G--通信电子线路电子教案-CH3分析.ppt

第3章小信号放大电路 按频带宽度分 窄带放大器 以各种选频电路作负载 例如并联谐振回路 耦合谐振回路 各种滤波器等 宽带放大器 采用无选频作用的电路作负载 例如高频变压器 传输线变压器等 按负载分 调谐放大器 集中选频放大器 以石英晶体 陶瓷 声表面滤波器负载 单调谐放大器 输出端接调谐回路 双调谐放大器 输入 输出端都接调谐回路 参差调谐放大器 调谐回路的谐振频率不同 小信号放大电路的分类 作用 放大各种无线电设备中的高频小信号 微弱 通常是窄带放大器 以各种选频电路作负载 并联 耦合谐振回路等 所以还具有选频或滤波作用 组成 放大器件 负载回路 非线性电阻 要求 1 增益要高 2 选择性要好 3 工作要稳定可靠 4 噪声要小 另外 由于小信号谐振放大器放大的信号幅度很小 电路中用于放大的器件工作在线性范围 因而它们属于线性放大器 通常采用线性模型的等效电路分析法 3 1 1概述 3 1小信号谐振放大器 分类 调谐放大器和频带放大器 前者的谐振回路调谐于输入有用信号的频率 后者谐振频率为固定值 3 1 2单调谐回路谐振放大器电路 1 采用分压式稳定偏置电路 2 T工作在甲类放大状态 3 输出端采用并联谐振电路 起选频作用 T的集电极采用部分接入 以提高谐振回路的有载Q值 4 信号输入与输出为实现阻抗匹配 满足最大功率传输均采用变压器耦合 一 电路和工作原理 二 主要参数分析计算 1 放大器的交流小信号等效等效电路 2 分析计算 1 电压增益 电压放大倍数 当输出回路谐振时 0 即为纯电导 因此 谐振时电压增益Auo为 2 功率增益 谐振时功率放大倍数 a 失配损耗 如果负载失配导致输出功率减小引起的功率损耗 此时 若谐振回路理想 无损耗 则go 0 当输出端匹配时n12goe n22gL 输出功率最大 功率增益最大 记为APomax b 插入损耗 由于谐振回路的接入而引起功率增益下降 称为谐振回路的插入损耗 1 Qe Q 2 这样任意态下的功率增益表述为下式 3 选择性和通频带选择性S 任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义为放大器的选择性 4 矩形系数矩形系数K 放大器电压增益下降至谐振时增益的0 1倍 或0 01倍 时 相应的通频带放大器通频带之比 即 K越接近于1 选频特性约好 例3 1 单调谐回路放大器如图所示 设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器 BJT的参数为 gie 1 1 10 3S goe 1 1 10 4S yfe 0 08S Cie 25pF Coe 6pF N12 16圈 N13 20圈 N45 4圈 L13 1 5uH C 12pF Q0 100 求 f0 Aou BW0 7 解 1 负载是与该放大器完全相同的下一级放大器 所以gL gie CL Cie 3 1 3单调谐放大器的级连 目的 提高增益 各级增益相乘 改善频率选择性 一 同步调谐多级放大器 单级级连构成 电压放大倍数 Au Au1 Au2 Aun Au1n 每一级都相同 矩形系数 二 参差调谐放大器 将若干个单级谐振放大器级连 但每个谐振放大器的调谐频率不同 称为参差调谐放大器 参差调谐放大器可以增加带宽 同时又得到边沿较陡峭的频率特性 因此 它用于宽带和高选择性的场合 3 1 4双调谐放大器 通频带宽 选择性好 临界耦合状态 1 时的最大电压放大倍数为 电路较复杂 调整比较困难 3 1 5集成电路调谐放大器 使用集成宽带放大器或专用高频集成放大器构筑调谐放大器 实现的方案为 1 宽带放大器 集中选频滤波器2 前置放大器 集中选频滤波器 宽带放大器 1 集成射频 中频放大器4E307 4E307的内部原理电路和引脚如下左图所示 在使用时将 与 与 短路连接 与 之间接 就构成了一个典型的恒流源差动放大电路 和 之间可以加接电阻 增大反馈 减小静态功耗 该芯片的供电电压为 8V 单端输出时 VT1和VT2的特征频率300 600MHz 右图是芯片的典型应用电路 12V 2 两级60MHz中频放大器 XG1590是通用型高频线性集成放大器芯片 带有自动增益控制功能 当芯片调谐在60MHz工作时 