[信息与通信]高频小信号调谐放大器.ppt

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1、第一章 高频小信号调谐放大器,并联谐振回路及其选频特性单调谐回路放大器的工作原理及性能指标双调谐回路放大器的工作原理及性能指标小信号调谐放大器的稳定性集中选频放大器的基本组成与特点,第一节 概 述,什么是高频小信号调谐放大器高 频：信号频率300K300MHz小信号：信号较小，放大器工作在线性范(甲类 放大器)调 谐：放大器的负载为调谐回路（LC回路）分析方法把晶体管用模型代替，用电路分析的方法计算特性,把这一段近似看作一段直线,放大电路的交流模型分析法,思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路,条件：交流小信号,1、三极管的h参数等效电路,三极管的共射低频h参数模型,根据网络参数理论：,求变

2、化量：,在小信号情况下：,各h参数的物理意义：,输出端交流短路时的 输入电阻，用rbe表示。,输入端开路时的电压反馈系数，用r表示。,输出端交流短路时的电流放大 系数，用表示。,输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。,该式可写为：,由此画出三极管的h参数等效电路：,2、简化的h参数等效电路,（1）r10-3，忽略。,（2）rce105，忽略。,得三极管简化的h参数等效电路。,3、rbe的计算：,由PN结的电流公式：,（常温下）,其中：rbb=200,放大器的交流分析,1.画出放大器的微变等效电路,动画演示,（1）画出放大器的交流通路,（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替,一、晶体

3、管高频Y参数等效电路,图2-4 Y参数等效电路,图2-5 晶体管y参数等效电路,晶体管高频运用时，等效电路必须考虑它的电容效应。,输入导纳,输出端短路时：,正向传输导纳,输入端短路时：,反向传输导纳,输出导纳,三极管的共射低频Y参数模型,一、高频小信号调谐放大器电路组成,在整机中的位置,傅里叶变换性质,调制定理：,设,则,高频小信号调谐放大器电路组成,2、增益：,在中心频率处及带宽内 足够大。,图2-1频率特性曲线,二、电路的主要技术指标,1、中心频率：,由LC回路的谐振频率确定。,收音机中频放大器：465kHz,电视机中频放大器：38MHz,收音机：输出/输入=,为什么增益用db为单位,放大

4、器的输出可以从几个mv-几十V用倍数（用线性坐标）几-几千用对数坐标分贝，几个-几十个db,2通频带,决定于负载回路的Q值及形式；,随级数而，用途不同，要求的 也各不相同。,中波广播：,FM：200kHZ,图2-1频率特性曲线,电 视：,4、选择性：,选取有用信号抑制无用信号的能力。,理想情况：,选频特性为矩形，通常用矩形系数衡量；,矩形系数,图2-1频率特性曲线,抑制比：,中心频率处的增益A0与干扰频率处的An的比值，一般为20dB40dB。,5、噪声系数：,信号经放大后，信噪比变坏的程度,1好,但一般,产生噪声的原因,放大器本身产生,多级级联：,前一、二级对整机的噪声起决定作用,高频小信号

5、谐振放大器的指标,增益谐振频率通频带选择性：矩形系数、抑制比噪音系数,图2-1频率特性曲线,高频调谐小信号放大器的研究方法,并联谐振回路晶体管高频Y参数单调谐回路放大器双调谐回路放大器如何实现稳定其他高频小信号放大器,思考题,小信号放大器的主要质量指标有哪些?设计时遇到的主要问题是什么?解决方法如何?,思考题,晶体管低频放大器与高频小信号放大器的分析方法有什么不同？高频小信号放大器能否用特征曲线来分析？为什么？,第二节 并联谐振回路及其选频特性,1、电容C,2、电感L,当交流电频率越高，感抗XL越大。,回顾：电抗元件的频率特性,当交流电频率越高，容抗XC越小。,并联谐振回路,图中：r为L的损耗

6、电阻，C的损耗忽略。(举例),或 回路的导纳：,此时，图1-1可等效为图1-2。,并联谐振回路等效变换动画,一、并联谐振回路及其特点,或,的信号源频率为,当 时，回路谐振。,回路的空载品质因数：,1、并联谐振频率,物理意义：谐振时电抗 是损耗电阻r的Q0倍。,2、回路的谐振电阻：,谐振电导：,或者：,回路特性阻抗,回路谐振时，谐振阻抗Re0是回路特性阻抗的Q0倍。,并联谐振回路的特点,1、大 谐振时阻抗最大，,如果信号是恒流源，则回路两端电压最大。,2、小 如果信号是恒压源，谐振时回路电流最小。,3、等 谐振时,回路感抗与容抗相等，且等于特性阻抗,二、并联谐振回路的频率特性及通频带,幅频特性曲

