西南科大-高頻電子線路課件第二章

1、2.1 LC諧振與阻抗變換電路vLC諧振回路的主要特點就是具有選頻作用：由多種頻率分量組成的輸入信號，經(jīng)過諧振回路，只選出某些頻率分量，而對其他的頻率分量有不同程度的抑制作用。vLC諧振回路由電感和電容組成，根據(jù)連接方式不同可以分為串聯(lián)諧振回路和并聯(lián)諧振回路兩種。vLC諧振回路是構(gòu)成高頻諧振放大器、正弦波振蕩器及各種選頻電路的基礎(chǔ)電路。2.1.1 阻抗的串、并聯(lián)變換等效變換的原則是等效等效變換的原則是等效變換前的電路與等效變變換前的電路與等效變換后的電路阻抗相等換后的電路阻抗相等22ppppppss2222ppppppjjjjRXR XR XRXRXRXRX等效變換前后回路的品等效變換前后回路

2、的品質(zhì)因數(shù)應(yīng)該相等質(zhì)因數(shù)應(yīng)該相等psspRXQRXps21RRQ2sp21QXXQ2ps1RQRps211XXQ當(dāng)當(dāng)Q值較大值較大(10)時時2psps,RQ RXX串聯(lián)電路變換成等效的并聯(lián)串聯(lián)電路變換成等效的并聯(lián)電路后，電路后，Xp與與Xs性質(zhì)相同，大性質(zhì)相同，大小基本不變，而小基本不變，而Rp是是Rs的的Q2倍倍2.1.2 串、并聯(lián)諧振回路的基本特性1串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路電感電感L和電容和電容C串聯(lián)形成回串聯(lián)形成回路，路，rL為電感線圈的損耗為電感線圈的損耗電阻，電容損耗可以忽略電阻，電容損耗可以忽略1) 串聯(lián)諧振回路阻抗的諧振特性串聯(lián)諧振回路阻抗的諧振特性s1jLZrLCsss1jL

3、UUIZrLC諧振頻率諧振頻率00112fLCLC或諧振時諧振時sminLZrsmaxLUIrsmaxs000smax0s1jjjjjjCLLLUUIQUCCrLUUILQUr 回路的品質(zhì)因數(shù)回路的品質(zhì)因數(shù)0011LLLLLQrCrrC諧振時，串聯(lián)諧振回路電容和電感的電諧振時，串聯(lián)諧振回路電容和電感的電壓幅度比端口電壓大壓幅度比端口電壓大Q倍。倍。1) 串聯(lián)諧振回路阻抗的諧振特性串聯(lián)諧振回路阻抗的諧振特性s00s00s12j1j1j1jeLLLLLLZrLrrQCrrZ002Q廣義失諧廣義失諧2ss1,arctanLZr000時，回路呈容性時，回路呈容性(相角為負(fù)值相角為負(fù)值)時，回路呈感性時

4、，回路呈感性(相角為正值相角為正值)時，回路阻抗最小并呈純電阻性時，回路阻抗最小并呈純電阻性smin1LLZrQC2) 串聯(lián)諧振回路的諧振曲線與通頻帶串聯(lián)諧振回路的諧振曲線與通頻帶max00111j1jIIQ2maxmax11IIIIarctan 信號偏離諧振回路的諧振頻率時，諧振回路信號偏離諧振回路的諧振頻率時，諧振回路的幅頻特性下降為最大值的的幅頻特性下降為最大值的 ( 0.7)時對時對應(yīng)的頻率范圍，稱為通頻帶，用應(yīng)的頻率范圍，稱為通頻帶，用BW0.7表示。表示。1/200.70.72fBWfQ 諧振回路的品質(zhì)因數(shù)越大，通頻帶越窄諧振回路的品質(zhì)因數(shù)越大，通頻帶越窄2并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路

5、p0pppp00p0p1111121j1j1j1jrYCQZrLrLrrppp2,arctan1rZ p0pp0rCQCrrLL2max11UU00.7fBWQ0max0psspmaxss00jjjjjjCLICUCr IQIrUIIQILL 諧振時諧振時ppmaxLZrQCmaxs pUI r0011,2fLCLC00回路呈感性回路呈感性回路呈容性回路呈容性02.1.3 回路的部分接入與阻抗變換v信號源內(nèi)阻或負(fù)載電阻直接并聯(lián)在回路兩端，將對回路的Q值、諧振頻率影響較大，為解決這個問題，可用部分接入的阻抗變換電路，將它們折算到回路兩端，以改善對回路的影響。1變壓器部分接入的并聯(lián)諧振回路變壓器部

