通信電子電路小信號(hào)諧振放大器5620119課件

通信電子電路書山有路勤為徑學(xué)海無崖苦作舟第二章高頻小信號(hào)諧振放大器主要內(nèi)容一、高頻小信號(hào)諧振放大器的特點(diǎn)及性能指標(biāo)二、三極管的Y參數(shù)等效電路三、LC并聯(lián)諧振回路2.1概述2.2單調(diào)諧小信號(hào)諧振放大器2.3較理想的小信號(hào)選頻放大電路模型2.4小信號(hào)諧振放大器的穩(wěn)定性問題2.1概述一、小信號(hào)諧振放大器的特點(diǎn)及其性能指標(biāo)（一）、小信號(hào)諧振放大器的特點(diǎn)1.作用：選頻、濾波放大：有用信號(hào)選出所需頻率（有用）信號(hào)濾除不需要頻率（干擾）信號(hào)2.組成：選頻網(wǎng)絡(luò)放大部分LC諧振回路各種濾波器單LC諧振回路雙調(diào)諧回路LC集中濾波器石英晶體濾波器陶瓷濾波器聲表面波濾波器三極管放大器場(chǎng)效應(yīng)管放大器集成運(yùn)放等（二）、小信號(hào)諧振放大器的性能指標(biāo)：選頻能力和放大能力☆增益要高，也就是放大能力要強(qiáng)。☆頻率選擇性要好。頻帶寬度滿足信號(hào)帶寬要求和矩形系數(shù)接近1?！罟ぷ鞣€(wěn)定可靠?！罱邮諜C(jī)前級(jí)放大器內(nèi)部噪聲要小。因?yàn)榉糯笃鞅旧淼脑肼曉降?，接收微弱信?hào)的能力就越強(qiáng)。第二章高頻小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器的性能指標(biāo)1、諧振電壓增益：用來表示對(duì)有用信號(hào)的放大能力。定義為：（即在中心頻率處的電壓增益）K0.12Δf0.1理想實(shí)際AV(f)/AV(fo)f0.40.60.81.00.202Δf0.7fofLfH諧振放大器的幅頻特性2、通頻帶BW0.7

（取決于諧振回路的形式和回路的Q值。）定義為：放大器的增益比最大增益下降3dB時(shí)的上、下限截止頻率fH、fL之差，即：BW0.7=2Δf0.7=fH–fL（要求滿足有用信號(hào)的頻寬）3、選擇性S：表示放大器從各種干擾中選出有用信號(hào)的能力。定義為：S的值越小放大器的選擇性越好。實(shí)際上，S和BW0.7是相互制約的，一般情況下，通頻帶越寬對(duì)特定頻率信號(hào)的選擇性越差，理想條件下，諧振放大器應(yīng)該對(duì)通頻帶內(nèi)的各種頻率分量的信號(hào)有相同的放大作用，而對(duì)通頻帶外的信號(hào)則完全抑制掉不予放大，所以理想諧振放大器的幅頻特性曲線應(yīng)如左圖中的矩形。為了統(tǒng)一表示通頻帶和選擇性的要求，引入矩形系數(shù)K0.1第二章高頻小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器的性能指標(biāo):NF矩形系數(shù)K0.1

顯然K0.1

>1，K0.1越接近1越好，

K0.1越接近1，放大器對(duì)頻帶外的干擾消耗抑制能力越強(qiáng)，選擇性越好。4、穩(wěn)定性：

綜上，對(duì)小信號(hào)諧振放大器的主要要求是：諧振增益足夠大，頻帶夠?qū)挘x擇性滿足要求，噪聲系數(shù)小，工作穩(wěn)定度高。

指放大器的工作狀態(tài)、管子參數(shù)、電子元件參數(shù)可能變化時(shí)，放大器的主要特性的穩(wěn)定程度。5、噪聲系數(shù)NF(NoiseFigure)

定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值,即:ＮＦ是一個(gè)大于或等于１的數(shù)。

