高频电教案2小信号选频放大器课件.ppt

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1、第 章 小信号选频放大器,2.1 谐振回路 2.2 小信号谐振放大器 2.3 集中选频放大器 本章小结,第 章 小信号选频放大器 2.1 谐振回路,2.1 谐振回路,作用：选择信号；阻抗变换。应用：调谐放大、高频功放、振荡、调制、混频等,2.1 谐振回路作用：选择信号；阻抗变换。,主要要求：,掌握并联谐振回路的选频特性及其主要参数的计算。,理解回路Q值、信号源、负载等对回路特性的影响。,了解变压器、电感分压器、电容分压器等常用阻抗变换电路及其阻抗变换的关系。,2.1 谐振回路,主要要求： 掌握并联谐振回路的选频特性及其主要参数的计算。理,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,一、 LC 并联谐振

2、回路阻抗频率特性,时，回路并联谐振,谐振频率：,谐振阻抗：,2.1.1 并联谐振回路的选频特性一、 LC 并联谐振回,引入品质因数Q ，它反映谐振回路损耗的大小,Q 定义为：,则可得,空载品质因数，固有品质因数,引入品质因数Q ，它反映谐振回路损耗的大小Q 定义为： 定义,因此,通常，谐振回路研究0附近的频率特性，由于十分接近0，故可近似认为：,则可得,令,因此通常，谐振回路研究0附近的频率特性，由于十分接近0,这对曲线说明了并联谐振回路具有怎样的频率特性？,OZ RPw幅频特性曲线wOj90-90相频特性,O,Z ,RP,w,幅频特性曲线,w,O,j,90,-90,相频特性曲线,0,谐振时，

3、回路相移为零，回路阻抗最大且为纯电阻。,失谐时，回路有相移，且回路阻抗下降。,0 时, 回路呈容性，相移为负；0 时, 回路呈感性，相移为正；,-90o j 90o,Q 值增大，曲线变陡,OZ RPw幅频特性曲线wOj90-90相频特性,例2.1.1 L = 180 mH, C = 140 pF, r = 10 W , 试求 （1） f0、 Q、Rp ；（2）f=10kHz 、50kHz 时的 等效阻抗和相移。,解： （1）求f0、Q、Rp,Hz =1MHz,例2.1.1 L = 180 mH, C = 140 p,(2) 求回路失谐时的等效阻抗和相移,当f =10kHz时,当f =50kHz

4、时,-arctan,计算表明：由于该并联谐振回路的Q 值较大，故随着失谐量的增大，回路的等效阻抗明显减小，而相移量增大。,-arctan,(2) 求回路失谐时的等效阻抗和相移当f =10kHz时,二、 并联谐振回路的通频带和选择性,谐振时回路输出电压,回路的绝对失谐量,1、电压谐振曲线,并联回路两端电压,二、 并联谐振回路的通频带和选择性Is.LrCZ+谐振时回,并联谐振回路归一化输出电压的幅频特性曲线,Q值越大，幅频特性曲线越尖锐，相频特性曲线越陡峭。,并联谐振回路归一化输出电压的幅频特性曲线Q值越大，幅频特性曲,2、通频带,占有一定频带的信号在并联谐振回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀

5、性而不可避免地产生频率失真。通频带实际上是为了限制频率失真的大小而规定的一个值。,值由最大值下降到0.707时，所确定的频带宽度2f 就是回路的通频带BW0.7,该式表明：回路Q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、通频带 占有一定频带的信号在并联谐振回路中,2、选择性,选择性指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号、排除无用信号的能力。回路谐振曲线越尖锐,则选择性越好。,正常使用时，谐振回路的谐振频率应调谐在所需信号的中心频率上。,BW0.1 = 10 f 0 / Q,通带与选择性的综合评价计算矩形系数K 0.1,计算选择性,矩形系数越接近1，选择性

