《高頻電子技術(shù)》3 高頻小信號選頻放大器

復(fù)習(xí)提問：無線電調(diào)幅廣播接收設(shè)備中高頻放大器的作用？

超外差式調(diào)幅接收機組成框圖

高頻放大器對天線所接收到的微弱信號進行選頻放大，抑制無用頻率的信號，選出有用頻率（載頻）的信號加以放大，以提高接收信號的質(zhì)量和強度。高頻小信號選頻放大器學(xué)習(xí)任務(wù)3高頻小信號選頻放大電路

3.1選頻器

3.2

小信號選頻放大器

3.3

集中選頻放大器

要點總結(jié)

高頻小信號選頻放大電路是構(gòu)成無線電設(shè)備的主要電路之一，它的作用是對來自信道的微弱信號進行選頻放大，抑制無用頻率的信號，選出有用頻率（載頻）的信號加以放大，以提高接收信號的質(zhì)量和強度。不同的通信設(shè)備，對高頻小信號選頻放大電路要求不同，主要分多級調(diào)諧和集中調(diào)諧兩種方式，如圖3—1所示。(a)多級調(diào)諧方式(b)集中調(diào)諧方式圖3—1小信號選頻放大電路的組成方式主要要求：

掌握并聯(lián)諧振回路的選頻特性及其主要參數(shù)的計算。理解回路Q值、信號源、負(fù)載等對回路特性的影響。了解變壓器、電感分壓器、電容分壓器等常用阻抗變換電路及其阻抗變換的關(guān)系。3.1選頻器作用：選擇信號；阻抗匹配。分類：按功能分可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等；按工作原理分可分為為諧振式濾波器和固體濾波器。

LC回路是應(yīng)用最廣的諧振式濾波電路。

陶瓷濾波器、聲表面波濾波器、晶體濾波器等被稱為固體濾波器，它們的諧振頻率無需調(diào)整，常被用作集中選頻濾波器。應(yīng)用：調(diào)諧放大、高頻功放、振蕩、調(diào)制、混頻等3.1選頻器選頻器是構(gòu)成高頻放大電路的一個基本電路3.1.1LC諧振回路的選頻特性1.LC并聯(lián)諧振回路的組成及特點Is.LrCL的等效損耗電阻Z+Uo

–?并聯(lián)諧振回路的等效阻抗(3)諧振頻率(2)諧振阻抗(1)回路的組成(4)品質(zhì)因數(shù)Q——它反映諧振回路損耗的大小Q定義為：將代入得：Q值越大，諧振回路損耗越小。由：2.LC并聯(lián)諧振回路的選擇性和通頻帶(1)頻率特性曲線Is.LrCZ+Uo

–?和得:

通常，諧振回路研究ω0附近的頻率特性，由于ω十分接近ω0，故可近似認(rèn)為：則可得令I(lǐng)s.LrCZ+Uo

–?Is.LrCZ+Uo

–?諧振時回路輸出電壓回路的絕對失諧量并聯(lián)回路兩端電壓任意頻率下回路輸出電壓輸出電壓幅頻特性曲線Q值越大，幅頻特性曲線越尖銳，相頻特性曲線越陡峭。相頻特性曲線(2)通頻帶

接收機放大的高頻信號不是一個單一的頻率信號，而是包含了一定帶寬的頻譜。如果選頻回路的曲線太尖銳，它將不能保證頻帶內(nèi)所有信號均勻通過回路。為衡量回路不同頻率信號的通過能力，定義曲線上：

UO/UP值由最大值下降到0.707（=1/√2）時，所確定的頻帶寬度2Δf

為回路的通頻帶BW0.7(用對數(shù)表示為下降3dB時的頻帶寬度)

