论文总字数：21003字

摘 要

低频放大器设计是一个很成熟的课题，我们常见的示波器就可以很方便完成低频信号的放大，但往往端口阻抗不能很好与50欧姆系统匹配，而且这样造成的测试误差不易测算。在更多其它测试应用中，都存在这样类似的问题。

由此提出一种适用于50欧姆端口阻抗的低频低噪声放大器的需求。该放大器应该具备低1/f噪声和低温漂性能，从而不必外置温控电路。

本文从介绍模拟电路一些基本元器件的原理出发，就整个信号处理流程中的一环放大器，综合比较晶体三极管和场效应管，以及不同的结构上的放大特点，结合multisim平台，调节元器件参数以优化放大器性能，保持一定的增益，根据仿真结果所对应的具体零件参数，加工成板,焊接并且进行测量。最后，在总结毕业设计以及整个实现过程的优缺点的基础上，如果继续深挖元器件性能，就研究方法、研究方法进行一定程度的讨论和展望。

关键词：低噪、前置放大器、结构优化

Abstract

The design of low frequency amplifier is a very mature subject.The most common oscilloscope can easily complete the low frequency signal amplification.But port impedance can't be well matched with the 50Ω system，and the test result is not easy to measure this error.and there are similar problems in other test applications.

Thus it is proposed for 50 ohm port impedance of the low-frequency low noise amplifier needs. The amplifier should have low 1 / f noise and low temperature drift performance, which do not have an external temperature control circuit.start with some basic analog component’s principle, this paper focuses on preamplifier of which one part of whole signal processing flow.

Comparing the difference circuit structure consisted of BJT and JEFT, with the simulation platform provided by Multisim. Adjust the circuit parameters. And according to the simulation results, weld the circuit and test it.at very last, some conclusions and thoughts will be released as well as attaching design drawing, component list and some interpretations.

Key words: low noise, preamplifier, structure optimization

第一章 绪论 6

1.1 历史 6

1.2 低噪声放大器简介及发展 6

1.3 技术路线分析 7

1.4 电路噪声总览 7

1.4.1 晶体管噪声 7

1.4.2 场效应管噪声 8

1.4.3电阻热噪声 8

第二章 基础组成部分的简要说明 10

2.1 晶体三极管放大原理 10

2.2 差分放大 13

2.3 镜像电流源 17

第三章 Multisim使用以及要点说明 22

3.1 Multisim 简介 22

3.2 模拟电路设计经验 22

第四章 放大器的实现 24

4.1 结型场效应管方案 24

4.1.1 结构部分 24

4.2 晶体结型三极管方案 27

4.2.1 仿真部分 27

4.2.2 噪声部分 30

4.2.3 实现部分 31

第五章 总结与展望 33

5.1 总结 33

5.2 展望 33

参考文献 34

致谢 35

附录 36

第一章 绪论

1.1 历史

回顾电子电气的发展史，我们会发现，虽然人类早已发现了电磁现象，但是并没有大规模的应用，只有在发明了直流发电机之后，人们才在工业上大规模的使用电磁现象，当时的落后经济得以改善，后来，特斯拉又发明了交流电，这使人类进入了一个崭新的时代，马可尼的无线电报机使用火花放电加高速电机作为发报机，矿石检波器作为接收机实现跨洋通信；而早在十九世纪末，特斯拉就已经小功率实现无线能量传输，通过这种方式点亮25 英里外的一盏小电灯等。从资料中可以看出，那个时代的巨匠可以灵活使用分布参数元件，而这一点换到现在，即使依靠计算机仿真也很难。

再往后，电子管的发明使得电子行业的入行难度产生了质的变化，大量人才与想法涌入这个行业，推动了整个行业的进步，在发明至今的一百多年中，电子管的作用显而易见，如今依然发挥着重要的作用。电子管可以在音频、射频等领域有着不可替代的作用，但是由于其功耗高、体积大的缺点，在某些方面有着一些阻碍。但是二十世纪中期发明的晶体三极管良好的解决了这个问题，晶体三极管在功率放大方面有着比半导体更大的优势，所以在现代科技的前提下，各个国家在发展半导体的同时，也在研究电子管的技术，并且在这两个领域有意无意的进行研究结合，使得这个行业得以飞速发展。从以硅为基础的半导体到以砷化镓为代表的III-V 族化合物半导体，和一些有机半导体的发展。在公益设计上，半导体的发展优化也在进行中，例如特基二极管，由金属与半导体接触构成的金属-半导体结，即有半导体的开关特性，又能承受较大的功率，同时工艺上复杂程度较低，可以适合大规模制造，使得在高速、大功率领域运用较为广泛。而随着SiC 半导体的研制日趋成熟，此类型肖特基二极管可以承受400-600V 的电压，在高能高压领域运用范围更为广泛。

在进行这些研究的同时，随着行业技术的发展，这些制品的价格也越来越低，使得人们能够非常容易的使用这些制品所做的成品，相信随着时代的发展，技术的革新，这些电子产品一定能够达到电子行业造福人类的最终目的。

1.2 低噪声放大器简介及发展

低噪声放大器（low noise amplifier，LNA），即噪声系数很低的放大器。由于一些微弱信号需要放大，但是这些信号又同时携带噪声，导致了噪声对于放大信号的干扰十分严重。为了提高信噪比，我们需要减小这种噪声所带来的影响。所以发明了这种用于高频或中频以及高敏电子设备的前置放大器和放大电路。

LNA经历了早期液氦致冷的参量放大器、常温参量放大器的发展过程，随着现代科学技术的高速发展，近几年已被微波场效应晶体管放大器所取代，此种放大器具有尺寸小、重量轻和成本低的优异特性。该类型的放大器具有低噪声的特点。同时也具备宽频带和高增益的特点。在C、Ku、Kv 等频段中已被广泛的使用，目前常用的低噪声放大器的噪声温度可低于45K。

1.3 技术路线分析

在现代信息技术发展的过程中，对于信号传输的要求越来越高，这些信号也在生活各个方面有着广泛的应用，因为人们很早就对信号有所研究，所以发展至今设计理论和方式方法都比较全面，所以我们可以通过调整一些参数来实现我们想要的作用效果。放大器的组成大致分为晶体三极管和场效应管两个类别，由于从理论上来说，晶体三极管和场效应管原理等效不相同，导致电路结构大相径庭。根据相关论文的阅读，发现晶体三极管和场效应管各有优缺点，通过适当的组合可以达到任务书中的要求。从总体来说，虽然设计过多三极管所造成的信号延迟以及一些光线色散现象对实物设计有影响，但是这些影响其实是微乎其微的。为了让电路的性能更加优越，我们可以尝试通过差分放大对，镜像电流源等方式提高性能，并降低噪声。这些都是通过对称的方式来提高电路性能，在模电课程中有所学习。

1.4 电路噪声总览

首先我们通过设计电路思路，定下了我们可能会使用的器件，这样我们可以将电路噪声大致分为以下几个部分

1.4.1 晶体管噪声

我们首先在电路中使用晶体管，所以晶体管噪声是肯定存在的，晶体管噪声主要包括以下四个部分：

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：21003字