7、线表达式：,相频特性曲线表达式：,为并联回路电压与电流的相位差,图1-4 相频特性曲线,图1-4 相频特性曲线,并联谐振回路阻抗幅频相频曲线动画,f2,f1,3、通频带,信号带宽,BW,信号就能通过LC回路传输,通频带BW与回路参数的关系,在谐振频率附近，可近似地认为，0，+0=2，则,令,得,Q0越大,BW越窄增大BW的方法?,练习,如图所示并联谐振电路，若谐振频率f0=10.7MHZ，C=50pF，BW0.7=150KHZ，求回路的电感L、Qe和Re。如将通频带展宽为300KHZ，应在回路两端并接一个多大的电阻？,解题思路,BW、f-Q0-ReBW、f-Q1-R1,三、部分接入的并联谐振回

8、路,通过改变接入系数,调节谐振阻抗R0,1、接入系数,图1-6（a）,图1-6（b）,图1-6（c）(d),2、负载电阻部分接入的并联谐振回路,等效前后二者吸收的功率应该相等：,3、电源部分接入并联谐振电路,等效前后电源产生的功率应该相等：,练习&作业,第三节 单调谐回路放大器,等效电路的分类：形式等效电路双口网络物理模型等效电路形等效电路,图2-4 Y参数等效电路,一、晶体管高频Y参数等效电路,图2-4 Y参数等效电路,图2-5 晶体管y参数等效电路,晶体管高频运用时，等效电路必须考虑它的电容效应。,输入导纳,输出端短路时：,正向传输导纳,输入端短路时：,反向传输导纳,输出导纳,第三节 单调

9、谐回路放大器,二、单级共射单调谐回路放大器的工作原理和等效电路,1、电路组成,具有选频作用的LC谐振回路,（4）、偏置电路,（2）、BJT（共发组态）放大器,（1）、输入回路,接收有用信号输入到BJT的基极,具有放大作用的核心器件,（3）、集电极负载,设置静态工作点于线性放大区,图1-13 交流等效电路,2、等效电路,负载接入回路的接入系数,晶体管的接入系数,将晶体管和负载等效到LC回路两端，可得：,因Yre很小，不考虑它形成的内部反馈，则成为单向化电路：,合并以上电路同性质项可得：,三、单级单调谐回路放大器的主要技术指标,1、电压增益 由图1-17可得：,谐振时，f=0，电压增益最大：,谐振

10、特性曲线,放大器的幅频特性动画,2、通频带：,当,时，,3、矩形系数,根据矩形系数定义，令：,而,得：,矩形系数Kr为：,矩形系数Kr远大于，说明它的谐振曲线和矩形相差较远，选择性较差。,四、多级单调谐放大器,当多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上时，称为多级单调谐放大器。,n级放大器级联，则总电压增益的振幅值为：,若每一级参数均相同，则,级数,放大器多级级联动画,1、多级单调谐放大器的增益,2、多级单调谐放大器的通频带,称为缩小因子,3、多级单调谐放大器的矩形系数,级数越多，有所改善，但效果不大，如上表所示。,重要的公式,P9，1-4P9，1-6P11，1-12P12，1-17P17，1-

11、31,解题步骤,写出电路图（交直流电路）以晶体管模型代替晶体管，画出交流等效电路画出电路的简化过程，并按照过程计算出各元件的参数（参照电路)计算电路的指标,为了克服单调谐回路放大器选择性差的缺点，常采用两个互相耦合的调谐回路作为放大器负载来改善矩形系数。这种放大器称为双调谐回路放大器。,两个调谐回路的谐振频率都调谐在同一个中心频率。,第四节 双调谐回路放大器,一、双调谐回路放大器的Y参数等效电路,p1晶体管T1的接入系数,p2晶体管T2的接入系数,ML1、L2间的互感,耦合系数k表示耦合程度：,一、双调谐回路放大器的主要技术指标,1、电压增益,根据图1-19（d）等效电路可得：,式中，,称为广

