最为简单可靠的确定合适静态工作点的方法为：利用万用表监测集电极和射极间管压降Vce，调整作为上偏置电阻的变阻器阻值，直到Vce等于电源电压的一半。经多年实验教学检验，学生不仅容易理解采用该方法调整静态工作点的原理，而且使用该方法快速、恰当地调整静态工作点的成功率几乎为100%。

3.提高静态工作点稳定性的方法。三极管是一种温度敏感器件，当环境温度发生变化时，其参数必然也随之发生改变，从而导致静态工作点的变化。受温度影响最大的两个参数分别为Vbe和β：对于大多数三极管（硅管和锗管）Vbe的温度系数为-2.2mV/℃，即Vbe随温度的升高缓慢减小；β的变化趋势正好相反，温度每升高1℃，β要增加0.5%～1.0%[2]。由此，在单级交流放大电路的其他条件保持不变的情况下，温度升高导致β值变大，引起三极管输出特性曲线变宽且同步上移，当基极电流Ib保持不变时，集电极电流Ic变大，这些变化最终都会导致静态工作点相对于原位置向三极管的饱和区移动，从而使电路更容易出现饱和失真。

解决温度变化给单级交流放大电路静态工作点带来不稳定性的方法主要有两种：（1）采用温度补偿器件，如二极管或负温度系数的热敏电阻，接到下偏置电路中；（2）采用具有上下偏置电阻结构的偏置电路，并在三极管发射极与地之间串接一只阻值适当的直流负反馈电阻Re。在模拟电子线路实验课中通常采用后一种方法：利用具有上下偏置电阻结构的分压式偏置电路使基极电压Vb被钳位在一固定值，加入Re后随着温度的升高，β值变大，Ic增大，在电阻Re上产生的压降Ve增大（Ve≈IcRe），Vbe减小（Vbe=Vb-Ve），根据三极管输入特性曲线，Ib随Vbe的减小而减小，进而又导致Ic减小，由此抑制了集电极电流Ic的继续增长，最终使静态工作点的位置保持不变。

加入直流负反馈电阻Re后，虽然带来了稳定电路静态工作点的好处，却在放大器的小信号等效电路中的相应位置也引入了电阻Re，从而使放大器的交流电压放大倍数从-β（Rc//RL）/rbe衰减到-β（Rc//RL）/（rbe+（1+β）Re），公式中rbe为基极射极间等效电阻、RL为负载电阻。为消除电阻Re对电压增益的衰减作用，可以在Re上并联一旁路电容Ce，在放大器的小信号等效电路中Ce相当于导线将Re短路，消除了其对交流分量的影响，从而达到在提高静态工作点稳定性的同时不损失交流电压增益的理想效果。在做实验时，要让学生针对在三极管发射极与地之间不串接Re、串接Re和串接Re与Ce的并联电路这三种情况，分别测试放大器输出电压的变化，通过对实验数据的比较和分析，得到Re对放大电路电压增益影响的实验结论，并由此加深对理论的理解。

二、交流电压放大倍数的实验教学方法

适当调整放大电路的静态工作点后，可以保证输入交流信号被放大-β（Rc//RL）/rbe倍后在电路输出端最大不失真地输出。传统实验教学实例仅会选取小范围变化的Rc和RL，让学生观察集电极电阻和负载电阻对单级交流放大电路交流电压增益的影响，而这两个电阻对增益的作用从公式上已经一目了然了。在新的实验教学方法中，力求挖掘两电阻对电路交流电压放大倍数更深层次的影响。

1.负载电阻RL变化对输出信号的深层影响。在理论上，RL的变化除了影响交流电压放大倍数外，还会改变电路的交流负载线斜率，其表达式为-1/（Rc//RL），即随着负载电阻的减小，交流负载线的斜度越来越大，这样虽然静态工作点的位置没变，但该点相对于三极管截止区的距离变短而相对于饱和区的距离变长，导致输出信号更容易产生截止失真。为了在实验中得到该实验现象，就要在未接入RL前通过增大输出电压将输出电压调至最大不失真，然后接入适当的RL，此时，在示波器上即可观察到输出信号在幅度降低的同时，波形的顶端变平，即出现了截止失真。

