射頻模擬電路電子教案：2-6 小信號調(diào)諧放大器總結(jié)

1、電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器1、放大器的輸入導(dǎo)納 Yi ？2、放大器的電壓增益= ？上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器2、放大器的電壓增益= ？上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器3、放大器的功率增益上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器失配損耗插入損耗失諧狀態(tài)的程度對功率的影響諧振時的最大功率增益4、放大器的其他性能指標(biāo) ：上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器5、高頻小信號調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器振蕩的臨界條件為：5、高頻小信號調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器放大器不穩(wěn)定穩(wěn)定性

2、系數(shù)放大器穩(wěn)定的臨界狀態(tài)放大器穩(wěn)定5、高頻小信號調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器 提高放大器穩(wěn)定性的措施(1)中和法 5、高頻小信號調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展高頻小信號調(diào)諧放大器 提高放大器穩(wěn)定性的措施(2)失配法 信號源內(nèi)阻與負(fù)載不相等稱為失配狀態(tài)。第二章 射頻電子系統(tǒng)中的放大器設(shè)計2.1 高頻小信號調(diào)諧放大器 總結(jié)與習(xí)題講解 （2.1.12.1.7）1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭） 一、 對高頻頭的主要性能要求 1. 噪聲系數(shù)小、 功率增益高、 放大器工作穩(wěn)定 噪聲對圖像來說,

3、 表現(xiàn)為不規(guī)則的雪花樣點狀的干擾。 電視機整機輸出信噪比的好壞, 主要取決于調(diào)諧器高放級噪聲系數(shù)的大小。 多級放大器總的噪聲系數(shù)可以表示為 式中, NF1、NF2等為各級噪聲系數(shù)，AP1、AP1等為各級功率增益?？梢? 提高調(diào)諧器的功率增益對于減少整機噪聲十分重要。 一般要求高頻頭的功率增益20 dB, 噪聲系數(shù)低于8 dB。 1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭） 2. 具有足夠的通頻帶寬度和良好選擇性 高頻調(diào)諧器應(yīng)該具有從接收天線感應(yīng)得到的各種電磁信號中選取所需要的頻道信號、抑制干擾的能力。因此要求它有合適的通頻帶和良好的選擇性。一般要求高頻調(diào)諧器鏡頻抑制比(IMR)大于

4、40 dB, 中頻抑制比(IFR)應(yīng)大于50 dB。彩色電視機除了希望通帶不要太寬外, 為了減少彩色失真, 還希望頻率特性通帶內(nèi)增益變化較平穩(wěn)。1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭） 3. 與天線、 饋線有良好的匹配關(guān)系 高頻頭的輸入阻抗就是饋線的終端負(fù)載阻抗。而各種負(fù)載線都有一定的特性阻抗ZC (它只與傳輸線材料、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸有關(guān), 而與終端負(fù)載、傳輸線的長度、始端信號源電動勢無關(guān))。如果負(fù)載阻抗ZL=ZC, 則由天線送來的功率將完全為負(fù)載所吸收, 這時只有從天線向高頻頭傳輸?shù)娜肷洳? 沒有反向傳輸?shù)姆瓷洳?。如果ZLZC, 則在饋線終端將會產(chǎn)生反射波, 這樣不僅使信號功率

5、不能完全被高頻頭所接收, 而且由于原入射波形成的電視信號與經(jīng)反射后再次入射的電波形成的電視信號之間有一定的時延, 從而使熒屏上顯示的圖像產(chǎn)生重影。 為了便于匹配, 調(diào)諧器輸入、輸出阻抗均設(shè)計為75 , 正好與電視機拉桿天線或共用天線分支器插孔的等效阻抗相同, 采用特性阻抗為75 的同軸電纜線直接相連就可以匹配。4. 高放級應(yīng)設(shè)有自動增益控制電路 一般要求自動增益控制范圍應(yīng)達(dá)到20 dB以上, 以保證當(dāng)天線輸入電平, 在一定范圍內(nèi)變化時, 視放輸出電壓基本保持幅度穩(wěn)定。1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）二、為了收看不同頻道的電視信號, 根據(jù)需要能改變(切換)信號的頻道 ,

