小信號(hào)選頻放大器綜述

第2章高頻小信號(hào)選頻放大器作用：選出有用頻率信號(hào)并加以放大，而對(duì)無(wú)用頻率信號(hào)予以抑制。組成：小信號(hào)放大器＋選頻回路小信號(hào)放大器＋LC諧振回路小信號(hào)選頻放大器小信號(hào)諧振放大器又稱(chēng)調(diào)諧放大器集中選頻放大器集成寬帶放大器＋集中選頻濾波器應(yīng)用：通信設(shè)備接收機(jī)

諧振回路小信號(hào)諧振放大器

集中選頻放大器

放大器的噪聲*

本章小結(jié)第2章小信號(hào)選頻放大器主要要求：

掌握并聯(lián)諧振回路的選頻特性及其主要參數(shù)的計(jì)算理解回路Q(chēng)值、信號(hào)源、負(fù)載等對(duì)回路特性的影響掌握變壓器、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計(jì)算2.1諧振回路作用：濾除無(wú)用信號(hào)；阻抗變換2.1.1

并聯(lián)諧振回路的選頻特性一、LC并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性Is.LCL

的等效損耗電阻Z+Uo

–?Is.LrCr<<ωL時(shí)，回路并聯(lián)諧振諧振頻率：諧振阻抗：引入品質(zhì)因數(shù)Q

，它反映諧振回路損耗的大小Q

定義為：

定義參數(shù)

，稱(chēng)為L(zhǎng)C回路的特性阻抗則可得

空載品質(zhì)因數(shù)，固有品質(zhì)因數(shù)因此通常，諧振回路研究ω0附近的頻率特性故

ω＋ω0

≈2ω0

，ωω0

≈，令ω-ω0

=?ω,故則可得OZ

RP?阻抗幅頻特性?O90o-90o阻抗相頻特性0o這對(duì)曲線說(shuō)明了并聯(lián)諧振回路具有怎樣的頻率特性？OZ

RP?阻抗幅頻特性?O90o-90o阻抗相頻特性0o諧振時(shí)，回路相移為零，回路阻抗最大且為純電阻。失諧時(shí)，回路有相移，且回路阻抗下降。ω>ω0時(shí),回路呈容性，相移為負(fù)；ω<ω0時(shí),回路呈感性，相移為正；Q值增大，曲線變陡Q增大Q增大-90?<<90?OZ

RP?f阻抗幅頻特性?fO90o-90o阻抗相頻特性0oQ增大Q增大以f為自變量，則回路頻率特性表示為?

f稱(chēng)為回路的絕對(duì)失諧量，?

f/f0稱(chēng)為回路的相對(duì)失諧量。二、并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性LrCIs.+Uo

–

回路歸一化輸出電壓的頻率特性與阻抗頻率特性是一樣的。

并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性計(jì)算通頻帶BW0.7BW0.7=f

0

/

Q計(jì)算選擇性BW0.1Q

越高,f0越低，則通頻帶越窄,K0.1=10Q

越高,通頻帶越窄,

選擇性越好BW0.1=10f

0

/

Q計(jì)算矩形系數(shù)K

0.1正常使用時(shí)，回路通常應(yīng)調(diào)諧在工作信號(hào)的中心頻率上。O1.0f0.7070.1BW0.7BW0.1Of1.0BW0.1=BW0.7

通頻帶BW0.7通常通頻帶與選擇性矛盾，用矩形系數(shù)K0.1綜合評(píng)價(jià)K0.1越接近1,選擇性越好

選擇性BW0.1

BW0.1越小，選擇性越好三、并聯(lián)諧振回路的等效電路

[證明]當(dāng)r<<ωL時(shí)LrCU.ZLCU.ZRp=L/rC2.1.2阻抗變換電路一、信號(hào)源及負(fù)載對(duì)諧振回路的影響LrUs.CRLRS=RL

