lc放大器等效分析的研究方法

1、目錄摘耍1abstract21. 緒論31選題背景31.2本文研究的目的和意義31.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀42. lc諧振放大器的基木理論42lc諧振放大器的工作原理42.2 lc諧振放大器的參數(shù)指標(biāo)52.3 lc諧振放大器的分類及特點(diǎn)82.4放大器分析的一般原則82.4.1從線性到非線性82.4.2非線性帶來的放大器特點(diǎn)82.4.3微變信號(hào)的線性等效電路分析93. 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的lc諧振放大電路93.1電源電路的設(shè)計(jì)93.2衰減電路設(shè)計(jì)103.3.1高頻lc諧振放大器的原理電路圖123.3.2高頻功率放大器的特性曲線144. lc放大器等效分析174.1 lc放大器的等效分析174.2靜態(tài)工作點(diǎn)的

2、分析和調(diào)整184.3動(dòng)態(tài)特性分析方法194.3.1放大器對(duì)交流信號(hào)的等效原則194.3.2放大器交流等效電路形式194.4步驟總結(jié)205總結(jié)與展望20致謝21參考文獻(xiàn)22摘要21世紀(jì)以來,隨著通信行業(yè)的迅速發(fā)展,lc諧振放大器在通信系統(tǒng)以及其他電子系 統(tǒng)中應(yīng)用逐漸變得廣泛。木文首先對(duì)lc諧振放大器的基本情況及各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了解， 并簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了一個(gè)lc諧振三級(jí)放大器。該lc諧振放犬器是由三部分組成。第一部分 是電源電路，利用直流穩(wěn)壓技術(shù)來為放大器提供穩(wěn)定電壓。第二部分是衰減電路用以保 護(hù)電路，防止過大的信號(hào)功率造成的損壞。第三部分為放大電路部分，該設(shè)計(jì)的lc諧 振放大器采用了三級(jí)管來進(jìn)行諧振放大,

3、放大器被設(shè)計(jì)為三級(jí)，實(shí)現(xiàn)了放大器增益60db。 隨后介紹并簡(jiǎn)單探究了 lc諧振電路的等效研究方法，對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的分析與調(diào)整，動(dòng) 態(tài)分析方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并總結(jié)了等效分析的基本步驟。通過本文的研究與實(shí)踐， 進(jìn)一步掌握lc調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會(huì)放大器的設(shè)計(jì)方法同時(shí)熟練掌握等效分析 方法。關(guān)鍵詞：lc諧振放大器；三極管；等效分析abstractlc resonance amplifiers used in communication systems and other electronic systems become increasingly widespread with the rapi

4、d development of the communications industry since the 21st century. this paper introduces the basic situation lc resonant amplifier and its indicators- designed a simple third-order lc resonant amplifie匚 the lc resonant amplifier is composed of three parts. the first part is a power supply circuit.

5、 it uses dc power technology to provide a stable voltage to the amplifie匚 the second part is an attenuation circuit for circuit protection. it is used to prevent damage caused by the excessive signal power. the third part is the amplifier circuit. the design of the lc resonant amplifier uses three t

6、ubes to amplify the resonance. three amplifiers are designed to achieve a 60db gain amplifier. then introduce and explore equivalent methods of lc resonant circuit. detailed analysis and adjustment of static working point, dynamic analysis methods. summed up the basic steps of an equivalent analysis

7、. through study and practice of this article, to further understand the working principle of lc tuned amplifier. amplifier design methods learned while mastering the equivalent analysis.keywords: lc resonant amplifier; transistor; equivalent analysis1 緒論1.1選題背景20世紀(jì)的末期，電子通訊技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，在這樣的時(shí)代背景之下，現(xiàn)代電子 產(chǎn)

8、品在齊領(lǐng)域都有被廣泛應(yīng)用，社會(huì)生產(chǎn)力以及互聯(lián)互通水平都被有力地推動(dòng)了，同時(shí) 也使得電子產(chǎn)品的性能得到了進(jìn)一步增強(qiáng)，產(chǎn)品的更新?lián)Q代口益加快。在無線通信中， 發(fā)射與接收的信號(hào)應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘?hào)是經(jīng)過調(diào) 制處理過的高頻信號(hào)，這種信號(hào)具有窄帶特性。而口，通過氏距離的通信傳輸，信號(hào)受 到衰減和干擾，到達(dá)接收設(shè)備的信號(hào)是非常弱的高頻窄帶信號(hào)，在做進(jìn)一步處理z前， 應(yīng)當(dāng)經(jīng)過放大和限制干擾的處理。這就需耍lc諧振放大器的參與。在整個(gè)通信系統(tǒng)中，放大器成為十分重要的部件之一。而lc諧振放犬器更是被廣 泛的應(yīng)用于通信系統(tǒng)和其它無線電系統(tǒng)屮，用于放大在發(fā)射機(jī)的接收端從天線上感應(yīng)的

9、非常微弱的信號(hào)。所以lc諧振放大電路雖然簡(jiǎn)單卻沒有中斷其研究，即使在今天依然 很冇研究的必要。1.2本文研究的目的和意義lc諧振電路在具有電阻r、電感l(wèi)和電容（2元件的交流電路屮，電路兩端的電壓 與其中電流位相一般是不同的。如果我們調(diào)節(jié)電路元件（l或c）的參數(shù)或電源頻率， 可以使它們位相相同，整個(gè)電路呈現(xiàn)為純電阻性。電路達(dá)到這種狀態(tài)稱z為諧振。在諧 振狀態(tài)卜電路的總阻抗達(dá)到極值或近似達(dá)到極值。諧振放人器是指利用lc諧振回路替代原冇的電阻，使其成為選頻的重要網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 的一種放大器。它的主要作用是可以將需要利用的信號(hào)從多個(gè)微弱信號(hào)屮選出并加以放 大，還能夠?qū)o用的信號(hào)進(jìn)行阻攔抑制。通信設(shè)備中常用的