6、分接入的并聯(lián)諧振回路變換前后回路元件功率相等變換前后回路元件功率相等222213451312s12s13ssLL,UUUUI UI URRRR，變壓器部分接入的并聯(lián)諧振回路與等效電路變壓器部分接入的并聯(lián)諧振回路與等效電路定義接入系數(shù)為定義接入系數(shù)為454512121213131313UNUNppUNUN，折合到諧振回路后的電阻和電流源折合到諧振回路后的電阻和電流源ssLL2212s1 s11RRRRppIp I ，2230211131220102432022213201212111()()IUCCpUCCICCUILLpUILLLL2電容、電感抽頭的部分接入并聯(lián)諧振回路電容、電感抽頭的部分接入

7、并聯(lián)諧振回路抽頭接入并聯(lián)諧振回路與等效電路抽頭接入并聯(lián)諧振回路與等效電路變換前后回路元件功率相等變換前后回路元件功率相等222223134313s23s13ssLLUUUUI UI URRRR，接接入入系系數(shù)數(shù)ssLLs1 s221211RRRRIp Ipp，折合到諧振回路后的電阻和電流源折合到諧振回路后的電阻和電流源121212C CCCCLLL221ZZpYp Y 或p 外外接接電電路路兩兩端端的的電電壓壓回回路路兩兩端端的的電電壓壓與與外外電電路路相相連連的的那那部部分分電電抗抗回回路路參參與與分分壓壓的的同同性性質(zhì)質(zhì)總總電電抗抗ssIpI 【例例2.1】 圖圖2.9(a)所示為所示為L

8、C并聯(lián)諧振回路的應(yīng)用原理圖。信號源和負(fù)載以變壓并聯(lián)諧振回路的應(yīng)用原理圖。信號源和負(fù)載以變壓器方式接入回路。已知線圈繞組的匝數(shù)分別為器方式接入回路。已知線圈繞組的匝數(shù)分別為N12=10，N13 =50，N45 =5，L13=10mH，回路固有品質(zhì)因數(shù)，回路固有品質(zhì)因數(shù)Q0=100，C=100pF，Rs=10k，Is=1mA，Cs=100pF，RL=2kW。試求實際回路的品質(zhì)因數(shù)。試求實際回路的品質(zhì)因數(shù)QL、通頻帶、通頻帶BW0.7和諧振時的輸和諧振時的輸出電壓出電壓Uo。圖圖2.9解：將圖解：將圖2.9(a)等效為圖等效為圖2.9(b)，各等效元件的參數(shù)計算如下，各等效元件的參數(shù)計算如下4512

9、12131311510NNppNN，22s1ss1sss2ss212s1s211j(j)510250(k )1004(pF)5Yp YCpCRRRRpCp C 因為所以2LL22102200(k )RRp 回路的等效總電感不變?nèi)詾榛芈返牡刃Э傠姼胁蛔內(nèi)詾長13，而回路的等效總電容，而回路的等效總電容C為為s1004104(pF)CCC回路的實際諧振頻率為回路的實際諧振頻率為061213114.935(MHz)2210 10104 10fL C回路電感本身的等效損耗并聯(lián)電阻為回路電感本身的等效損耗并聯(lián)電阻為66p0010024.935 1010 1031000( )rQL等效后的回路諧振電阻等效

10、后的回路諧振電阻sLp/250/200/3124.24(k)RRRr有載品質(zhì)因數(shù)有載品質(zhì)因數(shù)3L6601324.24 1078.224.935 1010 10RQL通頻帶通頻帶600.7L4.935 1063.11kHz78.2fBWQ諧振時的輸出電壓諧振時的輸出電壓33o2o2s21 s1 1024.24 100.485(V)5 10Up Up I Rp p I R【例例2.2】 某接收機(jī)輸入回路的簡化電路如圖某接收機(jī)輸入回路的簡化電路如圖2.10所示。已知所示。已知C1=5pF，C2=15pF，Rs=75 ，RL=300 。為了使電路匹配，即負(fù)載。為了使電路匹配，即負(fù)載RL等效到等效到LC

11、回路回路輸入端的電阻輸入端的電阻RL=Rs，線圈初、次級匝數(shù)比，線圈初、次級匝數(shù)比N1/N2應(yīng)該是多少？應(yīng)該是多少？圖圖2.10RsLRN1N2LR C2C1RLL圖2.10 例2.2圖解：由圖可見，這是自耦變壓器電路與電容抽頭式電路的級聯(lián)。解：由圖可見，這是自耦變壓器電路與電容抽頭式電路的級聯(lián)。RL等效到等效到兩端的電阻為兩端的電阻為212LLLL221116CCRRRRpC RL等效到輸入端的電阻為等效到輸入端的電阻為22211L1LLL2216NNRp RRRNN如要求如要求RL=Rs，則，則21Ls216NRRN所以有所以有s12L0.12516RNNR2.2 小信號諧振放大器v小信號

