3.高頻電路資料

第三章高頻諧振放大器重點小信號諧振放大器增益、通頻帶與選擇性之間的關(guān)系調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性擴展通頻帶的方法難點調(diào)諧放大器產(chǎn)生自激的原因及防止和消除自激的辦法(a)電視信號放大器(b)手機信號放大器 圖2-1各種信號放大器 3.1高頻小信號放大器

一.電路組成及工作原理

集電極負載為LC并聯(lián)諧振回路采用了部分接入方式以減小對回路值和頻率的影響

變壓器耦合可實現(xiàn)前后級阻抗匹配并隔直流性能分析回路總電阻RΣ=R0∥RLgm=β0/r`be≈IEQ/26接入系數(shù)p=N2/N1.諧振電壓增益放大器的增益頻率特性2.單調(diào)諧放大器的諧振頻率f0其中CΣ為三極管輸出電容和負載電容折合到LC回路兩端的等效電容與回路電容C之和。因此，改變L和CΣ都可改變諧振頻率.3.通頻帶Qe為LC回路的有載品質(zhì)因素當晶體管參數(shù)和L、C一定時，增益帶寬乘積是一個常數(shù)回路總電容4.選擇性§抑制比：表示對某個干擾信號fn

的抑制能力

--------諧振增益

---------干擾增益§矩形系數(shù)：它表示對鄰道干擾的抑制能力

K0.1

越接近1選擇性越好諧振增益干擾增益單級調(diào)諧放大器K0.1≈9.955.諧振放大器的穩(wěn)定性影響調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的主要因素：（1）三極管內(nèi)部反饋：Cb’c

的存在使輸出電壓的一部分反饋到輸入端，其結(jié)果是： ①破壞放大器的頻率特性，產(chǎn)生失真，嚴重時引起高頻自激，放大器不能正常工作； ②反饋使放大器的輸入和輸出阻抗與信號源及負載相關(guān)，給安裝、調(diào)試帶來很多麻煩。（2）外部干擾對放大器的增益、帶寬和選擇性也會產(chǎn)生影響⑴電容耦合。⑵互感耦合。⑶電阻耦合。⑷電磁輻射耦合。共射-共基組合減小密勒效應的影響利用共基電路輸入阻抗小的特點，將它作為共射電路的負載，就會減小密勒效應的影響，提高共射電路的上限頻率。而共基電路本身無密勒效應，上限頻率高，電壓放大倍數(shù)較大，可以補償共射電路電壓增益的降低，使得整個組合的電壓、電流增益都比較大，頻帶也比較寬晶體管密勒效應CM改善措施： （1）盡量選用Cb’c

小的高頻放大器件； （2）失配法：采用共射-共基接法組態(tài)級聯(lián)，使前后級阻抗不匹配，以減少Cb’c影響。（3）中和法：在晶體管基極與LC回路間加接中和電容CN，讓電感L1,L2與Cb’c和CN組成四臂電橋，當電橋平衡時，回路兩端的電壓就不會反饋到A,B端了。 平衡的條件是

6.噪聲系數(shù)NF定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值NF

越接近1越好，在多級放大器中，前二級（特別是第一級）的噪聲對整個放大器的噪聲起決定作用，因此要求它的噪聲應盡量小。

以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。因此應根據(jù)需要決定主次，進行分析和討論二.多級單調(diào)諧放大器的性能指標電壓增益：Au=Au1Au2Au3???Aun(Au1)n=通頻帶：選擇性：縮減因子n12345…10.640.510.430.39…n12345……K0.19.954.663.743.183.07……圖2-20級聯(lián)放大器諧振曲線

多級單調(diào)諧放大器的諧振曲線三.雙調(diào)諧回路諧振放大器

集電極負載為雙調(diào)諧耦合回路初、次級均采用了部分接入方式

η=1為臨界耦合，η>1強耦合，η<1弱耦合雙調(diào)諧放大器性能特點在臨界耦合的條件下,雙調(diào)諧放大器諧振電壓增益是單調(diào)諧放大器的1/2倍。雙調(diào)諧的通頻帶比單調(diào)諧的通頻帶寬。臨界耦合時：矩形系數(shù)小于單調(diào)諧，選擇性好。臨界耦合時：缺點是調(diào)諧不方便。 強耦合：通頻帶寬，頂部出現(xiàn)凹陷。臨界耦合：頻帶較寬、選擇性好，臨界耦合強耦合弱耦合四.集中選頻放大器