10、功能電路就是lc諧振放大 器，它所放大的信號(hào)頻率在數(shù)千赫茲到數(shù)百兆赫茲，從信號(hào)所含頻譜來看，輸入信號(hào)頻 譜與放大后輸出信號(hào)的頻譜是相同的。通過等效分析的研究方法研究lc諧振放人器的目的就是要更加深入的認(rèn)識(shí)這種客 觀現(xiàn)象，并在科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)上充分利用諧振的特征，同吋又要預(yù)防它所產(chǎn)生的危害。 所以本文除了對(duì)lc諧振放大器進(jìn)行等效分析研究之外，也設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單的lc諧振 放大器。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀lc諧振放大器是通信機(jī)接收端的前端電路，主要用于高頻小信號(hào)或微弱信號(hào)的線 性放大。lc諧振放大器技術(shù)現(xiàn)今在國(guó)內(nèi)外的研究已相對(duì)比較成熟，被廣泛應(yīng)用于各種 通信系統(tǒng)中。lc諧振放大器理論相對(duì)簡(jiǎn)單，但實(shí)際制作卻

11、非常困難。其中最容易出現(xiàn) 的問題是自激振蕩，同時(shí)頻率選擇和各級(jí)間阻抗匹配也很難實(shí)現(xiàn)。針對(duì)lc諧振放人器 存在的這些問題，經(jīng)過國(guó)內(nèi)外諸多研究，如今已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成木低廉、性能優(yōu)異 的單元模塊。2.lc諧振放大器的基本理論2.1 lc諧振放大器的工作原理圖1為lc諧振功率放大器原理圖，在輸入冋路屮，功率管處于截止?fàn)顟B(tài)，基極偏 置電壓vbb作為結(jié)外電場(chǎng)，無法克服結(jié)內(nèi)電場(chǎng)，沒有達(dá)到晶體管門坎電壓，從而，導(dǎo) 致輸入電流脈沖嚴(yán)重失真，脈沖寬度小于90o。由icbib知，ic也嚴(yán)重失真，但脈 寬小于90o。在輸出回路中，若忽略晶體管的基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)以及結(jié)電容影響,在靜態(tài) 轉(zhuǎn)移特性曲線（icvbe）上畫

12、出的集屯極電流波形是一串周期重復(fù)的脈沖序列,脈沖寬度小于半個(gè)周期。圖1 lc諧振功率放大器原理圖曲dirichlet收斂定理可知，可將電流脈沖序列ic分解成平均分量、基波分量和各次 諧波分量之和，即 ic =ico + iclmcos 3 st+ ic2m cos2 o st+由于集電極諧振冋路調(diào)制在輸入信號(hào)頻率上因而它對(duì)ic中的基波分量呈現(xiàn)的阻抗 很大，且為純電阻。而對(duì)其他諧波分量和平均分量阻抗均很小，可以忽略，這樣，在負(fù) 載上得到了所需的不失真的信號(hào)功率。2.2 lc諧振放大器的參數(shù)指標(biāo)1）.諧振頻率放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率f（）稱為放大器的諧振頻率，fo的表達(dá)式為:/（）=式中

13、，l為調(diào)諧冋路電感線圈的電感量；為調(diào)諧冋路的總電容，c工的表達(dá)式為:式中，c°c為晶體管的輸出電容；cic為晶體管的輸入電容。諧振頻率f（）的測(cè)量方法：用掃頻儀作為測(cè)量?jī)x器，用掃頻儀測(cè)出電路的幅頻特性曲 線，調(diào)變壓器t的磁芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)f（）。2）.電壓放大倍數(shù)放大器的諧振冋路諧振時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)avo稱為調(diào)諧放大器的電壓放大倍數(shù)。avo的表達(dá)式為：4_ w（） _-pip2yfe _ -ppiyfeay（）22式中，g工為諧振回路諧振時(shí)的總電導(dǎo)。因?yàn)閘c并聯(lián)回路在諧振點(diǎn)時(shí)的l和c的 并聯(lián)電抗為無限大，因此可以忽略其電導(dǎo)。但要注意的是yfc木身

14、也是一個(gè)復(fù)數(shù)，所以 諧振時(shí)輸出電壓u（）與輸入電壓w相位差為（180°+ cfe）。a®的測(cè)量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí)，用高頻電壓表測(cè)量電壓u（）及輸 入信號(hào)m的大小，則av（）也就是電壓的放大倍數(shù)可以由卜式計(jì)算：avo = u0 / ui或 avo = 20 lg （uo / ui） db3）通頻帶諧振凹路的主要作用是選頻，諧振頻率相當(dāng)于一個(gè)基準(zhǔn)，當(dāng)工作的頻率偏離此基準(zhǔn) 的時(shí)候，放大器的放大作用就會(huì)開始減弱。通頻帶bw便是這樣的頻率偏移范圍，它的 范圍是從諧振屯壓放人倍數(shù)的0.707倍至諧振放人倍數(shù)之間的頻率偏移范圍，通頻帶的 表達(dá)式為：bw = 2afo,7