12、選頻放大器可分為兩類：一類是以調(diào)諧回路為負(fù)載的調(diào)諧放大器，另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器。v調(diào)諧放大器常由晶體管等放大器件與LC并聯(lián)諧振回路或耦合諧振回路構(gòu)成。v集中選頻放大器把放大和選頻兩種功能分開，放大作用由寬頻帶放大器承擔(dān)，選頻作用由晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等承擔(dān)。2.2.1 晶體管的Y參數(shù)等效電路晶體管共發(fā)射極電路晶體管共發(fā)射極電路晶體管的晶體管的Y參數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程參數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程bbeceierecbecefeoeIY UY UIY UY U晶體管的晶體管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路cebiebe0ieieUIYgj CUbecoece0oeoeUIYgj CUYoe稱

13、為輸出導(dǎo)納，稱為輸出導(dǎo)納，goe、Coe分別稱為輸分別稱為輸出電導(dǎo)和輸出電容出電導(dǎo)和輸出電容Yie稱為輸入導(dǎo)納，稱為輸入導(dǎo)納，gie、Cie分別稱為輸分別稱為輸入電導(dǎo)和輸入電容入電導(dǎo)和輸入電容cecfebe0UIYUbebrece0UIYU正向傳輸導(dǎo)納正向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納2.2.2 單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路12113NpN45213NpN取取Yre=0單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路gp表示電感線圈的等效并聯(lián)損耗電導(dǎo)表示電感線圈的等效并聯(lián)損耗電導(dǎo)222oeoeoe1oe1oe1oejjY

14、gCp Yp gp C222LLL2L2L2LjjYgCp Yp gp C22poeLp1oe2LGggggp gp g22poeLp1oe2LCCCCCp Cp C放大器輸出電壓放大器輸出電壓12febe12febe12febeo2o0112j1j()(1j)jp p Y Up p Y Up p Y UUp UfGCGCGGQLLfCGLGQ0010221oe2L1122()fLCL Cp Cp C1電壓增益電壓增益 與諧振電壓增益與諧振電壓增益uA0uAoo12feibe02(1j)uUUp p YAfUUGQf諧振電壓增益諧振電壓增益12fe012fe00uuup p YAGp p YA

15、AG負(fù)號表示放大器的輸出電壓與輸入電負(fù)號表示放大器的輸出電壓與輸入電壓之間反相，但由于壓之間反相，但由于Yfe是復(fù)數(shù)，有一個是復(fù)數(shù)，有一個相角相角fe，因此，一般來說，放大器輸，因此，一般來說，放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差相差1802放大器的通頻帶放大器的通頻帶相對電壓增益相對電壓增益00121juuAfAQf200121()uuAAfQf通頻帶通頻帶00.70.72fBWfQ 3矩形系數(shù)矩形系數(shù)理想的諧振放大器的諧振曲線應(yīng)該是矩形，即對頻率在通頻帶范理想的諧振放大器的諧振曲線應(yīng)該是矩形，即對頻率在通頻帶范圍內(nèi)的信號完全放大，對頻率在通頻帶范

16、圍外的信號完全抑制。為圍內(nèi)的信號完全放大，對頻率在通頻帶范圍外的信號完全抑制。為了衡量實際諧振放大器的諧振曲線與理想矩形之間的差別，我們使了衡量實際諧振放大器的諧振曲線與理想矩形之間的差別，我們使用矩形系數(shù)這個指標(biāo)，定義為用矩形系數(shù)這個指標(biāo)，定義為0.10.10.7BWKBW單調(diào)諧諧振放大器單調(diào)諧諧振放大器0.10.10299BWffQ 0.10.10.79910BWKBW理想的矩形系數(shù)為理想的矩形系數(shù)為1單調(diào)諧諧振放大器的選擇性較差單調(diào)諧諧振放大器的選擇性較差2.2.2 單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路12113NpN45213NpN取取Y

17、re=0【例例2.3】 單調(diào)諧放大器如圖單調(diào)諧放大器如圖2.13所示，下級采用與本級相同的電路，放大器的所示，下級采用與本級相同的電路，放大器的中心頻率中心頻率f0=465kHz，通頻帶，通頻帶BW0.7=15kHz。已知晶體管在中心頻率及工作點上。已知晶體管在中心頻率及工作點上的的Y參數(shù)為：參數(shù)為：gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略去略去Yre的影響；調(diào)諧回路的電感線圈的影響；調(diào)諧回路的電感線圈N13=120匝，匝，L13=586 H，Q0=150。試確。試確定回路其他參數(shù)并計算放大器的增益。定回路其他參數(shù)并計算放大器的增益。解