功率增益为45dB 非调谐工作时BW0 7 10MHz 当自动增益控制电压UAGC 5 7V时 控制范围达60dB 芯片采用单电源供电 最大电源电压18V 该电路是应用于某雷达系统的中频放大器 整个电路的功率增益约为80dB 带宽为1 5MHz 3 30MHz射频放大器 高频集成放大器 A703组成的30MHz射频放大器 电源电压为12V 消耗功率110mW 变压器T1初级匝数为10圈 次级匝数为10圈 T2初级匝数为12圈 次级匝数为1圈 线径为 22 磁芯是T44 10型 该电路主要特性指标为 电压增益35dB 功率增益37dB 带宽1MHz 噪声系数6dB 3 2小信号调谐放大器的稳定性 在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待 但是实际上三极管的高频小信号模型是双向传输的 yre的影响将在小信号谐振放大器中产生两个问题 其一是影响小信号谐振放大器的谐振频率 特别是当输入端也接有谐振回路时 yre中的电容成分会引起放大器的频率特性发生明显的畸变 使得多级调谐放大器调整变得很困难 其二是yre中的电导成分会引起放大器自激 使放大器不稳定 3 2 1谐振放大器的输入导纳Yi及稳定性分析 一 输入导纳 当 o时 y L为纯电导 当 o时 y L呈容性 因此 gF随频率的变化可正可负 若gF 0 gi增大 当一定时 减小 为负反馈 电路稳定工作 若gF 0 gi减小 当一定时 增大 为正反馈 当gF gie gs 0时 电路产生自激 稳定工作的条件 gF gie gs 0 3 2 2提高放大器稳定性的方法 1 选择高频性能好的三极管 通常Cb c 即C 越小越好 2 中和法 在晶体管外部接一个中和电容CN来抵消内部反馈有害的影响 如果中和电路使和相等 此时 正反馈的影响被抵消 起到使放大器稳定工作的作用 组合放大电路 采用共射 共基级联电路 VT2管的Cb c不构成正反馈 而VT1管由于负载阻抗很小 导致该级增益很低 VT1和VT2之间处于严重失配状态 也不会构成自激振荡 3 失配法 是一种通过适当降低放大器的增益 提高放大器的稳定性的方法 3 3集成宽带放大器 宽带放大器是一种线性放大器 属于模拟集成电路的范畴 与模拟电子线路课程中的运算放大器没有本质的区别 但是 随着现代通信技术的发展 对宽频带放大器频带宽度的要求越来越高 从低频段0Hz直流开始 一直延伸到几百MHz甚至GHz 如此宽的频带范围 对集成电路的制造提出了很高的要求 而且在集成芯片的使用上 有时还要增加许多用于展宽频带的电抗补偿电路 F733是通用型的集成宽带放大器 国外同类型号为LM733 A733 其封装形式和主要功能相同 该芯片在没有外接频率补偿的条件下 能够放大0Hz 120MHz的电压信号 改变增益调节端G1 G2的连接方式 可以提供10 100 400三种增益供选用 输入与输出可以采用单端方式 也可以采用双端 平衡 方式 F733的内部原理电路如图所示 电路由差动输入级VT1 VT2 中间差动放大级VT3 VT4 输出差动级VT5 VT6和偏置电流源共四部分组成 三级放大器均采用差动放大电路 其中输入级R3 R6四个电阻用来调节增益 当 脚短路时 电压增益为300 500 断开 短路时 电压增益为90 110 四个管脚均开路时 电阻全部参与反馈 电压增益为9 11 由两片宽带集成运算放大器构成的高增益低噪声弱信号放大电路如图所示 图中C2 C3 C4是高频补偿电容 必须经过仔细的调整 以保证通频带内增益平坦的程度和上限频率 L1的取值范围是6 8 8 2 H 它对下限频率有一定的补偿作用 输出信号取自于CX2501B的 脚 也可以从 脚输出 此时需要在 和 脚之间接一个18 22 H的电感 该电路的主要技术指标是 电压增益 带宽为0 5 80MHz 输出噪声幅度20mV 本章小结 通信系统中使用的小信号放大器分为两类 一类是谐振放大器 谐振放大器都是选频的窄带放大器 并联谐振回路 耦合谐振回路和各种固体滤波器是其负载 谐振放大器的主要参数除了电压放大倍数 增益 输入阻抗 输出阻抗外 通频带和选择性是有别于其它放大器的重要的参数 另一类是宽带放大器 实用中的宽带放大器多为集成放大器 分离元件的谐振放大器通常采用y参数等效电路来分析计