其值越接近于１,則表示該放大器的內(nèi)部噪聲性能越好。在多級(jí)放大器中,各級(jí)噪聲系數(shù)對(duì)總噪聲系數(shù)的影響是不同的,前級(jí)的影響比后級(jí)的影響大,且總噪聲系數(shù)還與各級(jí)的額定功率增益有關(guān)。所以,為了減小多級(jí)放大器的噪聲系數(shù),必須降低前級(jí)放大器（尤其是第一級(jí)）的噪聲系數(shù),而且增大前級(jí)放大器（尤其是第一級(jí)）的額定功率增益。第二章高頻小信號(hào)諧振放大器二、三極管的Y參數(shù)等效電路小信號(hào)諧振放大器的放大器件、諧振回路和負(fù)載一般是并聯(lián)的，并聯(lián)連接的各支路的導(dǎo)納能直接相加，運(yùn)算簡(jiǎn)單，因而分析時(shí)，三極管的高頻等效電路用Y參數(shù)等效電路來等效。三極管的Y參數(shù)等效電路可通過測(cè)量或由完全混合π等效電路推導(dǎo)出來。無論哪種方法都可得到三極管的Y參數(shù)等效電路如下：+vbe-+vce-ibicyieyoeyrevceyfevbe+vbe-+vce-ibic代表晶體管內(nèi)部的反饋?zhàn)饔?，?huì)造成電路不穩(wěn)代表晶體管正向傳輸作用若忽略管子內(nèi)部的反饋，即Y

re=0。輸入電導(dǎo)輸出電導(dǎo)輸入電容輸出電容其中輸入導(dǎo)納輸出導(dǎo)納三極管的高頻參數(shù)第二章高頻小信號(hào)諧振放大器三、LC并聯(lián)諧振回路諧振回路是小信號(hào)諧振放大器的組成部分之一，它的特性決定了放大器的選頻能力，亦直接影響放大器的選擇性和通頻帶等質(zhì)量指標(biāo)。LC諧振回路是一種常見的選頻網(wǎng)絡(luò)。LC單調(diào)諧回路分為并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路兩種。rLCRSiSrLCRSvS為電感本身的銅耗電阻串并聯(lián)轉(zhuǎn)換QO：為空載品質(zhì)因數(shù)同性質(zhì)元件歸一信源內(nèi)阻第二章高頻小信號(hào)諧振放大器LC并聯(lián)諧振回路的特性分析1諧振頻率fo主要與L、C有關(guān)。改變回路參數(shù)L、C以選擇不同頻率的過程就叫調(diào)諧。收音機(jī)調(diào)臺(tái)即通過調(diào)電容來實(shí)現(xiàn)。并聯(lián)阻抗為：ZP2、特性阻抗1、諧振頻率：3、諧振阻抗為諧振電阻諧振時(shí)，回路感抗或容抗的絕對(duì)值即：4、品質(zhì)因數(shù)諧振條件下，回路儲(chǔ)存能量與消耗能量之比。思考：

1、串聯(lián)諧振回路在諧振時(shí)的阻抗、諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)?第二章高頻小信號(hào)諧振放大器LC并聯(lián)諧振回路的頻率特性分析并聯(lián)回路在諧振頻率附近的阻抗特性：

并聯(lián)諧振回路一般用于窄帶系統(tǒng)，因而其在中心頻率fo附件的特性是我們特別關(guān)心的。在fo附近，可近似認(rèn)為：

fo≈f，fo+f≈2

fo

，為回路的一般失諧系數(shù)阻抗模值：阻抗相角：阻抗的幅頻特性曲線：阻抗的相頻特性曲線：容性感性相頻特性曲線呈負(fù)斜率特性，Q值越高曲線越陡峭。第二章高頻小信號(hào)諧振放大器LC并聯(lián)諧振回路的特性總結(jié)由圖可知：1、回路的Q值決定特性曲線的形狀，Q越大，曲線越尖銳，通頻帶越窄，選擇性越好。2、在fo附近的傳輸阻抗最高，因而選擇L、C的值時(shí)，應(yīng)使fo處于所需信號(hào)頻率的中心。從保證必須的通頻帶著眼，Q值不能太高；若希望將偏離中心頻率的不需要的頻率成分抑制得有效些，即選擇性要好，應(yīng)提高諧振回路的Q值。在選頻放大器中，在滿足信號(hào)帶寬的前提下，抑制不需要的頻率分量是其主要功能，因而要求Q值高。提高Q值有兩條途徑：1、選擇自身損耗小的回路電感和電容；2、減小信源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL的耗能與回路儲(chǔ)能之比，而RS和RL不能隨意改變，但可以采用部分接入的方法實(shí)現(xiàn)阻抗變換。RP與RS和RL都有關(guān)：RP=RS//RL//Ro第二章高頻小信號(hào)諧振放大器LC阻抗變換網(wǎng)絡(luò)1串、并聯(lián)阻抗等效互換abX1R1等效互換原則:阻抗相等一般Q>>1串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換成等效并聯(lián)電路后,電抗特性相同,當(dāng)Q>>1時(shí)X2=X1R2=R1Q2abX2R2即

