高频谐振放大器.ppt

第第7章章 高频谐振放大器高频谐振放大器  7.1  小信号选频放大器小信号选频放大器7.2  高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器7.1   小信号选频放大器小信号选频放大器     .1.  LC谐振回路小信号选频放大器谐振回路小信号选频放大器            高高频频振振荡荡回回路路是是高高频频电电路路中中应应用用最最广广的的无无源源网网络络, 也也是是构构成成高高频频放放大大器器、、 振振荡荡器器以以及及各各种种滤滤波波器器的的主主要要部部件件, 在在电电路路中中完完成成阻阻抗抗变变换换、、 信号选择等任务信号选择等任务, 并可直接作为负载使用并可直接作为负载使用                     1. LC并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性 (1) 谐振频率、谐振电阻、品质因数和通频带谐振频率、谐振电阻、品质因数和通频带        图图7.1       并联谐振回路、并联谐振回路、 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性     (a) 并联谐振回路并联谐振回路; （（b）等效电路）等效电路; （（c）幅频特性）幅频特性; （（d）相频特）相频特性性并联谐振回路的并联阻抗为并联谐振回路的并联阻抗为  (7 — 1)     定定义义使使感感抗抗与与容容抗抗相相等等的的频频率率为为并并联联谐谐振振频频率率ω0, 令令Zp的虚部为零的虚部为零, 求解方程的根就是求解方程的根就是ω0, 可得可得式中式中, Q为回路的品质因数为回路的品质因数, 有有 当当        时时,                 。

 回回路路在在谐谐振振时时的的阻阻抗抗最最大大, 为为一电阻一电阻RP（（7 — 2）） （（7— 3）） （（7—4））并并联联回回路路通通常常用用于于窄窄带带系系统统, 此此时时ω与与ω0相相差差不不大大, 式式（（7 — 3）可进一步简化为（）可进一步简化为（7—4））式中式中, Δω=ω-ω0          对应的阻抗模值与幅角分别为对应的阻抗模值与幅角分别为（（7 — 5）） （7—6）（7— 7） IL.IC.0I.U.图图7 - 2表示了并联振荡回路中谐振时的电流、表示了并联振荡回路中谐振时的电流、 电压关系电压关系                例例 1  设设一一放放大大器器以以简简单单并并联联振振荡荡回回路路为为负负载载, 信信号号中心频率中心频率fs=10MHz, 回路电容回路电容C=50 pF,               (1) 试计算所需的线圈电感值试计算所需的线圈电感值              (2) 若若线线圈圈品品质质因因数数为为Q=100, 试试计计算算回回路路谐谐振振电电阻阻及回路带宽及回路带宽               (3) 若若放放大大器器所所需需的的带带宽宽B=0.5 MHz, 则则应应在在回回路路上上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?               解解                 (1) 计算计算L值。

值 由式由式(7 — 2), 可得可得将将f0以以兆兆赫赫兹兹(MHz)为为单单位位, ＣＣ以以皮皮法法(pF)为为单单位位, L以以微亨（微亨（μH）为单位，）为单位， 上式可变为一实用计算公式上式可变为一实用计算公式: 将将f0=fs=10 MHz代入代入, 得得          (2) 回路谐振电阻和带宽由式回路谐振电阻和带宽由式(7 — 2)回路带宽为回路带宽为         (3) 求求满满足足0.5  MHz带带宽宽的的并并联联电电阻阻 设设回回路路上上并并联联电电阻阻为为R1, 并并联联后后的的总总电电阻阻为为R1∥∥R0, 总总的的回回路路有有载载品质因数为品质因数为QL 由带宽公式由带宽公式, 有有此时要求的带宽此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故故回路总电阻为回路总电阻为   需要在回路上并联需要在回路上并联7.97 kΩ的电阻的电阻 （（2）信号源和负载的接入方式）信号源和负载的接入方式1）变压器阻抗变换电路）变压器阻抗变换电路图图7-3         变压器阻抗变换电路变压器阻抗变换电路（7— 8） （7— 9）              2) 电感分压阻抗变换电路电感分压阻抗变换电路                                                  L1       N1             M U1                                                                                                                       L2        N2    ZL         U2           +--+   或 （7-10）图7-4       电感分压阻抗变换电路式中，式中，                     ，当，当ZL远大于远大于ωL2时，满足：时，满足：                         （7-11）式中，式中，N1和和N2分别为电感分别为电感L1和和L2线圈的线圈的匝数，匝数，n为相应的匝数比。

