教学课件:第二章-高频电子电路ppt超好.ppt
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1、第二章 小信号调谐放大器 2.1 概述 2.2 LC谐振回路 2.3 单调谐放大器 2.4 晶体管高频等效电路及频率参数 2.5 高频调谐放大器 2.6 调谐放大器的级联 2.7 高频调谐放大器的稳定性 2.8 集中选频小信号调谐放大器,本章重点与难点(一)本章重点 1.并联谐振回路的选频作用;品质因数(Q)-quality factor 2.谐振回路的接入方式;3.晶体管Y参数等效电路,晶体管的高频放 大能力及频率参数;4.高频单调谐放大器的选频功能和谐振电压 放大倍数计算;5.多级单调谐回路放大器。,(二)本章难点 1.晶体管Y参数等效电路,晶体管的 高频放大能力 2.高频单管单调谐放大器
2、的选频功能 和谐振电压放大倍数计算.,2.1 概述,小信号调谐放大器的功用:有选择地对某一频率的信号进行放大,即选频放大。(放大和选频)小信号:通常指输入信号,电压在 数量级附近,放大这种信号的放大器工作在线性范围内。(信号的幅度小),(放大器)调谐:主要是指放大器的集电极负载为调谐回路(如LC调谐回路主要作用是选频)。调谐放大器的说明:这种放大器对谐振频率f0 的信号具有最强的放大作用,而对其它远离 f0的频率信号,放大作用很差。,一、调谐放大器分类小信号调谐放大器 小信号:输入信号mV mV 要 求:增益足够大,通频带足够宽,选择性好,工作在甲类,多用于接收机。调谐功率放大器 大信号:输入
3、信号 mV 以上 要 求:大的功率和效率,工作在丙类,多用于发射机。,图2-1 单调谐放大器,二、小信号调谐放大器电路特点 采用谐振回路作为放大器的集电极负载。三、组成与作用 主要由放大器和谐振回路组成,作用:放大、选频。,四、技术指标1.放大能力 用谐振时的放大倍数 K0 表示。2.选频性能(1)通过有用信号的能力 即具有一定的通频带:放大器能有效放大的频率范围。(2)抑制无用信号的能力 即有足够的选择性:放大器对其他频率信号抑制能力的衡量。返回,调谐回路的主要特点:具有选频作用,当输入信号含有多种频率成分时,经过谐振回路只选出某些频率成分,对其它频率成分有不同程度的抑制作用。,2.2 LC
4、谐振回路,调谐回路的组成:由电感和电容组成。调谐回路的分类:按电感、电容与外接信号源联接方式的不同,可分为串联和并联调谐回路两种类型。注意:因为在调谐放大器中,谐振回路往往是以并联的方式出现在电路中,所以下面我们主要讨论并联谐振回路。,2.2.1 串并联谐振回路的基本特征并联谐振回路组成:由电感L、电容C与外接信号源并联而成,回路的电容损耗忽略不计,电感线圈的损耗以并联电阻 R0的形出现。,1.并联谐振回路的阻抗特性 分析并联谐振回路采用导纳法,得回路的等效导纳为:其中,电导:导纳写成指数形式为:等效导纳的模为:(单位为西门子S),导纳角为:(单位为弧度rad)阻抗形式:并联谐振回路的阻抗特性
5、曲线如图所示:,分析:当 时,得 回路处于谐振状态。此时,回路导纳最小,阻抗最大,回路呈现为纯电阻。谐振电阻:回路谐振时的电阻 R0称为谐振电阻。谐振角频率:角频率 称为谐振角频率。,当回路谐振时:,特性阻抗:称为谐振回路的特性阻抗,并联谐振回路的品质因数:由回路谐振电阻与特性阻抗的比值定义的,即,由式(2-5)经推导可得:,并联谐振回路中 Q 值包含了回路三个元件的参数(R0、L、C),反映了三个参数对回路特性的影响,是描述回路特性的综合参数。结论:回路的 R0 越大,Q 值越大,阻抗特性曲线越尖锐。反之,R0 越小,Q 值越小,阻抗特性曲线越平坦。,2.并联谐振回路的选频特性 设信号源为恒
6、流源,响应为回路电压,则:模:相位角:式中,为谐振时的电压值。,图2-4 回路电压特性曲线相频特性曲线,分析:在谐振点 处,电压幅值最大。当 时,回路呈现感性,电压超前电流一个相角,电压幅值减小。当 时,回路呈现容性,电压滞后电流一个相角,电压幅值也减小。,串联谐振回路 略。,一、并联谐振与串联谐振回路比较,1.电路,r0:串谐电路的空载谐振阻抗。,R0:并谐电路的空载谐振阻抗,对信号源而言,L,C 三者是并联关系,对信号源而言,L,C 三者是串联关系,并联谐振回路,串联谐振回路,2.谐振条件,当 时,得谐振频率串联、并联谐振回路的谐振频率相等谐振意义:谐振时,同相。,3.导纳或阻抗 4.阻抗