.該式表明：回路諧振頻率越高，通頻帶越寬。回路Q越高，幅頻特性曲線越尖銳，通頻帶越窄；3.選擇性

選擇性指回路從含有各種不同頻率信號總和中選出有用信號、排除無用信號的能力。回路諧振曲線越尖銳,則選擇性越好。

而實際上，BW0.1=10f0/Q=10BW0.7，K0.1=10，選擇性較差。

矩形系數(shù)K0.1越接近1，諧振回路幅頻特性曲線越接近矩形，回路的選擇性就越好。

矩形系數(shù)：幅頻特性曲線下降到0.1（對數(shù)表示為下降20dB）時的帶寬與通頻帶的比值。措施：多級調(diào)諧。單級幅頻特性曲線及合成曲線

f1=f0+ff2=f0-f總幅頻特性更接近于矩形，選擇性比單調(diào)諧放大器好。

如：每兩級為一組，組內(nèi)各級調(diào)諧在不同頻率上調(diào)諧到略低于信號中心頻率調(diào)諧到略高于信號中心頻率總幅頻特性1.LC并聯(lián)諧振回路有何基本特性?說明Q對回路特性的影響。思考與討論解：并聯(lián)諧振回路具有諧振特性，當(dāng)外加信號頻率與回路諧振頻率相等，即回路調(diào)諧時，回路兩端輸出電壓為最大，且相移為零；當(dāng)外加頻率與回路諧振頻率不相等時，即回路失諧時，回路兩端輸出電壓迅速下降，相移值增大。

利用回路的諧振特性，通過調(diào)諧，可以從各種不同信號頻率的信號總和中選出有用信號、濾除無用信號，這稱為諧振回路的選頻作用。當(dāng)諧振回路Q值越大，諧振回路幅頻特性曲線越尖銳，其選頻作用越好，但通頻帶將會變窄。復(fù)習(xí)品質(zhì)因數(shù)和諧振電阻的關(guān)系？或幅頻特性（阻抗頻率特性）的意義？品質(zhì)因數(shù)的定義？

幅頻特性曲線越尖銳，品質(zhì)因數(shù)Q越高，選擇性越好，通頻帶越窄。實際中選頻特性的良好品質(zhì)靠矩形系數(shù)K0.1來衡量。矩形系數(shù)K0.1越接近1，回路的選擇性才越好。通頻帶定義?Is.LrCP45—2

作業(yè)1.LC并聯(lián)諧振回路有何基本特性?如何實現(xiàn)選頻？復(fù)習(xí)與討論解：并聯(lián)諧振回路具有諧振特性，當(dāng)外加信號頻率與回路諧振頻率相等，即回路調(diào)諧時，回路兩端輸出電壓為最大，且相移為零；當(dāng)外加頻率與回路諧振頻率不相等時，即回路失諧時，回路兩端輸出電壓迅速下降，相移值增大。

利用回路的諧振特性，通過調(diào)諧，可以從各種不同信號頻率的信號總和中選出有用信號、濾除無用信號，這稱為諧振回路的選頻作用。2.品質(zhì)因數(shù)的定義？品質(zhì)因數(shù)和諧振電阻的關(guān)系？3.幅頻特性（阻抗頻率特性）的意義？

幅頻特性曲線越尖銳，品質(zhì)因數(shù)Q越高，選擇性越好，通頻帶越窄。實際中選頻特性的良好品質(zhì)靠矩形系數(shù)K0.1來衡量。矩形系數(shù)K0.1越接近1，回路的選擇性才越好。復(fù)習(xí)與討論4.BW0.7與Qe的定量關(guān)系？實際LC調(diào)諧電路的K0.1等于多少？BW0.7=f0/QeK0.1=105.畫出共射極放大電路的等效交流通路和微變等效電路。+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSus++–+––ibicuSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii3.1.2LC諧振回路的阻抗變換作用1.信號源及負(fù)載對LC諧振回路的影響Re=Rs//RP//RL同理得有載品質(zhì)因數(shù)：空載品質(zhì)因數(shù)：∴信號源及負(fù)載使回路品質(zhì)因數(shù)下降,通頻帶變寬，選擇性變差。應(yīng)采取措施減小信號源和負(fù)載的影響。而：Re<Rp辦法？？2.常用阻抗變換電路(1)互感變壓器阻抗變換電路設(shè)變壓器為無耗的理想變壓器可變大，也可變小，取決于n若將RL