2.集电极电阻Rc变化对输出信号的深层影响。在理论上，Rc的变化除了影响交流电压放大倍数外，还会改变电路的直流负载线斜率（-1/Rc）、交流负载线斜率（-1/（Rc//RL））以及电路的输出电阻Ro。在本实验教学中，主要对交、直流负载线斜率的变化进行实验测试。随着Rc的增大，交流负载线的斜度越来越小，而由于Ib没变，三极管输出特性曲线位置不变，因此，静态工作点只能沿着输出特性曲线水平向左移动，从而更加接近饱和区，导致输出信号更容易产生饱和失真。为了在实验中得到该实验现象，只需在保持输出信号不变的情况下增大传统实验教学中Rc的变化范围，当Rc足够大时，在示波器上除可观察到输出信号幅度增大外，还会观察到波形的底部变平的现象，即出现了饱和失真。

三、通频带的实验教学方法

通频带表征的是一种放大电路对不同频率交流信号的放大能力。存在于放大电路中的电感、电容和三极管极间电容等元件会将频率参量引入电路的放大倍数公式中，从而使放大倍数成为信号频率的函数。输入信号的频率过低或过高，都会导致放大倍数的降低：当信号频率减小到一定程度，使放大倍数衰减至中频时的0.707倍，该频率称为下限截止频率fL；当信号频率增大到一定程度，也使放大倍数衰减至中频时的0.707倍，该频率称为上限截止频率fH；下限截止频率和上限截止频率之间的频带即为放大电路的通频带fbw。通频带宽的放大电路对不同频率信号的适应性强，而通频带窄的放大电路可以避免不需要的频率成分对电路的干扰，因此掌握通频带的相关知识对电子信息类学生是非常重要的。

每个放大电路都有其通频带，为了让学生理解通频带的概念，了解放大电路的频率响应特性，在单级交流放大电路实验中应加入相关实验。在实验的实际操作中，应使用本身通频带范围较宽的交流毫伏表作为交流电压测量仪器。首先，让学生在1kHz的中频段，通过调节输入信号的幅度将单级交流放大电路输出电压的有效值调至1伏特，将此时得到的中频放大倍数作为后续实验的参考。然后，在保持输入信号幅度不变的条件下，逐渐降低输入信号的频率，当交流毫伏表显示的输出信号有效值下降到0.707伏特时停止频率调节，并记录下该频率数据。因为在整个频率调节过程中输入信号的幅度保持不变，而输出信号的幅度下降，这说明电路的放大倍数随频率变化产生了衰减，所以按照下限截止频率的定义，此时测得的频率即为fL。同理，逐渐增大输入信号频率，使交流毫伏表显示的输出信号有效值再次下降到0.707伏特时，测得的频率即为fH。最后，将fH与fL做差即可得到通频带fbw的实验结果。经历上述实验过程，可使学生直观地体会出频率对交流放大倍数的影响，甚至可以通过对逐个频点的测量直接绘制出该单级交流放大电路的频率响应曲线，这对于模拟电子线路实验后续各类放大电路的学习都有很大帮助。

四、教学效果与评价

实践表明，通过以上对实验教学方法的改进显著提高了教学效果：首先，学生能更加从原理上理解调整静态工作点的意义，掌握更为简单实用的静态工作点调整方法及稳定静态工作点的手段；其次，学生能够更加深入地体会到负载电阻、集电极电阻等电路参数对三级管工作状态和放大器电压增益的影响，从而为后续各种复杂放大电路的学习奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]莫燕平.“单管交流放大电路”的教学[J].职业技术教育，2007，（8）.

放大电路篇5

关键词：放大电路；反馈；判断

中图分类号：F40 文献标识码：A

1反馈概念的引入

在电子电路中，信号传输方向一般是从左侧输入端到右侧输出端的，即：左入右出，这是正向传输方向。而反馈就是将输出信号的一部分或全部送回到放大电路的输入回路的过程，是反向传输的。放大电路无反馈时的状态称开环系统，放大电路有反馈时的状态称闭环系统。