为相应的匝数比 3）电容分压阻抗变换电路 U1C2C1U2+--+当ZL   远大于                  时，满足 即：图7-5      电容分压阻抗变换电路（7-12）图7 — 6   几种常见抽头振荡回路 （（7 — 13））       对于图对于图7— 6（（b）的电路）的电路, 其接入系数其接入系数p可以直接用可以直接用电容比值表示为电容比值表示为 （（7— 14））  （（7— 15）） 定义接入系数：定义接入系数：    p=1/n对于图对于图7-6（（a）的）的电路有：电路有：            谐谐振振时时的的回回路路电电流流IL和和IC与与I的的比比值值要要小小些些, 而而不不再再是是Q倍 由由图图 7 — 7    电流源的折合电流源的折合 及及            例例 2 如如图图7— 8，， 抽抽头头回回路路由由电电流流源源激激励励, 忽忽略略回回路路本本身身的的固固有有损损耗耗, 试试求求回回路路两两端端电电压压u(t)的的表表示示式式及及回路带宽回路带宽   （（7 — 16）） 可得可得 图图 7— 8  例例2的抽头回路的抽头回路           解解  由由于于忽忽略略了了回回路路本本身身的的固固有有损损耗耗, 因因此此可可以以认认为为Q→∞。

 由图可知由图可知, 回路电容为回路电容为 谐振角频率为谐振角频率为 电阻电阻R1的接入系数的接入系数等效到回路两端的电阻为等效到回路两端的电阻为    回路两端电压回路两端电压u(t)与与i(t)同相同相, 电压振幅电压振幅U=IR=2 V, 故故 输出电压为输出电压为  回路有载品质因数回路有载品质因数 回路带宽回路带宽 4325131++--【【例例7－－3】】图图7-9（（a））所所示示为为LC并并联联谐谐振振回回路路的的应应用用原原理理图图信信号号源源以以电电感感分分压压方方式式接接入入回回路路；；负负载载以以变变压压器器方方式式接接入入回回路路已已知知线线圈圈绕绕组组的的匝匝数数分分别别为为N12=10，，N13 =50，，N45 =5，，L13=10μH ，，回回路路固固有有品品质质因因数数Q0=100，， C=100pF，， RS=10KΩ，， IS=1mA，， CS=100pF，，RL=2kΩ试试求求实实际际回回路路的的品品质质因因素素QT、、通通频频带带BW和和谐振时的输出电压谐振时的输出电压U0 a））（（b））图图 7— 9  例例3的的LC谐振回路谐振回路解：解： (KΩ)(KΩ)回路本身的谐振电阻为：                                                                                              KΩ回路考虑信号源内阻和负载效应时的等效谐振电阻用RT表示，则：                                                                                               KΩ回路的等效总电感不变仍为L13，而回路的等效总电容CT为：         (pF)此此时时，，回回路路的的等等效效品品质质因因素素，，即即实实际际品品质质因因素素称称为为有有载载品品质质因因素用素用QT表示，则：表示，则：         回路的实际谐振频率为：回路的实际谐振频率为：                                                                                                               MHz：实际回路的通频带为：实际回路的通频带为                                                                                               KHz谐振时的输出电压为：谐振时的输出电压为：                                                                                                                                                                   V通通过过本本例例分分析析可可知知，，当当LC并并联联谐谐振振回回路路接接入入信信号号源源和和负负载载后后，，信信号号源源的的内内阻阻抗抗和和负负载载阻阻抗抗会会对对谐谐振振回回路路的的性性能能产产生生影影响响，，使使回回路路的的实实际际等等效效谐谐振振电电阻阻变变小小、、回回路路的的实实际际品品质质因因素素下下降降和和回回路路的的谐谐振振频频率率发发生生变变化化等等。

