《电子通信系统》-第六章

６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

高频小信号选频放大器是一般无线电接收机必须有的电路模块，是经常使用的选频放大电路，其作用是放大无线接收机中高频小信号，因此首先要掌握几个高频小信号选频放大器的主要参数指标：分别是小信号放大器的增益、通频带和选择性。增益：输出电压（或功率）与输入电压（或功率）之比。通频带：通常以放大器的电压增益下降为最大值的０.７０７倍所对应的频率范围作为通频带，有时也称为３ｄＢ带宽。选择性：放大器从含有各种频率的信号中获取有用信号的能力，称为放大器的选择性。其指标一般用矩形系数来表示。高频小信号选频放大器是无线电接收机中的前端接收信号放大电路模块，图６－１是第２章中超外差式接收机的组成框图，图中椭圆圈内的高频放大器模块就是本章主要介绍内容，即高频小信号选频放大器模块。这里再一次给出超外差式接收机的框图，主要是明确高频小信号选频放大器在接收机中所处的位置。下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

在传统的通信电子电路中，ＬＣ调谐回路是一种最基本、最常用的选频电路，也是高频小信号选频放大器中的一种，信号的放大部分选用三极管放大器，选频电路是由ＬＣ并联谐振回路构成，所以高频小信号选频放大器就是由ＬＣ调谐回路与三极管共同组合而成。本章重点就是介绍这种高频小信号选频放大器的工作原理与应用，该电路以其增益高和选频性能好而广泛地应用于各类无线接收设备之中。随着集成电路和大规模集成电路的广泛应用，越来越多的集成选频电路芯片被应用到无线接收机中，但从选频工作原理容易理解和接受的角度上看，ＬＣ并联调谐回路的选频工作原理最容易理解，三极管放大器的工作原理在《模拟电子电路》中已经讲过，本书重点介绍ＬＣ调谐回路的选频工作原理。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

利用ＬＣ谐振回路的幅频特性和相频特性不仅能够实现选频功能，即从输入信号中选择出有用信号分量，同时又抑制掉无用的非同频信号分量和干扰，而且还能够利用ＬＣ谐振回路频率特性曲线实现对调频和调相信号的解调，在高频电子电路的各类模块中都有ＬＣ调谐回路的应用，如在第３章所介绍内容中，ＬＣ谐振回路就被应用在各类正弦波振荡器之中。ＬＣ谐振回路除对输入信号的频率具有选择之外，还具有阻抗变换作用，同时它还具有频幅、频相转换的作用，在调频和调相的解调技术中还有广泛的应用。ＬＣ谐振回路有并联和串联两种形式，由于串联电路形式受信号源的内阻影响较大，所以大多数的选频回路通常采用ＬＣ并联谐振回路的形式。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

前面提到过，ＬＣ谐振回路是选频电路里常用的选频电路，一般包括并联回路和串联回路两种电路结构。但无论哪种ＬＣ谐振回路都能对通过它的交流电信号进行选择性通过，即进入ＬＣ电路的信号频率与ＬＣ谐振回路的固有谐振频率一致或相近的电信号才能通过，从而实现选频功能。这里重点讨论ＬＣ并联谐振回路的工作原理。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

６.１.１ＬＣ并联谐振回路的频率特性ＬＣ并联谐振回路由电感线圈Ｌ、电容器Ｃ构成，与外加信号源构成并联谐振回路。如图６－２所示。电感Ｌ的单位为Ｈ，电容Ｃ的单位为Ｆ，ｒ是电感Ｌ的等效损耗电阻，单位是Ω，电容的损耗一般可以忽略。Ｉｓ为电流源，单位为Ａ，Ｕｏ为并联谐振回路的输出电压，单位为Ｖ。在以后几个公式中的符号与单位都采用上述单位，不再赘述。根据电路和模拟电子技术的知识，可以直接给出图６－２中Ｌ、Ｃ并联谐振回路等效阻抗Ｚ的表达式：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