15、= fo/ql式中，ql所表示的是處在諧振冋路中的有載品質(zhì)因數(shù)。諧振電壓的放大倍數(shù)與通頻帶bw的關(guān)系為avo-bw=vo2ce通過上式可以看出，當(dāng)yfc確定時(shí)（其中yfc與晶體管冇關(guān)），而11回路中電容的總 和c藝是一個(gè)固定值吋,諧振放大器的電壓放大倍數(shù)a®與通頻帶bw的乘積為一常數(shù)。 這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)的概念是相同的。通頻帶bw的測(cè)量方法：是通過測(cè)量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測(cè)量方法可以 是掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振, 記下此時(shí)的諧振頻率fo及電壓放人倍數(shù)a®然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率（保持其輸 出電壓

16、us不變），并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)avoo由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降, 所以放大器的諧振曲線如圖2所示。通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時(shí)又能提 高放大器的電壓增益，由以上分析可知，除了選用丫性較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減小 調(diào)諧回路的總電容量c。如呆放大器只用來放大來自接收天線的某一固定頻率的微弱 信號(hào)，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。4）.選擇性矩形系數(shù)調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)kv0.i時(shí)來表示，如圖2所示的諧振曲線，炬形系數(shù)kv0.i為電壓放大倍數(shù)下降到0a®吋對(duì)應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù) 下降到0.707 avo時(shí)對(duì)應(yīng)

17、的頻率偏移之比，b|jkg = 2af0./ 2afo,7 = 2af0j/bw上式表明，矩形系數(shù)kg越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反z 亦然。一般單級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)kg遠(yuǎn)大于1）,為提高放大 器的選擇性，通常采用多級(jí)單調(diào)諧冋路的諧振放大器。可以通過測(cè)量調(diào)諧放大器的諧振 曲線來求矩形系數(shù)kv0.io當(dāng)單級(jí)放大器不能滿足性能耍求時(shí)（主要是增益要求），常采用多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)的方 式。級(jí)聯(lián)z后的增益、通頻帶和選頻性等指標(biāo)都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。設(shè)放大器有m級(jí)，各級(jí)電壓增益分別為am av2, avm,則總的電壓增益為：仏=avi av2九加通頻帶：當(dāng)m級(jí)相同的放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，

18、總的通頻帶為：7/f1 幾/o厶選擇性（矩形系數(shù)）,100%一11八旳1丿川_ /如”1令am/am0=0.1, w-： m越大，級(jí)數(shù)越多吋，矩形系數(shù)越小，選擇性越好5）.噪聲系數(shù)與低頻放大器一樣，選頻放大器的輸出噪聲也來源于輸入端和放大電路本身。通常 用信噪比來表示噪聲對(duì)信號(hào)的影響，電路中某處信號(hào)功率與噪聲功率z比稱信噪比。信 噪比越大，信號(hào)質(zhì)量越好。噪聲系數(shù)是用來反映電路木身噪聲大小的技術(shù)指標(biāo)。其定義為輸入信號(hào)的信噪比與 輸出信號(hào)的信噪比的比值。噪聲系數(shù)越接近于1,說明放大器的抗噪能力越強(qiáng)，輸出信 號(hào)的質(zhì)量越好2.3 lc諧振放大器的分類及特點(diǎn)lc諧振放大器是一個(gè)龐大的家族，可以通過多種分

19、類方式進(jìn)行分類。若按照電路 元器件可分為：晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器、集成電路放大器。若按照頻帶可分為: 窄帶放人器、寬帶放大器。若按照電路形式可分為：?jiǎn)渭?jí)放大器、多級(jí)放大器。若按照 負(fù)載性質(zhì)可分為：諧振放大器、非諧振放大器。lc諧振放大器的主要有三大特點(diǎn)，首先一個(gè)特點(diǎn)是頻率較高，中心頻率一般在兒 百khz到幾百mhz頻帶寬度在幾khz到幾十mh乙 故必須用選頻網(wǎng)絡(luò)。其次一個(gè) 特點(diǎn)是小信號(hào)，信號(hào)較小故工作在線性范圍內(nèi)即工作在線性放大狀態(tài)。最后一個(gè)特點(diǎn)是 采用諧振回路做負(fù)載，即對(duì)靠近諧振頻率附近的信號(hào)冇較人的增益，對(duì)遠(yuǎn)離諧振頻率附 近的信號(hào)其增益迅速下降，即具有選頻放大作用。2.4放大器分析的

20、一般原則2.4.1從線性到非線性pn結(jié)無疑奠定了半導(dǎo)體元器件的根基。它的伏安特性圖像并非是線性的，同伏安 特性成線性的電阻相比較，一些很重要的結(jié)論便可以得出：(1) 如果是電阻非線性的器件，在它的伏安曲線上取任意的一點(diǎn)，這一點(diǎn)的交流電阻 和英直流電阻通常不等。(2) 如杲是電阻非線性的器件，那么期間的交流電阻與直流電阻通常是一個(gè)變化 數(shù).而它的變化取決于靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇。我們知道pn結(jié)的有著比較小的正向電阻以及比較大的反向電阻。所以，在理想情 況下我們常把這種情況等效為單向?qū)щ娦?。三極管由兩個(gè)pn結(jié)組成，在放大狀態(tài)下， 它的輸出特性類似于pn結(jié)的正向特性，反z亦然。這就是非線性在電了原件中的特