6、越好,2、选择性 选择性指回路从含有各种不同频率信号总,2.1.2 阻抗变换电路,一、 信号源及负载对谐振回路的影响,Re=Rs/RP/RL,有载品质因数：,空载品质因数：,信号源及负载使回路品质因数下降, 通频带变宽，选择性变差。,2.1.2 阻抗变换电路一、 信号源及负载对谐振回路的影,例2.1.2 下图中，L = 586 mH, C = 200 pF, r = 12 W , RS = RL= 100 kW ，试分析信号源及负载对谐振回路特性的影响。,解：,1. 计算不考虑 RS、 RL时的回路固有特性：f0、Q、RP、BW0.7,例2.1.2 下图中，L = 586 mH, C,2. 计

7、算考虑 RS、 RL时的回路特性：f0、Qe、Re、BW0.7,Re=Rs/RP/RL,由于L、C 基本不变，故谐振频率 f0 仍为465kHz。,等效负载电阻,有载品质因数,通频带,可见：信号源内阻及负载电阻使回路品质因数下降, 导致回路通频带变宽，选择性变差。应采取措施减小信号源和负载的影响。,2. 计算考虑 RS、 RL时的回路特性：f0、Qe、Re、,二、 常用阻抗变换电路,1. 变压器阻抗变换电路,设变压器为无耗的理想变压器,可变大，也可变小，取决于n,常用的有：变压器、电感分压器和电容分压器,二、 常用阻抗变换电路1. 变压器阻抗变换电路设变压器为无耗,2. 电感分压器阻抗变换电路

8、,若将RL 接在1、3端，输入电压加在2、3端，则,设L1 、L2无耗且 ， 则,2. 电感分压器阻抗变换电路大变小小变大若将RL 接在1、3,3. 电容分压器阻抗变换电路,设C1 、C2无耗，由功率相等可得,当RL 1/ w C2, 可忽略RL 的分流,则得,3. 电容分压器阻抗变换电路设C1 、C2无耗，由功率相等可,例2.1.3 下图中，线圈匝数 N12 = 10 匝， N13 = 50 匝，N45 = 5 匝，L13= 8.4 mH, C = 51 pF, Q =100, Is = 1 mA , Rs =10 kW, RL= 2.5 kW, 求有载品质因数Qe、通频带BW0.7、谐振输

9、出电压Uo。,= 250 kW,= 250 kW,解：将Is 、RS 、 RL均折算到并联谐振回路1-3两端,kW = 40.6 kW,例2.1.3 下图中，线圈匝数 N12 = 1,Re = Rs / Rp /RL,= 30.6 kW,由折算前后信号源输出功率相等，可得,作业：,Re = Rs / Rp /RL= 30.6 kW由,1. LC并联谐振回路有何基本特性?说明Q对回路特性的影响。,思考讨论题,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，回路两端输出电压为最大，且相移为零；当外加频率与回路谐振频率不相等时，即回路失谐时，回路两端输出电压迅速下降，相

10、移值增大。 利用回路的谐振特性，通过调谐，可以从各种不同信号频率的信号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。 当谐振回路Q值越大，回路谐振频率越尖锐，其选频作用越好，但通频带将会变窄。,1. LC并联谐振回路有何基本特性?说明Q对回路特性的影响。,思考讨论题,2.并联谐振回路的品质因数是否越大越好？说明如何选择并联谐振回路的有载品质因数Qe的大小。,解：并联谐振回路的品质因数不是越大越好。因为Qe值增大后虽然抑制带外干扰信号能力增强，但通频带也随之变小，因此，在实际应用中，为了保证有良好的选择性，应在满足通频带的要求下，力求增大回路的有载品质因数，即可按Qe f0/BW0

