通信電子電路于洪珍第二章-第6～8節(jié)

一、多級單調(diào)諧放大器二、參差調(diào)諧放大器

三、松耦合雙調(diào)諧回路放大器2.6調(diào)諧放大器的級聯(lián)一、多級單調(diào)諧放大器

若多級調(diào)諧放大器中的每一級都調(diào)諧在同一頻率上，則稱為多級單調(diào)諧放大器。1．電壓放大倍數(shù)

是各級電壓放大倍數(shù)的乘積或：包括：1）

2）圖2-32兩級調(diào)諧放大器圖2-33單級和兩級調(diào)諧回路的頻率特性2.通頻帶

多級單調(diào)諧放大器總的通頻帶比單級放大器的通頻帶要小，級數(shù)越多，總通頻帶越小。

經(jīng)推算：n級Q相同的調(diào)諧回路，總的通頻帶為縮小系數(shù)

結(jié)論：多級調(diào)諧放大器的選擇性提高，但總的通頻帶變窄。

2.通頻帶

多級單調(diào)諧放大器總的通頻帶比單級放大器的通頻帶要小，級數(shù)越多，總通頻帶越小。經(jīng)推算：n級Q相同的調(diào)諧回路，總的通頻帶為

結(jié)論：多級調(diào)諧放大器的選擇性提高，但總的通頻帶變窄。

縮小系數(shù)

求：（1）四級總電壓放大倍數(shù)（2）四級總通頻帶解：解：（1）四級總電壓放大倍數(shù)

（2）四級總通頻帶由式（2-104）知，當(dāng)n=4，有

例2-2題同例2-1

二、參差調(diào)諧放大器

參差調(diào)諧放大電路在形式上和多級單調(diào)諧放大電路沒有什么不同，但在調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率上有區(qū)別。多級單調(diào)諧放大電路的調(diào)諧回路是調(diào)諧于同一頻率，而在參差調(diào)諧放大電路中各級回路的諧振頻率是參差錯(cuò)開的。1.雙參差調(diào)諧放大器

兩級單調(diào)諧回路放大器的諧振頻率，分別調(diào)整到略高于和略低于信號的中心頻率。

第一級：調(diào)諧于第二級：調(diào)諧于注意：對于單個(gè)諧振電路而言，它是工作于失諧狀態(tài)。失諧量分別為：------參差失諧量。對應(yīng)的------廣義參差失諧量。

0小，曲線尖銳

0

大，曲線平坦出現(xiàn)馬鞍形雙峰

大到一定程度

0<1

，為單峰，

0>1

，為雙峰，

0=1

，為兩者的分界線，為單峰中最平坦的情況。

0愈大，雙峰距離愈遠(yuǎn)，下凹愈嚴(yán)重。圖2-34參差調(diào)諧放大器的頻率特性2.三參差調(diào)諧放大器

兩級工作于參差調(diào)諧的雙峰狀態(tài)，第三級調(diào)諧于信號的中心頻率

f0

，它們合成的諧振曲線比較平坦，加寬了通頻帶。由合成諧振曲線可見：利用三參差調(diào)諧電路，并適當(dāng)?shù)剡x擇每個(gè)回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL

和0，就可以獲得雙參差調(diào)諧所不能得到的通頻帶。由于雙參差調(diào)諧在f0

處失諧，故其在

f0

點(diǎn)的放大倍數(shù)要比調(diào)諧于同一頻率的兩級單調(diào)諧放大倍數(shù)小。即：注意：圖2-35三參差調(diào)諧放大器的諧振曲線三、松耦合雙調(diào)諧回路放大器

松耦合雙調(diào)諧電路-----指兩個(gè)單調(diào)回路之間有耦合，兩個(gè)線圈離得很遠(yuǎn),靠互感耦合。耦合系數(shù)k2.廣義耦合系數(shù)或稱耦合因數(shù)

為臨界耦合為過耦合

為弱耦合（取L=L1=L2）

圖2-36雙調(diào)諧回路放大器圖2-37雙調(diào)諧放大器的高頻等效電路圖2-37雙調(diào)諧放大器的高頻等效電路根據(jù)耦合回路的特性和電壓放大倍數(shù)的定義，可以推得