21、性。這樣的特點(diǎn)使得電了線路同普通線性電路存在 一定差別，了解這些為了解放大器的各項(xiàng)特征提供了保障和基礎(chǔ)。2.4.2非線性帶來的放大器特點(diǎn)非線性的電子器件由丁其特殊的伏安特性，常會(huì)產(chǎn)生失真現(xiàn)彖，通常稱為非線性失 真，是由于電了器件產(chǎn)生頻率的分量導(dǎo)致的。這對(duì)于放大器的止常工作影響巨大。所以 放人器需要靜態(tài)偏執(zhí)，否則因?yàn)榘l(fā)射結(jié)單向?qū)щ姷奶匦?，?huì)造成十分嚴(yán)重的失真，這樣 會(huì)造成正半周是導(dǎo)通的，但是負(fù)半周截至，這也就是所謂的乙類工作狀態(tài)。解決這一失 真的方法是沿著電壓軸把交流信號(hào)的中心位置進(jìn)行偏移，也就是在發(fā)射結(jié)上加上一個(gè)正 向的偏壓，使得正向的偏壓值可以大于交流信號(hào)所產(chǎn)生的振幅值，使得pn結(jié)在交流信

22、號(hào)的作用下，其正、負(fù)兩個(gè)半周均處于導(dǎo)通狀態(tài)，這就是所謂的甲類工作狀態(tài)，這樣就 可以得到不失真的放人信號(hào)。由此得到兩條結(jié)論：為了克服pn結(jié)自身特性也就是單向?qū)щ娦运鹗д?，即非線性的失真，放大 器若想加載交流源產(chǎn)生的信號(hào)，便首先要進(jìn)行直流偏置準(zhǔn)備工作；(2)放大器的線路屮既存在著交流源產(chǎn)生的信號(hào)同時(shí)也存在直流源產(chǎn)生的信號(hào)；這也 就是說電路中應(yīng)有交流通路也有直流通路；在進(jìn)行分析是既要考慮直流信號(hào)也不能忘記 交流信號(hào)的存在。直流工作點(diǎn)通過對(duì)放人器電路的直流分析來確定，而其他放人器指標(biāo) 如放大倍數(shù)、輸入輸出電阻等需要通過交流分析來確定。2.4.3微變信號(hào)的線性等效電路分析在放大器的分析方法中，微變等

23、效電路法非常重要，把交流信號(hào)的分析變成了線性 電路的分析問題，這樣就完成了線性非線性一一線性的全過程。用微變等效電路分 析法分析放大電路的關(guān)鍵在于正確的應(yīng)出放大電路的微變等效電路。具體方法是：首先畫出放大電路的交流通路，然后用晶體管的簡(jiǎn)化h參數(shù)等效電路 代替品體管，并標(biāo)明電壓、電流的參考方向?；静襟E如下：(1) 確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。這一步多采用近似值估算法或圖解法。(2) 求出靜態(tài)工作點(diǎn)q附近的h參數(shù)。這一步可通過在輸入輸岀特性曲線上作圖 確定。一般情況下可以估算出。(3) 畫出放大電路的微變等效電路。(4) 應(yīng)用線性電路理論進(jìn)行計(jì)算，求得放大電路的主要性能指標(biāo)。3設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的lc諧

24、振放大電路3.1電源電路的設(shè)計(jì)該電源電路為諧振放大器的制作提供了電源，為諧振的放大提供了基礎(chǔ)。其電路設(shè) 計(jì)如圖3所示。題目耍求給放大器供電的3.6v穩(wěn)壓電源門備，所以本設(shè)計(jì)采用ac-dc模塊將 220v交流屯轉(zhuǎn)為5v直流電壓輸出,然后采用美國(guó)半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)穩(wěn)壓器lm317將5v轉(zhuǎn)為3.6v穩(wěn)壓直流電源，其最大負(fù)載電流為1.5a,而木設(shè)計(jì)要求功耗最大不允 許360mw,即工作電流不超過100ma,所以此電源足以給系統(tǒng)供電，經(jīng)過測(cè)試3.6v電 源紋波在80nw左右，對(duì)放大器電路影響相對(duì)較小。2k&k-led)di6 dk，血 5*001dtadtlld17bicp2 joonfc15

25、loopf，b ouisp2 330pf5v3w圖3 3.6v電源模塊3.2衰減電路設(shè)計(jì)衰減器是將一定量的衰減引入的電路，它需要作用在確定的頻率范圍z內(nèi)。衰減器 的類型曲衰減的分貝量以及它的阻抗特性所決定。比如在接收機(jī)前加個(gè)衰減，可以避免 過大的信號(hào)功率損壞接收機(jī)，或者在傳輸線路屮加入衰減，模擬長(zhǎng)距離傳輸?shù)木€路損耗 等等。衰減器的分類有兩種，一種是冇源型的衰減器，另外一種則是無源型的衰減器。常 用的可變衰減器就是由熱嫩感元件同有源型衰減器相互組合搭配構(gòu)成的，常被用于放大 器內(nèi)部的斜率控制模塊或者自動(dòng)增益模塊中。而口j調(diào)衰減器和固定衰減器則是無源型衰 減器的兩種分類。衰減電路的設(shè)計(jì)為諧振放大的測(cè)