6、即所謂高頻調(diào)諧。 調(diào)諧的方法有兩種: 機械調(diào)諧 (改變LC回路的電感值) 電子調(diào)諧 (改變LC回路的電容)機械調(diào)諧 ； 開關(guān)式高頻頭，轉(zhuǎn)盤式高頻頭電子調(diào)諧: 高頻頭的各調(diào)諧回路中的可變電容器件都采用變?nèi)荻O管替代。變?nèi)荻O管實質(zhì)上就是一個結(jié)電容Cj隨外加反向偏壓變化范圍比較大的PN結(jié)晶體二極管。2CB14變?nèi)莨?、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）變?nèi)莨?CB14使諧振回路頻率最大變比為1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭） 以電視VHF頻段為例, 其最低頻道中心頻率為52.5 MHz, 第12頻道中心頻率為219 MHz, 其比值為4.17, 顯然2CB1

7、4變?nèi)莨懿荒軡M足覆蓋VHF全波段的要求。 假若再考慮分布電容的影響, 則變?nèi)莨芨淖冎C振回路變比還要小于2.45。 因此, 需將VHF范圍內(nèi)的12個頻道劃分為兩個波段, 15頻道為低頻段, 612頻道為高頻段。采用電子開關(guān)切換電感線圈, 以便得到高、低兩個頻段。 低頻段(15頻道)頻率變比為則變?nèi)莨茈娙莞采w系數(shù)NC1=N21=2.82。高頻段(612頻道)頻率變比為則變?nèi)莨茈娙莞采w系數(shù)NC2=N22=1.64。這樣, 2CB14就都能滿足頻率覆蓋的設(shè)計要求。1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）電子開關(guān)該電路要求開關(guān)二極管正向?qū)娮栊∮? , 以確保導(dǎo)通時的短路作用, 要求其

8、反向電阻大, 并且反向結(jié)電容很小(小于1 pF), 以保證截止時的交流開路作用。1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭） 三、輸入回路電視機高頻調(diào)諧器的輸入回路應(yīng)具有以下作用: 頻道選擇(選臺) 和阻抗匹配, 既要與高放輸入端匹配, 又要與天線饋線實現(xiàn)阻抗匹配 抑制中頻干擾和鄰頻道信號干擾 對于天線的強輸入信號給予一定的衰減等。1、 選頻電路選頻電路用來完成選頻及阻抗匹配兩個任務(wù), 它是輸入電路中的主要電路。 為了滿足選頻的要求, 選頻電路通常都是由電感和電容組成的單調(diào)諧的諧振回路。常用基本選頻電路結(jié)構(gòu)形式如圖所示。 1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）1、

9、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）RS=？Ri=？諧振電路總電感為: L=L1+L2諧振電路總電容為:選頻電路本身損耗為 R0=0LQ0阻抗匹配1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）此電路的選擇性用有載品質(zhì)因數(shù)QL表征:,一般取B=8 MHz。插入損耗的存在造成了電視機噪聲系數(shù)增大和靈敏度降低。選頻電路本身存在損耗電阻R0, 因此在信號的傳輸系統(tǒng)中插入它以后, 必然要增加一些功率損耗。插入損耗用分貝表示為選頻電路的插入損耗1、實際電路舉例中頻吸收電路例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）四、中頻抑制電路為了提高高頻頭對中頻干擾信號的抑制能力, 通常在輸入回

10、路中加入中頻吸收電路, 或稱為中頻抑制電路。1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）三、高 頻 放 大 器高頻放大器的主要任務(wù)是放大高頻電視信號, 它的增益、 噪聲系數(shù)等主要指標(biāo)對整機性能有極其重要的影響。 對高放級的要求是: (1) 因為整機的噪聲系數(shù)主要由高放級決定, 因此要求高放級的噪聲系數(shù)盡可能小, 一般應(yīng)小于5 dB。 故要求采用噪聲系數(shù)小于3 dB的晶體管。 (2) 有較高而穩(wěn)定的功率增益, 且要求對不同頻道的增益比較均勻。高放級增益約20 dB以上, 頻道之間的增益差應(yīng)小于10 dB。 (3) 具有良好的選擇性和足夠?qū)挼耐l帶。要求幅頻特性-3 dB帶寬大于8 M