//RS//RPLIs.CRT有載品質(zhì)因數(shù)：空載品質(zhì)因數(shù)：RT<Rp信號(hào)源及負(fù)載使回路品質(zhì)因數(shù)下降,通頻帶變寬，選擇性變差二、常用阻抗變換電路1.變壓器阻抗變換電路L1RLR’LL2N1N2+–+–設(shè)變壓器為無(wú)耗的理想變壓器等效原則：等效電路與原電路的功率相等（功率相等原理）設(shè)L1

、L2無(wú)耗2.電感分壓器阻抗變換電路（自藕變壓器）N1N2L1RLR’LL2+–+–123M根據(jù)功率相等原理，有若將RL

接在1、3端輸入電壓加在2、3端：小變大大變小當(dāng)RL>>L2時(shí),可忽略RL分流，可證明3.電容分壓分壓器阻抗變換電路設(shè)C1

、C2無(wú)耗當(dāng)RL>>1/C2,可忽略RL分流C1RLR’LC2+–+–

例2.1.3

下圖中，線圈匝數(shù)N12

=10匝，N13

=50

匝，

N45

=5

匝，L13=8.4

H,C=51PF,Q=100,Is

=1

mA,RS

=10k,

RL=2.5k,求有載品質(zhì)因數(shù)QT、通頻帶BW0.7、諧振輸出電壓Uo。IsCUo123+–RLRs54=250k=250k解：將Is

、RS

、RL均折算到并聯(lián)諧振回路1-3兩端13I’sCU’o+–R’LR’sRpL13=40.6kI’sCU’o+–R’LR’sRpL1313IsCUo123+–RLRs54I’sCU’o+–RTL13RT=R’s

//Rp//R’L=30.6kBW0.7=f

0

/

QT=103kHz總結(jié)OZ

RP?阻抗幅頻特性?O90o-90o阻抗相頻特性0oBW0.7=f

0

/

QLrCLCRp=L/rCZ并聯(lián)諧振回路及其特性

信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載電阻使回路品質(zhì)因數(shù)下降,導(dǎo)致回路的通頻帶變寬，選擇性變差。

采用阻抗變換電路，可減小信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載電阻對(duì)忽略的影響。常用的阻抗變換電路有變壓器、電感分壓器、電容分壓器等。P32~332.1^2.22.6作業(yè)主要要求：

理解晶體管Y參數(shù)等效電路及其意義和應(yīng)用掌握單調(diào)諧回路諧振放大器的組成、工作原理和主要性能指標(biāo)的計(jì)算。了解多級(jí)諧振放大器了解諧振放大器的穩(wěn)定性2.2小信號(hào)諧振放大器

以諧振回路為選頻網(wǎng)絡(luò)的高頻小信號(hào)放大器稱(chēng)為小信號(hào)諧振放大器或小信號(hào)調(diào)諧放大器。2.2.1

晶體管的Y參數(shù)等效電路一、晶體管的Y參數(shù)等效電路對(duì)小信號(hào)稱(chēng)為晶體管輸出端交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納稱(chēng)為晶體管輸出端交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納稱(chēng)為晶體管輸入端交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納稱(chēng)為晶體管輸入端交流短路時(shí)的輸出導(dǎo)納對(duì)小信號(hào)對(duì)小信號(hào)Y參數(shù)通過(guò)儀器測(cè)量，或查手冊(cè)，或由混合π型等效電路求取2.2.1

晶體管的Y參數(shù)等效電路簡(jiǎn)化為CBE+–+–用Y參數(shù)簡(jiǎn)化表示CBE+–+–用電導(dǎo)、電容等表示2.2.2單調(diào)諧回路諧振放大器一、放大電路及其工作原理LC+VCCRERB1RB2CECBRL+–51234+–保證晶體管工作在甲類(lèi)狀態(tài)L+VCCRERB1RB2+–123直流通路LCRL53214+–+–CBE交流通路晶體管的輸出及負(fù)載電阻均通過(guò)阻抗變換電路接入。LCRL53214+–+–CBEGieCieGoeCoe自耦變壓器匝比變壓器初次級(jí)匝比放大器的Y參數(shù)等效電路L13C31C諧振回路的等效電路G’oeC’oeGpG’L+–根據(jù)功率相等得因此由阻抗變換得而Gp=1/RpU’o=n2Uo二、單調(diào)諧放大器的等效電路L1331CEGTCT+–參數(shù)合并后的諧振回路的等效電路三、單調(diào)諧放大器的電壓增益、選擇性和通頻帶