26、試提供了方便，同時(shí)為了達(dá)到3db要求帶寬，特性 阻抗保持50歐，設(shè)計(jì)電路圖采用精密電阻，以便冇效捉高衰減量精確度及減少溫漂影 響。令輸入電壓為u，輸出為u。，則兀型衰減網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式為：rl=r0卜和r2=r。蟲4uj 丿uj由于在題口要求屮的特性阻抗為固定的50q,而且在后級(jí)的放大器屮使用匹配的 50q輸入阻抗的放大器，阻抗固定則可以使用無源的兀型對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)電阻衰減網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行衰 減40db,該網(wǎng)絡(luò)衰減器具有輸入輸岀特性阻抗一致，且不隨衰減等級(jí)而變化的特點(diǎn)，電壓的衰減倍數(shù)設(shè)為n（l） = 100u2和特性阻抗乙設(shè)為50 q,則其可由以下公式計(jì)算出k，心，的電阻值： r2 = z,j!-2 c 2n

27、r,=z/+1'c n-i根據(jù)工式可以算出,r2 = 2499.75 q, r】=51.01 q。3.3諧振放大電路設(shè)計(jì)調(diào)諧放大器分為小信號(hào)調(diào)諧放大器和調(diào)諧功率放大器。其中小信號(hào)調(diào)諧放大器：輸 入信號(hào)很小，要求增益足夠大，滿足通頻帶要求，選擇性好，工作在甲類，多用于接收 機(jī)。小信號(hào)諧振放大器的主耍應(yīng)用于廣播、電視、通信、測(cè)量等。利用它選出有用頻率 信號(hào)并加以放大，而對(duì)無用頻率信號(hào)予以抑制。調(diào)諧功率放大器：輸入信號(hào)mv以上, 要求大的功率和效率，工作在丙類，多用于發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)屮的振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)功率 很小，需要經(jīng)過多級(jí)功率放大器才能獲得足夠的功率，送到天線輻射出去。調(diào)諧功率放 大器輸岀

28、功率范圍，可以小到便攜式發(fā)射機(jī)的毫瓦級(jí)，大到無線電廣播電臺(tái)的幾十千瓦, 甚至兆瓦級(jí)。目而，功率為幾百瓦以上的調(diào)諧功率放大器，其有源器件大多為電了管， 幾百瓦以下的調(diào)諧功率放大器則主要采用雙極晶體管和大功率場(chǎng)效應(yīng)管。高頻小信號(hào)諧振放大電路的基木電路結(jié)構(gòu)是選頻放大電路，它主要由放大器與選頻 冋路兩部分構(gòu)成。主要特點(diǎn)是放大器的負(fù)載不是純電阻，而是由l、c組成的并聯(lián)諧振 回路。由丁 l、c并聯(lián)諧振回路的阻抗是隨頻率變化的，在諧振頻率點(diǎn)f0 = f處, 其阻抗呈現(xiàn)純電阻性，且達(dá)到最大值，因此放大器具有最大的放大倍數(shù)，稍離開諧振頻 率，放大倍數(shù)就會(huì)迅速減小。因此，用這種放大器口j以有選擇性地放大所需要的某

29、一頻 率信號(hào)，而抑制不需要的信號(hào)或外界干擾噪聲。所以，調(diào)諧放大器在無線電通訊等方面被廣泛用作高頻和屮頻的選頻放大器。諧振放大器是高頻放大電路中一種最基本的常見單元電路，調(diào)諧放大器是由調(diào)諧冋 路和半導(dǎo)體三極管放大器相結(jié)合而構(gòu)成，這種放大器的主要特點(diǎn)是具冇選頻功能。用于 放大的有源器件可以是半導(dǎo)體三極管，也可以是場(chǎng)效應(yīng)管，電了管或者是集成運(yùn)算放大 器。用于調(diào)諧的選頻器件可以是lc諧振回路，也口j以是晶體濾波器，陶瓷濾波器，lc 集屮濾波器，聲表面波濾波器等。根據(jù)小信號(hào)調(diào)諧冋路采用的是單調(diào)諧冋路還是雙調(diào)諧 冋路，可分為小信號(hào)單調(diào)諧放大器和雙調(diào)諧放大器。3.3.1高頻lc諧振放大器的原理電路圖圖4中電

30、路所示的為共發(fā)射極連接方法的晶體管高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。它有兩種 功能，一-種是將高頻信號(hào)放大，另外一種功能是具備選頻的功能，在圖屮我們可以看到 rbi與rb2兩個(gè)電阻，它們被稱作直流偏置電阻；re被稱為直流反饋電阻，作用是提高 工作點(diǎn)的溫度以及穩(wěn)定性；lc并聯(lián)接法的諧振回路構(gòu)成了品體管的集電極負(fù)載阻抗。在高頻信號(hào)輸入的時(shí)候，放大器的輸出信號(hào)的相位以及頻率會(huì)受到晶體管門身的導(dǎo) 線分布參數(shù)和極間電容的影響。電阻rbi, rb2及re決定著晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，它 的計(jì)算方法等同于低頻單管放大器的計(jì)算方法。cfrlre-1- ce圖4小信號(hào)調(diào)諧放大器uovnz cb1r<vcc上圖是一個(gè)采用晶

