[信息与通信]高频小信号调谐放大器.ppt

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–高高 频频：信号频率300K~300MHz–小信号：小信号：信号较小，放大器工作性范(甲类 放大器)–调调 谐：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把这一段近似看作近似看作一段直线一段直线放大电路的交流模型分析法放大电路的交流模型分析法思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路条件：交流小信号条件：交流小信号1、三极管的、三极管的h参数等效电路参数等效电路三极管的共射低频三极管的共射低频h参数模型参数模型根据网络参数理论：根据网络参数理论：求变化量：求变化量：在小信号情况下：在小信号情况下：各各h参数的物理意义：参数的物理意义：iBuBE uBE iB——输出端交流短路时的输出端交流短路时的 输入电阻，用输入电阻，用rbe表示。

表示——输入端开路时的电压反馈系数，输入端开路时的电压反馈系数， 用用μr表示iBuBE uBE uCE iC iBiCuCE——输出端交流短路时的电流放大输出端交流短路时的电流放大 系数，系数，　　用　　用β表示——输入端开路时的输出电导，用输入端开路时的输出电导，用1/rce表示iCuCE iC uCE该式可写为：该式可写为：由此画出三极管的由此画出三极管的h参数等效电路参数等效电路：：2、、简化的简化的h h参数参数等效电路等效电路（（1））μr＜＜10-3，忽略2））rce＞＞105，忽略得三极管简化的得三极管简化的h h参数等效电路参数等效电路3、、rbe的计算：的计算：由由PN结的电流公式：结的电流公式：（常温下）（常温下）其中：其中：rbb’=200Ω所以：所以：放大器的交流分析放大器的交流分析1. 画出放大器的微变等效电路画出放大器的微变等效电路动画演示动画演示（（1）画出放大器的交流通路）画出放大器的交流通路（（2）将交流通路中的三极管用）将交流通路中的三极管用h参数等效电参数等效电路代替路代替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三极管的共射低频三极管的共射低频Y参数模型参数模型一、高频小信号调谐放大器电路组成一、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高频小信号调谐放大器电路组成2、增益：、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二、电路的主要技术指标1、、中心频率中心频率：：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．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20dB~40dB5、噪声系数：、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？第二节第二节 并联谐振回路及其选频特性并联谐振回路及其选频特性1、电容C2、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。

并并联谐振回路振回路图中：r为L的损耗电阻，C的损耗忽略举例)或或 回路的回路的导纳：：此时，图1-1可等效为图1-2并并联谐振回路等效振回路等效变换动画画一一、、并联并联谐振振回路及其特点回路及其特点 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、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、回路的谐振振电阻：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ρ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 相频特性曲线并并联谐振回路阻抗幅振回路阻抗幅频相相频曲曲线动画画f2f13、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，ω≈ω0，ω+ ω0 =2ω，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-〉Re•BW、f-〉Q1-〉R1三、部分接入的并联谐振回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•π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、四、 多多级单调谐放大器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12345678910∞9.954.83.753.43.23.13.02.942.922.92.56级数越多， 有所改善，但效果不大，如上表所示重要的公式•P9，1-4•P9，1-6•P11，1-12•P12，1-17•P17，1-31解题步骤1.写出电路图（交直流电路）2.以晶体管模型代替晶体管，画出交流等效电路3.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)4.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一、双调谐回路放大器的Y参数等效电路参数等效电路p1—晶体管T1的接入系数p2—晶体管T2的接入系数M—L1、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。

η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１０μｍ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FM 系列系列 [TO-39]系统中心频率(MHz)带宽(MHz)产品序号包装尺寸标记代码Front-End Filter315.000.5-0.8FMT315D00-D2TO-39FD2Front-End Filter390.000.5-0.8FMT390D00-D3TO-39FD3Front-End Filter433.920.5-0.8FMT433D92-D5TO-39FD5Front-End Filter868.350.5-0.8FMT868D35-D6TO-39FD6某厂某厂FM系列系列 声表面滤波器声表面滤波器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。