第二種形式1.組成：第一種形式2.特點：采用寬帶放大器（通常用集成寬帶放大器）進行放大采用特殊的集中濾波器選頻以兼顧通頻帶和選擇性放大器頻率特性曲線可滿足許多特殊要求擴展通頻帶的方法

1）負反饋法3.寬帶放大器2）組合電路法放大電路三種組態(tài)的特點：電壓增益輸入阻抗輸出阻抗上限頻率

共射：高 適中適中fH低

共集：低高低fH很高

共基：中低高fH高適當組合可得到以下幾種常見的組合電路：示例共射-共基共射-共集共集-共射共集-共基3）補償法

基極回路補償發(fā)射極回路補償集電極回路補償并聯(lián)補償串聯(lián)補償串、并聯(lián)復合補償基極補償加速電容射極補償共射共基共集共射負反饋負反饋恒流源

集成寬帶放大器舉例

L1590（MC1590）構(gòu)成的選頻放大器：

器件L1590具有工作頻率高，不易自激的特點，并帶有自動增益控制的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。

示例4..集中濾波器1）陶瓷濾波器“壓電效應”與“反壓電效應”

1）兩端陶瓷濾波器（收音機中放回路）兩個諧振頻率：實物圖：

2）三端陶瓷濾波器（彩電伴音中頻分離）實物圖：2）聲表面波濾波器(SAWF)實物圖：聲表面波濾波器以鈮酸鋰、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的金屬膜電極，稱為叉指電極。左端叉指電極為發(fā)端換能器，右端叉指電極為收端換能器。 聲表面波濾波器具有體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、選擇性好、通頻帶寬、特性一致，抗輻射能力強，動態(tài)范圍大等特點，因此它在通信、電視、衛(wèi)星和宇航領(lǐng)域得到廣泛的應用。缺點是插入損耗較大。

聲表面波濾波器的中心頻率除與基片材料有關(guān)外，主要取決叉指電極幾何尺寸和形狀只要合理設(shè)計叉指電極工作頻率可高達幾MHz~幾GHz，而且矩形系數(shù)可小于1.2聲表面波濾波器的特點

聲表面波的傳播速度與頻率無關(guān)，因而可以在獲得任意幅頻特性的同時保持線性的相移，相對通頻帶寬可達50％ 利用現(xiàn)代光刻工藝和加工技術(shù)，聲表面波濾波器不僅能實現(xiàn)微型化，體積小、質(zhì)量輕；而且，頻率特性一致性好電視聲表面波濾波器的幅頻特性

圖像中頻色副載波中頻伴音中頻聲表面波濾波器應用實例

V1是彩電預中放部分，起前置放大作用Z1為SAWF起集中選頻作用TA7680AP為彩電圖像中頻放大器IC小結(jié)根據(jù)高頻信號占有頻寬的不同，高頻小信號放大器分為寬帶放大器和諧振放大器兩種。諧振放大器是窄帶放大器，具有放大和選頻作用，其主要指標是諧振電壓增益、通頻帶、選擇性、穩(wěn)定性和噪聲系數(shù)，單調(diào)諧和雙調(diào)諧放大器是兩種主要電路形式。高頻放大器易產(chǎn)生自激，為減小內(nèi)部反饋對穩(wěn)定性的影響，應選擇Cb`e小的晶體管，還可采取中和法和失配法等措施。集中選頻放大器是由集中濾波器和寬帶放大器組成的，常用的集中選頻濾波器主要是陶瓷濾波器和聲表面濾波器。作業(yè)P100--3,4,6*設(shè)計高頻小信號放大器的一般步驟1.根據(jù)設(shè)計指標確定電路；2.選擇晶體管、集成電路等主要元器件；3.確定、計算各級電路的靜態(tài)工作點；4.依據(jù)工作頻率選定CΣ和回路電容C；5.計算回路電感及接入系數(shù)，確定線圈數(shù)據(jù)；6.依據(jù)通頻帶計算回路的有載品質(zhì)因素Qe；7.計算RΣ，并確定外接電阻R；8.計算放大器增益、帶寬和矩形系數(shù)；9.搭接電路或仿真調(diào)試。實驗電路分析輸入信號的頻率fS＝10.7MHz基極偏置電阻W3、R22、R4和射極電阻R5決定晶體管的靜態(tài)工作點。調(diào)節(jié)可變電阻W3改變基極偏置電阻將改變晶體管的靜態(tài)工作點，從而可以改變放大器的增益。為調(diào)諧回路的總電容

