通信电子线路课件

1、模拟集成电路系统模拟集成电路系统 电子信息工程学院电工电子教学基地电子信息工程学院电工电子教学基地 无线电发送系统的原理无线电发送系统的原理 高频高频 振荡振荡 高放高放 或倍频或倍频 调幅调幅 功放功放低放低放 话筒话筒 产生一个等产生一个等 幅高频正弦幅高频正弦 信号信号 将声音变成音频将声音变成音频 信号，为信息源信号，为信息源 。 对高频信号放大或倍对高频信号放大或倍 频，以产生具有一定频，以产生具有一定 幅度的载波信号。幅度的载波信号。 调制器：是以调制信号调制器：是以调制信号 去控制载波信号振幅，去控制载波信号振幅， 使其振幅随调制信号成使其振幅随调制信号成 比例变化。比例变化。对

2、音频信号进行放大对音频信号进行放大 ，以满足调制要求。，以满足调制要求。 超外差式无线电接受机原理框图超外差式无线电接受机原理框图 混混 频频 器器 高高 频频 放放 大大 器器 电电 台台 选选 择择 电电 路路 中频中频 放大器放大器 （2-32-3级）级） 解调器解调器 （检波器）（检波器） 音音 频频 放放 大大 器器 扬扬 声声 器器 本机本机 振荡器振荡器 agcagc 电路电路 结论：结论： （1）上述发送、接收原理框图，基本适合其它无）上述发送、接收原理框图，基本适合其它无 线通信系统，如：无绳电话、遥控电视。线通信系统，如：无绳电话、遥控电视。 （2）上述框图中，除音频放大以

3、外，都属于模拟）上述框图中，除音频放大以外，都属于模拟 集成系统的课程内容。集成系统的课程内容。 第二节第二节 通信电路系统的发展趋势通信电路系统的发展趋势 电子系统的集成化电子系统的集成化可使系统体积更小更可靠可使系统体积更小更可靠. 通信系统的数字化通信系统的数字化 可使系统的传输质量更好可使系统的传输质量更好. 电子系统的现场可编程化电子系统的现场可编程化 可使系统的构成更灵活可使系统的构成更灵活. 电子系统的智能化电子系统的智能化 可使系统的自动化程度更高。可使系统的自动化程度更高。 一、模拟电子电路系统的集成化：一、模拟电子电路系统的集成化： 由于器件的发展给电子技术领域带来一次又一

4、次革命由于器件的发展给电子技术领域带来一次又一次革命。 （解决了焊接、安装、调试、器件的分散性问题）（解决了焊接、安装、调试、器件的分散性问题） 现代现代cad技术的发展，使计算机设计、仿真、调试成为现实。技术的发展，使计算机设计、仿真、调试成为现实。 （摆脱了实验板、烙铁、基本实验仪器）（摆脱了实验板、烙铁、基本实验仪器） 由于信息产业的发展，社会进入信息时代，社会进步体现由于信息产业的发展，社会进入信息时代，社会进步体现 为为3c: (communication通信通信 control控制控制 computer计算机计算机) 近几十年来集成电路发展成小规模、中规模、大规模及超近几十年来集成

5、电路发展成小规模、中规模、大规模及超 大规模（大规模（几十平方毫米的片子上，可集成上百万个元件）几十平方毫米的片子上，可集成上百万个元件） 数字比模拟的优点：数字比模拟的优点： 1家用电视机收看数字节目，不受大气、噪声的家用电视机收看数字节目，不受大气、噪声的 影响，不受电动机和气车点火系统的干扰。影响，不受电动机和气车点火系统的干扰。 2城市高楼林立，电波传播过程会产生不同程度城市高楼林立，电波传播过程会产生不同程度 的反射，导致图像重叠的的反射，导致图像重叠的“鬼影鬼影”; 而数字电视加装鬼影抵消器，可消除该影响。而数字电视加装鬼影抵消器，可消除该影响。 3模拟电视节目，沿长途线路传输时，

6、其沿线噪声、模拟电视节目，沿长途线路传输时，其沿线噪声、 非线形积累非常严重。非线形积累非常严重。 而数字电视信号经过多个再生中继机，噪声和非线性而数字电视信号经过多个再生中继机，噪声和非线性 不会累加。不会累加。 综上所述：综上所述： 1通信系统的数字化是明显的趋势。通信系统的数字化是明显的趋势。 一些原由模拟电路实现的功能改用数字化实现。可以使一些原由模拟电路实现的功能改用数字化实现。可以使 原来不完善的性能得已完善原来不完善的性能得已完善。 (但不能完全取代；高精度、大功率、大电容、电感但不能完全取代；高精度、大功率、大电容、电感) 2虽然模拟电路数字化是明显的趋势，但由于模拟系统虽然模

7、拟电路数字化是明显的趋势，但由于模拟系统 的制式应用广泛，如立即数字化资金负担沉重，因此，完的制式应用广泛，如立即数字化资金负担沉重，因此，完 全数字化尚待时日。全数字化尚待时日。 3数字电路的速度，在某些领域还不能满足需要，有待数字电路的速度，在某些领域还不能满足需要，有待 于集成电路的继续发展。因此，长时间内，将是模拟、数于集成电路的继续发展。因此，长时间内，将是模拟、数 字并存；或模拟、数字混合构成的局面。字并存；或模拟、数字混合构成的局面。 第二章第二章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 第第 0 0节节 概述概述 第一节第一节 调谐回路与阻抗变换电路调谐回路与阻抗变换电路 第二节第二