１.ＬＣ并联谐振回路的谐振电阻ＲＰ由于通过ＬＣ谐振回路的交流电信号都是高频，信号的角频率ω通常很大，而电感内阻ｒ在一般情况下ｒ≪ωＬ，ＬＣ谐振回路的总阻抗Ｚ也可用式（６－２）来近似表示：从式（６－２）可以看出，当ωＬ＝１/

ωＣ时，并联谐振回路谐振的等效阻抗Ｚ为纯电阻，且为最大，即通过ＬＣ并联谐振回路信号的角频率ω能使式（６－２）的分母为最小值，此时称为ＬＣ并联回路谐振。并联谐振回路谐振时的等效阻抗简称为谐振电阻，记为ＲＰ，计算公式见式（６－３）：Ｚ＝ＲＰ＝Ｌ/Ｃｒ（６－３）上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

２.ＬＣ并联谐振回路的谐振频率ＬＣ并联谐振回路中的电感Ｌ和电容Ｃ的值一定时，回路的谐振频率也就固定下来了，只有在ωＬ＝１/

ωＣ时，ＬＣ并联谐振回路才处于谐振状态，所以可以得出谐振频率的表达式如式（６－４）所示：其中，ω０是谐振角频率，单位为ｒａｄ／ｓ；ｆ０为谐振频率，单位为Ｈｚ。两者是一个概念，只不过有个２π关系。只有与谐振频率一致或相近的电信号才能通过ＬＣ并联谐振回路，其他频率的信号会被ＬＣ并联谐振回路抑制掉，这也就是ＬＣ并联谐振选频回路的工作原理。在很多实际应用的通信电子电路中，ＬＣ并联谐振回路能按照人的意志改变其固有的谐振频率，这是因为可以把电路中的电感Ｌ和电容Ｃ设计成可调的电感或电容。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

３.品质因数Ｑ值只有与ＬＣ并联谐振回路谐振频率一致或相近的信号能够通过回路，但究竟与谐振频率相差多少的信号算相近，且能使不同频率信号通过ＬＣ并联谐振回路的衰减也不一样，在ＬＣ并联谐振回路中，引入了品质因数Ｑ值来衡量谐振回路对不同频率信号的损耗，通常称为Ｑ值，Ｑ值的大小直接反映ＬＣ并联谐振回路选择性的好坏。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，即表达式（６－５）所示：将式（６－４）代入式（６－５），则得式（６－６）：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

４.品质因数Ｑ值与并联谐振电阻ＲＰ之间的关系一般ＬＣ谐振回路的Ｑ值越大，回路对谐振频率及附近的信号损耗越小，其频率特性曲线越尖锐，能通过回路的其他频率就越少，所以回路选频特性就越好。将式（６－６）代入式（６－３）可得式（６－７）：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

５.并联谐振回路阻抗频率特性和相频特性将式（６－３）、式（６－４）、式（６－５）代入式（６－２）可得并联谐振回路阻抗频率特性表达式（６－８）：通常ＬＣ谐振回路的阻抗主要研究的是谐振频率ω０附近的阻抗特性。当ω十分接近ω０，并令ω－ω０＝Δω，则式（６－８）可写成式（６－９）：并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别用式（６－１０）和式（６－１１）表示。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

（１）幅频特性：（２）相频特性：根据式（６－１０）和式（６－１１）可以画出Ｌ、Ｃ并联谐振回路的阻抗频率特性曲线和相频特性曲线，分别如图６－３（ａ）、（ｂ）所示。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