集中選頻放大器實驗電路4.5MHz陶瓷濾波器UAGCS1撥碼開關(guān)置上為1（通）置下為0AGC電壓產(chǎn)生電路MC1350內(nèi)部電路圖3.3

電子噪聲

一.概述：噪聲是一種隨機信號，其頻譜分布于整個無線電工作頻率范圍，因此它是影響各類收信機性能的主要因素之一。干擾與噪聲的分類如下：

干擾一般指外部干擾，可分為自然的和人為的干擾。自然干擾有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等。人為干擾主要有工業(yè)干擾和無線電器的干擾。

噪聲一般指內(nèi)部噪聲，也可以分為自然的和人為的噪聲。本章主要討論自然噪聲，對工業(yè)干擾和天電干擾只做簡略的說明。二.噪聲的來源和特點理論上說，任何電子線路都有電子噪聲，但是因為通常電子噪聲的強度很弱，因此它的影響主要出現(xiàn)在有用信號比較弱的場合，在電子線路中，噪聲來源主要有兩方面：電阻熱噪聲和半導體管噪聲，兩者有許多相同的特性。1電阻的熱噪聲電阻由導體等材料組成，導體內(nèi)的自由電子在一定的溫度下總是處于“無規(guī)則”的熱運動狀態(tài)，這種熱運動的方向和速度都是隨機的。自由電子的熱騷動在導體內(nèi)形成非常弱的電流。電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有極寬的頻譜，從零頻一直延伸到10-13Hz以上的頻率，而且它的各個頻率分量的強度是相等的。這種頻譜與白色光的光譜類似，因此將具有均勻連續(xù)的噪聲叫做白噪聲，電阻的熱噪聲就是一種白噪聲。2.晶體三極管的噪聲晶體三極管的噪聲是設(shè)備內(nèi)部固有噪聲的另一個重要來源。一般說來，在一個放大電路中，晶體三極管的噪聲往往比電阻熱噪聲強得多，在晶體三極管中，除了其中某些分布，如基極電阻rbb′會產(chǎn)生熱噪聲外，還有以下幾種噪聲來源。1）散彈（粒）噪聲在晶體管的pn結(jié)中（包括二極管的pn結(jié)），每個載流子都是隨機地通過pn結(jié)的（包括隨機注入、隨機復合）。大量載流子流過結(jié)時的平均值（單位時間內(nèi)平均）決定了它的直流電流I0，因此真實的結(jié)電流是圍繞I0起伏的。這種由于載流子隨機起伏流動產(chǎn)生的噪聲稱為散彈噪聲，或散粒噪聲。因為散彈噪聲和電阻熱噪聲都是白噪聲，前面關(guān)于熱噪聲通過線性系統(tǒng)的分析對散彈噪聲也完全適用。這包括均方相加的原則，通過四端網(wǎng)絡(luò)的計算以及等效噪聲帶寬等。