31、體管的高頻功率的放大器的原理線路圖。除偏置電路以及電源 外，它的組成有三部分，第一是晶休管，其次是諧振冋路最后一部分是輸入冋路。此放 大電路經(jīng)常運(yùn)用高頻的大功率品體管。這種品體管可以承受大電流以及高電壓，特征頻 率齊也是比較高的。品體管其實(shí)是一個(gè)控制電流的器件，它能在激勵(lì)信號(hào)電壓較小的情 況下，使基極電流ib形成，而電流ib能夠?qū)姌O電流ic進(jìn)行控制。電流ic的作用就 是通過諧振回路以使高頻的功率輸出。這一系列的步驟使得電源的直流功率被逐步的轉(zhuǎn) 換成了高頻功率。為了使高頻功放能夠更加高效的輸出大功率，我們經(jīng)常將工作狀態(tài)定 位在丙類，為了保證在丙類工作，基極偏置電壓應(yīng)使晶體管工作在截止區(qū)，一般

32、為負(fù)值, 即靜態(tài)時(shí)發(fā)射結(jié)為反偏。此時(shí)輸入激勵(lì)信號(hào)應(yīng)為大信號(hào)，一般在0.5v以上，可達(dá)1到 2v,甚至更大。品體管的作用是將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程屮起開關(guān)控制作用。線路特點(diǎn)：(1) lc諧振冋路作為晶體管的負(fù)載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。(2) 電路工作在內(nèi)類工作狀態(tài)以保證電路效率較高；基極負(fù)偏壓(或零偏壓)。關(guān)系式：(1 )外部電路關(guān)系式：% = - + u気 cos cot uce = ucc 一 ucm cos cot(2) 晶體管的內(nèi)部特性：人財(cái))(3) (半)導(dǎo)通角：根據(jù)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線可得：u皿 cos e = ubb i + h e = arc cosju

33、bm即集電極的導(dǎo)通角是由輸入回路決定的。必須強(qiáng)調(diào)指岀：集電極電流ic雖然是脈沖狀，但出于諧振回路的這種濾波作用，仍 然能得到正弦波形的輸出。3.3.2高頻功率放大器的特性曲線圖5諧振功率放人器的轉(zhuǎn)移特性曲線功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號(hào)來控制集電極的直流電源所供給 直流功率巳，使z部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?hào)功率片輸出去，另一部分功率以熱能形式消耗 在集電極上，成為集電極耗散功率冬。根據(jù)能量守衡定理：p()=p+pc直流功率：p產(chǎn)i心輸出交流功率："c冋路兩端的基頻電壓 乙基頻電流心冋路的負(fù)載阻抗諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性曲線(負(fù)載線)高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗 rl激勵(lì)電壓u

34、b、供電電壓ucc，ubb等4個(gè)參量決定的。如果ucc，ubb，ub 3個(gè)參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就曲負(fù)載電阻r.決定。此時(shí)，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨而變化的特性，就叫做放大器的 負(fù)載特性。所謂動(dòng)態(tài)特性是和靜態(tài)特性相對(duì)應(yīng)而言的，在考慮了負(fù)載的反作用后，所獲得的 %和的關(guān)系曲線就叫做動(dòng)態(tài)特性。3.3.3 lc并聯(lián)諧振回路的基本特性和主要參數(shù)諧振放大器的特點(diǎn)是晶體管的集電極負(fù)載不是純電阻，而是由電感電容組成的并聯(lián) 諧振回路。因此我們分析lc并聯(lián)諧振回路的基本特性和主要參數(shù)。clv-kd圖6集電極負(fù)載的等效電路圖式集電極負(fù)載的等效電路。日和rc分別表示電感和電容上的等效電阻。通常

35、冇w l>>l 1 av c»rc o回路兩端的總阻抗為:(2)卜+韋(rl+lc)+jlcr+jx上式4jr = rc+rl, x=wl- 1/wc當(dāng)x = wl- 1/wc= 0時(shí)，即當(dāng)w二w()=l/錯(cuò)誤！未找到引用源。時(shí)，冋路達(dá)到諧 振，此時(shí)，信號(hào)的角頻率w=w0稱為回路的同冇諧振角頻率，其值由回路的l, c決定。 回路諧振是，器阻抗為最大且是純電阻。這個(gè)阻抗稱為“諧振阻抗”。符號(hào)表示為r陽roe = l / rc從上式不難看出，當(dāng)wl>1/wc,即x>0,這說明冋路阻抗呈容性；當(dāng)wlvl/wc, 即xvo,這說明冋路阻抗呈感性；它們的阻值都小于諧振的

36、阻抗。冋路諧振時(shí)，電感和電容的電抗相等，這個(gè)阻抗成為冋路特性阻抗，用符號(hào)p表示:p = wol= 1/woc=錯(cuò)誤！未找到引用源。，品質(zhì)因數(shù)q= p/(rl+rc)q稱為回路的“品質(zhì)因數(shù)”，它標(biāo)志著諧振回路質(zhì)量的優(yōu)劣。所謂質(zhì)量的優(yōu)劣，包 含兩層意義：其一是說回路諧振時(shí)阻抗的大小，當(dāng)回路特性阻抗p給定后，諧振阻抗就 完全由回路的品質(zhì)因數(shù)q決定。q值越大（即回路的等效損耗電阻越小），則諧振阻 抗也越大，回路質(zhì)量就越好。反之，質(zhì)量就差；其二是說回路阻抗z隨訊號(hào)角頻率衰減 的速度。q值越大，則回路阻抗z隨訊號(hào)角頻率衰減就越快，冋路質(zhì)量就越好。反之， 質(zhì)量就差。除了用品質(zhì)因數(shù)來描述諧振回路的特性外，述常

