[信息与通信]第二章小信号选频放大器白色背景.ppt

《[信息与通信]第二章小信号选频放大器白色背景.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[信息与通信]第二章小信号选频放大器白色背景.ppt（55页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第2章 小信号选频放大器 概述,在高频电路中，调谐放大器是一种最基本、最常见的电路形式。它是高频放大器的一种。高频小信号调谐放大器是由调谐回路与晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收设备中。接收天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收 设备内解调器的输入电压，最好能达到 1 伏 左右，这就要求接收机对高频信号的放大能 力要达到几千倍到10万倍左右。,第2章 小信号选频放大器 概述,另外接收机天线所感应的信号，除了有要接收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行放大，势必使要接收的信号被淹

2、没在其它电台的干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。选频网络可以用 LC 谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。,超外差收音机电路原理,第2章 小信号选频放大器,LC谐振回路小信号谐振放大器集中选频放大器,主要内容：,谐振回路,谐振回路由电感线圈和电容组成，当外界授予一定能量，电路参数满足一定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周期振荡回路。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

3、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。,谐振回路按电路的形式分为：,1.串联谐振回路2.并联谐振回路3.耦合谐振回路,用途：,1.利用他的选频特性构成各种谐振发大器2.在自激振荡器中充当谐振回路3.在调制、变频、解调充当选频网络,2.1 LC谐振回路概述,LC 谐振回路是高频电路里最常用的无源选频网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。利用LC谐振回路的幅（度）频（率）特性和相（位）频（率）特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声（例如在选频放大器和正弦波振荡器中），而且还可以,2.1 LC谐振回路概述,进行信号的频幅转换和

4、频相转换（例如在斜率鉴频和相位鉴频电路里）。另外，用L、C元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高频电路单元里几乎都离不开它。串联谐振回路在电工技术课程里已经学习过了，本书主要介绍LC并联谐振回路的基本特性。,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,谐振回路 谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有选择信号及阻抗变换作用。LC并联谐振回路 图2.1.1是电感L、电容C和外加信号源组成的并联谐振回路。r是电感L的等效损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。为电流源，为并联回路两端输出电压。根据电路分

5、析基础知识，可以直接给出LC并联谐振回路的某些主要参数及其表达式：,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,并联谐振回路的阻抗频率特性图2.1.1 并联谐振回路,2.1.1并联谐振回路的选频特性,1)并联谐振回路的等效阻抗Z:通常r很小,当rL,Z可用下式表示:,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2)并联谐振回路谐振时的等效阻抗,简称谐振电阻 当 时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,从式(2.1.2)可得:,2.1.1并联谐振回路的选频特性,3)并联谐振回路的谐振频率 当 时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的谐振频率:或,2.1.1并联谐振回路的选频特性,4)品

6、质因数Q,简称Q值 在LC谐振回路中,为了评价谐振回路损耗的大小,引入了品质因数Q,通常称为Q值.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 将式(2.1.4)代入式(2.1.5),则得,2.1.1并联谐振回路的选频特性,品质因数Q与并联谐振电阻 的关系 一般LC谐振回路的Q值在几十到几百范围内,Q值越大,回路的损耗越小,其选频特性就越好。将式(2.1.6)代入(2.1.3)可得,2.1.1并联谐振回路的选频特性,5)并联谐振回路阻抗频率特性 将式(2.1.3)、(2.1.4)、(2.1.5)代入(2.1.2)可得并联谐振回路阻抗频率特性电性:(2.1.8),2.1

7、.1并联谐振回路的选频特性,6)并联回路阻抗频率特性和相频特性 通常，谐振回路主要研究谐振频率 附近特性。由于 十分接近，故可以近似认为，并令，则式(2.1.8)可写成(2.1.9),2.1.1并联谐振回路的选频特性,则并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为：阻抗频率特性(2.1.10)相频特性(2.1.11),2.1.1并联谐振回路的选频特性,根据式(2.1.10)和式(2.1.11)可作出并联谐振回路的阻抗频率特性曲线(a)和相频特性曲线(b),图2.1.2 并联谐振回路特性曲线,2.1.1并联谐振回路的选频特性,由图可见，并联谐振回当，即谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，相移。时，阻抗

