第2章--小信号选频放大器.ppt

第2章小信号选频放大器概述,另外接收机天线所感应的信号，除了有要接收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。选频网络可以用LC谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。,第2章小信号选频放大器,LC谐振回路小信号谐振放大器集中选频放大器,主要内容：,2.1LC谐振回路概述,LC谐振回路是高频电路里最常用的无源选频网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。利用LC谐振回路的幅（度）频（率）特性和相（位）频（率）特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声（例如在选频放大器和正弦波振荡器中），而且还可以,2.1LC谐振回路概述,进行信号的频幅转换和频相转换（例如在斜率鉴频和相位鉴频电路里）。另外，用L、C元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高频电路单元里几乎都离不开它。因此本章先介绍LC并联谐振回路的基本特性。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,谐振回路谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有选择信号及阻抗变换作用。LC并联谐振回路图2.1.1是电感L、电容C和外加信号源组成的并联谐振回路。r是电感L的等效损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。为电流源，为并联回路两端输出电压。根据电路分析基础知识，可以直接给出LC并联谐振回路的某些主要参数及其表达式：,2.1.1并联谐振回路的选频特性,并联谐振回路的阻抗频率特性图2.1.1并联谐振回路,2.1.1并联谐振回路的选频特性,1)并联谐振回路的等效阻抗Z:通常r很小,当rL,Z可用下式表示:,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2)并联谐振回路谐振时的等效阻抗,简称谐振电阻当时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,从式(2.1.2)可得:,2.1.1并联谐振回路的选频特性,3)并联谐振回路的谐振频率当时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的谐振频率:或,2.1.1并联谐振回路的选频特性,4)品质因数Q,简称Q值在LC谐振回路中,为了评价谐振回路损耗的大小,引入了品质因数Q,通常称为Q值.Q值的定义:谐振回路谐振时的感抗(或容抗)与回路等效损耗电阻r之比,即将式(2.1.4)代入式(2.1.5),则得,2.1.1并联谐振回路的选频特性,品质因数Q与并联谐振电阻的关系一般LC谐振回路的Q值在几十到几百范围内,Q值越大,回路的损耗越小,其选频特性就越好。将式(2.1.6)代入(2.1.3)可得,2.1.1并联谐振回路的选频特性,5)并联谐振回路阻抗频率特性将式(2.1.3)、(2.1.4)、(2.1.5)代入(2.1.2)可得并联谐振回路阻抗频率特性电性:(2.1.8),2.1.1并联谐振回路的选频特性,6)并联回路阻抗频率特性和相频特性通常，谐振回路主要研究谐振频率附近特性。由于十分接近，故可以近似认为，并令，则式(2.1.8)可写成(2.1.9),2.1.1并联谐振回路的选频特性,则并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为：阻抗频率特性(2.1.10)相频特性(2.1.11),2.1.1并联谐振回路的选频特性,根据式(2.1.10)和式(2.1.11)可作出并联谐振回路的阻抗频率特性曲线(a)和相频特性曲线(b),图2.1.2并联谐振回路特性曲线,2.1.1并联谐振回路的选频特性,由图可见，并联谐振回当，即谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，相移。时，阻抗下降，相移增大。当时，回路呈容性，相移为负值，最大趋于负90；当时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90。取不同的值，可以作出不同的阻抗频率特性曲线和相频特性曲线，如图(2.1.2)所示。并且，值大，就大，阻抗频率特性曲线更尖锐，相移曲线在谐振频率附近变化更陡峭。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,并联谐振回路的通频带和选择性1、电压谐振曲线当维持信号源的幅值不变时，只改变其频率，并联回路两端电压变化规律与回路阻抗频率特性相同。则(2.1.13),2.1.1并联谐振回路的选频特性,1)输出电压的幅频特性(2.1.14)2)输出电压的相频特性(2.1.15）,2.1.1并联谐振回路的选频特性,3)电压谐振曲线,图2.1.3并联谐振回路输出电压调谐曲线,（a）幅频特性,（b）相频特性,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2、通频带1)通频带的定义当占有一定频带宽度的信号在并联回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免产生频率失真，为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频带。当值由最大值1下降到0.707时，所占有的频带宽度就是回路的通频带，用表示。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2)通频带的表达式(2.1.16)式(2.1.16)说明，回路Q值越高，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄；回路谐振频率越高，通频带越宽。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,3、选择性选择性是指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。回路的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制能力就越强，选择性就越好。一般谐振回路工作在所需信号的中心频率上。选择性可用通频带以外无用信号的输出电压与谐振时输出电压之比来表示，越小，说明谐振回路抑制无用信号的能力越强，选择性越好。