由此得:串↓并并↓串

電容：XＣ

電感：XL＝L

返回第二章高頻小信號(hào)諧振放大器2變壓器阻抗變換電路全耦合(k=1)線圈損耗不記,等效到初級(jí)回路的電阻所消耗的功率與次級(jí)負(fù)載所消耗的功率相等令稱為接入系數(shù)第二章高頻小信號(hào)諧振放大器2.2單調(diào)諧小信號(hào)諧振放大器一、單級(jí)單調(diào)諧諧振放大器典型高頻小信號(hào)諧振放大器實(shí)際線路（1）直流偏置電路保證三極管工作于線性放大區(qū)第二章高頻小信號(hào)諧振放大器圖中諧振回路為L(zhǎng)C并聯(lián)單調(diào)諧回路，Rb1、Rb2基極分壓式偏置電阻，Re為射極負(fù)反饋偏置電阻，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；Cb、Ce為高頻旁路電容為了提高品質(zhì)因數(shù)，負(fù)載和三極管的輸出端與諧振回路的連接都采用部分接入方式。交流通路及等效電路（2）高頻交流等效電路高頻交流通路輸入回路晶體管輸出回路放大器組成①輸入回路：②晶體管：③輸出回路：LC并聯(lián)諧振回路，輸出變壓器及負(fù)載YL由輸入變壓器構(gòu)成，隔離信號(hào)源與放大器間的直流聯(lián)系，能耦合交流信號(hào)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配與變換。放大器的核心，電流控制和放大作用。用Y參數(shù)等效電路等效第二章高頻小信號(hào)諧振放大器高頻交流等效電路設(shè)負(fù)載和諧振回路間采用了變壓器耦合，的接入系數(shù)為n2：設(shè)晶體管集、射回路與諧振回路間采用了抽頭連接的接入系數(shù)為n1：第二章高頻小信號(hào)諧振放大器根據(jù)阻抗變換原理：Z右邊部分同性質(zhì)元件歸一=v13三、多級(jí)單調(diào)諧諧振放大器的性能分析設(shè)諧振放大器有n級(jí)，且由參數(shù)完全相同的單調(diào)諧諧振放大器構(gòu)成，則：總選擇性SΣ：Sn<S，即多級(jí)級(jí)聯(lián)后，放大器的選擇性變好，級(jí)數(shù)越多，選擇性越好。放大器的幅頻特性曲線越尖銳。通頻帶B0.7Σ：B0.7Σ<B0.7，即多級(jí)級(jí)聯(lián)后，放大器的總頻帶變窄。若要總頻帶不變，每級(jí)放大器的頻帶須變寬，這會(huì)導(dǎo)致QL下降，諧振電壓增益也會(huì)下降。這對(duì)提高放大器性能極為不利。矩形系數(shù)K0.1Σn=1

K0.1Σ=9.95n=2

K0.1Σ=4.7n=∞

K0.1Σ=2.56第二章高頻小信號(hào)諧振放大器第二章高頻小信號(hào)諧振放大器2.3較理想的小信號(hào)選頻放大電路模型

對(duì)單調(diào)諧放大器當(dāng)級(jí)數(shù)增加時(shí)，放大器矩形系數(shù)減小，即通頻帶和選擇性之間的矛盾有所緩解。但這種減小是有限的，即使n→∞，K0.1Σ也只有2.56，離理想的矩形相差甚遠(yuǎn)。為了改善諧振放大器的性能，增寬放大器的頻帶，改善矩形系數(shù)，可采用參差調(diào)諧和雙調(diào)諧放大器。f01f02所謂參差調(diào)諧，就是將兩級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率分別調(diào)諧在信號(hào)中心頻率f0附近的兩個(gè)不同頻率點(diǎn)上，其中一級(jí)調(diào)諧在f01＝f0＋Δ，另一級(jí)調(diào)諧在f02＝f0－Δ上，如圖2-3-1（a）所示。利用兩級(jí)放大器互補(bǔ)特性來展寬頻帶。（1）在Δ較大時(shí)，Av(jω)將在ωO附近出現(xiàn)下凹現(xiàn)象；