式中：

為廣義失諧量

當(dāng)初、次級回路都調(diào)到諧振時(shí),=0，這時(shí)，放大倍數(shù)為

在臨界耦合時(shí)，，放大器達(dá)到匹配狀態(tài)。放大倍數(shù)為最大：雙調(diào)諧放大器的諧振曲線表達(dá)式為在臨界耦合時(shí)，

在回路有載品質(zhì)因素相同的情況下，臨界雙調(diào)諧放大器的通頻帶是單調(diào)諧放大器的倍。按照矩形系數(shù)的定義，可以求得：可見雙調(diào)諧放大器在臨界狀態(tài)時(shí)，其矩形系數(shù)較小，諧振曲線更接近于矩形，這是雙調(diào)諧放大器的主要優(yōu)點(diǎn)。η<1η>1η=1f0f圖2-38雙調(diào)諧放大器不同耦合程度時(shí)的諧振曲線

2.7高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性

晶體管內(nèi)部存在著反向輸入導(dǎo)納，考慮yre

后，放大器輸入導(dǎo)納和輸出導(dǎo)納的數(shù)值會(huì)對放大器的調(diào)試及對放大器的工作穩(wěn)定性有很大的影響。一、晶體管內(nèi)部反饋的有害影響1．放大器調(diào)試?yán)щy2.放大器工作不穩(wěn)定

1.放大器調(diào)試?yán)щy（1）.放大器的輸入導(dǎo)納ce晶體管的輸入導(dǎo)納包括兩部分等效電路（2）.放大器的輸出導(dǎo)納ce由于yre

的存在，放大器的輸入和輸出導(dǎo)納，分別與負(fù)載及信號源有關(guān)。

2.放大器工作不穩(wěn)定

因?yàn)榉糯蠛蟮妮敵鲭妷篣o

通過反向傳輸導(dǎo)納yre

，把一部分信號反饋到輸入端，由晶體管加以放大，再通過yre

反饋到輸入端，如此循環(huán)不止。在條件合適時(shí)，放大器甚至不需要外加信號，也能夠產(chǎn)生正弦或其它波形的振蕩，使放大器工作不穩(wěn)定。內(nèi)部反饋對放大器頻率特性的影響由于內(nèi)部反饋隨頻率而不同，它對于某些頻率可能是正反饋，而對另一些頻率則是負(fù)反饋，反饋的強(qiáng)弱也不完全相等，這樣，某一頻率的信號將得到加強(qiáng)，輸出增大，而某些頻率的信號分量可能受到削弱，輸出減小，其結(jié)果是使放大器的頻率特性受到影響，通頻帶和選擇性有所改變，如圖2-42所示，這是我們不都希望的。圖2-42晶體管內(nèi)部反饋對放大器頻率特性的影響二、解決晶體管內(nèi)部反饋的方法1．中和法在放大器的線路中插入一個(gè)外加的反饋電路來抵消內(nèi)部反饋的影響，稱為中和。這相當(dāng)減小了晶體管的

yre

，放大器可以穩(wěn)定地工作。中和法對增益沒有影響，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是增益高，因?yàn)樗皇强繝奚鲆鎭慝@取穩(wěn)定性的。但中和法的缺點(diǎn)也是突出的，它不能在一個(gè)頻段滿足實(shí)際需要，實(shí)際電路中只能在一個(gè)頻率點(diǎn)起到中和作用。此外，由于晶體管集電極至基極的內(nèi)部反饋電路并不是一個(gè)純電容，而是具有一定的電阻分量，所以中和電路也應(yīng)是電阻和電容構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這使設(shè)計(jì)和調(diào)整都比較麻煩。目前，僅在收音機(jī)中采用這種辦法，而一些要求較高的通信設(shè)備大多不再用中和電路。圖2-43中和原理

