单调谐回路谐振放大器的电路形式高频电子线路.ppt

2,第一节概述第二节分析小信号放大器的有关知识第三节晶体管高频小信号等效电路第四节晶体管谐振放大器第五节小信号谐振放大器的稳定性,第二章高频小信号放大器,主要内容,1、高频是指放大器的工作频率在几百KHz几百MHz，必须考虑放大器件的极间电容.2、小信号指的是放大器输入信号小，放大器件是在线性范围内工作3、高频小信号放大器的功能是实现对微弱高频信号进行不失真放大,第一节概述,一、高频小信号放大器的功能,1、按所放大信号的频谱宽窄分为：宽带放大器和窄带放大器2、按所用负载的性质可分为：谐振放大器和非谐振放大器。,二、高频小信号放大器的分类,三、高频小信号放大器的主要技术指标,1、电压增益与功率增益,功率增益(AP)等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。,电压增益(Au)等于放大器输出电压与输入电压之比；,定义：放大器的电压增益下降到最大值的倍时所对应的频带宽度。常用表示。,2、通频带,3、矩形系数（选择性）,矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。其定义是,4、噪声系数,定义:,用分贝表示:,第二节高频电路的基础知识,一、滤波器（选频回路）的分类及功能,1、滤波器的功能:根据某一特定的性能要求实现对信号的频谱进行处理的电路。,按频率特性分：低通、高通、带通和带阻滤波器按所用器件分：无源和有源滤波器,2、滤波器的分类：,2、电感线圈的高频特性,电感在高频电路中不是理想无损电感，它的损耗电阻是不能忽略的。一个实际的电感元件，可以用一个理想无损电感L和一个串联的损耗电阻r0来等效。损耗电阻随频率增高而增大。一个电感线圈的损耗可以用空载品质因数表示，而的大小反映损耗的大小。一般情况下，线圈的值通常在几十到三百左右。,二、LC串并联谐振回路的特性,1、LC串并联谐振回路的作用：选频和阻抗变换,一个实际电感可用串联电路等效。如图（b）,一个实际电感可用并联等效。如图(c),一个实际的电容元件也是有损耗的，但在高频电路中损耗很小,一般认为是无损元件。,3、电容元件的高频特性,当时：,阻抗特性：时，呈容性。时，纯电阻。时，呈感性,4、LC串联谐振回路,电压特性：谐振时电感线圈和电容两端的电压模值相等(方向相反)且等于外加电压的倍。即,电流特性:谐振时流过回路的电流的最大,品质因数:其中为特性阻抗,谐振频率：,幅频特性和相频特性,幅频特性,相频特性,阻抗特性：时，呈感性。时，纯电阻。时，呈容性,5、LC并联谐振回路,谐振频率：,电压特性：谐振时流过电感线圈和电容的电流模值相等(方向相反)且等于外加电流源的倍。即,电压特性:谐振时回路的输出电压最大,品质因数:其中为特性阻抗,阻抗特性和相频特性,相频特性,阻抗特性,三、串并联阻抗的等效互换,1、“等效”的概念,在工作频率相同的条件下，AB两端的阻抗相等。,、互换关系,串并联电路等效互换,串联电路转换为等效并联电路后，为的倍，而与相同。,、结论,串联转换为等效并联后Q值不变。,1、“等效”的概念,在工作频率相同的条件下，AB两端的阻抗相等。,四、并联谐振回路的耦合联接与接入系数,并联谐振回路的作用:选频滤波、阻抗交换,、变压器耦合联接的阻抗变换,三极管直接并联在LC回路中存在的问题：谐振回路Q值下降，通频带增宽，选择性变差。影响中心频率，且稳定性变差。阻抗不匹配,2、自耦变压器耦合联接的阻抗变换,阻抗变比关系：,自耦变压器耦合联接方式适用于与晶体管的联接，它除了能实现阻抗变换外，还能为晶体管的集电极提供直流通路。,上面变比关系推导的近似条件是Qc21，Qc1。,3、电容分压式耦合联接与阻抗变换,4、接入系数与阻抗变换关系,接入系数p的定义：,变比关系的通式:,利用以上的变比关系可以很方便地进行各种变换。这对分析电路将是非常简便的。