2反馈的分类

这种分类方法是针对闭环系统中反向传输的反馈网络分解。掌握分类的方法，能够更好地判断放大电路的反馈组态。

2.1正反馈和负反馈

如果引入的反馈使净输入增大，就是正反馈。如果引入的反馈使净输入减小，就是负反馈。负反馈多用于放大电路中，这也是本文讨论的重点内容。

2.2直流反馈和交流反馈

放大电路是交直流信号共同作用的电路，交直流信号在放大电路中互相依存，缺一不可。其中直流信号是放大电路工作的基础：它既是放大电路的能源，同时又为放大电路设置了一个合适的静态工作点；而交流信号才是放大电路工作的目的：放大电路工作的目的就是要将接收的微弱电信号放大到需要的数值，以推动负载工作，让我们听到动听的音乐，看到优美的画面。若反馈信号中只含有直流成分的就是直流反馈；只含有交流成分的就是交流反馈；既有直流成分又有交流成分的就是交直流反馈了。

2.3电压反馈和电流反馈

在输出端：若放大电路要稳定输出电压值，则引入电压反馈：若放大电路要稳定输出电流值，则引入电流反馈。

2.4串联反馈和并联反馈

在输入端：若反馈信号和输入信号串联，即为串联反馈；若反馈信号和输入信号并联，就是并联反馈。因此，在负反馈放大电路中，可组成四种类型的反馈放大器：电压串联负反馈；电流串联负反馈；电压并联负反馈；电流并联负反馈。以上四种也称为反馈组态。

3反馈类型的判断

3.1识别放大电路中有无反馈的方法

反馈的重要标志是电路中存在着输出与输入之间反向连接的通路，这条通路是由电阻和电容构成的，而且它不经过电源端和接地端。

3.2判断正、负反馈的方法

若反馈信号与输入信号接在同一个电极上：则极性相同，为正反馈；极性相反，为负反馈。

如图1所示：输入信号和反馈信号接在B极上且极性相同，故为正反馈；若将图中A点接在E上时，则输入信号和反馈信号接在B极上且极性相反，故为负反馈。若反馈信号与输入信号不在同一个电极上，极性相同，为负反馈；极性相反，为正反馈。

如图2所示：输入信号接在B极而反馈信号接在E极上且极性相同，故为负反馈；若将图中A点接在E上时，则输入信号接在B极而反馈信号接在E极上且极性相反，故为正反馈。

总结口诀：同极异负，隔极异正。

3.3判断串、并联反馈的方法

若输入信号与反馈信号加在同一个电极上的为并联反馈。若输入信号与反馈信号加在不同电极上的为串联反馈。

如图3所示，输入信号与反馈信号均加在B上，故为并联反馈；若将图中A点接在E上时，输入信号加在B上而反馈信号加在E上，故为串联反馈。

总结口诀：同并异串。

3.4判断电压、电流反馈的方法

若输出信号与反馈信号加在同一个电极上的为电压反馈。若输出信号与反馈信号加在不同电极上的为电流反馈。如图4所示，输出信号与反馈信号均加在C上，故为电压反馈；若将图中A点接在E上时，输出信号加在C上而反馈信号加在E上，故为电流反馈。

总结口诀：同压异流。

3.5判断交流、直流反馈的方法

电容的作用就是隔直通交。如果反馈网络中起反馈作用的电阻两端并联电容，则为直流反馈；如果反馈网络中串联电容，则为交流反馈；如果反馈网络中无电容，则为交直流反馈。因此判断放大电路中的反馈的口诀：同极异负，隔极异正，同并异串，同压异流。

结语

电子电路中常常利用负反馈来改善电路的工作性能。而产生于模拟电子技术领域的反馈理论，在工程领域中获得广泛的应用。几乎所有电子电路自动控制系统都是建立在负反馈基础上的。因此掌握放大电路中负反馈的判断非常重要。

参考文献

[1]陶希平.模拟电子技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

放大电路篇6

中图分类号:TN710-33文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)16-0008-02

Analysis of Negative Feedback Amplifier Circuit Based on Protel99se

XING Guo-quan

(Xianning College, Xianning 437100, China)

Abstract: The open-loop and closed-loop amplifier circuits are analyzed. The Protel 99se simulation software is used to analyze the static working section, transient charachteristic and AC small-signal. The analysis shows that the negative feedback amplifier circuit can improve the circuit stability, reduce the nonlinear distortion and broaden the transmission bands of the circuit; and that theProtel 99se can provide a mixed emulational function for the advanced analog-digital devices and simulate the circuit comprised of many elements such as TTL, CMOS, BJT, etc.