7、特性曲线,并联谐振,串联谐振,并联谐振,Q用途:可以衡量谐振现象的尖锐程度,串联谐振,5.品质因数-quality factor,3.并联谐振回路的谐振曲线分析 并联谐振回路的幅频特性曲线表达式为:,在谐振点附近,因为,注意f,上式可简化为:,:信号频率偏离谐振点的数量()。:称为谐振曲线的相对抑制比,它反映了回路 对偏离谐振频率的抑制能力。,图2-5 Q 对谐振曲线的影响及谐振回路通频带,分析结论:Q 对谐振曲线的影响,对于同样频偏,Q 越大,值越 小,谐振曲线越尖锐。无线电信号通过谐振回路不失真的条件是:谐振回路的幅频特性是一常数,相频特性正比于角频率。因此,研究谐振回路的幅频特性曲线在什
8、么频率范围内能基本上满足上述要求是十分重要的。,通频带:把 从1下降到(以dB表示,从0下降到-3dB)处的两个频率 和 的范围叫做通频带,以符号B或 表示。即回路的通频带为:,注意:只要选择回路的通频带B大于或等于无线电信号的通频带,无线电信号通过谐振回路后的失真就是允许的。推导通频带的另外一种表达形式:,通频带满足了允许通过信号频率范围的要求,为了滤除其他频率信号的干扰,通频带外值 越小越好。,显然,值愈小选择性愈高。实际中,常用分贝来表示:,谐振回路的选择性:,注意:选择性是谐振回路的另一个重要指标,它表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。(越小越好),图2-6 值对谐振曲线的影响,通
9、频带和选择性的关系:对同一回路提高通频带和改善选择性是矛盾的。Q 越高选择性越好,但通频带越窄。为了保证较宽的通频带就得降低选择性的要求,反之亦然。(二者兼顾)说明:一个理想的谐振回路,其幅频特性应是一个矩形,在通频带内信号可以无衰减地通过,通频带以外衰减为无限大。实际谐振回路选频性能的好坏,应以其幅频特性接近矩形的程度来衡量。,矩形系数:,图2-7 幅频特性比较,结论:由前面讨论可知 为理想值,故矩形系数越接近1越好,而单谐振回路不论 Q、为多大,其矩形系数为定值(10),显然它的选频性能不很理想。,2.2.2 负载和信号源内阻对谐振电路的影响 考虑负载 和信号源内阻 时,并联谐振电路如图所
10、示。,作等效电路图,不变,下降,谐振频率:,品质因数:,说明:Q0 是在没接入负载、信号源时的品质因数,称为无载(或空载)品质因数。QL 为有载品质因数。QL Q0,所以,有载时,电路通频带,选择性。(),Q0与 QL的关系:,分析:,解决办法:取RS、RL R0,已知 Q0 求QL,2.负载和信号源内阻含有电抗成分(一般是容性),图2-9 考虑信号源输出电容和负载输出电容的并联谐振回路,信号源输出电容:负载电容:回路总电容为:,注意:考虑了负载电容和信号源输出电容后,在谐振回路的谐振频率、品质因数等的计算中,式中的电容都要以 代入。如:谐振频率,注意:计入 和 后,并联谐振回路谐振频率降低,
11、解决办法:取C CS+CL 则 f0 f0L,2.2.3谐振电路的接入方式 上述谐振回路中,信号源和负载都是直接并在L、C元件上。因此存在以下三个问题:第一:谐振回路Q 值大大下降,一般不能满足实际要求;第二:信号源和负载电阻常常是不相等的,即阻抗不匹 配。当相差较多时,负载上得到的功率可能很小;第三:信号源输出电容和负载电容影响回路的谐振频率,在实际问题中,给定后,不能任意改 动。,解决办法:采用“阻抗变换”的方法,使信号源或负载不直接并入回路的两端,而是经过一些简单的变换电路,把它们折算到回路两端。通过改变电路的参数,达到要求的回路特性。,1.互感变压器接入方式 互感变压器接入电路如图(电