11、Hz, -6 dB帶寬小于18MHz。 (4) 具有自動增益控制作用, 高放級的增益可控范圍應(yīng)大于20 dB。 1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）雙調(diào)諧電路具有較理想的雙峰頻率響應(yīng)曲線。高頻放大器原理電路1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）R1R4R3R2C5C1,C2 ,L1C3,C4 ,L2阻抗匹配Cb機械調(diào)諧器高頻放大器1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）電子調(diào)諧式高頻放大器C1,L1, VDT1C2,L2, VDT2C3C3,L3VD,R1,R21、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）高頻放大器基本上是一個窄

12、帶放大器(中心頻率與通頻帶之比大于10), 因此它的負(fù)載都采用選擇性好、接近理想矩形曲線的雙調(diào)諧電路。 以圖(a)為例, 忽略偏置元件和中和元件, 即得到交流等效電路。 繪出晶體管Y參數(shù)高頻等效電路如圖所示。1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）互感耦合雙調(diào)諧回路的耦合系數(shù)為1）電壓增益 1、實際電路舉例例一：高頻調(diào)諧器（頻道選擇器）（高頻頭）四、 高放級的功率增益 可見, 耦合雙回路當(dāng)=1和1時, 它們諧振曲線的峰值是相同的, 都達(dá)到了輸出的最大值Umax, 或者說, 在此峰值時滿足了最大功率傳輸和阻抗匹配條件。 因此, 雙調(diào)諧回路高頻放大器的最大功率增益就等于晶體管的最大

13、功率增益。1、實際電路舉例例2、雙柵場效應(yīng)管放大電路雙柵N溝道MOS場效應(yīng)管,。雙柵場效應(yīng)管與普通三極管比較, 具有下面三個突出優(yōu)點:(1) 場效應(yīng)管線性范圍寬、AGC控制靈敏, 控制范圍大。(2) 兩個柵極均能控制溝道電流, 使用方便。 高頻電視信號從g1柵極輸入, 控制輸出, AGC電壓從g2柵極輸入, 控制場效應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)電溝道的大小, 從而實現(xiàn)對增益的控制。(3) 噪聲小。 1、實際電路舉例例2、雙柵場效應(yīng)管放大電路R7,R8,R9,R10,C14R11L9C11,C15R6、R5、 C121、實際電路舉例例2、尋呼機的射頻放大電路圖中兩個晶體管組成共射共基極級聯(lián)電路。例3：超外差收音機中

14、頻放大器電路圖1、實際電路舉例例4：收音機中放級電路圖1、實際電路舉例高頻放大器設(shè)計與制作2、實際電路設(shè)計舉例 放大電路可以說是模擬信號處理電路的基本單元，尤其對高頻接收機與發(fā)射機而言。在接收機里，放大電路要將從天線所輸入的V單位的小信號加以放大，在發(fā)射機方面，功率放大電路也要將信號放大至以W為單位的信號級別。 高頻放大電路所要求的特性 對于有用頻帶的功率增益要高 在直流放大和低頻放大電路中，增益(Gain)一般是指電壓增益；而在高頻電路中，增益一般常用功率增益來表示。 例如，在圖所示的電路中， 由天線所輸入的信號為-30dBm(0.00lmW)，當(dāng)高頻放大器的功率增益為25dB時，輸出信號變

15、成為-5dBm。 圖中 高頻電路的增益為功率增益(在高頻放大器中，一般是以每級功率增益限制在2030dB的程度來設(shè)計。如圖若輸入信號為-30dBm，增益為25dB時，放大后的信號成為-5dBm。)2、實際電路設(shè)計舉例例5、高頻放大器設(shè)計與制作產(chǎn)生的噪聲要很小S/N稱為信噪比，常用于表示信號的品質(zhì)，反映具體信號中有用信號和噪聲的比率。 由于放大器在放大信號的同時，內(nèi)部本身也會產(chǎn)生噪聲，故信號在輸出端較之輸入端的S/N值要小，品質(zhì)會變差。對于由于放大而造成信號S/N變化，可以用噪聲系數(shù)NF表示。理想放大器的NF為0dB。下圖所示的為改善NF的例子，在噪聲指數(shù)為8dB的接收機，連接前置放大器(pre