18、：解：1) 確定回路參數(shù)確定回路參數(shù)(1) 確定回路有載品質(zhì)因數(shù)、總電導(dǎo)值和電感損耗等效并聯(lián)電導(dǎo)值。確定回路有載品質(zhì)因數(shù)、總電導(dǎo)值和電感損耗等效并聯(lián)電導(dǎo)值。3030.7465 103115 10fQBW3601118.9( S)31 2465 10586 10GQL p3600113.9( S)1502465 10586 10gQL (2) 確定接入系數(shù)確定接入系數(shù)p1和和p2為了使輸出功率盡量高，則要求電路滿足匹配條件為了使輸出功率盡量高，則要求電路滿足匹配條件221oe2iepp gp gg則有則有221oe2iep112131oep245132ie22()0.411200.4149220

19、.121200.12142Gp gp ggGpNN pgGgpNN pg(3) 確定回路外接電容確定回路外接電容C232602222oe1oeie2ieoe11200(pF)(2)(2465 10 )586 100.41183(pF)0.151423(pF)20033194(pF)LLCfLCp CCCp CCCCC因為，所以2) 計算放大器的增益計算放大器的增益312fe060.41 0.1236.8 109618.9 10up p YAG2.2.3 多級單調(diào)諧回路諧振放大器1電壓增益電壓增益12nuuunAAAA每一級放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同每一級放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同12fe120() |

20、()21nnnnunp pYAAfQGf諧振時總的電壓增益諧振時總的電壓增益120fe|nnnp pAYG2通頻帶通頻帶11012121nnnfBWBWQ 級數(shù)級數(shù)n1234510.640.510.430.39121n頻帶縮減因子頻帶縮減因子3矩形系數(shù)矩形系數(shù)1/0.101001nnBWfQ1/0.10.11/100121nnnnnBWKBW級數(shù)級數(shù)n1234569.954.663.743.383.193.072.560.1nK2.2.4 調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性1. 影響調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的因素影響調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的因素bfeiiereieiboeLIYYYYYYUYY當(dāng)反向傳輸導(dǎo)納當(dāng)反向傳輸導(dǎo)納

21、時，反饋等效導(dǎo)納時，反饋等效導(dǎo)納 ，放大器的輸入導(dǎo)納不，放大器的輸入導(dǎo)納不等于晶體管的輸入導(dǎo)納。輸出電壓影響輸入電流，放大器輸出電路中的等于晶體管的輸入導(dǎo)納。輸出電壓影響輸入電流，放大器輸出電路中的晶體管參數(shù)晶體管參數(shù) 、 和集電極負(fù)載導(dǎo)納和集電極負(fù)載導(dǎo)納 均對放大器輸入導(dǎo)納有影響。均對放大器輸入導(dǎo)納有影響。在條件合適時，放大器的輸出電壓通過在條件合適時，放大器的輸出電壓通過 將一部分信號反饋回輸入端，將一部分信號反饋回輸入端，形成自激振蕩。形成自激振蕩。re0Y i0YfeYoeYLYreY2. 提高調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的方法提高調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的方法1) 失配法失配法當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納很大時當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納

22、很大時失配是指信號源內(nèi)阻與晶體管輸入阻抗不匹配，晶體管輸出端負(fù)載失配是指信號源內(nèi)阻與晶體管輸入阻抗不匹配，晶體管輸出端負(fù)載阻抗與本級晶體管的輸出阻抗不匹配。阻抗與本級晶體管的輸出阻抗不匹配。feiiereieoeLYYYYYYY這樣可以認(rèn)為輸出電路對輸這樣可以認(rèn)為輸出電路對輸入電路沒有影響入電路沒有影響失配法的典型電路是失配法的典型電路是“共發(fā)共發(fā)-共基共基”組態(tài)級聯(lián)的放大器組態(tài)級聯(lián)的放大器2) 中和法中和法中和法是指通過在晶體管的輸出端與輸入中和法是指通過在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路端之間引入一個附加的外部反饋電路(稱為稱為中和電路中和電路)來抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)來抵

23、消晶體管內(nèi)部參數(shù)Yre的反饋的反饋作用。作用。11Nb cb c22LNCCCLN3)中和法與失配法比較中和法與失配法比較 中和法：中和法： 優(yōu)點：簡單，增益高優(yōu)點：簡單，增益高 缺點：缺點： 只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶 因為晶體管離散性大，實際調(diào)整麻煩，不適于因為晶體管離散性大，實際調(diào)整麻煩，不適于 批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)。 采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參 數(shù)變化沒有改善效果。數(shù)變化沒有改善效果。 失配法：失配法： 優(yōu)點：性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；優(yōu)點：性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響； 頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作； 生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。 缺點：增益低。缺點：增益低。 2.3 集中選頻放大器集中選頻放大器組成集中選頻放大器組成特點：調(diào)