37、用到通頻帶的概念。所謂振諧回路 的通頻帶，是指回路阻抗的模izi和其最大值際乙比d（izi/roe）卜降到某一給定值時(shí)所對(duì) 應(yīng)的那段頻帶寬度，一般用符號(hào)b表示。如無特別指明，通頻帶b指的是回路阻抗izi 下降到roe/et誤！未找到引用源。時(shí)（即"1/錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用 源。）的那段頻帶寬度。其實(shí)冋路的品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳，通頻帶越窄。反 z,品質(zhì)因數(shù)越低，則諧振曲線越平坦，通頻帶越寬。lc 口激振蕩放大器與調(diào)諧類的放大器（也叫選頻器）中都少不了 lc諧振電路。所以 說lc諧振電路是很重要的，在選頻器中它能夠?qū)⒔邮盏降闹T多頻率中的正弦波信號(hào)中 的fo這個(gè)信號(hào)

38、的幅值提高q,并且述能耦合變壓器到下一級(jí),而在lc自激振蕩器的作用 是產(chǎn)生多個(gè)不同頻率的正弦波信號(hào)，而lc諧振的作用依舊是將fo這個(gè)信號(hào)的幅值提高 q再經(jīng)過變壓器，將信號(hào)反饋至三極管，進(jìn)入它的輸入端再繼續(xù)放大；并最終把幅值足 夠大的信號(hào)耦合到下一級(jí)。可見欲提高選頻器的選頻能力和增加lc 口激振蕩器的起 振能力，就必須增大q值。曲式q=l/r*錯(cuò)誤！未找到引用源。和l=n2/1* u s知,提高磁 導(dǎo)率卩和降低lc冋路的電阻/?是提高。值最有效的辦法（/、s和c均受結(jié)構(gòu)等因素 限制難以得到大幅改變，而提高匝數(shù)n的同時(shí)會(huì)使/?增加丿，前者靠緊密耦合的鐵芯變壓 器可得以解決，而后者則受外界因素影響較

39、大，可采用變壓器屮間抽頭的辦法加以解決3.3.5 lc諧振放大器的設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)采用高頻管組成多級(jí)級(jí)聯(lián)的單調(diào)諧回路諧振放大器，極間耦合采用大小電容并聯(lián)的 方式耦合，此方案簡(jiǎn)單易行，口j使各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，但前后級(jí)不能很好的隔離, 放大倍數(shù)較高吋，電路易發(fā)生自激振蕩。繪制lc諧振放大器的電路圖如下： vcc：- 3.6v:vcc：: vcc ： 3.6v:vcc：:r2 4.7kq：vcc： )pf :wc2.f3c6l3 470nhc7r6： t :：4.7kq _joopf7% :470nhc14100nf ：2% ；：r3 4.7kq：n_liooiif:tz% :-ii- 9 62n

40、2222 100nf9 ； ： ：2-% (3 ：:丄備op# r4: n-z%: 4 7ko -評(píng)2r10330住七髀:wyi ;c4; -llwoiif：tz°/q :c5 g10 -ii100nf:2% :joonp：:7% ：r1120qc0.5%：圖7三級(jí)lc諧振放大器設(shè)計(jì)圖4. lc放大器等效分析4.1 lc放大器的等效分析對(duì)于放大器的動(dòng)態(tài)分析，其主要的方法之一就是等效的電路分析法。當(dāng)信號(hào)為小信 號(hào)是，常常采用等效的電路分析方法對(duì)電路進(jìn)行分析。本文研究的是lc諧振放大器， 所以可運(yùn)用等效的電路分析方法。放人器的工作原理實(shí)質(zhì)上是將基極的靜態(tài)工作點(diǎn)與要 放大的信號(hào)相疊加，此舉

41、用來控制集電極電流以及基極電流相應(yīng)出現(xiàn)的變化，從而將變 化的信號(hào)從負(fù)載上提取出來。因此，動(dòng)態(tài)的放大過程與靜態(tài)工作點(diǎn)密不可分，也就是說 靜態(tài)工作點(diǎn)能夠影響放大器諸多動(dòng)態(tài)情況下的參數(shù)數(shù)據(jù)。所以，只要是對(duì)放大器進(jìn)行動(dòng) 態(tài)特征的分析，總是耍先考慮靜態(tài)工作點(diǎn)的情況。4.2靜態(tài)工作點(diǎn)的分析和調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)就是指在信號(hào)尚未輸入的時(shí)候，放大器所處的直流狀態(tài)，主耍指三極管 三個(gè)電極的直流電流和電壓。因?yàn)檫@些參數(shù)相互之間有密切關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中往往只 需要求出集電極靜態(tài)電流和集一射極之間的靜態(tài)電壓。從放大器知識(shí)可知，在三極管的基極上，其直流的電位一般是處于穩(wěn)定狀態(tài)的，這 是由于流過基極的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于流過偏置電阻的

42、電流，由此推斷通過兩個(gè)偏置電阻的電 流是基木相等的，所以放大器三極管中基極的電位ub初步推斷是由兩個(gè)偏置電阻ri、 r2分壓所決定的。公式如下：uxr +ri在放大的狀態(tài)之下，三極管的發(fā)射結(jié)會(huì)產(chǎn)生壓降，其電壓降vbe大約為0.7伏，因 此三極管的發(fā)射極處的靜態(tài)電位ue也就可以計(jì)算出：ue=ub-vbe,這樣通過發(fā)射極電 阻的電流，即發(fā)射極處的靜息狀態(tài)的電流就可以計(jì)算得出了。已知三極管的b參數(shù)值，說明基極電流只冇集電極電流的萬，是很小的值，因此可 以認(rèn)為集電極電流約等于發(fā)射極電流，這種估算在工程計(jì)算上是允許的。那么，靜態(tài)時(shí) 三極管的集一射極之間的屯壓也可以計(jì)算岀來了。那么應(yīng)該怎樣來對(duì)靜態(tài)工作電流