L1331CEGTCT+–參數(shù)合并后的諧振回路的等效電路歸一化電壓增益的幅頻特性為

O1.0f0.7070.1BW0.7BW0.1選擇性較差三、單調(diào)諧放大器的電壓增益、選擇性和通頻帶

2.2.3多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器每級(jí)諧振回路均調(diào)諧在同一頻率上各級(jí)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)一、同步調(diào)諧放大器Of1.00.707級(jí)數(shù)增多級(jí)數(shù)越多，則諧振增益越大，選擇性越好，通頻帶越窄。總通頻帶窄于各級(jí)的。二、雙參差調(diào)諧放大器Au1Au2uiuof1=f0+ff2=f0–

fff0f2f1總幅頻特性更接近于矩形，選擇性比單調(diào)諧放大器好總通頻帶可寬于各級(jí)的。2.2.4調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性一、共發(fā)射極單管諧振放大器不穩(wěn)定的原因Yre引起內(nèi)部反饋。其主要由CB間結(jié)電容Cb’c引起。

諧振回路阻抗特性劇烈變化的特性更使這種內(nèi)反饋隨頻率變化而劇烈變化，使放大器的頻率特性發(fā)生變化，增益、通頻帶、選擇性等都發(fā)生變化，導(dǎo)致放大器工作不穩(wěn)定。嚴(yán)重時(shí)會(huì)在某頻率點(diǎn)滿(mǎn)足自激條件，產(chǎn)生自激振蕩。頻率越高，回路Q(chēng)值越大，放大器工作越不穩(wěn)定。二、提高諧振放大器穩(wěn)定性的方法選用Yre（或Cb’c

）小的晶體管從電路上消除內(nèi)反饋的影響中和法失配法中和法只能在很窄的頻率范圍內(nèi)起作用，且不易調(diào)節(jié)2.失配法增大負(fù)載導(dǎo)納YL，使回路總導(dǎo)納增大，導(dǎo)致輸出回路失配，輸出電壓減小，從而減小內(nèi)反饋。失配法以犧牲增益為代價(jià)。在設(shè)計(jì)小信號(hào)諧振放大器時(shí)，通常不追求很高的增益，而是以穩(wěn)定工作為前提。2.失配法增大負(fù)載導(dǎo)納YL，使回路總導(dǎo)納增大，導(dǎo)致輸出回路失配，輸出電壓減小，從而減小內(nèi)反饋。L+–+–V1V2C共發(fā)－共基組合電路調(diào)諧放大器V2輸入阻抗很小，即V1的負(fù)載導(dǎo)納很大，從而削弱了結(jié)電容的內(nèi)反饋?zhàn)饔谩６鳹2構(gòu)成共基放大電路，CB’C不能引入反饋。

該電路中，V1提供較大電流增益，V2提供較大電壓增益，故總電路可獲得較大的電壓增益和電流增益。三、集成調(diào)諧放大器uo

MC159013485627AGCVCCui

是一個(gè)雙端輸入、雙端輸出的全差動(dòng)式電路。帶寬為10MHz。內(nèi)反饋很小。電源去耦濾波器隔直耦合，實(shí)現(xiàn)單端輸入單端輸出uo

C2L1L2+12VRLMC1590L313485627AGCC3C4ui

輸入、輸出回路均調(diào)諧在信號(hào)的中心頻率上。三、集成調(diào)諧放大器作業(yè)P332.82.3集中選頻放大器組成：集成寬帶放大器＋集中選頻濾波器由多級(jí)差分放大電路組成

常用的有石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。主要要求：

了解集中選頻放大器的構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn)了解陶瓷濾波器和聲表面波濾波器2.3.1