Keywords: Protel 99se; simulation software; negative feedback; closed-loop amplifier circuit

收稿日期:2010-03-24

基金项目:咸宁学院教研课题(J09125)

随着计算机技术的不断发展,教学手段将变得日益丰富和多样化,原来必须在实验室才能完成的实验及功能演示可以通过计算机在教室里面仿真出来,并可以映射在教室屏幕上。Protel 99 se具有丰富的仿真器件和齐全的仿真功能,使它能胜任大多数电路的仿真工作,构成一个方便、界面友好的用户环境;Protel 99 se的出现给电路分析提供了极大的方便[1-2]。

1 典型电路

图1为两级共射放大电路,图2为带有电压串联负反馈的两级共射放大电路,其反馈网络由R11,C6,R4组成,它可构成交流负反馈电路[3]。

2 静态工作点分析

由于采用的是交流负反馈,理论上分析加入反馈网络后电路的直流工作状态应该不变。在Protel 99 se平台上,选择Simulate下拉菜单,点击Run项,在*.sdf图下方点击Oprating Point就可显示图1和图2电路的静态工作点,发现两个电路的静态工作点是相同的,这与理论分析结果一致[4],如图3所示。

图1 开环放大电路

3 瞬态特性分析

设置信号源幅值为2 mV,频率为1 kHz,在*.sdf图下方点击Transient Analysis就可显示图1和图2电路的输入/输出波形图。从图4可看出,开环放大电路的输出波形存在明显的截止失真;从图5可看出,在输入信号幅值不变的情况下,加入负反馈后消除了非线性失真,并且从中可以算出闭环放大倍数为30,这与理论上分析的在深度负反馈的情况下闭环电路放大倍数ИAF≈1F=1+R11R4=31相吻合。图4和图5清晰地显示了信号传递过程VIc1b2VOУ南辔槐浠过程[5]。

图2 电压串联负反馈放大电路

图3 开环和闭环电路的静态工作点

图4 开环放大电路输入输出波形图

图5 电压串联负反馈放大电路输入输出波形图

4 参数扫描分析

在Simulate下拉菜单中setup选择Parameter Sweep项[6],选中反馈电阻R11,起始值选为1 kΩ,终值选为10 kΩ,步长选为3 kΩ进行分析,于是得到R11变化后的闭环输出信号波形,如图6所示。其中,vo_p01,vo_p03,vo_p06,vo_p08分别显示当R11=1 kΩ,4 kΩ,7 kΩ,10 kΩ闭环状态下输出信号波形图,其放大倍数分别为12.5,30,50,62.5。从中可以发现,随着R11的增大,反馈系数F=R4R4+R11越来越小,闭环系统渐渐退出深度负反馈状态,AF不再近似等于1/F。

图6 电压串联负反馈参数扫描图

5 交流小信号分析

改变电路中V1和V2的设置,在Simulate下拉菜单setup中选择AC Small Signal Analysis项,在*.sdf图中就显示出开环和闭环电路的AC Analysis图。对比图7和图8可以发现,闭环电路电压放大倍数明显减小,电路的通频带变宽,特别是高频部分显著拓宽[7]。

图7 开环放大电路输出信号频率曲线

图8 电压串联负反馈放大电路输出信号频率曲线

6 结 语

通过以上的各项分析,借助于Protel 99 se的仿真软件,则不需购买电子元器件,也不需要示波器、毫伏表、信号源等实验仪器,就可以分析负反馈放大电路的多项性能指标,同时显示出了负反馈对放大电路性能的改善,比如负反馈可以减小非线性失真,降低放大倍数,扩展频带;还可以很方便地进行参数扫描分析,从而获得反馈电阻不同情况下的输出信号波形和闭环电压放大倍数。

Protel 99 se功能强大,还可进行直流扫描分析、温度扫描分析、噪声分析、传递函数分析,蒙特卡罗分析[8]。在实验过程中所能观看的现象和测量的数据都能用Protel 99 se仿真实现。

参考文献

[1]邢国泉.基于Prote1 99 se触发器电路的仿真教学[J].咸宁学院学报,2009,29(3):71-74.

[2]邢国泉.基于Prote1 99 se逻辑门电路的仿真教学[J].赤峰学院学报:自然科学版,2009,25(8):26-27.

[3]康华光,陈大钦,张林.电子技术基础(模拟部分)[M].5版.北京:高等教育出版社,2005.

[4]夏路易.电路原理图与电路板设计教程Prote1 99 se[M].北京:北京希望电子出版社,2002.