8、下降，相移增大。当 时，回路呈容性，相移 为负值，最大趋于负90；当 时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90。取不同的 值，可以作出不同的阻抗频率特性曲线和相频特性曲线，如图(2.1.2)所示。并且，值大，就大，阻抗频率特性曲线更尖锐，相移曲线在谐振频率附近变化更陡峭。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,并联谐振回路的通频带和选择性 1、电压谐振曲线 当维持信号源 的幅值不变时，只改变其频率，并联回路两端电压 变化规律与回路阻抗频率特性相同。则(2.1.13),2.1.1并联谐振回路的选频特性,1)输出电压的幅频特性(2.1.14)2)输出电压的相频特性(2.1.15）,2.1.1并联谐振回

9、路的选频特性,3)电压谐振曲线,图2.1.3 并联谐振回路输出电压调谐曲线,（a）幅频特性,（b）相频特性,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2、通频带 1)通频带的定义 当占有一定频带宽度的信号在并联回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免产生频率失真，为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频 带。当 值由最大值 1 下降到 0.707 时，所占有的频带宽度 就是回路的通频 带，用 表示。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,2)通频带的表达式(2.1.16)式(2.1.16)说明，回路Q值越高，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

10、.1.1并联谐振回路的选频特性,3、选择性 选择性是指回路从含有各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。回路的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制能力就越强，选择性就越好。一般谐振回路工作在所需信号的中心频率上。选择性可用通频带以外无用信号的输出电压 与谐振时输出电压 之比来表示，越小，说明谐振回路抑制无用信号的能力越强，选择性越好。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,1)20dB选择性 在实际应用中，选择 性常用谐振回路输出信 号 下降到输出电压 的0.1倍，即下降 20dB的通带，用 来表示，如图2.1.4所示。越小，回路的选 择性就越好。图2.1.4,2.1.1并联谐振回路的

11、选频特性,2)矩形系数 为了提高选择性、降低频率失真，要求谐振回路的幅频特性应具有矩形形状，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，如图2.1.4虚线所示。然而实际的谐振回路均不能满足上述要求，但为了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常 引用“矩形系数”这一参数，用 符号表示。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,矩形系数的的定义(2.1.17)显然，矩形系数越接近于1，则谐振回路幅频曲 线越接近于矩形，回路的选择性也就越好。,2.1.1并联谐振回路的选频特性,单个并联谐振回路的矩形系数为10 令 0.1，由式(2.1.14)，即 0.1，可得 由此可得 10。这说

12、明单个并联谐振回路的矩形系数远大于1，故其选择性比较差。,2.1.2阻抗变换电路,信号源及负载对谐振回路的影响 在实际应用中，谐振回路一定和信号源及负载相链接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对回路产生影响，它们不但会使回路的等效品质因数下降，选择性变 差，同时还会使谐振回路 的谐振频率发生偏离。图 2.1.5 为一实用的并联谐 振回路，信号源内阻，负载电阻。,2.1.2阻抗变换电路,将图2.1.5(a)中的电压源用电流源代替，将L、r串联电路用 L、Rp 并联电路代替，则图2.1.5(a)可变换成图2.1.5(b),从图2.1.5(b),可以更清楚地 看出 Rs、对谐振回路的 影响。,2.1.

13、2阻抗变换电路,将图2.1.5(b)中的所有电阻合并为R e,即 因此，可把 图2.1.5(b)简化为 图2.1.5(c)。,2.1.2阻抗变换电路,有载品质因数和空载品质因数 由图2.1.5(c)，可知 就是考虑了、影响后并联谐振回路的等效谐振电阻。由 可求得等效并联谐振回路的品质因数，将其称为有载品质因数，用 表示。而把前面所学的不虑、等影响的回路品质因数称为空载品质因数或固有品质因数，用 表示。由式(2.1.7)可得(2.1.21)式,(2.1.21),2.1.2阻抗变换电路,由于，所以，、越小 也越小，则 下降就越多，回路的选择性就越 差，而通频带却变宽了。常用的阻抗变换电路 为了减少