11、.7来选择回路的有载品质因数。,思考讨论题2.并联谐振回路的品质因数是否越大越好？说明如何选,2.2 小信号谐振放大器,指以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器，也称小信号调谐放大器。,2.2 小信号谐振放大器 指以谐振回路为选,2.2 小信号谐振放大器,主要要求：,掌握单调谐回路谐振放大器的组成、工作原理和性能特点，了解其主要性能指标。,了解多级单谐振回路谐振放大器。,了解谐振放大器的稳定性。,2.2 小信号谐振放大器主要要求： 掌握单调谐回路谐振,2.2.1 单调谐回路谐振放大器,保证晶体管工作在甲类状态,晶体管的输出及负载电阻均通过阻抗变换电路接入。,一、 工作原理,2.2.1 单调谐回

12、路谐振放大器保证晶体管工作在甲类状态,Gie,Cie,Goe,Coe,自耦变压器匝比,变压器初次级匝比,小信号电路模型,gmIEQmA/26mV,变换后电路模型,Cie,Gie,GieCieGoeCoe自耦变压器匝比变压器初次级匝比小信号,回路的有载谐振电导,当LC并联谐振回路调谐在输入信号频率上时，回路产生谐振，放大器输出电压最大，电压增益也最大，谐振电压增益为,放大器的增益频率特性,增益频率特性曲线,BW0.7=f0/Qe，K0.1=10，选择性较差。,作业：,回路的有载谐振电导当LC并联谐振回路调谐在输入信号频率上时，,二、单调谐放大器稳定性的提高,谐振回路阻抗随频率剧烈变化的特性使这种

13、内反馈随频率变化而剧烈变化，使放大器的幅频特性发生变形，增益、通频带、选择性等都发生变化，严重时会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。因此会导致放大器工作不稳定。,为减小内反馈的影响，提高谐振放大器工作稳定性，常采用共射-共基组合电路构成调谐放大器。,共基电路输入阻抗很小，使共射电路的输出小，因此通过内反馈对输入端产生的影响小，故可提高稳定性。,二、单调谐放大器稳定性的提高谐振回路阻抗随频率剧烈变化的特性,2.2.2 多级单调谐回路谐振放大器,一、同步调谐放大器,每级谐振回路均调谐在同一频率上,各级谐振回路调谐在不同频率上,总电压放大倍数,谐振时总电压放大倍数,以分贝表示谐振时总电压增益，则

14、,2.2.2 多级单调谐回路谐振放大器一、同步调谐放大器每级谐,多级同步调谐放大器增益特性曲线,级数越多，则谐振增益越大，选择性越好，通频带越窄。,每级的通频带比总的通频带宽。,多级同步调谐放大器增益特性曲线级数越多，则谐振增益越大，选择,二、双参差调谐放大器,单级幅频特性,合成幅频特性,调谐到略高于信号中心频率,调谐到略低于信号中心频率,f1= f0 + f,f2= f0 - f,总幅频特性更接近于矩形，选择性比单调谐放大器好。,每两级为一组，组内各级调谐在不同频率上，如此级联组成的多级放大器称为双参差调谐放大器。,二、双参差调谐放大器单级幅频特性合成幅频特性调谐到略高于信号,2.3 集中选

15、频放大器,主要要求：,了解集中选频放大器的组成和性能特点,了解陶瓷滤波器和声表面波滤波器的工作原理,2.3 集中选频放大器主要要求： 了解集中选频放大器的组,2.3.1 集中选频滤波器,一、 陶瓷滤波器,工艺：陶瓷焙烧 片状 两面涂银直流高压极化,具有压电效应,当陶瓷片发生机械变形时，其表面会产生电荷，两电极间产生电压；而当陶瓷片两电极间加上电压时，它会产生机械变形。,当外加交变电压的频率等于陶瓷片固有频率时，机械振动幅度最大，陶瓷片表面产生电荷量的变化也最大，在外电路中产生的电流也最大，其作用类似于串联谐振回路。,材料：由锆钛酸铅陶瓷材料制成,2.3.1 集中选频滤波器一、 陶瓷滤波器工艺：