8、节 高频单调谐放大器高频单调谐放大器 第三节第三节 多级调谐放大器及稳定性多级调谐放大器及稳定性 第四节第四节 集成调谐放大器及集中选择滤波器集成调谐放大器及集中选择滤波器 第0节 小信号调谐放大器概述 放大器的分类：放大器的分类： 1.信号频率分：信号频率分： 低频：音频低频：音频020khz 高频：高频：20khz300mhz 2.输入信号大小分：输入信号大小分： 小信号：电压放大，甲类，线性。小信号：电压放大，甲类，线性。 大信号：功率放大，丙类，非线性。大信号：功率放大，丙类，非线性。 3.从通信对象上分：从通信对象上分： 窄带：以调谐回路为负载。窄带：以调谐回路为负载。 宽带：非调谐

9、回路为负载宽带：非调谐回路为负载 。 第二章第二章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 第第 0 0节节 概述概述 第一节第一节 调谐回路与阻抗变换电路调谐回路与阻抗变换电路 第二节第二节 高频单调谐放大器高频单调谐放大器 第三节第三节 多级调谐放大器及稳定性多级调谐放大器及稳定性 第四节第四节 集成调谐放大器及集中选择滤波器集成调谐放大器及集中选择滤波器 第0节 小信号调谐放大器概述 小信号调谐放大器与宽带放大器的区别小信号调谐放大器与宽带放大器的区别 1.负载是具有选频作用的负载是具有选频作用的lc调谐回路；调谐回路； 2.上限截频上限截频 /下限截频近似等于或略大于一，即窄带。下限截频近似

10、等于或略大于一，即窄带。 基本构成及完成的作用基本构成及完成的作用 包括包括: 甲类放大甲类放大+调谐回路（可以是调谐回路（可以是lc回路、石英晶体、回路、石英晶体、 压电陶瓷或声表面波器件）两部分。压电陶瓷或声表面波器件）两部分。 完成完成“选频选频”放大的作用。放大的作用。 主要指标要求：主要指标要求： 电压增益高、选择性好、通频带合适、稳定性高。电压增益高、选择性好、通频带合适、稳定性高。 第一节第一节 调谐回路与阻抗变换电路调谐回路与阻抗变换电路 一、一、lclc单调谐回路单调谐回路: : 分为：分为： 串联谐振回路串联谐振回路 并联谐振回路并联谐振回路 1.串联谐振回路串联谐振回路

11、如图所示：为如图所示：为lc串联回路。串联回路。 回路电流为回路电流为: ) 1 (1 1 r c l j r u cj ljr u z u i z （1）组成：）组成：l、c为纯电感和电容。为纯电感和电容。r是回是回 路的损耗路的损耗(主要是电感线圈损耗主要是电感线圈损耗) 当信号频率发生变化时，感抗、容抗、电流均随之变化。当信号频率发生变化时，感抗、容抗、电流均随之变化。 当频率为某一特定值（当频率为某一特定值（ = 0）时，）时，x=0，电流最大，且，电流最大，且 电路为纯阻性电路为纯阻性处于谐振状态。处于谐振状态。 当当 0时（失谐），时（失谐）， x 0，电流减小；失谐越大，电，电流

12、减小；失谐越大，电 流越小，体现了选频作用。流越小，体现了选频作用。 （2）原理：）原理： （3）回路谐振频率：）回路谐振频率： lc 1 0 回路电流为回路电流为: j i r c l j r u z u i m 1 ) 1 (1 广义失谐广义失谐 相对失谐相对失谐 回路最大回路最大 电流电流 c l 0 0 1 由 此时：此时： =0；i=im=u/r此为谐振电流。此为谐振电流。 i为复数：为复数： 2 1 )( m i i arctan)( 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 r c l 1 （4）回路的品质因数）回路的品质因数 c l rcrr l q 11 0 0 是谐振回路的重要指

13、标之一，表征了是谐振回路的重要指标之一，表征了lc回路的损耗效应回路的损耗效应 对品质因数的影响。即：对品质因数的影响。即：r大则大则q低（损耗功率大），低（损耗功率大），r小小 则则q高，高， q越高越好。越高越好。 （5）串联谐振特性曲线：）串联谐振特性曲线： 0 0 0 0 2 1 q r l r c l 2 0 2 )2(1 1 1 1)( q i i m 幅频特性幅频特性 据此画出特性曲线如图：据此画出特性曲线如图： 可见，回路失谐（即可见，回路失谐（即 0 ） 时，电流减小，体现出回路的时，电流减小，体现出回路的 选频作用。选频作用。 q=50 100 200 m i i 0 f

14、f 结论：结论： （1）f=f0时，电流最大（谐振）；时，电流最大（谐振）； f f0时，电流减小（失谐）。时，电流减小（失谐）。 （2）q大，曲线越陡，选频作用越好。大，曲线越陡，选频作用越好。 q小，曲线越平缓，选频作用越差。小，曲线越平缓，选频作用越差。 1 并联谐振电路并联谐振电路 c r l i u 1.并联谐振回路并联谐振回路 他和串联谐振回路是对偶的，因此所他和串联谐振回路是对偶的，因此所 得公式类似。即：得公式类似。即： j u l cjg i u m 1 ) 1 ( 2.回路谐振频率回路谐振频率 lc 1 0 3.回路的品质因数回路的品质因数 l c gg c l r q 1