14、信号源及负载对谐振回路的影响，除了增大、外，还可以采用阻抗变换电路。常用的阻抗变换电路有变压器、电感和电容分 压电路等。,2.1.2阻抗变换电路,1)变压器阻抗变换电路 图 2.1.6 为变压器阻抗变换电路。设变压器为无损耗的理想变压器，为变压器一次绕组匝数，为变压器二次绕组 匝数，则变压器的匝比 为(2.1.22),2.1.2阻抗变换电路,2)电感分压器阻抗变换电路 图2.1.7为电感分压器阻抗变换电路，也称自耦变压器阻抗变换电路。13输入端，负载 接于23输出端。12匝数为 电感量 为，23匝数 电 感量为，互感量为 M。设、是无损耗 的，时，自耦 变压器的匝数比 等于,2.1.2阻抗变换

15、电路,则负载 折算到一次 绕组的等效电阻 为,2.1.2阻抗变换电路,3)电容分压器阻抗变换电路 图 2.1.8为电容分压器阻抗变换电路。、为分压电容，为负载电阻，是经变换后 的等效电阻。设、无损耗，根 据 和 上消耗的功率 相等，即 可得,2.1.2阻抗变换电路,式中，。所以 当 时，可得 由此可得,2.2 小信号谐振放大器,1、什么是谐振放大器？采用调谐回路作为负载的放大器。选频或滤波是其基本特点。2、分类,2.2 小信号谐振放大器,3、主要性能指标 谐振电压增益Au0放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。通频带BW0.7放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应

16、的频率范围。选择性矩形系数：K0.1=BW0.1/BW0.7,4、单级单调谐放大器,2.2 小信号谐振放大器,图2.2.1 单调谐放大器 集电极负载为LC并联谐振回路,单级单调谐放大器的性能：,谐振频率：,通频带：,矩形系数：,其中：C为等效的回路总电容。,其中：可见其矩形系数远大于1，选择性较差。,其中：Qe为回路的有载品质因数。,5、多级单调谐放大器的性能指标,多级单调谐放大器的性能：,电压增益：,则,Au,=,Au1 Au2 Au3 Aun,(Au1)n,=,通频带：,选择性：,N级的矩形系数为,如果有n级且各级谐振频率相同,2.3 集中选频放大器,1、集中选频放大器的组成,第二种形式,

17、第一种形式,2、集中选频滤波器,2.3 集中选频放大器,(1)陶瓷滤波器,1)陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”,2)两端陶瓷滤波器（外形及符号）,两个谐振频率：,3）三端陶瓷滤波器,2.3 集中选频放大器,实物图：,(2)声表面波滤波器(SAWF),2.3 集中选频放大器,实物图：,声表面波滤波器应用实例：,V1是预中放部分，起前置放大作用；Z1为SAWF起集中选频作用；TA7680AP为彩电图像中频放大器IC。,本章小结,LC谐振回路具有选频作用。回路谐振时，回路阻抗为电阻且为最大，可获最大电压输出；当回路失谐时，回路阻抗迅速下降，输出电压减小。回路的品质因数越高，回路谐振曲线越尖锐，选

18、择性越好，但通频带越窄。LC并联谐振回路在谐振时，相移为零；失谐时，当 时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90；当 时，回路呈容性，相移为负值，最大趋于90。,本章小结,信号源、负载不仅会使回路的有载品质因数下降，选择性变坏，而且还会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、电感分压器和电容分压器的阻抗变换电路。小信号谐振放大器是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成，具有选频或滤波功能。按谐振负载的不同，可分为单调谐放大器、双调谐放大器等。,本章小结,小信号谐振放大器主要技术指标有谐振增益、选择性和通频带。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

19、的参数是矩形系数，矩形系数越接近于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，应尽量使回路品质因数增大。不过单谐振放大器的矩形系数 比1大得多，所以其选择性比较参。,本章小结,由于晶体管寄生电容的影响以及不可避免的外部寄生反馈，再加上谐振回路阻抗大小和性质随频率剧烈变化，会使谐振放大器工作不稳定，因此应采取一定的措施来保证放大器工作的稳定性，例如不追求获得最大的放大量、采用中和电路和共射共基电路等。集中选频放大器是由集中选频滤波器和宽带放大器组成。常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。它们具有接近理想的矩形系数、性能稳定可靠、调整方便等优点，因此获得了广泛的应用。,