16、陶瓷焙烧,电路符号和等效电路,Co 压电陶瓷片的固定电容,Lq 机械振动时的晶体的等效质量,Cq 机械振动时的等效弹性系数,rq 机械振动时的等效阻尼,阻抗频率特性,串联谐振频率,并联谐振频率,等效阻抗 20 ，最小。,等效阻抗最大。,电路符号和等效电路Co 压电陶瓷片的固定电容Lq 机械振,构成四端陶瓷滤波器，Q值比一般LC回路的高，可获得接近矩形的幅频特性。下图分别为由两个和9个陶瓷片组成的四端陶瓷滤波器。,陶瓷滤波器：工作频率为 几百kHz 几十MHz 使用时，其输入阻抗须与信号源阻抗匹配 其输出阻抗须与负载阻抗匹配。,优点：体积小、成本低、受外界影响小。,缺点：频率特性较难控制，生产一

17、致性较差，BW不够宽。,石英晶体滤波器特性与陶瓷滤波器相似，但Q值高很多，因此频率特性好，但价格较高。,构成四端陶瓷滤波器，Q值比一般LC回路的高，可获得接近矩形的,二、 声表面波滤波器,声表面波滤波器优点： 体积小、重量轻、性能稳定、特性一致性好、工作频率高（几MHz几GHz）、通频带宽、抗辐射能力强、动态范围大等。 实用的声表面波滤波器的矩形系数可小于1.2，相对带宽可达50%。,声表面波滤波器是声表面波（用SAW 表示）器件的一种。 SAW 器件是一种利用弹性固体表面传播机械振动波的器件。,二、 声表面波滤波器 声表面波滤波器优点：,它以铌酸锂、锆钛酸铅和石英等压电材料为基片，利用真空蒸

18、镀法，在基片表面形成叉指形金属膜电极，称为叉指电极。,加输入信号时，叉指电极间便产生交变电场，由于压电效应的作用，使基片表面产生弹性形变，激发出与输入信号同频率的声表面波，它沿基片表面传播至收端，由于压电效应的作用，在收端的叉指电极间得到电信号，并传送给负载。,声表面波滤波器的结构与工作原理,它以铌酸锂、锆钛酸铅和石英等压电材料为基片，,2.3.2 集中选频放大器应用举例,输入端变压器耦合,射极输出器,实现阻抗匹配,展宽通频带,陶瓷滤波器选频放大器,并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器主谐振频率上，以消除陶瓷滤波器通带外出现的小谐振峰。,2.3.2 集中选频放大器应用举例输入端变压器耦合射极输,声表面

19、波滤波器选频放大器,声表面波滤波器选频放大器L1 与分布电容并联谐振于中心频率。,本章小结,LC 谐振回路具有选频作用。回路谐振时，回路阻抗为纯电阻，可获得最大电压输出；当回路失谐时，输出电压迅速减小。回路的品质因数越高，回路谐振曲线就越尖锐，选择性越好，但通频带越窄。,LC并联谐振回路在谐振时阻抗最大且相移为零，呈纯电阻；当 0时，阻抗相移小于零（最大负值趋于-90），回路呈容性。,信号源和负载会使回路的有载品质因数下降，选择性变坏，同时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、电容分压器等阻抗变换电路。,本章小结LC 谐振回路具有选频作用。回路谐振

20、时，回路阻抗为纯,小信号谐振放大器由放大器件和LC 谐振回路组成，具有选频放大作用，工作在甲类。主要技术指标有谐振增益、通频带、选择性。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，它越接近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。在满足通频带的前提下，应尽量增大回路品质因数。,由于晶体管结电容的内反馈和电路中的寄生反馈，加之回路阻抗特性随频率的剧烈变化，易使谐振放大器工作不稳定，因此应采用措施保证放大器工作的稳定性，例如不单纯追求最大放大量、采用共射-共基组合电路等。,集中选频放大器由集成宽带放大器、集中选频滤波器构成，它具有接近理想矩形的幅频特性。,小信号谐振放大器由放大器件和LC 谐振回路组成，具有选频放大,