15、 0 0 说明说明g越大，其分流越大，越大，其分流越大， 损耗的能量越大，损耗的能量越大， q值越低。值越低。 j i i m 1 lc 1 0 c l rcrr l q 11 0 4.谐振特性曲线：谐振特性曲线： 2 0 )2(1 1)( q u u m 谐振特性曲线谐振特性曲线 1 0.707 q1 q2 21 qq 0 m u u b1 b2 结论：结论： （1） = 0时，电压最大（谐振）；时，电压最大（谐振）； 0时，电压减小（失谐）。时，电压减小（失谐）。 （2）q大，曲线越陡，选频作用越好。大，曲线越陡，选频作用越好。 q小，曲线越平缓，选频作用越差。小，曲线越平缓，选频作用越差

16、。 （3） (或或f)小，回路为感性。小，回路为感性。 (或或f)大，回路为容性。大，回路为容性。 容性容性感性感性 三、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响三、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响 is rscs l rpc1rlcl is lrc 显见，由于信号源内阻抗显见，由于信号源内阻抗 和负载阻抗的介入：和负载阻抗的介入： 电路可改画为：电路可改画为： 简化后电路为：简化后电路为： lps rrrr/ ls cccc/ 1 （1）考虑信号源内阻抗和负载阻抗时：）考虑信号源内阻抗和负载阻抗时： r q 0 c （2）回路总电容）回路总电容 损耗增大损耗增大(并联并联) （1）回路总电阻

17、）回路总电阻 0 0 0 0 q l r l r ql 回路的品质因数为：回路的品质因数为： 由上式可知：由上式可知： lc 1 0 回路谐振频率回路谐振频率 （2）阻抗匹配问题：）阻抗匹配问题： 调谐回路的目的要传送信号能量，所以只有调谐回路的目的要传送信号能量，所以只有rs、rl与与 回路电阻匹配时才能获得最大功率回路电阻匹配时才能获得最大功率。 对于并联谐振，由于对于并联谐振，由于 rs与与rl的存在，使的存在，使 0 , fq 并可能导致阻抗不匹配。并可能导致阻抗不匹配。 为解决上述问题为解决上述问题： 采取信号源和负载不直接与调谐回路相接采取信号源和负载不直接与调谐回路相接通过通过

18、阻抗变换电路接入。阻抗变换电路接入。 四、常用阻抗变换电路四、常用阻抗变换电路 变压器耦合式阻抗变换电路变压器耦合式阻抗变换电路 电容分压式阻抗变换电路电容分压式阻抗变换电路 电感分压式阻抗变换电路电感分压式阻抗变换电路 2 1 n n n （一）变压器耦合式阻抗变换电路（一）变压器耦合式阻抗变换电路 1.变压器变换电路：变压器变换电路： 2.当为理想变压器时，阻抗变换关系：当为理想变压器时，阻抗变换关系： 初、次级线圈匝比：初、次级线圈匝比： r1 c1 l rl n1n2 zl is cl ll rnr 2 ll c n c 2 1 is cl r1 c1 l rl zl 按折合前后消耗功

19、率相等的原则：按折合前后消耗功率相等的原则： 2 11 2 22 / / ll ll rupr rupr 消耗的功率：折合后 消耗的功率：折合前 21 pp 2 1 2 2 / ll ruru 3.应用：应用：收音机中放负载回路；收音机中放负载回路； 电视机图象中放、伴音中放等。电视机图象中放、伴音中放等。 is r c l 1l ccc / 1l rrr 把以上电路简化后：把以上电路简化后： is cl r1 c1 l rl zl 其中：其中： 为了减小负载对为了减小负载对lc回路的影响，回路的影响， 适当调整变比适当调整变比n。 ( (二二) )电容分压式阻抗变换电路电容分压式阻抗变换电路

20、 1.阻抗电变换路：阻抗电变换路： 2.阻抗变换关系：阻抗变换关系： ll r c cc r 2 1 21 4. 应用：应用：放大器负载回路；放大器负载回路； 电视机天线回路等。电视机天线回路等。 l rn2 c1 is rsl c2 rl u1 u2 is rsl c2 rl u1 u2 is rsl c2 rl u1 u2 is rsl c2 rl u1 u2 3.电路优点：电路优点：电路简单、不消耗功率。电路简单、不消耗功率。 isrsl c1 c2rl 按折合前后消耗功率相等的原则：按折合前后消耗功率相等的原则： ll r u r u 2 2 2 1 （三）电感分压式阻抗变换电路（三）

21、电感分压式阻抗变换电路 1.电路电路 isr c m l1 l2 n1 n2rlu2 u1 isr c lrl llll rnr ml mll r u u r 2 2 2 21 2 2 1 2 2 (1)若耦合系数若耦合系数(k=m/l)为为1，化减后，化减后 则有则有 lll rnr n nn r 2 2 2 21 （2）耦合系数为零）耦合系数为零0（即（即m=0）,则有则有 lll rnr l ll r 2 2 2 21 2.阻抗变换关系：阻抗变换关系： 为什么要进行阻为什么要进行阻 抗变换？抗变换？ 第二节第二节 高频单调谐放大器高频单调谐放大器 典型电路的构成：典型电路的构成： 特点：

22、特点： a) 电路采用部分接入，以减小放电路采用部分接入，以减小放 大管输出导纳对大管输出导纳对lc回路的影响；回路的影响； b) 与负载间采用变压器耦合方式与负载间采用变压器耦合方式, 以更好的匹配，降低负载导纳对以更好的匹配，降低负载导纳对 lc回路的影响回路的影响。 yi2为下一级的输入导纳。为下一级的输入导纳。 ui cb r1 r2 re ce c l yi2 1 2 3 4 5 ec 由由lc和和tr构成谐振回路。构成谐振回路。 高频单调谐放大器高频单调谐放大器 一、等效电路：一、等效电路： ub yie gmub yoe c l yi2 1 2 3 1.为三极管高频混合为三极管高

