第一章节-小信号调谐放大器(89).ppt

1、第 1 章 小信号调谐放大器,熟练掌握串、并联谐振回路的基本特性及其耦合联接方式 熟练掌握高频小信号放大器的电路组成和工作原理，并能应用晶体管Y参数等效电路计算其各项性能指标 正确理解谐振放大器的稳定性,1.1 概述,1、定义,小信号调谐放大器是一种负载具有谐振特性的放大器，具有选频和放大作用。 工作于小信号状态，放大器件处于线性工作范围，所以采用线性分析方法分析。,1.1 概述,2、分类,选频方式,分散选频,集中选频：由集成宽放和集中滤波器,单调谐放大器,参差调谐放大器,耦合调谐放大器,谐振增益 Auo,放大器在谐振频率f0 上的电压增益(或功率增益),3、主要性能指标,图1 小信号调谐放大

2、 器典型幅频特性曲线,放大器电压增益下降 到谐振增益的0.707 倍时所对应的频率范围。,通频带 BW0.7,3、主要性能指标,图1 小信号调谐放大 器典型幅频特性曲线,选择性,是指谐振放大器从输入信号中 选出有用信号，抑制干扰信号的能力,抑制比,矩形系数,3、主要性能指标,理想频率特性与实际频率特性的比较,0.707,0.1,图2 理想频率特性与实际频率特性,稳定性,指放大器的直流工作状态、放大器件 (如晶体管)以及电路元件参数等发生变化 时，放大器主要性能的稳定程度。,3、主要性能指标,3、主要性能指标,噪声系数,输入端的信噪比Psi/Pni与输出端的 信噪比Pso/Pno两者的比值,1.

3、2谐振回路,LC谐振回路由电感和电容组成。若该电路在某一频率的交变信号作用下,能在电抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具有谐振特性，故该电路又称谐振回路。,分类：,1.串联谐振回路 2.并联谐振回路 3.耦合谐振回路,1.2.1 串联谐振回路,下图是最简单的串联回路。r近似为电感线圈L的内阻，r通常很小，可以忽略，Ug为激励电压源。,回路总阻抗Z：,图3 串联谐振回路,回路电流I：,串联谐振角频率0:,特性阻抗 ：,回路谐振电流I0：,空载品质因数Q0 ：,引入任意频率下的回路电流I与谐振电流I0之比,幅频特性方程：,相频特性方程：,绝对失谐量： f=f-f0,广义失谐量：,当与0很接

4、近时,幅频特性方程：,相频特性方程：,图4 串联谐振回路的通用谐振曲线,问题：Q0值对谐振曲线有什么影响？,分析：,结论： Q0值越高，曲线就越尖锐，选频特性就越好。,Q1Q2,图5 串联谐振回路的谐振曲线和相位特性曲线,令：,则：,通频带,令：,则：,矩形系数,1.2.2 并联谐振回路,图6 并联谐振回路,下图是最简单的并联回路。 r近似为电感线圈L的内阻，r通常很小，可以忽略，Ig为激励电流源。,1.2.2 并联谐振回路,图6 并联谐振回路,并联谐振电阻：,特性阻抗 ：,并联谐振角频率0:,空载品质因数Q0：,引入任意频率下的回路电压U与谐振电压U0之比,例1.1 已知并联谐振回路中L=5

5、85H，若要求回路谐振在465KH频率上，试决定回路的电容量。若电感线圈L的损耗电阻r=12，试求回路的谐振电阻、通频带及失谐f=10KH的选择性。 解：因为 所以 C=1/（2f0）2L=200PF Rp=L/Cr=244K Q0=0L/r=142 BW0.7=f0/Q0=3.3KH 在失谐f=10KH的选择性为,1、 信号源及负载对谐振回路的影响,1.2.3 信号源和负载对谐振回路的影响,图7 考虑信号源及负载影响的并联谐振回路,1、 信号源及负载对谐振回路的影响,Re=Rg/Rp/RL Ce=Cg+C+CL,结论：谐振频率0下降；QeQ0，选择性变差。,有载品质因数：,例1.2 已知L=

6、585H，回路谐振频率465KHz，r=12，信号源内阻Rg和负载电阻RL均为200K，求谐振电阻、通频带及失谐f=10KHz的选择性。,解： Rp=L/Cr 因为 所以 C=1/（2f0）2L=200PF BW0.7=f0/Qe Qe=Re/0L Re=Rg/Rp/RL=200/244/200=71K,=465/41.5=11.2KH,=244K,变压器耦合连接,2、 谐振回路的耦合连接,接入系数 n,接入部分振荡回路的相应阻抗与被接入 部分振荡的相应阻抗之比。,自耦变压器耦合连接,双电感抽头耦合连接,双电容分压耦合连接,常用变量的变换：,定义:由两个或两个以上的单调谐回路通过各种不同的耦合

7、方式组成。,1.2.4 耦 合 回 路,互感耦合系数,电容耦合系数,耦合谐振的通用曲线方程,令耦合因数=k/kc=kQ0,最佳全谐振：=0，临界耦合系数K=Kc=1/Q0,次级电压,谐振曲线的形状及特点：,临界耦合（=1）,弱耦合（1）,强耦合（1）,耦合回路次级回路谐振曲线,技术性能分析,通频带：,选择性(=1)：,=1,=2.41,结论：在同样的f0和Q0值下，当=1时，双调谐回路在通频带和选择性上都比单调谐回路优越。,1.Y参数方程,1.3.1 晶体管高频Y参数等效电路,1.3 小信号调谐放大器,2、混合型等效电路,频率较高时，Cbc的容抗较小，可它并联的电阻rbc较大，相比之下rbc可