由此，我們可以找到一特定的Δ值，理論和實(shí)踐證明當(dāng)Δ=fo/2Qe時(shí)，Av(ω)在ωO處剛好不下凹，常稱這時(shí)的Av(ω)為最平坦特性。（2）在Δ較小時(shí)，Av(ω)將在ω0頻率出現(xiàn)最大值。設(shè)參差調(diào)諧放大器是由兩個(gè)除了諧振頻率不同，其他參數(shù)都相同的單調(diào)諧放大器組成，則每級(jí)單調(diào)諧放大器有：二、參差調(diào)諧放大器的性能分析：第二章高頻小信號(hào)諧振放大器

對(duì)參差調(diào)諧放大器而言，每級(jí)的諧振頻率不是在ξ=0處，而是分別在ξ1=0和ξ2=0。同樣可計(jì)算出矩形系數(shù)K0.1≈3.15《9.95，即參差調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)比單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)小得多，即選擇性與通頻帶之間的矛盾得到很大的改善，同時(shí)，參差調(diào)諧放大器的兩個(gè)選頻回路的獨(dú)立性，使得電路調(diào)試和指標(biāo)控制更為容易。第二章高頻小信號(hào)諧振放大器2.3.2雙調(diào)諧選頻放大器

我們稱兩個(gè)諧振回路相互耦合的電路為雙耦合回路，相應(yīng)的放大器也稱雙調(diào)諧回路放大器。具體耦合有：電容耦合、互感耦合兩種。雙調(diào)諧選頻放大器的原理電路及其等效電路（并聯(lián)式互感耦合）：

該類電路與參差調(diào)諧放大單元的技術(shù)指標(biāo)類似。當(dāng)η＝1時(shí)，電路處于最平坦情況，也稱臨界耦合。雙耦合放大器性能分析指標(biāo)求解得：第二章高頻小信號(hào)諧振放大器最平坦條件下，有：

結(jié)論：臨界耦合雙調(diào)諧回路諧振放大器的矩形系數(shù)與參差調(diào)諧放大器相同，其選擇性比單調(diào)諧回路諧振放大器好。無論哪種調(diào)諧放大器，多級(jí)級(jí)聯(lián)后總的選擇性會(huì)變好，通頻帶變窄。2.3.2雙調(diào)諧回路諧振放大器為何要采用n1、n2為代表的抽頭方式將放大器與諧振回路相連接？2.3.3參差調(diào)諧放大器相對(duì)于雙調(diào)諧回路放大器來說，其選頻頻率更容易在電路實(shí)現(xiàn)時(shí)得到控制，為什么？思考題其他選頻放大器第二章高頻小信號(hào)諧振放大器2.3.3其他選頻放大器隨著技術(shù)的進(jìn)步，由其它材料構(gòu)成的選頻性能優(yōu)異的選頻元件被用于選頻電路中。具體有：晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器。

正因?yàn)槿绱耍覀兂２捎眉羞x頻放大的單元電路組成方案，即用多級(jí)放大來構(gòu)成選頻單元電路中的放大電路部分。

在研究中發(fā)現(xiàn)石英晶體材料和陶瓷材料都具有壓電效應(yīng)，即在材料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，它們的表面就會(huì)出現(xiàn)電荷；反之，當(dāng)加有外電壓作用時(shí)，它們也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。

將石英晶體材料制作的元件稱作石英晶體，陶瓷材料制作的元件稱作陶瓷濾波器。第二章高頻小信號(hào)諧振放大器1.4小信號(hào)諧振放大器的穩(wěn)定性1.放大器的穩(wěn)定性諧振放大器不穩(wěn)定原因：因?yàn)榫w管Cb’c

的反饋，使放大器引起自激！

在前面討論中，為了分析方便，我們沒考慮反向傳輸導(dǎo)納Yre的影響，即認(rèn)為Yre

≈0。但在一般情況下，晶體管在高頻應(yīng)用時(shí)，其極間電容Cb’C不能忽略，而Yre的大小主要取決于Cb’C

，因Cb’C的存在，使晶體管內(nèi)部存在反饋，從而導(dǎo)致晶體管工作不穩(wěn)定，在一定工作頻率和特定負(fù)載