23、频混合 等效电等效电 路路由戴维南简化由戴维南简化由由 密勒定理密勒定理单相化模型。单相化模型。 2.将晶体管参数折算到将晶体管参数折算到lc回路。回路。 其中：其中： yie=gie+j cie yoe=goe+j coe ngmub goecoe c gp l ci2 yi2 4 5 yi2=gi2+j ci2 3.将输出、负载回路折合到将输出、负载回路折合到lc回路得到的等效电路：回路得到的等效电路： 31 21 1 n n n 31 54 2 n n n 所以有：所以有： goe=n12goe coe=n12coe ioc=n1ioc =n1 gmub 其变比其变比： n1gmub g

24、oecoe c gp l ci2 yi2 2.将晶体管参数折算到将晶体管参数折算到lc回路。回路。 gi2=n22gi2 ci2=n22ci2 ub yie gmub yoe c l yi2 1 2 3 4 5 将同类元件值合并，得等效电路将同类元件值合并，得等效电路: ct=n12coe+n22ci2+c gt=n12goe+n22gie+gp 其中：其中： ngmub ctgtl ngmub goe coec gp l ci2 yi2 电路中：电路中： gp为为lc回路回路固有损耗电导固有损耗电导 gp =1/r r 为为 lc回路回路的等效并联电阻。的等效并联电阻。 其中：其中：l值不变

25、，且由于值不变，且由于n1 、n2 小于小于1，只有，只有c和和gp起主要作用起主要作用 高频单调谐放大器高频单调谐放大器 一、等效电路一、等效电路 ub yie gmub yoe c l yi2 1 2 3 ngmubg oecoe c gp l ci2 yi2 ngmub ctgtl 由合并的等效电路可知：由合并的等效电路可知： 此时，谐振回路的谐振频此时，谐振回路的谐振频 率为：率为： t lc 1 0 谐振回路的品质因数为：谐振回路的品质因数为： t t t g c q 0 谐振回路的等效阻抗为：谐振回路的等效阻抗为： l cjg jz tt t 1 1 )( 4 5 二、单调谐放大器

26、的性能二、单调谐放大器的性能 由等效电路可知，正弦稳态下，由等效电路可知，正弦稳态下， 回路的等效阻抗为：回路的等效阻抗为： j g l cjg jz t tt t 1 /1 1 1 )( 输出端的信号电压为：输出端的信号电压为： 0 1 21 / )( )()( t tbm toct qj gjugn jziju qt为有载为有载 品质因数品质因数 0 1 21 1 )( )( )( t t m b t u qj g gn ju ju ja 单调谐放大器的增益为：单调谐放大器的增益为： 可见：增益是频率的函数。可见：增益是频率的函数。 ub yie gmub yoe c l yi2 1 2

27、3 n1gmub ctgtl j qj ja ja t ou u 1 1 21 1 0 (一一)谐振电压增益谐振电压增益 t m u g gn ja 1 0 1.当当 = 0时，其电压增益为：时，其电压增益为： t m u g gnn ja 21 0 本级到下一级的电压增益为：本级到下一级的电压增益为： 结论：结论： 1）由上式可知：当晶体管参数选定后，电压增益可通过）由上式可知：当晶体管参数选定后，电压增益可通过 改变接入系数来调整。改变接入系数来调整。 2）接入系数过大和过小，都会使电压增益减小，因而存）接入系数过大和过小，都会使电压增益减小，因而存 在最佳接入系数。在最佳接入系数。 ub

28、 yie gmub yoe c l yi2 1 2 3 相对增益相对增益 （二）谐振功率增益：（二）谐振功率增益： 目标信号通过调谐放大器能否得到加强，归根到底要看目标信号通过调谐放大器能否得到加强，归根到底要看 功率是否增强。功率是否增强。 1.谐振时功率增益为：谐振时功率增益为： i o op p p ja iebi gup 2 2 2 21 )( ib t m o gu g gnn p gi2为下一级的为下一级的 输入电导（负载）输入电导（负载） 谐振功率增益为：谐振功率增益为： ie i t m p g g g gnn ja 2 2 21 0 )()( 2.功率增益的最大值：功率增益的

29、最大值： 为获得较大的功率增益，选用为获得较大的功率增益，选用gm较大的管子时有利的。较大的管子时有利的。 若谐振回路为理想的：若谐振回路为理想的： 1.在无耗（在无耗（gp=0） 时：时： 调整调整n1和和n2使使（goe=gi2），即匹配状态，此时可获得最大功率。即匹配状态，此时可获得最大功率。 gt=n12goe+n22gie+gp =goe+gi2 2 2 2 1 )(i b ioe m o gu gg gn p oe bm oe bm oe oe bm o g ug g ugn g g ugn p 4 )( 4 )( ) 2 ( 2 2 1 2 1 max ie i t m p g

30、g g gnn a 2 2 21 )( 功率增益的最大值为：功率增益的最大值为： ieoe m i o p gg g p p ja 4 )( 2 max max0 2.有耗但匹配时有耗但匹配时. max 2 max 1 op t opop ja q q jaja 其中：其中： =（1-qt/q）2 称为插入损耗。称为插入损耗。 2 1 max ) 2 ( oeb poe m ogu gg gn p 可推得考虑插入损耗后的最大功率增益：可推得考虑插入损耗后的最大功率增益： （三）放大器的相对增益和通频带：（三）放大器的相对增益和通频带： 1.放大器的相对增益为：放大器的相对增益为： j qj j

