小信號選頻放大器綜述

第2章高頻小信號選頻放大器作用：選出有用頻率信號并加以放大，而對無用頻率信號予以抑制。組成：小信號放大器＋選頻回路小信號放大器＋LC諧振回路小信號選頻放大器小信號諧振放大器又稱調(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

諧振回路小信號諧振放大器

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)的計算理解回路Q值、信號源、負載等對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算2.1諧振回路作用：濾除無用信號；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，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)

，稱為LC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這對曲線說明了并聯(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，回路相移為零，回路阻抗最大且為純電阻。失諧時，回路有相移，且回路阻抗下降。ω>ω0時,回路呈容性，相移為負；ω<ω0時,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稱為回路的絕對失諧量，?

f/f0稱為回路的相對失諧量。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算通頻帶BW0.7BW0.7=f

0

/

Q計算選擇性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計算矩形系數(shù)K

0.1正常使用時，回路通常應(yīng)調(diào)諧在工作信號的中心頻率上。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綜合評價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LrCU.ZLCU.ZRp=L/rC2.1.2阻抗變換電路一、信號源及負載對諧振回路的影響LrUs.CRLRS=RL

//RS//RPLIs.CRT有載品質(zhì)因數(shù)：空載品質(zhì)因數(shù)：RT<Rp信號源及負載使回路品質(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,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

信號源內(nèi)阻及負載電阻使回路品質(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，可減小信號源內(nèi)阻及負載電阻對忽略的影響。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)的計算。了解多級諧振放大器了解諧振放大器的穩(wěn)定性2.2小信號諧振放大器

以諧振回路為選頻網(wǎng)絡(luò)的高頻小信號放大器稱為小信號諧振放大器或小信號調(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)等效電路對小信號稱為晶體管輸出端交流短路時的輸入導(dǎo)納稱為晶體管輸出端交流短路時的正向傳輸導(dǎo)納稱為晶體管輸入端交流短路時的反向傳輸導(dǎo)納稱為晶體管輸入端交流短路時的輸出導(dǎo)納對小信號對小信號Y參數(shù)通過儀器測量，或查手冊，或由混合π型等效電路求取2.2.1

晶體管的Y參數(shù)等效電路簡化為CBE+–+–用Y參數(shù)簡化表示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狀態(tài)L+VCCRERB1RB2+–123直流通路LCRL53214+–+–CBE交流通路晶體管的輸出及負載電阻均通過阻抗變換電路接入。LCRL53214+–+–CBEGieCieGoeCoe自耦變壓器匝比變壓器初次級匝比放大器的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多級單調(diào)諧回路諧振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)一、同步調(diào)諧放大器Of1.00.707級數(shù)增多級數(shù)越多，則諧振增益越大，選擇性越好，通頻帶越窄?？偼l帶窄于各級的。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。嚴重時會在某頻率點滿足自激條件，產(chǎn)生自激振蕩。頻率越高，回路Q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。在設(shè)計小信號諧振放大器時，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的負載導(dǎo)納很大，從而削弱了結(jié)電容的內(nèi)反饋作用。而V2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

是一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。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)極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場交變電壓機械振動交變電壓當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大。壓電諧振2.電路符號和等效電路rqC0CqLqCo—壓電陶瓷片的固定電容Lq—機械振動時的晶體的等效質(zhì)量Cq

—機械振動時的等效彈性系數(shù)rq

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

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，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)缺點優(yōu)點：體積小、成本低、受外界影響小。缺點：頻率特性較難控制，生產(chǎn)一致性較差，BW不夠?qū)?，?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，其輸入阻抗須與信號源阻抗匹配其輸出阻抗須與負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，但價格較高。二、聲表面波濾波器聲表面波濾波器優(yōu)點：

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、

動態(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械振動波的器件。

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，稱為叉指電極。

加輸入信號時，叉指電極間產(chǎn)生交變電場，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)鞑ブ潦斩耍谑斩说牟嬷鸽姌O間得到信號。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，用來消除陶瓷濾波器通帶以外出現(xiàn)的小諧振峰。4.7k用來展寬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)部噪聲的主要來源和對放大器性能的影響。了解噪聲系數(shù)的概念2.4.1

噪聲的來源這種由于自由電子的熱運動所產(chǎn)生噪聲，稱為電阻熱噪聲。噪聲會影響放大器對微弱信號的放大能力

電阻內(nèi)的自由電子處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài)。大量電子的熱運動所產(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