圖2-44放大器的中和2．失配法

失配是指信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出端的負(fù)載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。失配法從物理概念上講，當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納很大時(shí)，輸出電路嚴(yán)重失配，輸出電壓相應(yīng)減小，反饋到輸入端的信號就大大減弱，對輸入電路的影響也隨之減小。失真越嚴(yán)重，輸出電路對輸入電路的反作用就越小，放大器基本上可以看作單向化。所以失配法對增益有影響。用失配法實(shí)現(xiàn)晶體管單向化常用的辦法是采用共射－共基級聯(lián)電路組成的調(diào)諧放大器，其穩(wěn)定性較高，實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，得到了廣泛的應(yīng)用。用兩只晶體管按共發(fā)射極－共基極的方式級聯(lián)，把它們做成一個(gè)復(fù)合管。我們知道，在級聯(lián)放大器中，后一級放大器的輸入導(dǎo)納是前一級放大器的負(fù)載，而前一級放大器則是后一級的信號源，它的輸出導(dǎo)納就是信號源的內(nèi)導(dǎo)納。晶體管按共基極方式聯(lián)接時(shí)，輸入導(dǎo)納較大，這就等于第一級晶體管的負(fù)載導(dǎo)納

YL

很大，

因此，復(fù)合管的輸入導(dǎo)納，這使共射管V1

工作在失配狀態(tài)。同理，按共發(fā)射聯(lián)接的第一級晶體管V1

的輸出導(dǎo)納

yoe

較小，對于V2

來說，V1

的輸出導(dǎo)納就是它的信源內(nèi)電導(dǎo)YS，YS

小，V2

這一級的輸出導(dǎo)納Yo

就只和共基極晶體管

V2

本身參量有關(guān)，而不受它的輸入電路的影響。

圖2-45共發(fā)射極－共基極級聯(lián)的復(fù)合管2.8集中選頻小信號調(diào)諧放大器隨著電子技術(shù)的發(fā)展，窄帶信號的放大越來越多地采用集中濾波與集中放大相結(jié)合的高頻放大器。在集中選頻放大器中，放大作用是由寬帶高增益放大器來完成，多采用高頻線性集成放大電路，而選頻作用則由專門的選頻濾波器來完成。其主要優(yōu)點(diǎn)為：（1）電路簡單，調(diào)整方便。（2）性能穩(wěn)定。（3）易于大規(guī)模生產(chǎn)、成本低。圖2-46集中選頻放大器的組成框圖圖中，集中濾波器放在寬帶集成放大器的前面，且增加一個(gè)前置放大器。這種方案的特點(diǎn)是：當(dāng)所需放大信號的頻帶以外有強(qiáng)的干擾信號時(shí)，不會(huì)直接進(jìn)入集中放大器，避免此干擾信號因放大器的非線性而產(chǎn)生新的干擾。集中寬帶放大器一般由多級差動(dòng)集成放大器構(gòu)成集中選頻器的任務(wù)是選頻，要求在滿足通頻帶指標(biāo)的同時(shí)，矩形系數(shù)要好。其主要類型有集中LC濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。2.8.1石英晶體濾波器（壓電效應(yīng)）1.物理特性石英晶體具有把機(jī)械振蕩轉(zhuǎn)換成交變電壓，或把交變電壓轉(zhuǎn)換為機(jī)械振蕩的作用。廣泛用于振蕩器或窄帶濾波器。2.等效電路

3.特點(diǎn)中心頻率穩(wěn)定，但帶寬很窄2.8.2陶瓷濾波器（壓電效應(yīng)）

陶瓷濾波器是由鋯鈦酸鋁陶瓷材料制成的。把這種陶瓷材料制成片狀，兩面覆蓋銀層作為電極，經(jīng)過直流高壓極化后具有與晶體類似的壓電效應(yīng)，產(chǎn)生機(jī)械形變和極間電場之間的相互轉(zhuǎn)換。

C0為壓電陶瓷片的固定電容，Lq、Cq、rq分別模擬機(jī)械振動(dòng)時(shí)的等效質(zhì)量，等效彈性系數(shù)和等效阻尼。壓電陶瓷片的厚度、半徑等尺寸參數(shù)不同，等效電路參數(shù)也就不同。