31、a ja o t ou u 1 1 21 1 依此作出曲线如图依此作出曲线如图: 0 0 ja ja u u 1 0.707 0.1 b b0.1 2.相对增益模为：相对增益模为： 2 21 1 )2(1 1 o t ou u q ja ja 0 1 21 1 )( t t m u qj g gn ja 放大器的增益为放大器的增益为 2.通频带通频带: 根据通频带定义有根据通频带定义有:(当幅值下降当幅值下降 到到0.707时时) 221 2 o t q 由此推得通频带：由此推得通频带： t t t o c g q b 或或 t t t o hz c g q f b 2 b= 2 - 1 0

32、0 ja ja u u 1 0.707 0.1 b b0.1 2 1 其中：其中：b= 2 - 1 = 2 ( (四四) )放大器的选择性：放大器的选择性： 矩形系数矩形系数k0.1： b b k 1 . 0 1 . 0 结论：结论：1） k0.1 1，k0.1愈趋近于愈趋近于1，选择性愈趋近于理想。，选择性愈趋近于理想。 指放大器对干扰信号的抑制能力。常以矩形系数指放大器对干扰信号的抑制能力。常以矩形系数k0.1来来 衡量选择性的好坏。衡量选择性的好坏。 为相对增益下降到为相对增益下降到0.1时的带宽时的带宽b0.1与带宽与带宽b 之比，之比， 即即 2） k0.1越接近于越接近于1，相对增

33、益曲线越接近于矩形，选，相对增益曲线越接近于矩形，选 择性越好择性越好 可见，单级调谐放大器的选择性很差，这是它的主要缺点。可见，单级调谐放大器的选择性很差，这是它的主要缺点。 由此推得：由此推得： b q b t o 95. 999 1 . 0 95. 9 1 . 0 1 . 0 b b k 据据b 0. 1定义有：定义有： 2 ;1 . 0 1 . 0 b ja ja ou u 时当： 高频单调谐放大器小结高频单调谐放大器小结 一、等效电路一、等效电路 ub yie gmub yoe c l yi2 1 2 3 ngmubg oecoe c gp l ci2 yi2 ngmub ctgtl

34、 由合并的等效电路可知：由合并的等效电路可知： 此时，谐振回路的谐振频此时，谐振回路的谐振频 率为：率为： t lc 1 0 谐振回路的品质因数为：谐振回路的品质因数为： t t t g c q 0 谐振回路的参数为：谐振回路的参数为： 4 5 ct=n12coe+n22ci2+c gt=n12goe+n22gie+gp 31 21 1 n n n 31 54 2 n n n 折合参数为：折合参数为： t t t o hz c g q f b 2 功率增益的最大值为：功率增益的最大值为： ieoe m p gg g ja 4 )( 2 max0 2 max 1 q q jaja t opop

35、可推得考虑插入损耗后的最大功率增益：可推得考虑插入损耗后的最大功率增益： 通频带：通频带： t t t o c g q b 或或 t t t o hz c g q f b 2 95. 9 1 . 0 1 . 0 b b k 矩形系数：矩形系数： 谐振电压增益谐振电压增益 t m u g gnn ja 21 0 单调谐放大器分析举例单调谐放大器分析举例 例例2-1 一单调谐放大器，测得参数：一单调谐放大器，测得参数：gie=0.36ms ，cie=80pf， goe=75uf ，coe=9pf，gm=45ms，fo=465khz，bhz=10khz，变，变 压器原圈总匝数压器原圈总匝数n=117

36、，电感，电感l=590uh，固有，固有q值值q=80。求调谐。求调谐 回路参数和最大功率增益。回路参数和最大功率增益。 解：解： 5 .46 10 465 khz khz b f q hz o t （1）根据）根据= 得回路的有载得回路的有载qt值值: ngmub ctgtl ngmub goe coec gp l ci2 yi2 （2）根据谐振频率的定义得回路的总电容）根据谐振频率的定义得回路的总电容ct：根据谐频率公式：根据谐频率公式 （3）根据）根据=1/（ 0l ）得）得 回路的总电导回路的总电导gt： us lq g ot t 47.12 1 pf lf c o t 200 2 1

37、2 ngmub ctgtl ngmub goe coe c gp l ci2 yi2 例例2-1 一单调谐放大器，测得参数：一单调谐放大器，测得参数：gie=0.36ms，cie=80pf， goe=75uf ，coe=9pf，gm=45ms，fo=465khz，bhz=10khz，变，变 压器原圈总匝数压器原圈总匝数n=117，电感，电感l=590uh，固有，固有q值值q=80。求：。求： 调谐回路参数和最大功率增益。调谐回路参数和最大功率增益。 （4）lc回路的匝比：设回路的匝比：设gp=0，goe=g ie 2 2 2 1 2222 n n g n n gggg ieoeieoet 29

38、. 0 2 1 1 oe t g g n n n 13. 0 2 2 2 ie t g g n n n 采用部分接入，归算后采用部分接入，归算后coe 、cie对总电容对总电容c影响很小。影响很小。 c稳定，稳定，l一定，则一定，则 f0 稳定稳定。 (6)实际最大功率增益：实际最大功率增益： 335018. 0900 maxmax opop jaja 18. 01 2 q qt 插入损耗：插入损耗： 19000 1036. 010754 18. 0900 4 36 2 2 max ioe m op gg g ja 有损耗时的最大功率增益为：有损耗时的最大功率增益为： 信号接收过程中，通常要求