12、义失谐；,称为耦合因素,谐振时，,则电压增益为,调节耦合系数k，使放大器处于临界耦合状态，,为最大值,2、通频带与选择性,由电压增益表达式可得：,或写为：,根据上式画出双调谐回路放大器的谐振曲线：,弱耦合，BW窄，与单回路相似,强耦合，双峰，中间有谷点，BW宽。越大，下陷越严重,临界耦合，单峰，,最大。,使,代入,可得：,是单回路BW的 倍。,再令,可得：,较小，选择性较好,（单调谐回路放大器：，）,第五节 小信号调谐放大器的稳定性,稳定性是高频放大器的重要指标之一。不稳定现象：中心频率偏移，通频带变窄，谐振曲线变形等；极端不稳定的情况是产生自激振荡。不稳定原因：内部反馈和外部干扰。,一、晶体

13、管内部反馈对放大器稳定性的影响及克服办法,晶体管的Yre（反向传输导纳）越大，反馈越强，对稳定性影响越大。,Yre是由集电结电容效应 决定的。,的反馈一方面使输出信号影响输入信号，互相牵连，电路调试比较麻烦。另一方面，输出信号反馈到输入端，若为正反馈，又经晶体管放大之后再反馈到输入端，往往会产生自激振荡。,图2-5 晶体管y参数等效电路,解决内部反馈的办法之一：中和法,为 引起的内部反馈电流。,为 引起的外部反馈电流。,若 选择合适，使,这种情况下，内部反馈被外部反馈抵消（补偿），对输入电压、电流不再产生影响。,中和电容CN的估算：,根据电桥平衡条件：,可得：,解决内部反馈的办法之二：失配法,

14、原理：当输出电路严重失配（输出阻抗大，输入阻抗小），输出电压相应减小，从而对输入回路的反馈也小。这时可认为放大器是单向化的。,常用方法：共射共基方式联接,二、外部干扰产生的反馈对放大器稳定性的影响及克服办法,放大器外部的寄生耦合，是以电磁耦合的方式出现的。,电磁干扰的主要途径有：1、电容耦合2、互感耦合3、电阻耦合4、电磁辐射耦合,电磁干扰的主要克服办法：1、电路板布局时，加大级与级之间的距离。2、器件引脚尽量短，引线尽量短，缩小回路包围的面积，避免回路套合。3、对电感器件、变压器采取屏蔽措施。4、对强干扰源、敏感接收装置采取屏蔽措施。5、合理选择接地点，地线与电源线尽量增大截面积,第六节 集

15、中选频放大器,分散选频电路实例：,集中选频电路实例：,一、集中选频放大器基本组成,一、集中滤波器,1、陶瓷滤波器,陶瓷滤波器是利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，常用的陶瓷滤波器是由锆钛酸铅Pb（ZrTi）O3压电陶瓷材料（简称PZT）制成的。,串联谐振频率：,并联谐振频率：,因,两个或多个陶瓷滤波器连接，并获得理想的滤波特性：,2、晶体滤波器,晶体滤波器与陶瓷滤波器都是利用压电效应的原理制成的，但晶体滤波器的Q值很高，一般在1000以上，特殊的可达10000以上。所以，可以得到边沿变化很陡的谐振曲线。,3.声表面波滤波器 声表面波滤波器结构示意图如图2.36所示。它以铌酸锂、锆钛酸铅或石

16、英等压电材料为基片，利用真空蒸镀法，在抛光过的基片表面形成厚度约的铝膜或金膜电极，称其为叉指电极。左端叉指电极为发端换能器，右端叉指电极为收端换能器。,当信号频率等于叉指换能器的固有频率时，换能器产生共振，输出信号幅度最大。偏离固有频率时，输出信号幅度减小，所以具有选频作用。,某厂FM系列 声表面滤波器,表面波滤波器图片,三、集中选频放大器实例,1、电视机通道。电视机中频频率为38MHz，带宽为8MHz。,2、彩电色度信号与伴音信号的分离电路,应用电路,应用电路,Motorola 2833、3362 集成电路说明书,Multisim10分析高频小信号谐振放大器,分析内容,建立电路元件参数的选择确定电路参数调节电容,观察输出波形性能分析输出波形和增益波特计谐振频率(AC传输参数)通频带的计算相频特性,