６.１.２ＬＣ并联谐振回路的频率特性分析由图６－３（ａ）的横纵坐标参数的分析可见，ＬＣ并联谐振回路在谐振与失谐下的阻抗变化情况如下：（１）当ω＝ω０（Δω＝０）时，ＬＣ并联谐振回路谐振，阻抗最大且为纯电阻，相移φ＝０°。（２）当ω≠ω０，即ＬＣ并联谐振回路失谐时，阻抗下降，相移增大，分为以下两种情况：①当ω＞ω０时，ＬＣ并联谐振回路阻抗呈容性，相移φ为负值，最大趋于－９０°。②当ω＜ω０时，ＬＣ并联谐振回路阻抗呈感性，相移φ为负值，最大趋于＋９０°。ＬＣ并联谐振回路Ｑ值取得不同，则阻抗频率特性曲线和相频特性曲线也不尽相同，如图６－３所示。并且Ｒｐ值大，Ｑ值就大，阻抗频率特性曲线越尖锐，相移曲线在谐振频率附近变化越陡峭。反之亦然。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

１.ＬＣ并联谐振回路的电压谐振曲线ＬＣ并联谐振回路输入的信号源电压幅值恒定，即信号源输出到ＬＣ的并联谐振回路信号无论频率多少，信号电压的幅值都一样。提出这样的前提主要是为了研究这些幅值相同、频率不同的信号电压通过ＬＣ并联谐振回路后发生了怎样的变化。通过改变对ＬＣ并联谐振回路输入信号源的频率，则通过式（６－１２）就能得到ＬＣ并联谐振回路两端的输出电压Ｕｏ的变化规律，通过与式（６－９）比较可以得出，ＬＣ并联谐振回路输出电压Ｕｏ的变化规律与ＬＣ并联谐振回路阻抗频率特性变化规律一致。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

式中，Ｕｐ是信号源输入频率与谐振频率相等时的输出电压，也是ＬＣ并联回路最大的选频输出电压。归一化输出电压的幅频特性见式（６－１３）：归一化输出电压的相频特性见式（６－１４）：归一化后的幅频和相频特性曲线如图６－４（ａ）和图６－４（ｂ）所示。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

２.ＬＣ并联谐振回路的通频带ＬＣ并联谐振回路通频带的宏观定义：当占有一定频带宽度的信号通过ＬＣ并联谐振回路传输时，由于ＬＣ并联谐振回路幅频特性曲线的非线性，不同频率的信号通过ＬＣ并联谐振回路后的输出电压便不可避免产生失真，但若在某个频率范围内的信号通过谐振回路可以不失真或基本不失真，则这个频率范围称为ＬＣ并联谐振回路的通频带。ＬＣ并联谐振回路的通频带的微观定义：当|Ｕｏ／Ｕｐ

|值由最大值“１”下降到０.７０７时，所占有的频带宽度就是ＬＣ并联谐振回路的通频带，用ＢＷ０.７表示。式（６－１５）是ＬＣ并联谐振回路通频带的表达式：ＢＷ０.７＝ｆ０/Ｑ（６－１５）式（６－１５）中ｆ０为ＬＣ并联谐振回路的谐振频率，Ｑ是ＬＣ并联谐振回路的品质因数，从表达式可以得出回路Ｑ值越大，ＬＣ并联谐振回路幅频特性曲线越尖锐，通频带ＢＷ０.７越窄；ＬＣ并联谐振回路的谐振频率越高，则通频带越宽。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

例６－１ＬＣ并联谐振回路有何基本特性？说明Ｑ值对回路特性的影响。解：并联谐振回路具有谐振特性。当外加信号频率与回路谐振频率相等，即回路调谐时，回路两端的输出电压为最大，且相移为０°；当外加信号频率与回路谐振频率不相等，即回路失谐时，回路两端的输出电压迅速下降，相移值增大。利用回路的谐振特性，通过调谐，可以从各种不同频率信号的总和中选出有用信号、滤除无用信号，这称为谐振回路的选频作用。谐振回路Ｑ值越大，回路谐振曲线越尖锐，其选频作用越好，但通频带将会变窄。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