39、：信号接收过程中，通常要求： au高、高、b合适、选择性好（合适、选择性好（k0.1趋近于趋近于 1）。）。 出于稳定性考虑，单级放大器增益不会很高，为出于稳定性考虑，单级放大器增益不会很高，为2030db。 因此，用单级调谐放大器是难以满足的。因此，用单级调谐放大器是难以满足的。 解决方法：解决方法：采用多级调谐放大器。采用多级调谐放大器。 第三节多级调谐放大器及稳定性第三节多级调谐放大器及稳定性 1.同步调谐放大器同步调谐放大器 2 .参差调谐放大器，又分为参差调谐放大器，又分为 （1）双参差调谐放大器）双参差调谐放大器 （2）三参差调谐放大器）三参差调谐放大器 多级调谐放大器分为：多级调

40、谐放大器分为： 一、同步调谐放大器一、同步调谐放大器 同步调谐放大器：放大器由同步调谐放大器：放大器由n级参数相同的单调谐放大级参数相同的单调谐放大 器级联，且都调谐于同一频率，称为同步调谐放大器。器级联，且都调谐于同一频率，称为同步调谐放大器。 000201 n uunuu aaaa 21 n uunuu jajajaja)()()()( 010 n t u u qj ja ja 0 0 21 1 （一）（一）n级放大器总电压增益：级放大器总电压增益： 相对电压增益：相对电压增益： 即满足即满足: （二）（二）n级放大器总通频带级放大器总通频带 n b时，可求得总通频带令总相对增益的模值为

41、2 1 1212 11 0 nn b q b t n 12 1 n 称为缩小系数称为缩小系数 un abn、显见， n 12345678 12 1 n 1.0 0.64 0.51 0.43 0.39 0.35 0.32 0.3 的关系与n n 12 1 结论：结论： 1）采用多级同步调谐放大器后，增益提高了，但通频带减小了。）采用多级同步调谐放大器后，增益提高了，但通频带减小了。 2）级数）级数n越多，频带越窄。增益与带宽的矛盾成为严重问题。越多，频带越窄。增益与带宽的矛盾成为严重问题。 例例2-2 2-2 若要求某中频放大器（多级同步调谐放大器）的频带若要求某中频放大器（多级同步调谐放大器）

42、的频带 为为6.5mhz，分别求出用，分别求出用2 2级和级和3 3级实现时两种情况下每一级的级实现时两种情况下每一级的 b b为多少？为多少？ 解：解： mhz mhzb bhz2 .10 64. 0 5 . 6 12 2 1 2 （2）当）当n=3时时 mhz mhzb bhz7 .12 51. 0 5 . 6 12 3 1 2 即当即当3级级连时，只有每级通频带达到级级连时，只有每级通频带达到12.7mhz，才能满，才能满 足总通频带足总通频带6.5mhz的要求。的要求。 结论：结论：au与与bn存在矛盾，因此这种放大器只适合存在矛盾，因此这种放大器只适合bn较窄，而较窄，而 au不太高

43、的情况。不太高的情况。 （1）当）当n=2时时 （三）（三）n级放大器选择性（考察矩形系数）级放大器选择性（考察矩形系数） 根据根据b0.1的定义：的定义： 101 22 1 . 0 0 n n t b q 11001100 11 0 1 . 0 nn b q b t n 12 1100 1 1 1 . 0 1 . 0 n n n n n b b k 从而求出矩形系数：从而求出矩形系数： 12 1 n bbn n t u u qj ja ja 0 0 21 1 由于相对增益：由于相对增益： 的关系与nk n1 . 0 n12345678910 k0.19.95 4.83.75 3.43.23.

44、13.02.94 2.92 2.92.56 例如：n=2时,k0. 1=4.8 ; n= k0.1=2.56 结论：同步调谐放大器结论：同步调谐放大器k0.1的极限为的极限为2.56，尚不能趋于，尚不能趋于1。 为解决以上一系列矛盾，可采用参差调谐放大器为解决以上一系列矛盾，可采用参差调谐放大器。 显见，当显见，当n k0. 1 可改善选择性，但当可改善选择性，但当n2以后改善缓慢。以后改善缓慢。 二、参差调谐放大器二、参差调谐放大器 定义定义： 多级放大器中，各放大器调谐频率不一致，称为参差调谐多级放大器中，各放大器调谐频率不一致，称为参差调谐 放大器。放大器。 特点：特点： 加宽频带，改善

45、矩形系数。加宽频带，改善矩形系数。 应用：应用： 使用于频带较宽的信号。（如电视接收机的中频放大）使用于频带较宽的信号。（如电视接收机的中频放大） （1）交流通路：）交流通路： ui t1t2 n1 n2 n1 n2 f01f02 u0 两级结构相同，分别 调谐在f01和f02且与参 差放大器的中心频率 f0相差 fs,即 s fff 001s fff 002 f0 f02f01 为频率的为频率的 偏离值偏离值 2 0 0 ) 2 (1 1 t u u q ja ja 由于：由于： 放大器的增益特性为：放大器的增益特性为： 2 0 01 01 2 01 01 01 1 2121 f ff q

46、ja f ff q ja ja t u t u u 2 0 02 02 2 02 02 02 2 2121 f ff q ja f ff q ja ja t u t u u 由于由于f01与与f0 相差不大相差不大 若：若： 00201uuu ajaja ss fffffff 001 ss fffffff 002 ;2: 0 f f q s t 设回路的偏调系数为 2 2224 2 0 112 u u a ja总增益为： 0 2 f f qt 代入上式代入上式 2 0 02 02 2 21 f ff q ja ja t u u （一）平坦参差调谐放大器（一）平坦参差调谐放大器 称为称为临界偏调