8、以忽略。 rce较大，一般远远大于负载，所以也可以忽略。,对于高频管而言：,3、Y参数的计算,考虑到 Cbe Cbc ，gmgbc，则对应的Y参数为:,单调谐放大器,1.3.2 高频小信号谐振放大器,1、 基本工作原理,一、 单级单调谐放大器,单调谐放大器,2、等效电路,电源交流等效接地,旁路电容交流短路,交流等效电路,Y参数等效电路,交流等效电路,Yre=0,等效到线圈13端,谐振频率：,其中：,有载品质因数为：,3、电路性能,输出电压,电压增益Au,谐振增益Auo,电压增益Au,电压增益谐振曲线,通频带 BW0.7,矩形系数 K0.1,Qe，则通频带越宽,功率增益Ap,或,带宽增益积,Au

9、0BW0.7= 常数,例：单调谐放大器如图所示，放大器的中心频率fo=1MHz。已知晶体管在中心频率及工作点上的Y参数为：gie=0.4mS，Cie=140pF，goe=50S，Coe=20pF，Yfe=40mS，略去Yre的影响；回路空载品质因数Q0=80,调谐回路的电感线圈N13=100匝， N12=40匝, N45=4匝。回路电容C=100pF；负载电阻RL=2.5k, 负载电容CL=140pF。 画出交流电路及Y参数等效电路； 求谐振时的电压增益Au0； 求频带宽度BW0.7； 求选择性S=0.5时的频率范围。,1,2,3,4,5,解：交流电路及Y参数等效电路,gp,例：单调谐放大器如

10、图所示，放大器的中心频率fo=1MHz。已知晶体管在中心频率及工作点上的Y参数为：gie=0.4mS，Cie=140pF，goe=50S，Coe=20pF，Yfe=40mS，略去Yre的影响；回路空载品质因数Q0=80,调谐回路的电感线圈N13=100匝， N12=40匝, N45=4匝。回路电容C=100pF；负载电阻RL=2.5k, 负载电容CL=140pF。 画出交流电路及Y参数等效电路； 求谐振时的电压增益Au0； 求频带宽度BW0.7； 求选择性S=0.5时的频率范围。,求Au0 Au0= ge= gp+n12goe+ n22gL, Ce= C+n12Coe+ n22CL103pF

11、gp= ge=gp+n12goe+ n22gL =8.1+0.4250+0.042400=16.74(S) Au0=,求BW0.7 BW0.7=,求S=0.5时的2f0.5,2f0.5=,1.3.3 多级单调谐放大器的级联,当单级放大器的增益不能满足要求时,即可采取多级放大器级联。多级放大器级联时，各级放大器均调谐在同一频率上，称为同步调谐。如果各级放大器调谐在不同的频率上，就称为参差调谐。,1、电压增益,若有n级单调谐放大器级联，则总增益为各级增益的乘积，即Au= Au1Au2Aun 如果各级参数相同，其增益相等，即 Au1=Au2=Aun=Au 则级联放大器总增益为 : Au=(Au)n

12、总谐振电压增益为: Au0=(Au0)n,2、谐振曲线,随着级数 ，曲线越尖锐，选择性,3、通频带,称为3分贝(dB)带宽缩减系数,4、矩形系数,当n3时，选择性改善程度不明显,1. 基本电路和工作原理,1.3.4 双调谐回路小信号调谐放大器,耦合谐振的通用曲线方程,令耦合因数=k/kc=kQ0,最佳全谐振：=0，临界耦合系数K=Kc=1/Q0,次级电压,2. 电压增益,2. 电压增益,当工作于谐振频率（=0），且临界耦合=1时：,谐振曲线的形状及特点：,临界耦合（=1）,弱耦合（1）,强耦合（1）,耦合回路次级回路谐振曲线,技术性能分析,通频带：,选择性(=1)：,=1,=2.41,结论：在

13、同样的f0和Q0值下，当=1时，双调谐回路在通频带和选择性上都比单调谐回路优越。,1.3.5 小信号调谐放大器的稳定性,1. 晶体管内部反馈对放大器的影响,其中Yr是由Yre的反馈引起的反馈导纳， 即,输出导纳：,输入导纳：,2、 改善放大器稳定性的措施 （1）从晶体管本身想办法： 选Cb,c小的管子； （2）从电路上设法消除晶体管的反向作用： 中和法 失配法,中和法： 通过外部反馈电路来抵消晶体管内部反馈，使放大器稳定。,中和条件：,注意：中和作用只能在某一个频率点上实现，这种方法只适用于固定频率的放大器,失配法： 利用输出与负载之间、输入和信号源之间不匹配来削弱内部反馈的影响。,当YLYoe时，则,当YgYie时，则,1.3.6 集成中频放大器,主要优点： 以集中选择代替分立元件调谐放大器的逐级选择，可减小晶体管参数的变化对选择回路的影响，提高放大器工作的稳定性 集中滤波器作为部件，可由专业工厂单独进行生产和调试，可大大减少调试工作量 集中放大有利于设计和生产体积小、通用性强的线性集成放大组件,1.3.6 集成中频放大器,选频,放大,集中选择性滤波器 陶瓷滤波器 声表面波滤波器 集中选频放大器的应用,制造工艺 利用某些陶瓷材料的压电效应,谐振频率,串联谐振频率：,并联谐振频率：,陶瓷滤波器,1. 集中选择性滤波器