例６－２试画出如图６－５（ａ）所示并联回路在ｒ＝０时的阻抗频率特性曲线，说明ω＜ω０和ω＞ω０时，回路阻抗为什么分别呈感性和容性。解：当ｒ＝０时，即为理想的无耗谐振回路，此时回路的等效阻抗用式（６－１６）来表示：当回路谐振，即ωＬ－１/ωＣ＝０时，回路等效阻抗为无穷大。当ω＜ω０时，因ωＬ＜１/

ωＣ，式（６－１６）中分母为负值，可见回路等效阻抗为感性，且ω越小，ωＬ越小，１/

ωＣ越大，回路等效阻抗值越小，当ω＝０时，ωＬ≈０，则Ｚ＝０。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

当ω＞ω０时，因ωＬ＞１/

ωＣ，式（６－１６）中分母为正值，可见回路等效阻抗为容性，且ω越大，ωＬ越大，１ωＣ越小，回路等效阻抗值越小，当ω→∞时，１/

ωＣ→０，则Ｚ→０。因此无耗并联谐振回路的阻抗频率特性曲线如图６－５（ｂ）所示。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

例６－３已知并联谐振回路的ｆ０＝１０ＭＨｚ，Ｃ＝５０ｐＦ，ＢＷ０.７＝１５０ｋＨｚ，求回路的Ｌ和Ｑ值以及Δｆ＝６００ｋＨｚ时的电压衰减倍数。如将通频带加宽为３００ｋＨｚ，应在回路两端并接一个多大的电阻？解：由于因此失谐Δｆ时，并联谐振回路两端电压衰减的倍数为上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

当ＢＷ０.７＝３００ｋＨｚ时，回路的有载品质因数为：此时回路的等效谐振电阻等于：回路的空载谐振电阻等于：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

令并联接于回路两端的电阻为Ｒ，则Ｒｃ＝ＲＲｐ／（Ｒ＋Ｒｐ），所以可得：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

例６－４并联谐振电路如图６－６所示，信号源和负载均通过电容分压器接入回路。已知回路Ｌ＝１２μＨ，Ｃ１＝１００ｐＦ，Ｃ２＝２００ｐＦ，Ｑ＝７０，Ｒｅ＝１５ｋΩ，ＲＬ＝５ｋΩ。试求并联谐振电路的有载品质因数Ｑｅ及通频带ＢＷ０.７。解：将信号源和负载均折算到电感Ｌ的两端，如图６－７（ａ）所示，图中：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

将Ｒｐ、Ｒ′Ｌ、Ｒ′ｅ合并，即等效为如图６－７（ｂ）所示的并联谐振回路，图中：Ｒｅ＝Ｒ′ｐ∥Ｒ′Ｌ∥Ｒｐ＝１１.７（ｋΩ）由于ρ＝

，所以可得：电路的谐振频率为：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

故通频带为：上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

３.ＬＣ并联谐振回路的选择性选择性的定义：指回路从含有多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。ＬＣ并联谐振回路的阻抗频率特性曲线越尖锐，对有用信号的选择性就越好，同时对无用信号的抑制能力就越强。一般ＬＣ并联谐振回路都工作在所需信号的中心频率上。选择性还可用通频带以外无用信号的输出电压Ｕｏ与谐振时输出电压Ｕｐ之比来表示，|Ｕｏ／Ｕｐ|值越小，说明谐振回路抑制无用信号的能力越强，选择性也越好。为了提高选择性和有效降低频率失真，ＬＣ并联谐振回路输出电压的幅频特性曲线最理想的情况是矩形形状，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，然而实际上的谐振回路幅频特性曲线均不能满足上述要求，基本上都是图６－３和图６－４所反映的情况，但为了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，引用了“矩形系数”这一概念，用符号Ｋ０.１表示。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