集中選頻濾波器一、陶瓷濾波器由鋯鈦酸鉛陶瓷材料制成工藝：陶瓷焙燒片狀兩面涂銀漿直流高壓極化具有壓電效應(yīng)1.材料、工藝及壓電效應(yīng)極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大。壓電諧振2.電路符號(hào)和等效電路rqC0CqLqCo—壓電陶瓷片的固定電容Lq—機(jī)械振動(dòng)時(shí)的晶體的等效質(zhì)量Cq

—機(jī)械振動(dòng)時(shí)的等效彈性系數(shù)rq

—機(jī)械振動(dòng)時(shí)的等效阻尼3.阻抗頻率特性串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率20達(dá)100k通常所以構(gòu)成四端陶瓷濾波器4.應(yīng)用由兩個(gè)陶瓷片組成由九個(gè)陶瓷片組成例如

陶瓷片的Q值比一般LC回路的大，將各陶瓷片的

串并聯(lián)諧振頻率配置得當(dāng)時(shí)，四端陶瓷濾波器可獲得

接近矩形的幅頻特性。

5.陶瓷濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：體積小、成本低、受外界影響小。缺點(diǎn)：頻率特性較難控制，生產(chǎn)一致性較差，BW不夠?qū)挘瑯?gòu)成四端陶瓷濾波器4.應(yīng)用陶瓷濾波器：工作頻率為幾百kHz幾十MHz

使用時(shí)，其輸入阻抗須與信號(hào)源阻抗匹配其輸出阻抗須與負(fù)載阻抗匹配石英晶體濾波器特性與陶瓷濾波器相似，但Q值高很多，因此頻率特性好，但價(jià)格較高。二、聲表面波濾波器聲表面波濾波器優(yōu)點(diǎn)：

體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、特性一致性好、工作頻

率高（幾MHz~幾GHz）、通頻帶寬、抗輻射能力強(qiáng)、

動(dòng)態(tài)范圍大等

聲表面波濾波器是聲表面波（用SAW表示）器件的一種。SAW器件是一種利用彈性固體表面?zhèn)鞑C(jī)械振動(dòng)波的器件。

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(chēng)為叉指電極。

加輸入信號(hào)時(shí)，叉指電極間產(chǎn)生交變電場(chǎng)，使基片表面產(chǎn)生彈性形變，激發(fā)出與輸入信號(hào)同頻率的聲表面波，它沿基片表面?zhèn)鞑ブ潦斩?，在收端的叉指電極間得到信號(hào)。SAW濾波器的性能與基片材料、叉指電極的尺寸、形狀等有關(guān)。聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)與工作原理2.3.2

集中選頻放大器應(yīng)用舉例uo

+6V30FZ1647105121112ui

470H–6V470H470H8470H0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F625603.3k1.2k1k4.7k30pF0.033F陶瓷濾波器選頻放大器陶瓷濾波器輸入端采用變壓器耦合，輸出端接跟隨器，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并聯(lián)諧振回路調(diào)諧在陶瓷濾波器的主諧振頻率上，用來(lái)消除陶瓷濾波器通帶以外出現(xiàn)的小諧振峰。4.7k用來(lái)展寬LC通帶聲表面波濾波器選頻放大器預(yù)中放L1與分布電容并聯(lián)諧振于中心頻率。L2、L3為匹配電感，用于抵消SAWF輸入、輸出端分布電容的影響，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。、C1、C2、C3均為隔直耦合電容。R2、C4為電源去耦濾波電路2.4放大器的噪聲*（自學(xué)）主要要求：

了解放大器內(nèi)部噪聲的主要來(lái)源和對(duì)放大器性能的影響。了解噪聲系數(shù)的概念2.4.1

噪聲的來(lái)源這種由于自由電子的熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生噪聲，稱(chēng)為電阻熱噪聲。噪聲會(huì)影響放大器對(duì)微弱信號(hào)的放大能力

電阻內(nèi)的自由電子處于無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。大量電子的熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的窄脈沖電流相疊加，就形成了噪聲電流，并在電阻兩端產(chǎn)生噪聲電壓。一、電阻熱噪聲