西南科大-高频电子线路课件第二章.ppt

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1、2.1 LC谐振与阻抗变换电路,LC谐振回路的主要特点就是具有选频作用：由多种频率分量组成的输入信号，经过谐振回路，只选出某些频率分量，而对其他的频率分量有不同程度的抑制作用。LC谐振回路由电感和电容组成，根据连接方式不同可以分为串联谐振回路和并联谐振回路两种。LC谐振回路是构成高频谐振放大器、正弦波振荡器及各种选频电路的基础电路。,2.1.1 阻抗的串、并联变换,等效变换的原则是等效变换前的电路与等效变换后的电路阻抗相等,等效变换前后回路的品质因数应该相等,当Q值较大(10)时,串联电路变换成等效的并联电路后，Xp与Xs性质相同，大小基本不变，而Rp是Rs的Q2倍,2.1.2 串、并联谐振回

2、路的基本特性,1串联谐振回路,电感L和电容C串联形成回路，rL为电感线圈的损耗电阻，电容损耗可以忽略,1)串联谐振回路阻抗的谐振特性,谐振频率,谐振时,回路的品质因数,谐振时，串联谐振回路电容和电感的电压幅度比端口电压大Q倍。,1)串联谐振回路阻抗的谐振特性,广义失谐,时，回路呈容性(相角为负值),时，回路呈感性(相角为正值),时，回路阻抗最小并呈纯电阻性,2)串联谐振回路的谐振曲线与通频带,信号偏离谐振回路的谐振频率时，谐振回路的幅频特性下降为最大值的(0.7)时对应的频率范围，称为通频带，用BW0.7表示。,谐振回路的品质因数越大，通频带越窄,2并联谐振回路,谐振时,回路呈感性,回路呈容性

3、,2.1.3 回路的部分接入与阻抗变换,信号源内阻或负载电阻直接并联在回路两端，将对回路的Q值、谐振频率影响较大，为解决这个问题，可用部分接入的阻抗变换电路，将它们折算到回路两端，以改善对回路的影响。,1变压器部分接入的并联谐振回路,变换前后回路元件功率相等,变压器部分接入的并联谐振回路与等效电路,定义接入系数为,折合到谐振回路后的电阻和电流源,2电容、电感抽头的部分接入并联谐振回路,抽头接入并联谐振回路与等效电路,变换前后回路元件功率相等,接入系数,折合到谐振回路后的电阻和电流源,【例2.1】图2.9(a)所示为LC并联谐振回路的应用原理图。信号源和负载以变压器方式接入回路。已知线圈绕组的匝

4、数分别为N12=10，N13=50，N45=5，L13=10mH，回路固有品质因数Q0=100，C=100pF，Rs=10k，Is=1mA，Cs=100pF，RL=2kW。试求实际回路的品质因数QL、通频带BW0.7和谐振时的输出电压Uo。,图2.9,解：将图2.9(a)等效为图2.9(b)，各等效元件的参数计算如下,回路的等效总电感不变仍为L13，而回路的等效总电容C为,回路的实际谐振频率为,回路电感本身的等效损耗并联电阻为,等效后的回路谐振电阻,有载品质因数,通频带,谐振时的输出电压,【例2.2】某接收机输入回路的简化电路如图2.10所示。已知C1=5pF，C2=15pF，Rs=75，RL

5、=300。为了使电路匹配，即负载RL等效到LC回路输入端的电阻RL=Rs，线圈初、次级匝数比N1/N2应该是多少？,图2.10,解：由图可见，这是自耦变压器电路与电容抽头式电路的级联。,RL等效到两端的电阻为,RL等效到输入端的电阻为,如要求RL=Rs，则,所以有,2.2 小信号谐振放大器,小信号选频放大器可分为两类：一类是以调谐回路为负载的调谐放大器，另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。调谐放大器常由晶体管等放大器件与LC并联谐振回路或耦合谐振回路构成。集中选频放大器把放大和选频两种功能分开，放大作用由宽频带放大器承担，选频作用由晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等承担。,2.2.1