接在1、3端，輸入電壓加在2、3端，則設(shè)L1、L2無耗：(2)自耦變壓器阻抗變換電路大變小小變大

【例3-1】下圖中，線圈匝數(shù)N12

=10匝，N13

=50匝，N45

=5匝，L13=8.4mH,C=51pF,Q=100,Is

=1mA,Rs

=10kW,RL=2.5kW,求有載品質(zhì)因數(shù)Qe、并與沒用阻抗變換作用的電路比較。=250kW=250kW解：將RS

、RL均折算到并聯(lián)諧振回路1-3兩端R/SRSRe=R's

//Rp//R'L=30.6kW

若沒有阻抗變換電路，則R/e

=RS

//RP//RL=1.91kΩ，Q/e=4.68?？梢?，采用了阻抗變換電路，RS、RL對并聯(lián)回路的影響減少了，品質(zhì)因數(shù)下降得不多了。3.2

小信號選頻放大器

電路要獲得增益，就必須設(shè)置放大器。放大器加選頻器就構(gòu)成了小信號選頻放大器。小信號選頻放大器以諧振回路為選頻器，也稱小信號調(diào)諧放大器。主要要求：

掌握單調(diào)諧回路選頻放大器的組成、工作原理和性能特點，了解其主要性能指標(biāo)。了解多級單諧振回路選頻放大器。了解選頻放大器的穩(wěn)定性。3.2

小信號選頻放大器3.2.1單調(diào)諧回路選頻放大器RB1、RB2、RE——直流偏置CB、CE——高頻旁路晶體管的輸出及負(fù)載電阻均通過阻抗變換電路接入。1.組成及特性交流通路小信號放大電路微變等效電路單調(diào)諧放大電路等效變換電路

放大器的增益頻率特性取決于LC并聯(lián)諧振回路：增益頻率特性曲線BW0.7=f0/Qe，K0.1=10，選擇性較差。

當(dāng)LC并聯(lián)諧振回路調(diào)諧在輸入信號頻率上，回路產(chǎn)生諧振時，放大器輸出電壓最大，故電壓增益也最大，稱諧振電壓增益：

當(dāng)輸入信號頻率不等于諧振頻率f0時，回路失諧，輸出電壓下降，故電壓增益下降。單調(diào)諧集成電路諧振放大器電路識讀如圖為采用單片集成放大器MC1590構(gòu)成的諧振放大器。MC1590是適用于小信號諧振放大器的典型器件。2.舉例3.2.2

多級單調(diào)諧回路選頻放大器兩級單調(diào)諧放大器電路圖

1.同步調(diào)諧放大器每級諧振回路均調(diào)諧在同一頻率上

各級諧振回路調(diào)諧在不同頻率上同步調(diào)諧放大器—

參差調(diào)諧放大器—

總電壓放大倍數(shù)諧振時總電壓放大倍數(shù)以分貝表示諧振時總電壓增益，則多級同步調(diào)諧放大器增益特性曲線級數(shù)越多，則諧振增益越大，選擇性越好，通頻帶越窄。每級的通頻帶比總的通頻帶寬。

參差調(diào)諧放大器，是將級聯(lián)的單調(diào)諧放大電路每一級的諧振頻率參差錯開，分別調(diào)整到略高于和略低于中心頻率上，常用的有雙參差調(diào)諧和三參差調(diào)諧。2.雙參差調(diào)諧放大器雙參差調(diào)諧放大電路的交流等效電路