其中Ｋ０.１下角标０.１含义指输入信号电压幅值衰减到谐振最大幅度０.１倍时，可以认为信号基本衰减到“０”了，为了简化记忆，这里先明确一个术语－２０ｄＢ选择性。在实际应用中，选择性常用谐振回路谐振时的输出信号Ｕｏ下降到输出电压的０.１倍，即下降２０ｄＢ的通带，用ＢＷ０.１来表示，频率特性曲线如图６－８所示。ＢＷ０.１越小，回路的选择性就越好。式（６－１７）是矩形系数的数学表达式，结合图６－５就基本能看出这个表达式的物理意义。显然，矩形系数越接近于１，则谐振回路幅频特性曲线越接近于矩形，回路的选择性也就越好。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

根据定义，单个并联谐振回路的输出电压Ｕｏ下降至谐振输出电压Ｕｏｍ的０.１倍时才是２０ｄＢ通频带，所以单个并联谐振回路的矩形系数为|Ｕｏ／Ｕｐ|，即式（６－１８）所示：根据矩形系数定义式（６－１７）、式（６－１８）可得单个并联谐振回路的矩形系数近似为１０，这说明单个并联谐振回路的矩形系数远大于理想的矩形系数“１”，故其选择性比较差。在单个ＬＣ并联谐振回路中，如果它的Ｑ值越高，谐振曲线越尖锐，通频带越窄，抑制通频带外信号的能力就越强，但其矩形系数并不改变，说明简单的并联谐振回路的选择性还是比较差的，改善矩形系数通常还需要多级相同参数的并联谐振回路串联在一起才能实现。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

６.１.３ＬＣ并联谐振回路的阻抗变换电路１.信号源内阻及负载电阻对ＬＣ并联谐振回路的影响在通信电子电路的实际应用中，ＬＣ并联谐振回路一定与信号源及负载相连才能构成一个完整的功能电路，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对谐振回路产生影响，它们虽然会使回路的等效品质因数下降，通频带变宽，选择性变差，但不会使谐振回路的谐振频率发生偏离。图６－９为实际的ＬＣ并联谐振回路，ＲＳ是信号源内阻，ＲＬ是负载电阻。根据电路的基本知识，将图６－９中的电压源用电流源代替，将Ｌ、ｒ串联电路用Ｌ、Ｃ、Ｒｐ并联电路代替，则图６－９可变换成图６－１０，从图６－１０可以更清楚地看出ＲＳ、ＲＬ对ＬＣ并联谐振回路的影响。将图６－１０中的所有电阻合并为Ｒｅ，即为式（６－１９）所示：Ｒｅ＝ＲＳ∥Ｒｐ∥ＲＬ（６－１９）因此，可把图６－１０简化为图６－１１。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

２.有载品质因数和空载品质因数由图６－１１可以看到，因为充分考虑了信号源内阻ＲＳ和负载电阻ＲＬ的影响后，并联谐振回路的等效谐振电阻等效为Ｒｅ。由Ｒｅ和品质因数定义可求得图６－１１等效并联谐振回路的品质因数，将这样求出的品质因数称为有载品质因数，用Ｑｅ表示。根据前面所学的用Ｑ表示的谐振回路品质因数称为空载品质因数，或固有品质因数，由式（６－７）推导出有载品质因数计算式如式（６－２０）所示：由于Ｒｅ＜Ｒｐ，所以Ｑｅ＜Ｑ。ＲＳ、ＲＬ越小，Ｒｅ也越小，则品质因数Ｑｅ下降就越多，回路的选择性就越差，而通频带却变宽了。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

３.常用的阻抗变换电路通过式（６－１９）和上面的分析可知，增大信号源内阻ＲＳ、负载电阻ＲＬ可以减少信号源内阻对谐振回路品质因数的影响，为了进一步增加阻抗来减小对谐振回路品质因数的影响，还可以采用阻抗变换电路。在这些阻抗变换电路中通常采用变压器、电感分压器和电容分压器等阻抗变换电路来增加负载的阻抗。图６－１２（ａ）、图６－１２（ｂ）、图６－１２（ｃ）分别给出了三种阻抗变换的电路图，设计上使用一些中学的电学知识就能完成计算。变压器阻抗变换电路和电感分压器阻抗变换电路的计算都由式（６－２１）直接给出，电容分压器阻抗变换电路的计算由式（６－２２）直接给出。三个式中的Ｒ′Ｌ为变换后放大的电阻，ＲＬ为原负载电阻。上一页下一页返回６.１ＬＣ并联谐振回路选频特性