[5]梁恩主,梁恩维.Protel 99 se电路设计与仿真应用[M].北京:清华大学出版社,2000.

[6]清源计算机工作室.Protel 99 se电路设计与仿真[M].北京:机械工业出版社,2002.

[7]赵晶.电路设计与制版:Protel 99高级应用[M].北京:人民邮电出版社,2000.

放大电路篇7

【关键词】功率放大器；偏置电路；静态电流；温度补偿

随着我国对北斗卫星通信产业的进一步投入和推广，北斗用户机作为北斗导航系统的重要组成部分引起了广泛关注[1]。功率放大器是北斗用户机中必不可少的一部分，其性能的好坏直接影响到北斗用户机的性能，因此其电路结构和芯片的选型非常重要。LDMOS功放管具有增益大、输出功率高、线性度良好、低成本、高可靠性等优点[2]，因此成为功率放大器设计的首选器件。然而LDMOS的静态电流会随着温度变化而变化，这对功率放大器的增益、饱和输出功率等参数都有很大影响，在高温环境下，这些参数的变化甚至会导致功率放大芯片损坏，因此设计一种针对LDMOS的温度补偿电路对功率放大器的性能至关重要。

1功率放大器设计

在北斗用户机的功率放大器的应用中，功率放大芯片的选取非常重要，除了要求功放芯片在北斗频率上能够达到要求的功率外，还有考虑最大容许工作电流、最大耗散功率、芯片的结温度等因素[3]，并且要留有足够的余量。本设计在北斗频率上要求最大输出功率在10W以上，工作温度大于75℃，经过比较，最终选取HMC308和HMC454为驱动芯片，以英飞凌公司的LDMOSFETPTFA220121M作为功率放大芯片设计一款北斗用户机功率放大器。合适的静态工作点不仅能保证芯片的正常工作，还会影响功率放大器的最佳匹配负载、效率等参数[3]，因此选择正确的静态工作点是设计电路的第一步。由datasheet可知，PTFA220121M的偏置电路中栅极电压为2.5V左右，漏极经过一个四分之一波长线接+28V，常温下功率放大器工作的静态电流为150mA。为了向负载传输最大功率，需要在电路中加入匹配网络，使得负载阻抗等于信号源阻抗的共轭，此外，匹配网络还决定着放大器的驻波比、功率增益、1dB压缩点等指标是否满足设计要求。在PTFA220121Mdatasheet中读取出在1616MHz处的输入输出阻抗，利用ADS软件对芯片做输入输出匹配电路，使得功率放大器的功放管工作在趋近饱和区[4]。由于在北斗频点上采用微带线做匹配电路，电路的面积会非常大，所以电路的匹配采用集总器件做匹配电路.对电路PCB进行加工并测试得到其小信号增益为42dB左右，饱和输出功率在10W以上。在高低温箱内放置两个功率放大器，以20℃为步进，测试每个功率放大器在-45℃～75℃时的特性，使功率放大器在每个温度下保持30分钟后，测得两个功率放大器PTFA220121M的静态电流分别为I1、I2，饱和输出功率分别为P1、P2，画出四个参数随温度变化的曲线，如图1所示。分析数据可知，随着温度的升高，功率放大器的静态电流增加了50mA，即功率放大器在-40℃～75℃内的工作点具有正温度系数，得出温度对功率放大器的饱和输出功率一致性有很大影响。在测试过程中，在没有加激励的情况下，当温度升高到75℃时，功率放大器加电瞬间芯片损坏。功放芯片的结温度和工作环境温度及芯片本身的功耗有关，当温度升高时，芯片的静态电流增加，使得芯片的功耗增加，这两个因素同时增大使得芯片的结温度超过其能承受的最大温度，故而损坏，而北斗用户机实际的工作温度要求能承受75℃，所以要降低芯片在高温下的静态电流来保护芯片。为了保证功率放大器各性能的稳定，在功放芯片的偏置电路中加上温度补偿电路，使栅极电压随温度的升高而降低[5]，保证芯片的静态电流在各个温度下的恒定，从而提高功率放大器性能的一致性。