晶體管中有發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，因為發(fā)射結(jié)工作于正偏，結(jié)電流大。而集電結(jié)工作于反偏，除了基極來的傳輸電流外，只有反向飽和電流（它也產(chǎn)生散彈噪聲）。因此發(fā)射結(jié)的散彈噪聲起主要作用，而集電結(jié)的噪聲可以忽略。晶體管中通過發(fā)射結(jié)的少數(shù)載流子，大部分由集電極收集，形成集電極電流，少數(shù)部分載流子被基極流入的多數(shù)載流子復合，產(chǎn)生基極電流。由于基極中載流子的復合也具有隨機性，即單位時間內(nèi)復合的載流子數(shù)目是起伏變化的。晶體管的電流放大系數(shù)α、β只是反映平均意義上的分配比。這種因分配比起伏變化而產(chǎn)生的集電極電流、基極電流起伏噪聲，稱為晶體管的分配噪聲。

分配噪聲本質(zhì)上也是白噪聲，但由于渡越時間的影響，響當三極管的工作頻率高到一定值后，這類噪聲的功率譜密度將隨頻率的增加而迅速增大。2）分配噪聲3）閃爍噪聲由于半導體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。它與半導體表面少數(shù)載流子的復合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱1/f噪聲。因此，它主要在低頻（如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。這種噪聲也存在于其他電子器件中，某些實際電阻器就有這種噪聲。晶體管在高頻應用時，除非考慮它的調(diào)幅、調(diào)相作用，這種噪聲的影響也可以忽略。3.場效應管噪聲在場效應管中，由于其工作原理不是靠少數(shù)載流子的運動，因而散彈噪聲的影響很小。場效應管的噪聲有以下幾個方面的來源：溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲，溝道熱噪聲通過溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應噪聲，閃爍噪聲。

必須指出，前面討論的晶體管中的噪聲，在實際放大器中將同時起作用并參與放大。有關(guān)晶體管的噪聲模型和晶體管放大器的噪聲比較復雜，這里就不討論了。研究噪聲的目的在于如何減少它對信號的影響。因此，離開信號談噪聲是無意義的。

從噪聲對信號影響的效果看，不在于噪聲電平絕對值的大小，而在于信號功率與噪聲功率的相對值，即信噪比，記為S／N（信號功率與噪聲功率比）。即便噪聲電平絕對值很高，但只要信噪比達到一定要求，噪聲影響就可以忽略。否則即便噪聲絕對電平低，由于信號電平更低，即信噪比低于1，則信號仍然會淹沒在噪聲中而無法辨別。因此信噪比是描述信號抗噪聲質(zhì)量的一個物理量。三.

噪聲系數(shù)計算方法1.噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)可由下式表示設(shè)Pi為信號源的輸入信號功率，Pni為信號源內(nèi)阻RS產(chǎn)生的噪聲功率，Po和Pno分別為信號和信號源內(nèi)阻在負載上所產(chǎn)生的輸出功率和輸出噪聲功率。圖3.4描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，其定義為2.信噪比與負載的關(guān)系設(shè)信號源內(nèi)阻為RS，信號源的電壓為US（有效值），當它與負載電阻RL相接時，在負載電阻RL上的信噪比計算如下：信號源在RL上的功率信號源內(nèi)阻噪聲在RL上的功率在負載兩端的信噪比結(jié)論：信號源與任何負載相接本不影響其輸入端信噪比，即無論負載為何值，其信噪比都不變，其值為負載開路時的信號電壓平方與噪聲電壓均方值之比。在負載兩端的信噪比3.用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù)放大器輸入信號源電路如圖3.5所示。任何信號源加上負載后，其信噪比與負載大小無關(guān)，信噪比均為信號均方電壓（或電流）與噪聲均方電壓（或電流）之比。放大器的噪聲系數(shù)NF為

Pai和Pao分別為放大器的輸入和輸出額定信號功率，Pani和Pano分別為放大的輸入和輸出額定噪聲功率，Gpa為放大器的額定功率增益。以額定功率表示的噪聲系數(shù)4.多級放大器噪聲系數(shù)的計算多級放大器噪聲系數(shù)計算等效圖多級放大器的總噪聲系數(shù)計算公式為：5.等效噪聲溫度在某些通信設(shè)備中，用等效噪聲溫度Te表示更方便更直接。熱噪聲功率與熱力學溫度成正比，所以可以用等效噪聲溫度來代表設(shè)備噪聲大小。噪聲溫度可定義為：把放大器本身產(chǎn)生的熱噪聲折算到放大器輸入端時，使噪聲源電阻所升高的溫度，稱為等效噪聲溫度Te。多級放大器的等效噪聲溫度為：7.噪聲系數(shù)與靈敏度