47、临界偏调。 b q f f t s 2 1 2 1 1 0 时，当 2 )( 2 0 0 u us a ja 根据相对增益：根据相对增益： 4 04 2 )( ja ja u u 求得通频带：求得通频带： b q f b t s 22 0 矩形系数：矩形系数： 15. 399 41 . 0 1 . 0 s s s b b k 此时，此时，f=f0 ， =0 ;2 0 f f q s t 偏调系数为 同样可求得：同样可求得： 同步调谐的矩同步调谐的矩 形系数为形系数为4.8； 参差调谐改善参差调谐改善 矩形系数矩形系数 同步调谐的通同步调谐的通 频带为频带为 参差调谐加宽参差调谐加宽 通频带通频

48、带 414. 0b 放大器中心频率处总增益：放大器中心频率处总增益： （二）过参差调谐放大器（二）过参差调谐放大器 它将出现双峰特性（如图），称为它将出现双峰特性（如图），称为过参差。过参差。 1 , 则若增大偏调量 s f f f0f01f02 s f s f ja b 1时：时：出现单峰，称为欠参差。出现单峰，称为欠参差。 (三三) 三参差调谐放大器三参差调谐放大器 在过参差调谐放大器后级连一级谐振在在过参差调谐放大器后级连一级谐振在f0 的单调谐放大器，的单调谐放大器， 使其谐振特性曲线使其谐振特性曲线补偿补偿双峰特性的凹陷，获得较平坦的幅双峰特性的凹陷，获得较平坦的幅 频特性频特性 （

49、如图）（如图） 。 f f0f01f02 jfa 显见它比平坦参差放大器具有更宽的频带。显见它比平坦参差放大器具有更宽的频带。 要求：要求： q3 q1 = q2 例题讲解例题讲解 例例2-3一一临界临界偏调双参差调谐放大器，其中心频率偏调双参差调谐放大器，其中心频率f0=10. 7mhz， 每一级谐振增益每一级谐振增益au0=20，bhz=400khz，求（，求（1）中心频率处总）中心频率处总 增益增益aus（2）通频带）通频带bshz=?（3）每级的谐振频率）每级的谐振频率f01=?，f02=? 20020 2 1 2 )( 2 2 0 0 u us a ja （1）中心频率处中心频率处增

50、益：增益： （2）求通频带：）求通频带： khzkhzbb hzshz 56640022 1 2 0 f fq st khzbf hzs 200 2 1 mhzfff s 5 .102 . 07 .10 001 mhzfff s 9 .102 . 07 .10 002 解：解： （3）求谐振频率：）求谐振频率： 三、调谐放大器的稳定性三、调谐放大器的稳定性 造成不稳定的原因：造成不稳定的原因： 结电容结电容cbc在高频时产生的内部反馈。当反馈达到一定在高频时产生的内部反馈。当反馈达到一定 程度时，会出现自激振荡。程度时，会出现自激振荡。 解决方法：解决方法： 1. 从选择器件着手，从选择器件着

51、手， 选择选择cbc小的晶体管；小的晶体管； 2. 从电路着手，设法使其单向化。常用方法有：从电路着手，设法使其单向化。常用方法有： （1）中和法：用外部反馈电路抵消内部反馈。）中和法：用外部反馈电路抵消内部反馈。 （2）失配法：靠负载的失配抑制内部反馈，）失配法：靠负载的失配抑制内部反馈， 但以牺牲增益为代价。但以牺牲增益为代价。 （1 1）中和法中和法 1.1.原理电路：原理电路： 2.2.中和原理中和原理： in cbc cn c n1 n2 n3 if 通过外部反馈电流通过外部反馈电流i in n来抵消来抵消 晶体管内部反馈电流晶体管内部反馈电流if 。 3.3.优点：优点： 电路简单

52、，电路简单， cn很小如豆粒大。很小如豆粒大。 外加电容外加电容cn来抵消来抵消cbc的影响。的影响。 4.4.缺点：缺点： 1 1） c cn n是固定的不随频率而变化，因此只能在某一频率起作用。是固定的不随频率而变化，因此只能在某一频率起作用。 2 2）与）与c cbc bc并联的还有 并联的还有 r rbc bc ，中和电路也应对称，但实现困难。 ，中和电路也应对称，但实现困难。 3 3）考虑分布参数和温度变化等因素，中和效果有限，难实现全）考虑分布参数和温度变化等因素，中和效果有限，难实现全 频段内的中和。频段内的中和。 5.5.应用：应用： 一般用于中放。（收音机中常采用此方法）一般

53、用于中放。（收音机中常采用此方法） （2 2）失配法失配法 1.原理电路：原理电路： 2.工作原理：工作原理： 通过增大负载通过增大负载，使输出回路严重失配，输出电压相应减小，使输出回路严重失配，输出电压相应减小， 从而使内部反馈电流减小。从而使内部反馈电流减小。 3.优点优点：能在频率较宽的范围内削弱内部反馈的影响能在频率较宽的范围内削弱内部反馈的影响。 t1 t2 yi y0 ui u0 由于共基极电路的输入导纳由于共基极电路的输入导纳 较大，使负载导纳增加，而较大，使负载导纳增加，而t t1 1的的 输出导纳较小，使之失配。从而输出导纳较小，使之失配。从而 减弱反馈，提高稳定性。减弱反馈