2温度补偿电路设计

功率放大芯片在工作点附近通常具有正的温度特性，即在一定的栅压下，当工作温度升高时其静态电流升高，当工作温度降低时静态电流降低[6]。由图1的实验结果可知，工作温度的升高使得最大输出功率的波动很大，本设计通过在偏置电路加一个电压补偿网络实现温度的补偿[7]。温度补偿电路采用了温度传感器LMT84，封装大小为2.4mm*2.2mm，其输出电压随着温度的升高而降低。将LMT84的输出端与PTFA220121M的栅极经过电阻相连，通过分析实验数据来分配电阻值，使得温度升高时栅极电压下降，计算得到静态电流下降的幅度正好抵消静态电流增加的幅度，从而保证芯片的静态电流不随温度变化。对两个功率放大器做如下处理：在PTFA220121M栅极和地之间接上屏蔽电缆，在非接地电缆的另一端接电位器。将它们放入高低温箱内，温度设定为-45℃～75℃，每20℃一个步进，功率放大器在每个温度下存储30分钟，测试各个温度下PTFA220121M的静态电流。通过调节电位器的阻值使得PTFA220121M的静态电流在各个温度下保持在150mA，用万用表测试出对应温度下栅极的电压，温度补偿电路如图3所示，PTFA220121M栅极电流为1uA，为了使芯片栅极电压的波动对A点电压影响足够小，选取电阻时保证流过R1的电流I1为50uA左右。LMT84的最大输出电流为50uA，I2取值为40uA。根据叠加定理，电路中各器件之间的关系满足等式(1)、(2)、(3)、(4)，其中UA1、UA2为图2直线中0℃和20℃对应的电压值，UB1、UB2为LMT84工作曲线中的0℃和20℃对应的电压值，计算出各个电阻值，取标称值为：R1=30kΩ，R2=18kΩ，R3=13kΩ，R4=20kΩ。电路设计时要求温度不变时UA1的变化范围为ΔV=±10mV，供电电压为U，为了求出补偿电路中所选电阻和电源芯片输出电压的精度，对等式（2）中UA1在R1=30kΩ、R2=18kΩ、R3=13kΩ、R4=20kΩ、U=5V处对R1、R2、R3、R4、U求偏导数，计算得出ΔR1=±0.8%R1，R2=±1%R2，R3=±3%R3，R4=±60%R4，ΔU=±9%U。由计算结果可知，R1的变化对UA1的影响最大，所以要求其精度最高，由于市面上常用的贴片电阻最高精度是±1%，所以取R1=(30±1%)kΩ。R4的变化对UA1的影响很小，对其精度几乎没有什么要求。电路中供电芯片选用的是LDO，其输出电压精度在±1%，满足设计要求。最后确定电阻值为：R1=(30±1%)kΩ，R2=(18±1%)kΩ，R1=(13±1%)kΩ，R4=(20±10%)kΩ。

3实验结果和数据分析

加入温度补偿电路的功率放大器实物如图4所示，其中每个芯片和改进前功率放大器用的芯片都属于同一批次，常温下对功率放大器进行测试，输入1616MHz信号，功率大约为0dBm，测试得静态电流为150mA，加电200ms测试出功率放大器的最大电流为650mA左右，最大输出功率10W以上。将两个功率放大器放在高低温箱内，按照以20℃为步进、每个温度下存储30分钟的方法测试-40℃～75℃下的静态电流，得出静态电流I11、I22和饱和输出功率P11、P22随温度变化曲线如图5所示，可以看出同一个功率放大器在不同温度下的静态电流变化很小，饱和输出功率的一致性也有明显改善，并且功放芯片没有损坏现象4小结本温度补偿电路设计简单，易于实现。将改进后的功率放大器用在北斗用户机中，经大量测试显示，加入温度补偿电路后，温度在-40℃～75℃时，功率放大芯片的静态电流基本一致，增益均在40dB以上，饱和输出功率均大于10W。这说明，该温度补偿电路对功率放大器在不同温度下的静态电流有很好的补偿作用，从而成功避免了因温度变化而导致芯片损坏情况的发生。

参考文献

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[2]崔庆虎,刘平.基站功率放大器的设计与仿真[J].电视技术,2012(17):82-85

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[4]韩红波,郝跃,冯辉等.LDMOS线性微波功率放大器设计[J].电子器件,2007(2):444-449.

[5]BELLANTONIJohn.BiastechniquesforGaNandpHEMTdepletionmodedevices[EB/OL].[2014-06-17]./appliations/defense/gan-products.