單級幅頻特性曲線及合成曲線

f1=f0+ff2=f0-f總幅頻特性更接近于矩形，選擇性比單調(diào)諧放大器好。

如：每兩級為一組，組內(nèi)各級調(diào)諧在不同頻率上，如此級聯(lián)組成的多級放大器稱為雙參差調(diào)諧放大器。調(diào)諧到略低于信號中心頻率調(diào)諧到略高于信號中心頻率總幅頻特性思考與討論1.并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)是否越大越好？說明如何選擇并聯(lián)諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)Qe的大小。解：并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)不是越大越好。因為Qe值增大后雖然抑制帶外干擾信號能力增強，但通頻帶也隨之變小，因此，在實際應(yīng)用中，為了保證有良好的選擇性，應(yīng)在滿足通頻帶的要求下，力求增大回路的有載品質(zhì)因數(shù)，即可按Qe≤f0/BW0.7來選擇回路的有載品質(zhì)因數(shù)。2.信號源和負(fù)載會使回路的有載品質(zhì)因數(shù)下降，選擇性變壞，同時使回路諧振頻率產(chǎn)生偏移。為了減小信號源和負(fù)載對回路的影響，常采用什么辦法？如下電路采取了什么方法？小結(jié)LC諧振回路具有選頻作用。回路諧振時，回路阻抗為純電阻，可獲得最大電壓輸出；當(dāng)回路失諧時，輸出電壓迅速減小?；芈返钠焚|(zhì)因數(shù)越高，回路諧振曲線就越尖銳，選擇性越好，但通頻帶越窄。LC并聯(lián)諧振回路在諧振時阻抗最大且相移為零，呈純電阻；當(dāng)<0時，阻抗相移大于零（最大值趨于90），回路呈感性；當(dāng)>0時，阻抗相移小于零（最大負(fù)值趨于-90），回路呈容性。信號源和負(fù)載會使回路的有載品質(zhì)因數(shù)下降，選擇性變壞，同時使回路諧振頻率產(chǎn)生偏移。為了減小信號源和負(fù)載對回路的影響，常采用變壓器、電感分壓器等阻抗變換電路。小信號諧振放大器由放大器件和LC諧振回路組成，具有選頻放大作用。主要技術(shù)指標(biāo)有諧振增益、通頻帶、選擇性。通頻帶和選擇性是互相制約的，用以綜合說明通頻帶和選擇性的參數(shù)是矩形系數(shù)，它越接近1越好。單調(diào)諧放大器的性能與諧振回路的特性有密切關(guān)系?；芈返钠焚|(zhì)因數(shù)越高，放大器的諧振增益就越大，選擇性越好，但通頻帶會變窄。在滿足通頻帶的前提下，應(yīng)盡量增大回路品質(zhì)因數(shù)。小信號選頻放大器的通頻帶、選擇性和矩形系數(shù)與選頻器相同。為保證單調(diào)諧放大器工作的穩(wěn)定性，可采用共射-共基組合電路。多級單調(diào)諧放大電路可以提高放大電路的放大倍數(shù)，減少矩形系數(shù)，但頻帶變窄了，為克服這一缺點，可采用參差調(diào)諧放大電路。P46—14作業(yè)復(fù)習(xí)提問1.高頻小信號選頻放大電路的作用及主要構(gòu)成？2.如下是

的等效電路、電路符號和電抗特性曲線？3.如何理解石英晶體的壓電效應(yīng)？4.石英諧振器的特點？4.分析如圖3—25所示電路類型，說明放大器采用這種組合方式的作用。放大器類型：共射—共基組合諧振放大器。作用：LC調(diào)諧回路做負(fù)載，采用共射—共基組合，提高電路的穩(wěn)定性。不同的通信設(shè)備，對高頻小信號選頻放大電路要求不同，主要分多級調(diào)諧和集中調(diào)諧兩種方式，如圖所示為小信號選頻放大電路的組成方式

