单调谐小信号放大器

仿真要求

　　采用共发射极结构，中心频率$f_0=20MHz$，电压增益$G_v \geq 20dB$，带宽$BW \geq 1MHz$，电源电压$+12V$，输入电压峰值$1mV$。

 

 

参数设计

 

晶体管选型

　　本次实验选择型号为Q2SC1215的NPN三极管，如下图所示，该三极管极间电容较小，且具有较高的的上限频率，适合大多数的高频电路设计。

 

 

 

 

静态工作点

　　高频小信号放大电路最佳的工作点：集电极电流$I_c=2mA \sim 4mA$，基极电压$V_b=\frac{1}{3}V_{cc}$。取$R_{b1}=20k\Omega,R_{b2}=10k\Omega,R_e=1k\Omega$，此时$I_c \approx 3.18mA$。

 

LC参数

　　根据要求的中心频率，可知$L·C=64 \times 10^{-18}F·H$。此外，带宽$BW=\frac{f_0}{Q_L} \geq 1MHz$，即要求$Q_L=\sqrt{\frac{C}{L}}R_L \leq 20$，取负载$R_L=1k\Omega$，则$\sqrt{\frac{C}{L}} \leq \frac{1}{50}$。综上，取$C=80pF,L=0.8uF$，理论通频带为$2MHz$，品质因数$Q_L=10$。

 

电路图

 

 

 

 

性能指标观测

 

中心频率和通频带

　　

　　根据归一化的输出幅频曲线，测得中心频率为$f_0=19.78MHz$，主要误差来源于极间电容对谐振回路的影响；通频带大约是$2.02Mhz$，符合理论计算结果。

 

电压增益

　　

 

　　由图可知，放大器在中心频率处的电压增益$G_v \approx 40dB$，主要由负载和集电极电流所贡献。根据Y参数的增益公式$A_u=-\frac{p_1p_2|y_{fe}|}{g_\Sigma}=-\frac{|y_{fe}|}{g_\Sigma}$，可以计算得到放大倍数在110左右（$g_\Sigma=Q_L\omega_0 L，y_{fe} \approx \frac{g_m}{1+r_{bb'}(g_{b'e}+j\omega C_{b'e})}$）。

 

负载变化的影响

　　下图分别是通频带和最大电压增益随负载变化得曲线，可以看到随着负载的增大，曲线趋于平缓。

　　

 

 

傅里叶分析

　　首先是集电极的电压傅里叶分析，主要是直流分量和$20MHz$的分量。

　　

　　然后是输出电压的傅里叶分析，其中的直流分量被隔直电容所过滤。