16、-amplifier)的高頻放大器。此時的前置放大器的NF為2dB，功率增益為25dB。因此，連接前置放大器後的NF可以用以下公式表示。將數(shù)值代人此公式，可以得到連接前置放大器后的NF成為 NF=10log1.58+(6.3-1)/316=2.03dB 由此可以看出，加入前置放大器，可以改善全體的NF，而得到高增益，低噪聲的放大器。 改善噪聲系數(shù)NF實際電路舉例FM調(diào)諧器用高頻放大器電路圖本高頻小信號放大器的設(shè)計要求 輸入輸出阻抗與同軸電纜線的特性阻抗匹配，定為50。 如果所通過的頻帶為78M88MHz，頻帶寬BW成為10MHz，則中心頻率為83MHz。 放大器的功率增益Ap定為20dB(10

17、0倍)以上，在放大器內(nèi)所產(chǎn)生的噪聲指數(shù)NF(Noise Figure)為3 dB以下。 2K241參數(shù)從這些參數(shù)可以看出：2SK241的內(nèi)部是由輸入阻抗很高的源極接地電路與回授電容量很小的柵極接地電路組合而成，非常適合做為高頻放大的用。 FM調(diào)諧器用高頻放大器電路圖L1：0.8mm鍍鎳線，卷繞4圈內(nèi)徑11mm拉長至7mm。抽頭為由接地算起往上方1圈處。L2：0.8mm鍍鎳線，卷繞3.5圈內(nèi)徑9mm拉長至8mm。(由於輸入輸出回路的諧振電路為空芯線圈，可以用手卷繞。整個放大電路使用VHF放大，電路形式采用FET 2SK241GR做源極接地。) 習(xí)題講評1、有一并聯(lián)回路在某頻段內(nèi)工作，頻段最低頻率

18、為535 kHz，最高頻率1605 kHz?，F(xiàn)有兩個可變電容器，一個電容器的最小電容量為12 pF，最大電容量為100 pF；另一個電容器的最小電容量為15 pF，最大電容量為450 pF。試問：1）應(yīng)采用哪一個可變電容器，為什么？2）回路電感應(yīng)等于多少？3）繪出實際的并聯(lián)回路圖。2、給定并聯(lián)諧振回路的 f 0 5MHZ，C50 pF，通頻帶2 f 0. 7 150 kHz。試求電感L、品質(zhì)因數(shù) Q 0以及對信號源頻率為5.5 MHz 時的失調(diào)。又若把2 f 0 . 7 加寬至300 kHz，應(yīng)在回路兩端再并聯(lián)上一個阻值多大的電阻。3、如圖所示。已知L0.8H， Q 0 100， C 1 C

19、2 20 pF，C i 5 pF，R i 10 k， C 0 20 pF, R 0 5 k。試計算回路諧振頻率，諧振阻抗（不計 R 0和R i 時）、有載Q L 值和通頻帶。習(xí)題講評 : 1-1采用部分接入形式問題：1、設(shè)計后無電路圖！2、參數(shù)一致性！習(xí)題講評 : 1-2問題：1、設(shè)計后無電路圖！2、參數(shù)一致性！12 有一個并聯(lián)諧振回路工作于中波頻段535kHz1605kHz。現(xiàn)有兩個可變電容，一個變化范圍為12pF100pF，另一個為15 pF450pF。試問： (1)應(yīng)采用哪種可變電容?為什么? (2)回路電感L？ (3)為保證足夠的頻率刻度精度，實際的并聯(lián)諧振回路應(yīng)如何設(shè)計? 電容1：

20、電容2：習(xí)題講評 : 1-2問題：1、題目有錯！12 有一個并聯(lián)諧振回路工作于中波頻段535kHz1605kHz?，F(xiàn)有兩個可變電容，一個變化范圍為12pF100pF，另一個為15 pF450pF。試問： (1)應(yīng)采用哪種可變電容?為什么? (2)回路電感L？ (3)為保證足夠的頻率刻度精度，實際的并聯(lián)諧振回路應(yīng)如何設(shè)計? 則可變電容的選擇應(yīng)滿足： 電容2：選擇15pF450pF的可變電容是恰當(dāng)?shù)?，同時考慮到頻率在535kHz-1605kHz波段內(nèi)變化，因此選擇一電容與可變電容15pF450pF并聯(lián)以滿足： 選習(xí)題講評 : 1-3問題：1、串聯(lián)諧振是電壓諧振！2、求ZX!l3 串聯(lián)回路如習(xí)圖11所示，