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,1)20dB选择性在实际应用中，选择性常用谐振回路输出信号下降到输出电压的0.1倍，即下降20dB的通带，用来表示，如图2.1.4所示。越小，回路的选择性就越好。图2.1.4,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2)矩形系数为了提高选择性、降低频率失真，要求谐振回路的幅频特性应具有矩形形状，即在通频带内频率具有相同的输出幅度，而在通频带以外无用信号输出为零，如图2.1.4虚线所示。然而实际的谐振回路均不能满足上述要求，但为了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常引用“矩形系数”这一参数，用符号表示。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,矩形系数的的定义(2.1.17)显然，矩形系数越接近于1，则谐振回路幅频曲线越接近于矩形，回路的选择性也就越好。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,单个并联谐振回路的矩形系数为10令0.1，由式(2.1.14)，即0.1，可得由此可得10。这说明单个并联谐振回路的矩形系数远大于1，故其选择性比较差。,2.1.2阻抗变换电路,信号源及负载对谐振回路的影响在实际应用中，谐振回路一定和信号源及负载相链接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对回路产生影响，它们不但会使回路的等效品质因数下降，选择性变差，同时还会使谐振回路的谐振频率发生偏离。图2.1.5为一实用的并联谐振回路，信号源内阻，负载电阻。,2.1.2阻抗变换电路,将图2.1.5(a)中的电压源用电流源代替，将L、r串联电路用L、Rp并联电路代替，则图2.1.5(a)可变换成图2.1.5(b),从图2.1.5(b),可以更清楚地看出Rs、对谐振回路的影响。,2.1.2阻抗变换电路,将图2.1.5(b)中的所有电阻合并为Re,即因此，可把图2.1.5(b)简化为图2.1.5(c)。,2.1.2阻抗变换电路,有载品质因数和空载品质因数由图2.1.5(c)，可知就是考虑了、影响后并联谐振回路的等效谐振电阻。由可求得等效并联谐振回路的品质因数，将其称为有载品质因数，用表示。而把前面所学的不虑、等影响的回路品质因数称为空载品质因数或固有品质因数，用表示。由式(2.1.7)可得(2.1.21)式,(2.1.21),2.1.2阻抗变换电路,由于，所以，、越小也越小，则下降就越多，回路的选择性就越差，而通频带却变宽了。常用的阻抗变换电路为了减少信号源及负载对谐振回路的影响，除了增大、外，还可以采用阻抗变换电路。常用的阻抗变换电路有变压器、电感和电容分压电路等。,2.1.2阻抗变换电路,1)变压器阻抗变换电路图2.1.6为变压器阻抗变换电路。设变压器为无损耗的理想变压器，为变压器一次绕组匝数，为变压器二次绕组匝数，则变压器的匝比为(2.1.22),2.1.2阻抗变换电路,2)电感分压器阻抗变换电路图2.1.7为电感分压器阻抗变换电路，也称自耦变压器阻抗变换电路。13输入端，负载接于23输出端。12匝数为电感量为，23匝数电感量为，互感量为M。设、是无损耗的，时，自耦变压器的匝数比等于,2.1.2阻抗变换电路,则负载折算到一次绕组的等效电阻为,2.1.2阻抗变换电路,3)电容分压器阻抗变换电路图2.1.8为电容分压器阻抗变换电路。、为分压电容，为负载电阻，是经变换后的等效电阻。设、无损耗，根据和上消耗的功率相等，即可得,2.1.2阻抗变换电路,式中，。所以当时，可得由此可得,2.2小信号谐振放大器,1、什么是谐振放大器？采用调谐回路作为负载的放大器。选频或滤波是其基本特点。2、分类,2.2小信号谐振放大器,3、主要性能指标谐振电压增益Au0放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。通频带BW0.7放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率范围。选择性矩形系数：K0.1=BW0.1/BW0.7,4、单级单调谐放大器,2.2小信号谐振放大器,图2.2.4单调谐放大器集电极负载为LC并联谐振回路,单级单调谐放大器的性能：,谐振频率：,通频带：,矩形系数：,其中：C为等效的回路总电容。,其中：可见其矩形系数远大于1，选择性较差。,其中：Qe为回路的有载品质因数。,5、多级单调谐放大器的性能指标,多级单调谐放大器的性能：,电压增益：,则,Au,=,Au1Au2Au3Aun,(Au1)n,=,通频带：,选择性：,N级的矩形系数为,如果有n级且各级谐振频率相同,2.3集中选频放大器,1、集中选频放大器的组成,第二种形式,第一种形式,2、集中选频滤波器,2.3集中选频放大器,(1)陶瓷滤波器,1)陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”,2)两端陶瓷滤波器（外形及符号）,两个谐振频率：,3）三端陶瓷滤波器,2.3集中选频放大器,实物图：,(2)声表面波滤波器(SAWF),2.3集中选频放大器,实物图：,声表面波滤波器应用实例：,V1是预中放部分，起前置放大作用；Z1为SAWF起集中选频作用；TA7680AP为彩电图像中频放大器IC。,本章小结,LC谐振回路具有选频作用。回路谐振时，回路阻抗为电阻且为最大，可获最大电压输出；当回路失谐时，回路阻抗迅速下降，输出电压减小。回路的品质因数越高，回路谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带越窄。LC并联谐振回路在谐振时，相移为零；失谐时，当时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90；当时，回路呈容性，相移为负值，最大趋于90。,本章小结,信号源、负载不仅会使回路的有载品质因数下降，选择性变坏，而且还会使回路谐振频率产生偏移。为了减小信号源和负载对回路的影响，常采用变压器、电感分压器和电容分压器的阻抗变换电路。小信号谐振放大器是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成，具有选频或滤波功能。按谐振负载的不同，可分为单调谐放大器、双调谐放大器等。,本章小结,小信号谐振放大器主要技术指标有谐振增益、选择性和通频带。通频带和选择性是互相制约的，用以综合说明通频带和选择性的参数是矩形系数，矩形系数越接近于1越好。单调谐放大器的性能与谐振回路的特性有密切关系。回路的品质因数越高，放大器的谐振增益就越大，选择性越好但通频带会变窄。在满足通频带的