將不同諧振特性的壓電陶瓷片進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合連接，就可獲得接近理想矩形的幅頻特性。優(yōu)點(diǎn)：工作頻率動(dòng)態(tài)范圍大，幾百kHz到幾十MHz缺點(diǎn)：通頻帶不夠?qū)捖暠砻娌V波器目前應(yīng)用最廣泛的集中選頻器是聲表面波濾波器。（SurfaceAcousticWaveFilter——SAWF）它是一種對頻率具有選擇作用的無源器件。它是利用某些晶體的壓電效應(yīng)和表面波傳播的物理特性制成的新型電—聲換能器件。所謂聲表面波，就是沿固體介質(zhì)表面?zhèn)鞑デ艺穹S深入介質(zhì)的距離增加而迅速減弱的彈性波。聲表面波濾波器自20世紀(jì)60年代中期問世以來發(fā)展非常迅速，它具有體積小、重量輕、不需要調(diào)整、中心頻率可做得很高、相對帶寬較寬和矩形系數(shù)較理想等特點(diǎn)。

SAWF是以壓電材料（如鈮酸鋰和石英）做基片(襯底)，由輸入、輸出叉指換能器、傳輸介質(zhì)和吸聲材料四個(gè)部分組成。

圖2-49（a）為SAWF的基本結(jié)構(gòu)示意圖。在經(jīng)過表面拋光的壓電材料襯底上，蒸發(fā)一層金屬（如鋁）導(dǎo)電膜，然后利用一般的光刻工藝則可以制作兩個(gè)叉指換能器，其中一個(gè)用作發(fā)射，另一個(gè)用作接收。叉指換能器電極具有換能作用，輸入(發(fā)射)換能器將電信號轉(zhuǎn)換成聲波，而輸出(接收)換能器在是將聲波轉(zhuǎn)換成電信號。換能器邊緣的吸聲材料，主要是為了吸收反射信號。圖2-49

(a)聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖高頻電信號加至輸入叉指換能器電極，壓電基板材料表面就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)并同時(shí)激發(fā)出聲表面波。聲表面波沿基片表面即垂直于換能器電極軸向的兩個(gè)方向傳播，向左傳播的聲表面波被涂于基片左端的吸收材料所吸收，向右傳播的聲表面波被接收叉指換能器檢測，通過壓電效應(yīng)的作用轉(zhuǎn)換成電信號，并傳給負(fù)載。當(dāng)加入輸入叉指換能器的電信號與其對應(yīng)的聲表面波的頻率相同或相近時(shí)，由輸入叉指換能器激起較大幅度的聲表面波，同樣，當(dāng)傳播到輸出叉指換能器聲表面波的頻率與輸出叉指的固有頻率相同或相近時(shí)，則在輸出叉指上激起幅度較大的電振蕩，由此可以實(shí)現(xiàn)選頻的作用。在諧振時(shí)，叉指換能器的等效電路可用電容C和電阻R并聯(lián)組成的等效電路來表示。如圖2-49（b）所示。電阻R為輻射電阻，其中的功率消耗相當(dāng)于轉(zhuǎn)換為聲能的功率。(b)等效電路(c)電路符號圖2-49聲表面波濾波器的等效電路及電路符號圖2-50叉指換能器頻率特性概括起來，叉指換能器有以下主要特性：（1）頻率特性遵循規(guī)律變化，主峰寬度為2/N，3dB相對帶寬約為1/N。（2）叉指換能器激勵(lì)強(qiáng)度與叉指（周期段）數(shù)（N）的平方成正比；（3）叉指換能器的指條寬度決定工作頻率。指條愈窄，頻率愈高；（4）叉指換能器的特性與叉指條的結(jié)構(gòu)與尺寸密切相關(guān)。因此，設(shè)計(jì)自由度大，靈活性與適應(yīng)性強(qiáng)；（5）叉指換能器在小信號下是線性器件，其發(fā)射與接收特性是相同的，滿足互易定理。基于以上特點(diǎn)，聲表面波濾波器在通信、電視、衛(wèi)星和宇航領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。電視接收機(jī)的圖像中頻濾