式中，对于变压器阻抗变换电路，ｎ是变压器的匝数比Ｎ１∶Ｎ２，对于电感分压器阻抗变换电路，ｎ是自耦变压器的匝数比。式（６－２２）给出了电容分压器阻抗变换电路的阻抗计算方法：式中，Ｃ１和Ｃ２都是电容值。通过上面两个公式可以看出，只要设计好匝数比和电容容量比，可以设计出符合电路要求的阻抗电路。上一页返回６.２高频小信号选频放大器

本节主要介绍的都是由三极管放大器和上一节讲的ＬＣ并联谐振回路作为负载而构成的高频小信号选频放大器，采用高频用的三极管完成放大作用，用ＬＣ并联谐振回路完成高频信号选频功能。更准确的说法是高频小信号调谐放大器，它采用调谐回路作为负载的放大器，这是高频小信号选频或滤波调谐放大器的基本特点。调谐放大器的种类很多，按调谐回路区分，有单调谐放大器、双调谐放大器和参差调谐放大器。按晶体管连接方法区分，有共基极、共发射极和共集电极调谐放大器，按级联方式分为单级和多级放大器等。下一页返回６.２高频小信号选频放大器

６.２.１单调谐放大器１.单级单调谐放大器图６－１３是三极管放大器集电极负载为ＬＣ并联谐振回路的单调谐放大器，三极管完成放大功能，ＬＣ并联谐振回路完成选频功能。单调谐放大电路的主要性能指标如下：谐振电压增益Ａｕ０：即放大器在谐振频率上的增益，用于衡量对有用信号的放大能力。通常要求放大倍数要在几百倍以上。通频带ＢＷ０.７：即放大器电压增益从谐振电压下降到谐振电压的０.７０７倍时所覆盖的频率范围。可参考前面的公式（６－１５）。矩形系数（选择性）：Ｋ０.１＝ＢＷ０.１／ＢＷ０.７上一页下一页返回６.２高频小信号选频放大器

谐振频率：也就是该ＬＣ并联谐振回路的中心频率，如式（６－２３）所示：式中，ＣΣ为ＬＣ并联谐振回路及放大电路等效的回路总电容。对于单级放大器的单调谐回路的矩形系数，计算结果直接由式（６－２４）给出：与前面讲过的单级ＬＣ并联谐振回路的选择性能基本一致，也就是说单调谐放大器的选频性能还是比较差的，要想改善选频性能，需要设计将多个单调谐放大器级联在一起的多级单调谐放大器来实现。上一页下一页返回６.２高频小信号选频放大器

２.多级单调谐放大器当单级单调谐放大器的增益和选频性能不能满足要求时，即可采取多级单调谐放大器级联形式的多级单调谐放大器。其中每一级都调谐在同一个频率上，故多级级联单调谐放大器也称为同步谐振放大器。１）多级单调谐放大电路的主要性能指标单调谐放大电路的谐振电压增益为Ａｕ，是放大器在谐振频率上的增益，用于衡量对有用信号的放大能力。通常要求放大倍数要在几百倍以上。总增益为：Ａｎ＝Ａｕ１·Ａｕ２·Ａｕ３·…·Ａｕｎ若多级单调谐放大器是由完全相同的单级单调谐放大器所组成，则：Ａｕ＝Ａｕ１Ａｕ２Ａｕ３…Ａｕｎ＝（Ａｕ１）ｎ（６－２５）上一页下一页返回６.２高频小信号选频放大器

根据前面带宽的定义，式（６－２６）可作为多级单调谐放大器的通频带计算公式：式（６－２５）和式（６－２６）中的主要参数含义都是前面已经介绍过的，式（６－２５）中的ｎ是多级单调谐放大器的级数。上一页下一页返回６.２高频小信号选频放大器