12、路说明):,U1:11 处电压U2:22 处电压P1:等效前负载RL 上得到的功率。P2:等效后负载RL 上得到的功率。,等效原则:等效前后负载上得到功率相等,即P1=P2。,图2-1互感变压器接入电路的等效电路,若,则,(1),(2),通过互感变压器接入方法可提高回路 的 QL 值。谐振频率不变,结论:,2.自耦变压器接入 自耦变压器接入电路如图所示(电路说明):,注意:推导方法与上述互感变压器接入方法一样,可得到等效后的负载阻抗 RL如下:,N1N2,则RL RL 谐振频率:,优点:绕制简单。缺点:回路与负载有直流回路。需隔直流时,这种回路不 能用。,3.电容抽头接入 电容抽头接入回路如图
13、所示(电路说明):电容器的串并转换:原理:图2-15中12端的等效导纳应与12 的导纳相等。,电容的串、并联等效变换:,串联,并联,等效变换关系,其中:,4.接入系数的概念 部分接入:即负载不直接接入回路两端,只是与“回路”一部分相接,因此 叫“部分接入”形式。接入系数:表示接入部分所占的比例。对于电感抽头接入方式来说,(见图2-17),它为:,表示全部线圈 N1中,N2 所占的比例。n 1,在0到1之间,调节 n 可改变折算电阻 RL数值。n 越小,RL 与回路接入部分越 少,对回路影响越小,RL 越大。,引入接入系数n 以后,折算后的阻抗可以写为:,注意:1.当外接负载不是纯电阻,包含有电
14、抗成分时,上述等效变换 关系仍适用。例:,2.对谐振回路的信号源同样可采用部分接入的方法,折算方法相同。,通过以上讨论得知:采用任何接入方式,都可使回路的有载QL 值提高,而谐振频率不变。同时,只要负载和信号源采用合适的接入系数,即可达到阻抗匹配,输出较大的功率。,2.3 单调谐放大器 小信号调谐放大器的分类:按谐振回路区分:单调谐放大器 双调谐放大器 参差调谐放大器按晶体管连接方法区分:有共基极、共集电极、共发射极单调谐放大器等等。重点讲共发射极(共e)单调谐放大器2.3.1 单调谐放大器的电路组成,图2-20 单调谐放大器,LC谐振电路,起选频作用。它采用抽头接入法,以减轻晶体管输出电阻对
15、谐振电路 Q 值的影响。RL是放大器的负载,它可能是下一级输入端的等效输入电阻。原边线圈(AC端)的匝数:N1 抽头(AB端)的匝数:N0 副边线圈的匝数:N2,管子的输出电阻:rce代表管子ce间的电阻,称为管子的输出电阻。考虑 rce和RL 的影响后,LC电路相当于一个等效的RLC并联电路。谐振回路的并联阻抗为 ZAC。实际的集电极负载则为变换到AB部分的阻抗ZAB。ZAC 与ZAB 的关系为:,一、技术指标,1.放大能力 用谐振时的放大倍数 K0 表示。2.选频性能(1)通过有用信号的能力 具有一定的通频带。放大器能有效放大的频率范围(2)抑制无用信号的能力 有足够的选择性。放大器对其他
16、频率信号抑制能力的衡量。,2.3.2 单调谐放大器的放大能力,负载 RL上的电压:U0输入电压:Ui,晶体管集电极电压:UAB,输入电阻:ri 代表晶体管be级间的电阻,称为晶体管的输入电阻。,二、K 和ZAC 的关系,整理得:,分析:K与 ZAC成正比,而对于不同频率的信号,ZAC 是不同的,对于 f0 的信号,ZAC 最高,故 K 也最高。可见 K的频率特性和并联谐振电路的特性相同。谐振时:,谐振时的电压放大倍数K0,三、选频性能,1.Kf 特性,分析图(a):QL 值不同时,QL 大,K0 大,且频率曲线尖锐,QL 小,K0 小,则频率曲线平坦。,因为放大器的频率特性取决于谐振电路的频率
17、特性,谐振电路的 QL值对放大器的选频性能有很大影响。,代入得(P10页2-9),K-f 特性,2.K/K0f 特性,K/K0-f 特性,为了更好地描绘选频性能的特点,我们用比值 K/K0作纵坐标,可得曲线(分析原因)。谐振点:通频带的上下边界:,分析:(1)QL小,通频带(2f0.7)宽,而 QL大,则通频 带窄。(2)以某一频偏 f为参考标准,则 QL大,衰减量 大,即选择性好,而 QL小选择性差。结论:通频带和选择性两者是矛盾的。有时选择适当的 QL 值,可以兼顾两者,但有时不能兼顾,就需要另外 采取措施。,注意:在 三者中,只要知道两项,便可计算出第三项。令:,则:,广义失谐量,3.通
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