6、 晶体管的Y参数等效电路,晶体管共发射极电路,晶体管的Y参数网络方程,晶体管的Y参数等效电路,Yoe称为输出导纳，goe、Coe分别称为输出电导和输出电容,Yie称为输入导纳，gie、Cie分别称为输入电导和输入电容,正向传输导纳,反向传输导纳,2.2.2 单调谐回路谐振放大器,单调谐回路谐振放大器及其等效电路,取Yre=0,单调谐回路谐振放大器及其等效电路,gp表示电感线圈的等效并联损耗电导,放大器输出电压,1电压增益 与谐振电压增益,谐振电压增益,负号表示放大器的输出电压与输入电压之间反相，但由于Yfe是复数，有一个相角fe，因此，一般来说，放大器输出电压与输入电压之间的相位并非正好相差1

7、80,2放大器的通频带,相对电压增益,通频带,3矩形系数,理想的谐振放大器的谐振曲线应该是矩形，即对频率在通频带范围内的信号完全放大，对频率在通频带范围外的信号完全抑制。为了衡量实际谐振放大器的谐振曲线与理想矩形之间的差别，我们使用矩形系数这个指标，定义为,单调谐谐振放大器,理想的矩形系数为1,单调谐谐振放大器的选择性较差,2.2.2 单调谐回路谐振放大器,单调谐回路谐振放大器及其等效电路,取Yre=0,【例2.3】单调谐放大器如图2.13所示，下级采用与本级相同的电路，放大器的中心频率f0=465kHz，通频带BW0.7=15kHz。已知晶体管在中心频率及工作点上的Y参数为：gie=0.4m

8、S，Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略去Yre的影响；调谐回路的电感线圈N13=120匝，L13=586 H，Q0=150。试确定回路其他参数并计算放大器的增益。,解：1)确定回路参数,(1)确定回路有载品质因数、总电导值和电感损耗等效并联电导值。,(2)确定接入系数p1和p2,为了使输出功率尽量高，则要求电路满足匹配条件,则有,(3)确定回路外接电容C,2)计算放大器的增益,2.2.3 多级单调谐回路谐振放大器,1电压增益,每一级放大器的参数结构均相同,谐振时总的电压增益,2通频带,频带缩减因子,3矩形系数,2.2.4 调谐放大器的稳定性,1.影响

9、调谐放大器稳定性的因素,当反向传输导纳 时，反馈等效导纳，放大器的输入导纳不等于晶体管的输入导纳。输出电压影响输入电流，放大器输出电路中的晶体管参数、和集电极负载导纳 均对放大器输入导纳有影响。在条件合适时，放大器的输出电压通过 将一部分信号反馈回输入端，形成自激振荡。,2.提高调谐放大器稳定性的方法,1)失配法,当负载导纳很大时,失配是指信号源内阻与晶体管输入阻抗不匹配，晶体管输出端负载阻抗与本级晶体管的输出阻抗不匹配。,这样可以认为输出电路对输入电路没有影响,失配法的典型电路是“共发-共基”组态级联的放大器,2)中和法,中和法是指通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路(

10、称为中和电路)来抵消晶体管内部参数Yre的反馈作用。,3)中和法与失配法比较 中和法：优点：简单，增益高 缺点：只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参 数变化没有改善效果。失配法：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。,2.3 集中选频放大器,集中选频放大器组成,特点：调整简单，电路稳定性较好,1 压电陶瓷滤波器压电效应：形变 电压谐振2 声表面波滤波器SAWF特点：体积小，重量轻，带宽较宽（30%）,K0.11工作

11、频率:1MHZ1GHZ,采用专用集成电路,2.3.1 集中选频滤波器,1陶瓷滤波器,四端陶瓷滤波器的构成和图形符号,压电陶瓷片等效电路,压电陶瓷片阻抗频率特性,2声表面波滤波器,声表面波滤波器结构示意图和图形符号,声表面波滤波器具有下列优点。(1)工作频率高，中心频率在10MHz1GHz之间，且频带宽，相对带宽为0.5%25%。(2)尺寸小，重量轻；动态范围大，可达100dB。(3)由于利用晶体表面的弹性波传送，不涉及电子的迁移过程，所以抗辐射能力强。(4)温度稳定性好。(5)选择性好，矩形系数可达1.2。,均匀叉指换能器幅频特性曲线,2.3.2 小信号选频放大器举例,1二级中频放大器,仿真,2MC1590构成的选频放大器,3彩电图像中频放大电路,本 章 小 结,LC串、并联谐振电路的谐振特性，谐振频率、Q值、通频带、矩形系数。单调谐回路谐振放大器的构成与Y参数等效电路模型。集中选频滤波器。,作业3，5，7，9,