[6]耿志卿,曹盼,陈湘国等.一种应用于功率放大器的高精度温度补偿电路设计[J].现代电子技术,2015(3):137-140.

[7]黄亮,章国豪,张志浩等.一种带有温度补偿电路的射频功率放大器[J].电子科技大学学报,2015(6):814-817.

放大电路篇8

【关键词】灵敏度;低噪声放大器;BFG425W

引言

无线高频电路大多应用在小型设备和便携式电子产品中，用于实现设备之间的无线连接和信息交换。低噪声放大器是射频接收机前端的主要组成部分。它主要有下面四个特点：

（1）它位于接受机的最前端，噪声系数越小越好，同时为了抑制后级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但是为使后面的混频器不过载，它的增益又不能太大，因此要求低噪声放大器在工作的频段是稳定的。

（2）接收端的信号是微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号线性放大器，又由于受传输路径的影响，在接受信号时有可能伴随着许多强干扰进入，因此要求放大器有足够的线性范围，而且增益是可调的。

（3）低噪声放大器一般是通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，放大器必须与它们有良好的匹配，以达到功率最大传输和具有最小噪声系数，并且保证滤波器的性能。

（4）应具有选频功能，可抑制带外和镜象频率干扰，因此它一定是频带放大器。 综上所述，晶体管微波放大器的基本要求是低噪声系数、足够的增益、工作稳定可靠、足够的带宽和较大的动态范围等。

1.低噪声放大电路的性能指标分析

低噪声放大器基本由放大器件（微波晶体 管）、输入匹配网络、输出匹配网络组成。

1.1 噪声系数

噪声系数是指放大器的输入信噪比和输出信噪比的比值。第一级放大器的噪声性能对整个放大器的性能起决定性的作用，该放大器必须能在宽频带内实现噪声匹配。一个晶体管，当它的源端所接信号源的阻抗等于它所求的最佳源阻抗时，由该晶体管构成的放大器的噪声系数最小，这样才能得到更高灵敏度。

1.2 增益

放大器的增益与管子的跨导有关，跨导直接由工作点的电流决定;其次，放大器的增益还与负载有关。低噪声放大器是频带放大器，它的选频功能由负载决定。低噪声放大器输出端必须与滤波器相配，以保证滤波器的众多特性，如插入损耗、带内波动以及带外衰减等。

1.3 线性度

采用差动输入方式，输入信号线性范围比单管大。输出电流是两个管子输出电流之差，可以抵消放大器非线性失真偶次谐波，进一步扩大了放大器的线性范围。讨论放大器的线性范围要考虑三个问题：一是线性范围和器件有关，场效应管由于有平方律特性，因此它的线性比双极好;二是和电路有关;三是输入端的阻抗匹配网络也会影响到放大器的线性范围。

2.三极管BFG425W放大原理介绍

BFG425W是一款NPN双极型晶体管，具有低电压、高增益、耗电少、可靠性高、低噪声放大等优点，可以应用于900M、2.4G甚至更高频段。

图1 放大增益与集电极电流关系曲线

图2 频率与集电极电流关系曲线

2.1 三极管BFG425W主要特性曲线

从图1、2中可以看出，BFG425W晶体管在耗电流小的情况下也能具有较高的放大增益倍数以及支持更广的频率范围。

2.2 三极管BFG425W应用于高频段低噪声放大电路设计如图3所示：

图3

图3为原理参考图，三极管BFG425W供电电压Vsupply为LDO输出3.3V，L1、R1作为晶体管的偏置电路保证放大电路及增益稳定性，提供静态工作电流。S1、S2为射频微带线，需要根据电路基材等调整相应尺寸。

3.结束语

经试验发现基于BFG425W三极管搭建的硬件低噪声放大电路可以更好的保证射频接收灵敏度，但也需要在调试过程中把握好基极静态工作点及中心频率选择，可以用于高频小信号放大电路。不过，上述电路仅限于一级放大，对于实际使用过程中为了满足更优异的接收灵敏度及噪声系数，需要多级放大电路一起工作才会产生更好的效果。

参考文献

[1]向宏平，杜惠平.CDMA射频前端低噪声放大器电路设计和研究[J].微电子学，2004，34（4）：432-434.

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[4]吴国增，杨颖.低噪声放大器（LNA）的网络匹配设计方法研究[J].电子元器件应用，2007（01）.