２）多级单调谐放大电路的矩形系数多级单调谐放大电路除了对总的放大倍数有提高之外，还对电路的矩形系数有明显的改善。因为ｎ是大于１的正整数，故必小于１。所以称为缩小系数。ｎ级的矩形系数为：具体数值见表６－１。由式（６－２６）可以得出，通频带越宽，每级的增益就越小，对于单调谐放大器来说，增益和通频带是一个矛盾，增益和频带宽度很难做到兼顾，所以对于既要求增益又要求带宽的调谐放大器，这个问题会更为突出。上一页下一页返回６.２高频小信号选频放大器

６.２.２双调谐放大器１.双调谐回路双调谐回路放大器具有频带宽，选择性好的优点。顾名思义，双调谐回路是指有两个调谐回路：一个靠近“信源”端（如晶体管输出端），称为初级；另一个靠近“负载”端（如下级输入端），称为次级。两者之间，可采用互感耦合或电容耦合。与单调谐回路相比，双调谐回路的矩形系数较小，即它的谐振曲线更接近于矩形。图６－１４为电容耦合双调谐回路谐振放大器原理图。图６－１４中，ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＥ为直流偏置电阻，用以保证晶体管工作于放大区域，且放大器工作于甲类状态，ＣＥ为ＲＥ的旁通电容，ＣＢ和ＣＣ为输入、输出耦合电容。图中有两个谐振回路：Ｌ１、Ｃ１组成了初级回路，Ｌ２、Ｃ２组成了次级回路。两者之间由电容Ｃ３进行耦合，称为电容耦合。上一页下一页返回６.２高频小信号选频放大器

在实际应用中，双调谐回路放大器初次级线圈都调谐到同一个谐振频率，最佳耦合状态工作于临界状态，下降部分也较陡，因而选择性比较好。图６－１５给出了双调谐回路的幅频特性曲线示意图，主要是和单调谐回路的幅频特性曲线进行比较，观察它们之间的不同点。上一页下一页返回６.２高频小信号选频放大器

２.双参差调谐放大器将两级单调谐放大器的谐振频率分别调谐在高频小信号选频中心频率ｆ０附近的两个不同频率点上，这样两级构成的电路称为双参差调谐放大器。两级中的一级调谐放大器调谐到略低于选频中心频率ｆ０，如图６－１６所示的（１）号频率特性曲线，而另一级调谐放大器则调谐到略高于选频中心频率ｆ０，如图６－１６所示的（２）号频率特性曲线，即第一级调谐在ｆ１＝ｆ０－Δｆｄ，第二级调谐在ｆ２＝ｆ０＋Δｆｄ，它们的幅频特性曲线如图６－１６所示。两级回路幅频特性曲线合成后的曲线如图６－１７所示，在Δｆ区间两级回路的幅频曲线有重叠的部分，而且能够相互补偿，形成比较平滑的顶部，从合成后曲线图６－１７也能够看出，其选择性（矩形系数）也比单调谐回路来说改善很多。上一页返回６.３集中选频放大器

由前面所述，高频小信号调谐放大器的选频作用完全依靠ＬＣ并联调谐回路，但其谐振的通频带比较窄，每次要想更改选频频率都可以通过调整并联调谐回路中的可调的电感Ｌ或电容Ｃ的参数来实现，因而调整起来相对比较容易。随着电子技术的进步，集成宽带放大器和集中选频滤波器组成的集中选频放大器越来越多地应用于小信号选频放大器，这种选频放大器具有幅频特性、选频特性都比较好的优点，但这种集中选频放大器最大的问题就是只能对固定频率的信号进行选频放大，灵活性不如ＬＣ调谐回路。集中选频放大器的组成一般有两种形式：第一种如图６－１８所示，第二种如图６－１９所示。下一页返回６.３集中选频放大器