43、進(jìn)行調(diào)整呢？從上述的分析屮可以看出，根木的調(diào) 整方法是改變?nèi)龢O管基極的電位bu。從上述公式可以看出，改變偏置電阻ri或r2中的 任意一個(gè)的值，都可以改變bu，通常是調(diào)整上偏置電阻r】。其實(shí)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整發(fā)射極電阻值，也能使靜態(tài)工作電流有所變化，這也不失為一種調(diào) 整靜態(tài)電流的方法。但發(fā)射極的電阻值變化對(duì)于放人器其它的性能影響會(huì)比較大，所以 這一調(diào)整靜態(tài)電流的方法通常不被使用。需要特別注意的是，在靜態(tài)的工作電流有所改 變以后，三極管集一射極間的電壓值也會(huì)發(fā)生改變，靜態(tài)時(shí)的工作電流越大，集一射極 z間所測(cè)的電壓值就越小，這樣輸出的信號(hào)動(dòng)態(tài)的范圍將會(huì)受到影響。所以當(dāng)靜態(tài)的工 作點(diǎn)一旦確定，就不能再隨意的變

44、動(dòng)它，否則影響整個(gè)放大效果。4.3動(dòng)態(tài)特性分析方法對(duì)于lc諧振放大器，在動(dòng)態(tài)的分析過程中，有三項(xiàng)指標(biāo)尤為重要：增益av、輸出 電阻5以及輸入電阻g之所以分析方法被稱為等效電路分析法，主要取決于一種等效 的形式，這種等效形式是放大器同信號(hào)之間的關(guān)系，信號(hào)不是固定量，是吋刻變動(dòng)的， 也就是各種不同頻率、不同強(qiáng)度的正弦波交流電信號(hào)，因此等效電路這種分析方法也會(huì) 經(jīng)常被叫做“交流等效電路分析法”或“微變等效電路分析法”。4.3.1放大器對(duì)交流信號(hào)的等效原則如果要運(yùn)用等效點(diǎn)路的方法分析放大器，第一步要做的就是將放大電路對(duì)信號(hào)的等 效電路畫出。等效電路的繪制中，有兩條最基本的原則需要遵守：（1）由于電容原

45、件的特性，導(dǎo)致其對(duì)于交流信號(hào)是短路，而對(duì)于直流信號(hào)則是斷 路。這種特性是因?yàn)殡娙蓦m然兩基板間是絕緣的，但是電容擁有儲(chǔ)存電荷的能力，能夠 充放電。這樣在通上交流電是，正向電流相當(dāng)于對(duì)電容進(jìn)行充電，而加載反向就是電容 進(jìn)行放電，因此電容便對(duì)交流電相當(dāng)于短路，而對(duì)直流電是斷路，也就是電容器的“隔 直通交”作用。而且對(duì)于交流電，電容還會(huì)表現(xiàn)出一種叫做“電抗”的特性。也就是電 容相當(dāng)于一個(gè)電阻，但并不會(huì)使能量損失。所以如若選擇的電容相對(duì)較大，并且交流信 號(hào)的頻率選的相對(duì)比較高，那么電容器的電抗值極小，也就常忽略，將電容對(duì)于交流信 號(hào)視作是短路的。（2）當(dāng)加載交流信號(hào)是，可將直流電壓源視作短路。因?yàn)樵诜糯?/p>

46、器的工作原理屮, 信號(hào)是與直流電流疊加的，也就是指直流的變化量以及波動(dòng)量。我們理想狀態(tài)下，電壓 源的內(nèi)阻應(yīng)該為0,也就是說變化量和波動(dòng)量在通過電源后并沒冇損耗，因此對(duì)于交流 信號(hào)來說，直流電源也就視作是短路的。4.3.2放大器交流等效電路形式對(duì)三極管做等效變換時(shí)必要的，如若不然則會(huì)導(dǎo)致等效電路同直流混淆，而且電路 并不完整。在放大器中，三極管的接法是共發(fā)射極的連接方法，發(fā)射極e與基極b承擔(dān) 著信號(hào)的輸入，也就是說將信號(hào)加在發(fā)射結(jié)z上，將發(fā)射極e與集電極c作為輸出端, 此時(shí)的輸出電流就是集電極的電流。輸入信號(hào)端口的等效：pn結(jié)踹正向偏置狀態(tài)吋，其對(duì)于外部的電路就相當(dāng)于是一 個(gè)電阻，記作rbe,此電阻值在不同的情況下大小不同，當(dāng)通過pn結(jié)上的電流逐漸增 大，則此時(shí)所表現(xiàn)出來的電阻就逐漸減小。當(dāng)加載交流信號(hào)時(shí)，發(fā)射結(jié)也可以等效成一 個(gè)電阻rbe,這一電阻稱為“動(dòng)態(tài)電阻”，它的值不同于直流電阻值rbe,但同樣與靜態(tài) 基極電流大小冇關(guān)。推算公式如下：v/ybe - rhb，+ （其屮 vt 約為 26mv）ib血，是基極體電阻，其值大約在100300qz