,第三节晶体管高频小信号谐振放大器,1、y参数等效电路,，,根据二端口网络理论，得到y参数系的方程：,一、晶体管高频小信号等效电路,输出短路时的输入导纳；,输入短路时的反向传输导纳；,输出短路时的正向传输导纳；,输入短路时的输出导纳。,这四个参量具有导纳的量纲，故称为导纳参数，也叫y参数。,y参数说明,*对于共射接法,y参数用表示,则:,*对于共基接法，y参数用表示,则:,*对于共集接法，y参数用表示,则:,2、混合等效电路,各参数的物理意义。,:基区纵向电阻。几十100,:结电阻。较小几十几百,:结电容,较大,100pf500pf。,:结电阻，很大。100K100M,:结电容，很小。2pf10pf,:受控电流源，而，称为跨导，单位为。,:极间电阻，很大。几十K,:极间电容，很小。,发射结正偏,集电结反偏,晶体管混合等效电路可简化为：,二、高频参数,定义：当下降到低频电流放大系数0的1倍时，所对应的频率称为的截止频率f。,可用来计算任意频率时晶体管的|。,根据f的定义，可得,取其模,截止频率f.,特征频率fT定义：当|下降到1时所对应的频率称为特征频率fT。,fT是晶体管共发射极运用时能得到电流增益的最高频率的极限。当ffT时，1。但这并不意味着晶体管已经没有放大作用，这时放大器电压增益还有可能大于1。,最高振荡频率定义：晶体管的功率增益Ap=1时所对应的频率称为最高振荡频率,表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。晶体管的实际工作频率约为的1/31/4。总结：以上三个频率大小的顺序是：,三、单调谐回路谐振放大器,1、单调谐回路谐振放大器的电路形式,2、放大器的等效电路及其简化,放大器的等效电路如下图所示,前级等效为电流源和内导纳,多级放大器之间相互影响,为简化分析,令则放大器的简化等效电路为:,3、放大器的主要技术指标,电压增益,结论：,*谐振时电压增益与晶体管正向传输导纳成正比，与回路两端总电导成反比；,*放大器输出电压与输入电压的相位差是180。,任意频率的电压增益,谐振时的电压增益,对于窄带谐振放大器，通常讨论的与相差不会太大，即可认为在附近变化，则,式中，称为一般失谐。,令，称为广义失谐。则可得:,取其模,取其模,谐振曲线,下图是分别用、和表示的放大器的谐振特性曲线。,用频率表示,用一般失谐表示,用广义失谐表示,3放大器的通频带,定义:时对应的为放大器的通频带.用或B表示,通频带与谐振电压增益的关系:,电路参数一定时,常数,通频带越宽,谐振电压增益越小.在宽带放大器的设计中这种矛盾特别突出.,4放大器的矩形系数,根据矩形系数的定义,其中，是时所对应的频带宽度。,单级单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，说明它的选择性差。这是它的一大缺点.,矩形系数:,三、多级单调谐回路谐振放大器,1、多级单调谐谐振放大器的总电压增益,假如，放大器有m级，各级电压增益分别为，则总电压增益是各级电压增益的乘积。即,若多级放大器是由完全相同的单级放大器组成时，各级电压增益相等，则m级放大器的总电压增益为,2、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线,m级相同放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积，总谐振曲线为,m越大曲线越尖锐,3、多级单调谐谐振放大器的通频带,m级相同的放大器级联时，根据定义总通频带应满足,可得,总通频带比单级放大器通频带要小。级数越多，总通频带越小。,4、多级单调谐谐振放大器的矩形系数,根据矩形系数的定义,其中，可由求得,故m级单调谐谐振放大器的矩形系数,可见，级数越多，矩形系数越小。,二、放大器的稳定系数及稳定电压增益,1、放大器的稳定系数,调谐放大器等效电路,第五节小信号谐振放大器的稳定性,一、引起放大器不稳定的原因,由于有可能构成正反馈，引起放大器产生自激振荡.,调谐放大器等效电路,稳定系数S的定义:,S越大，放大器越稳定.