６.３.１集中选频滤波器常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器和石英晶体滤波器等，这些滤波器一旦由工厂生产出来，选频的范围也就确定下来了。１.陶瓷滤波器陶瓷滤波器的陶瓷片具有“压电效应”与“反压电效应”，压电效应是指当陶瓷片发生机械变形时，它的表面就会出现电荷，两极间产生电压；反压电效应是指当陶瓷片两极加上电压时，它就会产生伸长或压缩的机械变形。压电陶瓷片（两端）的等效电路和电路符号如图６－２０所示，图６－２１所示为陶瓷滤波器实物图。图６－２０中Ｃｄ是压电陶瓷片的固有电容值，Ｌ１、Ｃ１、Ｒ１分别相当于机械振动的等效质量、等效弹性系数和等效阻尼。压电陶瓷片的厚度、半径等尺寸不同时，其等效参数也不同。上一页下一页返回６.３集中选频放大器

从等效电路可见，陶瓷滤波器具有两个谐振频率，一个是串联谐振频率，如式（６－２７）所示：一个是并联谐振频率，如式（６－２８）所示：上一页下一页返回６.３集中选频放大器

２.声表面波滤波器（ＳＡＷＦ）声表面波滤波器（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅＦｉｌｔｅｒ，ＳＡＷＦ）是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应的性质做成的。声表面波滤波器也是具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转换为声信号。由于这种声波只在晶体表面传播，故称其为声表面波。上一页下一页返回６.３集中选频放大器

声表面波滤波器的特点如下：（１）频率响应平坦，不平坦度仅为（±０.３～±０.５）ｄＢ，群时延为（±３０～±５０）ｎｓ。（２）ＳＡＷＦ矩形系数好，带外抑制可达４０ｄＢ以上。（３）插入损耗虽高达２５～３０ｄＢ，但可以用放大器补偿电平损失。声表面波滤波器具有选频特性，其特性取决于叉指换能器电极的形状、间距、交叉长度和电极数目等，只要合理设计，便可获得接近理想的中频幅频特性。（４）声表面波滤波器体积小，质量轻，性能可靠，不需要复杂调整。图６－２２为声表面波滤波器的基本结构，图６－２３为声表面波滤波器在电路中的电路符号，图６－２４为声表面波滤波器的实物图。上一页下一页返回６.３集中选频放大器

声表面波滤波器虽为模拟器件，但由于其良好的滤波特性，在众多领域被广泛应用，特别是在有线电视系统中的图像中频滤波器、伴音滤波器、信道残留边带滤波器中都有应用。声表面波滤波器件均为实现邻道信号传输的关键。除此之外，例如在ＧＰＳ接收机中使用的前端滤波器，由于声表面波滤波器件具有抗干扰能力强的特点，也被大量采用。声表面波滤波器件由于线路简单、选择性好、性能稳定、调整方便等优点，广泛用于通信、电视等各种电子设备中，很多传统的电视机中的选频电路都采用了声表面波滤波器件。图６－２５就是集中选频放大器的应用电路图。其中ＶＴ１是预中放部分，起前置放大作用；Ｚ１为声表面波滤波器件ＳＡＷＦ，起集中选频作用；ＴＡ７６８０ＡＰ为彩电图像中频放大器集成电路ＩＣ。上一页下一页返回６.３集中选频放大器

６.３.２教学实验子项目电路本实验子项目采用ＦＭ调频收音机的前置接收模块，图６－２６给出了调频收音机整个电路原理图，从集成电路模块ＣＤ９０８８的１１脚以上的部分就是高频放大模块部分的电路。调频接收电路由集成电路ＩＣ１（ＣＤ９０８８）担任，由它完成调频接收电路的高放、本振（ＶＣＯ）、混频、二级有源ＲＣ中频滤波器、限幅器、正交鉴频器和低放静噪电路以及用来控制静噪电路的中频波形相关器等工作。调频广播电台的信号从拉杆天线通过