但但经经过过阻阻抗抗变变换换电电路路后后再再接接入入，，则则只只要要适适当当选选择择接接入入系系数数（（如如本本例例中中的的n1和和n2）），，就就能能降降低低这这种种影影响响，，同同时时也也能能满满足足设设计的要求计的要求2. 单谐振回路选频放大器单谐振回路选频放大器1) 晶体管晶体管Y参数等效电路模型参数等效电路模型         输出短路时的输入导纳；         输入短路时的反向传输导纳；        输出短路时的正向传输导纳；       输入短路时的输出导纳图图 7— 10   Y参数等效电路参数等效电路2）单级单谐振回路选频放大器）单级单谐振回路选频放大器                                                                               +UCC                                            3       5                                C       2             RL   Uo                         RB1               1      4                        CB                     Ui                          T                             RB2      RE        CE                         图7－11 单调谐放大电路                                           1         5         +       +               T           C   2                       Ui     RB                                            RL    Uo       -                                    3         4        -                          （a）交流通路                           C Ui GB gie Cie yfeUi goe Coe 2 GL Uo                                                                              3      4-                                                         -                     （（b））y参数等效电路参数等效电路UiGB gie Cie                                   C GP L13    -                                                                                                   -                   （（c）折算后的等效）折算后的等效LC谐振回路谐振回路    +                                                                                         1      5                                    +   +                                                                                                                        + 图7－12 单调谐放大器的等效电路由图得：                                                  （7-17）（7-18）① 中心频率（谐振频率）f0                                                                    （7-19）② 有载品质因素QT                                                                        （7-20）③ 通频带BW                                                                              （7-21）④④ 谐振电压增益谐振电压增益因为谐振时回路呈纯阻，所以因为谐振时回路呈纯阻，所以 ，，则：则：                                                                                   （（7-22））3）集成电路单谐振回路选频放大器）集成电路单谐振回路选频放大器 （共射、共基组合）（共射、共基组合）                AGC                                             C5              C6         C1                     2      7 ui                  1            5                                   uOC2    L1            MC1590    C4    L2              RL                      3            6                  C3                   图图7－－13  集成电路单调谐放大器集成电路单调谐放大器Lc+12V频率高，不易自频率高，不易自激，稳定性好。

激，稳定性好4）多级单谐振回路选频放大器的特点）多级单谐振回路选频放大器的特点 可可以以证证明明多多级级单单谐谐振振回回路路选选频频放放大大器器的的增增益益A∑和通频带和通频带BW∑分别为：分别为：                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         （（7-23））（（7-24））5）参差调谐选频放大器）参差调谐选频放大器                                                    A(f)  ui                                             uO         T1    f01     T2     f02                                                                               △f △f                  f                                         O                              f01  f0  f02             （a）高频通路                       （b）幅频特性曲线                         图7－14 双参差调谐放大器                                                         合成曲线（（7-25a））（（7-25b））7.1.2 小信号集中选频滤波器        图图 7— 15 陶瓷滤波器电路陶瓷滤波器电路 1) 陶瓷滤波器1.集中选频滤波器 图7-16 声表面波滤波器的结构和幅频特性 2) 声表面波滤波器 通频带宽、频率高、理想滤波特性体积小、稳定性好            图 7 —16 (a)中的声表面波滤波器的传输函数为（7— 26）  （7 — 27） 图7-17  一种用于通信机中的表面波滤波器特性2.集中选频放大器                      C            预预                 1             3       L2               中中            中中      L1                                                 放放            放放                  2           4     L3                                                  SAWF                                     图图7－－18 由由SAWF构成的集中选频放大器构成的集中选频放大器。