对于一般放大器来说，就可以认为是稳定的。,稳定系数与电路参数的关系,将输入电压与正反馈电压的比值定义为稳定系数.,2、单调谐放大器的稳定电压增益,什么是稳定电压增益？,不加任何稳定措施，并满足稳定系数S（例如）要求时，放大器工作于谐振频率的最大电压增益。,稳定电压增益与电路参数的关系,放大器的等效电路,则,当回路谐振时，谐振电压增益为,将稳定系数S式中的代入上式,稳定电压增益,结论:,根据稳定系数的要求()确定这是没有稳定措施的情况下，允许的最高电压增益。实际的电压增益，则放大器稳定,放大器稳定的判断（例题）,例如，已知某晶体管在工作频率为时，；。用其做放大器，若认为是稳定的。可以计算,这说明用这个晶体管设计制作放大器，只要放大器电压增益不大于12.52，在没有任何稳定措施条件下，放大器是稳定的。即满足的要求。,三、提高谐振放大器稳定性的措施,由于的反馈作用，晶体管是一个双向器件。使的反馈作用清除的过程称为单向化。,1、中和法,什么是中和法？,在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外部反馈电路，以抵消晶体管内部的反馈作用。,中和电路的原理,具有中和电路的放大器,单向化的方法,中和法,失配法,中和电路的两种形式,电容的数值为：,中和电路只能对一个频率点实现完全中和。因晶体管是随频率变化的，而不随频率变化。,2、失配法,失配法的实质：是降低放大器的电压增益，以确保满足稳定的要求。,共射共基级联放大器,失配：是指信号源内阻不与晶体管输入阻抗相匹配；输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗相匹配,由于后级共基晶体管的输入导纳较大，它是前级共射晶体管的负载。大的负载导纳使共射放大电压增益低，但电流增益较大。后级共基电流增益小、电压增益大，组合后的放大器的总电压增益和功率增益都和单管共射放大电路差不多，但稳定性高。,共射共基级联晶体管可以等效为一个共射晶体管。在；的条件下，等效晶体管的参数为,可见，复合管的输入导纳和正向传输导纳与单管参数近似相等。反向传输导纳远小于单管的，表明内部反馈弱，放大器稳定性提高。而输出导纳也比单管的要小。,特点,第五节场效应管高频放大器,一、场效应管的优点,场效应管具有输入阻抗高、动态范围大、噪声小、线性好、抗辐射能力强等优点。,二、双栅场效应管高频放大器,上图是彩色电视机高频调谐器中的具有自动增益控制作用的双栅场效应管高频放大器。从结构上看相当于共源共栅放大器的形式。输入信号通过组成单调谐输入回路加到第一栅极进行放大。输出信号通过双调谐回路输出。第二栅极的电位能控制放大器的电压增益。自动增益控制（AGC）电压通过加入，实现增益控制。,上图说明,第六节线性宽带放大集成电路与集中滤波器,一、宽频带放大集成电路与集中滤波器组成的选频放大器,2、集中滤波器在宽带放大器前,1、集中滤波器在宽带放大器之后,前置,放大,这是一种常用的接法，它要求放大器与滤波器之间要实现阻抗匹配。阻抗匹配能使放大器有较大功率增益，同时能使滤波器有正常的频率特性,这种接法的特点避免强干扰信号使放大器进入非线状态产生新的干扰。但若选用的集中滤波器的衰减较大时，进入放大器的信号较小，通常可在集中滤波器前加一前置放大器,二、线性宽频带集成放大器,3、优点,电路简单，调整方便，性能稳定易于大规模生产，成本低,国产：8FZ1、ER4803国外：V2350、U2450、MC1490,三、集中滤波器,多节LC集中选频滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器。,本章总结,一、重点掌握内容,二、例题讲解,2-3已知LCR并联谐振回路，谐振频率f0为10MHz。电感L在f=10MHz时，测得L=3H，Q0=100。并联电阻R=10k。试求回路谐振时的电容C，谐振电阻RP和回路的有载品质因数。,2-10单调谐放大器如图题2-1