。(b)集中調(diào)諧方式(a)多級調(diào)諧方式3.3集中選頻放大器主要要求：

了解集中選頻放大器的組成和性能特點了解陶瓷濾波器和聲表面波濾波器的工作原理3.3.1集中選頻放大器的基本組成與特點集中選頻放大器的組成框圖如圖所示放大選頻和濾波石英晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面波濾波器等

放大LC匹配網(wǎng)絡(luò)集中選頻放大器特點：(1)濾波器矩形系數(shù)接近1，因而放大器的選擇性好，調(diào)整也容易。(2)變換中心頻率和帶寬方便。(3)溫度穩(wěn)定性好。寬帶放大電路溫度特性好，所以集中選頻放大器溫度穩(wěn)定性好。(4)由于采用集成電路，所以電路體積小，可靠性高。集中選頻濾波器的作用是選頻和濾波，要求選擇性要好。常用的有石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器，又稱固體濾波器。3.3.2集中選頻濾波器1.石英晶體濾波器石英晶體濾波器是利用壓電效應(yīng)原理制成的選頻器件，材料是石英晶體。石英晶體濾波器的等效電路及其電抗特性如教材圖2-12(b)、(c)所示，它的品質(zhì)因數(shù)Q很高，一般可達(dá)105數(shù)量級以上；工作頻率很高，可達(dá)幾百MHz；頻率穩(wěn)定度高，最高可達(dá)到10-11數(shù)量級。(b)等效電路

(c)電抗特性曲線

2.陶瓷濾波器工藝：陶瓷焙燒片狀兩面涂銀直流高壓極化

具有壓電效應(yīng)

當(dāng)陶瓷片發(fā)生機械變形時，其表面會產(chǎn)生電荷，兩電極間產(chǎn)生電壓；而當(dāng)陶瓷片兩電極間加上電壓時，它會產(chǎn)生機械變形；加高頻交變電壓時，產(chǎn)生周期性機械振動，兩級產(chǎn)生交變電荷。

當(dāng)外加交變電壓的頻率等于陶瓷片固有頻率時，機械振動幅度最大，陶瓷片表面產(chǎn)生電荷量的變化也最大，在外電路中產(chǎn)生的交變電流也最強，具有與諧振電路相似的特性。材料：由鋯鈦酸鉛陶瓷材料制成電路符號和等效電路它的等效電路、電路符號、電抗特性曲線都和石英晶體濾波器一樣，Q值比一般LC回路的高，可獲得接近矩形的幅頻特性。但其Q值、工作頻率及穩(wěn)定性都不及石英晶體濾波器。電抗特性曲線若將不同頻率的壓電陶瓷片進行適當(dāng)?shù)慕M合連接，就可獲得矩形系數(shù)接近1的理想濾波器。如圖分別為由2個和9個陶瓷片組成的四端陶瓷濾波器及四端陶瓷濾波器電路符號。陶瓷濾波器：工作頻率為

幾百kHz幾十MHz

使用時，其輸入阻抗須與信號源阻抗匹配其輸出阻抗須與負(fù)載阻抗匹配。(1)集成寬帶放大器FZ1和陶瓷濾波器選頻放大器圖3-26

(2)彩色電視機中色度信號與伴音信號分離電路

圖3-213.聲表面波濾波器

聲表面波器件是一種利用彈性固體表面?zhèn)鞑C械振動波的器件。聲表面波濾波器是聲表面波器件的一種。聲表面波濾波器同樣利用了材料的壓電效應(yīng)。

它以鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛和石英等壓電材料為基片，利用真空蒸鍍法，在基片表面形成叉指形金屬膜電極，稱為叉指電極。

加輸入信號時，叉指電極間便產(chǎn)生交變電場，由于壓電效應(yīng)的作用，使基片表面產(chǎn)生彈性形變，激發(fā)出與輸入信號同頻率的聲表面波，它沿基片表面?zhèn)鞑ブ潦斩?/p>