使用FET（场效应管）高频放大期的设计-制作

lingwoing

使用FET（场效应管）高频放大期的设计-制作

    高频……FM广播频带用小信号放大器应具备的特性
    今以最常见到的可以将FM广播电波放大的高频放大器为例说明，使用于离广播电台的距离很远，所接收到的FM广播电波较弱，无法得到良好的立体广播接收效果等类似情况。
    此时，如果利用高频放大器将天线所接收的信号放大後，再输入调谐器时，便可以得到良好的立体广播。
    由於为FM广播，利用高频放大器放大，其目的是改善信号讯杂比。假设FM广播带的频率为76M~90MHz（译者注：我国FM广播频率范围是88MHz~108MHz），则高频放大器所需要的频带宽为90M-76M=14MHz。可是，对於特定的地区而言，由於FM广播电台所发射的频率已经决定了，故实际电路并非需要100%完整含盖此一FM频带的宽度。在这里，可以设定高频小信号放大器的输入电路与输出电路的频带宽为10MHz。
    由天线所输入的信号很微弱，将此微弱信号放大的电路，也有将此电路称为前置放大器(Pre-Amp)的。对於此一高频小信号放大器所要求的特性如下：
    (1)只允许通过所需要的频带(Q：选择性)
    (2)功率增益要足够大(Gp：功率增益)
    (3)放大器本身所产生的杂讯很小(NF：Noise Figure)
    (4)放大器的线性要宽广。
    定下设计方向---低杂讯
    表1所示的是本高频小信号放大器的设计要求，输入输出阻抗与同轴电缆线的特性阻抗匹配，定为50Ω。
    如果所通过的频带为78M~88MHz，频带宽BW成为10MHz，则中心频率为83MHz。
    放大器的功率增益Gp定为20dB(100倍)以上，在放大器内所产生的杂讯指数NF(Noise Figure)为3 dB以下。
    以下说明可以满足表1规格的元件与电路方式的选择方法。
(选择能够满足此一规格条件的FET。其功率增益为20dB，将信号放大为100倍) 　
电源电压 10V
输入阻抗 50Ω
输出阻抗 50Ω
中心频率 83MHz
功率增益 20dB(min)
杂讯指数（NF） 3dB(max)
最高工作温度 60℃
频带宽 输入回路，输出回路均设计频带宽为10MHz



图5 FM调谐器用高频放大器的方块图
(针对各方块图的重点来展开电路的设计，例如，输入输出回路的重点是为取得所必要的频带宽，需要设计适当
的选择性，另外也要注意阻抗变换，放大部的目的是得到良好的信号放大)
    图5所示的是高频小信号放大器的方块图，为了得到低杂讯，使用FET代替2SC型式的高频晶体管。
    图6所示的是FET 2SK241(东芝)的规格，此元件一般供FM调谐器所使用，功率增益Gp为28dB(typ)，杂讯指数NF为1.7dB(typ)。
    高频放大电路为了能得到稳定的放大作用，—般均采用栅极接地的方式，其目的是为了减少回授电容量Grss，但此一制作如图7所示，使用的却是源极接地放大电路，为什么呢？

2SK241一般用途：FM调谐器用、VHF频带放大用管。 基本特点：
．杂讯指数小：NF=1.7dB(标准)
．功率杂讯大：Gp=28dB(标准)
．回授电容量小：Grss=0.035pF(标准)
．使用电压范围：5~15V
2SK241最大极限参数（Ta=25℃）
参数 符号 额定值 单位
漏极-源极间电压 VDS 20 V
栅极-源极间电压 VGS ±5 V
漏极电流 ID 30 mA
允许功耗 PD 200 mW
节温度 Tch 125 ℃
存储温度 Tstg -55~125 ℃


2SK241一般电性能指标参数（Ta=25℃）
参数 符号 测试条件 最小值 标准值 最大值 单位
栅极漏电流 IGSS VDS=0,VGS=±5V - - ±50 nA
栅极-源极间电压 VDSX VGS=-4V,ID=100µA 20 - - V
漏极电流 IDSS（注） VDS=10V,VGS=0 1.5 - 14 mA
栅极-源极间关断电压 VGS(OFF) VDS=10V,ID=100µA - - -2.5 V
顺向转移导纳 |Yfs| VDS=10V,VGS=0,f=1KHz - 10 - mS
输入电容 Ciss VDS=10V,VGS=0,f=1MHz - 3.0 - pF
回馈电容 Crss - 0.035 0.050 pF
功率增益 Gps VDS=10V,VGS=0,f=10MHz - 28 - dB
杂音指数 NF - 1.7 3.0 dB
注：IDSS分类 O:1.5~3.5 Y:3.0~7.0 GR:6.0~14.0


    从2SK 241的规格表可以查出Crss=0.035pF(typ)，显然是一个很小的值。一般的FET其Crss为数pF，与此相此非常小。再观察2SK241的内部，如图8所示，它实际上是由源极接地电路的FET与栅极接地的两个FET串接而成，此称为串接(cascode)。为了便于参考，将FET的各种应用电路方式列出如图9所示。
    从这些参数可以看出：2SK241的内部是由输入阻抗很高的源极接地电路与回授电容量很小的栅极接地电路组合而戍，非常适合做为高频放大的用。

图7 FM调谐器用高频放大器电路图
L1：0.8mm镀镍线，卷绕4圈内径11mm拉长至7mm。抽头为由接地算起往上方1圈处。
L2：0.8mm镀镍线，卷绕3.5圈内径9mm拉长至8mm。
(由於输入输出回路的谐振电路为空芯线圈，可以用手卷绕。整个放大电路使用VHF放大，电路形式采用FET 2SK241GR做源极接地。)

图8 串接型FET 2SK241内部构造
(2SK24l的外观所看进去的为l个FET，但是，其实际的内部构造是由．2个FET串接而成)

图9 FET放大电路的各种接地方式

nyll88

不错的资料！请继续吧。

mzxwswswws

原帖由 冰岛 于 2010-3-26 23:41 发表
很多调频收音机没有前置高放，我一般都是加一级RC宽带放大（所用元件：S9018/电阻1k,100k各一/1000p电容二只；3伏供电。），增益不算太高500华里内的电台也能接收到很稳定的信号。

能上个电路图吗？

millwood

a typical wideband rf preamplifier is like the one in the famed Kitchin shortwave radio.

Q1/C1/C2/R1 form a common base amplifier.

millwood

if you were replace Q1 with a jfet (mpf102, or 2n5484/5/6 for example), just tie its gate to the ground.

[ 本帖最后由 millwood 于 2010-3-27 01:16 编辑 ]

heroicjzu

millwood朋友也来这边了，呵呵。

这个机器能否提供更详细的制作调试资料、实物图片或链接。。。

半导体再生机，很有试制的价值。。。

求知无足

好资料。

millwood

sure. the Kitchin shortwave receiver is very well designed and widely built.

Its designer, Charles Kitchin, is a hardware designer at Analog. Kitchin is very well known among opamp designers and is a legend on par with Walter Jung, etc.

He has many simple but high performance designs, but the one here is the best known.

here is a detailed bilt manual for this particular radio: http://www.qrpkits.com/files/Scout_Regen_v1.2.1.pdf

[ 本帖最后由 millwood 于 2010-4-1 09:20 编辑 ]

heroicjzu

非常感谢，一流好的资料。

mzxwswswws

谢谢冰岛老师的图，准备试试看