54、，提高稳定性。 4.缺点：缺点：增益略有下降（失配引起）、电路复杂增益略有下降（失配引起）、电路复杂。 第四节第四节 集成调谐放大器及集中选择滤波器集成调谐放大器及集中选择滤波器 前述各种调谐放大器均由分立元件构成，存在的问题：前述各种调谐放大器均由分立元件构成，存在的问题： 1）由于引线带来的自感、分布电容等，制约了频率的提高。）由于引线带来的自感、分布电容等，制约了频率的提高。 2）由于布线的寄生反馈而引起寄生振荡。）由于布线的寄生反馈而引起寄生振荡。 3）由于焊点多，使电路的可靠性随之下降。）由于焊点多，使电路的可靠性随之下降。 集成电路的优点：集成电路的优点： 体积减小，外接引线、焊点

55、减少，提高频率，稳定性、体积减小，外接引线、焊点减少，提高频率，稳定性、 可靠性都有所提高。可靠性都有所提高。 集成电路的缺点：集成电路的缺点： 制造电感和电容困难，用等效电路代替，精度低。制造电感和电容困难，用等效电路代替，精度低。 集成调谐放大器的构成集成调谐放大器的构成： 集中选择集中选择 滤波器滤波器 集成线性集成线性 放大组件放大组件 uiu0 集成调谐放大器集成调谐放大器 集成调谐放大器的优点集成调谐放大器的优点: 1. 选择电路集中，可减小晶体管参数对回路的影响，保证选择电路集中，可减小晶体管参数对回路的影响，保证 au、 、b、 、k0.1 等指标的稳定。等指标的稳定。 2.

56、可单独调整，减少生产周期。可单独调整，减少生产周期。 3. 体积小，可靠性高、稳定性体积小，可靠性高、稳定性 高。高。 由于上述原因常将调谐放大器的选频和放大分开完成：由于上述原因常将调谐放大器的选频和放大分开完成： 一、集成线性放大组件一、集成线性放大组件 （一）（一）.4e307 集成块集成块 原理电路：原理电路： 1.结构：在一块基片上制成差分对结构：在一块基片上制成差分对 （t1、 、t2） ）,恒流源恒流源 (t3)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 t1t2 2.5k1k d 500 t3 1）4，6及及7，8可在外部短接。可在外部短接。 2）7，8可在外部接电

57、阻以增大恒流可在外部接电阻以增大恒流 源的负反馈，使之接近理想电流源。源的负反馈，使之接近理想电流源。 3）1，5可外接偏压，调整恒流源的电流；可外接偏压，调整恒流源的电流；5接负电源。接负电源。 4）2，10和和11，12分别为输入、输出端。分别为输入、输出端。 二、集中选择滤波器二、集中选择滤波器 1.1.石英晶体滤波器石英晶体滤波器 2.2.压电陶瓷滤波器压电陶瓷滤波器 3.3.声表面波滤波器声表面波滤波器 体积小体积小 成本低成本低 选择性好选择性好 频率稳定频率稳定 常用的集中选择滤波器有：常用的集中选择滤波器有： 集中选择滤波器的优点：集中选择滤波器的优点： （一）石英晶体滤波器（

58、一）石英晶体滤波器 1.1.石英晶体的特性及其等效电路：石英晶体的特性及其等效电路： 成分：成分：化学成分是二氧化硅（化学成分是二氧化硅（ sio2 ）。）。 结构：结构：是一种六棱柱型结晶体，其导电性能与晶格方向有关。是一种六棱柱型结晶体，其导电性能与晶格方向有关。 将其按不同方位切割，可切成不同切型的晶片，则它们的工作将其按不同方位切割，可切成不同切型的晶片，则它们的工作 频率、温度特性及参数各不相同。频率、温度特性及参数各不相同。 基本特性：基本特性：是是压电效应压电效应。 （1）正压电效应）正压电效应- 机械力作用于晶体时，晶片两面机械力作用于晶体时，晶片两面 将产生异性电荷；其值与晶

59、片的变将产生异性电荷；其值与晶片的变 形量有关。形量有关。 + + - - 石英晶片石英晶片 压电效应压电效应 固有频率固有频率：当晶片几何尺寸和结构一定时，它本身有：当晶片几何尺寸和结构一定时，它本身有 一个固定的机械振动频率一个固定的机械振动频率f固 固 ； ； 谐振频率：谐振频率：当外加频率当外加频率 f外 外=f固固 时产生谐振，此时机械 时产生谐振，此时机械 振动最强，电路中的高频电流最大。振动最强，电路中的高频电流最大。 晶片越薄，频率越高、强度越差，加工越难，所以一般晶片越薄，频率越高、强度越差，加工越难，所以一般 基频基频106 cq很小很小 0.005 0.1pf（动态电容，

60、等效于弹性）（动态电容，等效于弹性） lq很大很大 10m 几几10h（动态电感，等效于机械惯性）（动态电感，等效于机械惯性） rq很小很小 100 （动态电阻，等效于摩擦损耗）（动态电阻，等效于摩擦损耗） c0较小较小 2 5pf（晶片间的静态电容）（晶片间的静态电容） 若工作在基频，只有若工作在基频，只有c0 、 lq1 、 cq1 、 rq1支路有效，其余开路。支路有效，其余开路。 工作在基频工作在基频 工作在工作在3次谐波频次谐波频 （3 3）石英晶体的特性及其等效电路）石英晶体的特性及其等效电路 2. 晶体阻抗特性分析晶体阻抗特性分析 当晶体工作在某一频率时，其等效电路可简化为当晶体