噪聲系數(shù)是用來衡量部件(如放大器)和系統(tǒng)(如接收機)噪聲性能的。而噪聲性能的好壞，又決定了輸出端的信號噪聲功率比(當信號一定時)。同時，當要求一定的輸出信噪比時，它又決定了輸入端必需的信號功率，也就是說決定放大或接收微弱信號的能力。對于接收機來說，接收微弱信號的能力，可以用一重要指標——靈敏度來衡量。所謂靈敏度就是保持接收機輸出端信噪比一定時，接收機輸入的最小電壓或功率(設(shè)接收機有足夠的增益)。雖然線性電路(如晶體管放大器)有噪聲模型，但是用計算方法決定噪聲系數(shù)是有一定困難(如模型中的一些參數(shù)很難準確得到)的，因此常用測量的方法來確定一個電路和系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。隨著頻率范圍、采用儀器或要求精度不同，有多種測量噪聲系數(shù)的方法。用噪聲信號源的測量方法下圖是一測量系統(tǒng)的構(gòu)成。噪聲信號源特測放大器輔助放大器均方電壓表8.噪聲系數(shù)的測量2.無噪聲源的測量方法當無合適的噪聲信號源，而又要測量部件或系統(tǒng)的噪聲系數(shù)時，可以采用間接的方法，與上圖類似，將噪聲信號源換成一高頻信號源即可。測量的方法如下：設(shè)信號源的內(nèi)阻為RS，并與系統(tǒng)匹配。首先，關(guān)斷信號源（保留源電阻），在系統(tǒng)的輸出端測出噪聲功率值或電壓均方根值。然后，加正弦信號，使輸出電壓遠大于噪聲電壓值，測出中心頻率的電壓增益或功率增益，再改變信號源頻率重復上述測量。四.降低噪聲系數(shù)的措施

根據(jù)上面所討論的結(jié)果，有3種經(jīng)常采用的減小噪聲系數(shù)的措施。選用低噪聲器件和元件正確選擇晶體管放大級的直流工作點3.選擇合適的信號源內(nèi)阻五.工業(yè)干擾與天電干擾1.工業(yè)干擾工業(yè)干擾是由各種電氣裝置中發(fā)生的電流（或電壓）急劇變化所形成的電磁輻射，并作用在接收機天線上所產(chǎn)生的工業(yè)干擾的強弱取決于產(chǎn)生干擾的電氣設(shè)備的多少、性質(zhì)及分布情況。工業(yè)干擾沿電力線傳播比它在相同距離的直接輻射強度大得多。從工業(yè)干擾的性質(zhì)來看，大都屬于脈沖干擾。為了克服工業(yè)干擾，最好在產(chǎn)生干擾的地方進行抑制。2.天電干擾自然界的雷電現(xiàn)象是天電干擾的主要來源，除此以外，帶電的雨雪和灰塵的運動，以及它們對天線的沖擊都可能引起天電干擾。小結(jié)

1.電子設(shè)備的性能在很大程度上與干擾和噪聲有關(guān)。在通信系統(tǒng)中，接收機的靈敏度與噪聲有關(guān)，提高接收機的靈敏度有時比增加發(fā)射機的功率可能更為有效。因此研究各種干擾和噪聲非常必要。

2.所謂干擾（或噪聲），就是除有用信號以外的一切不需要的信號及各種電磁騷動的總稱。干擾（或噪聲）按其發(fā)生的地點分為由設(shè)備外部進來的外部干擾和由設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的干擾；按接收的根源分有自然干擾和人為干擾，按電特性分有脈沖型，正弦型和起伏型干擾等。

3.干擾和噪聲是兩個同義的術(shù)語，沒有本質(zhì)的區(qū)別。習慣上，將外部來的稱為干擾，內(nèi)部產(chǎn)生稱為噪聲，本章主要討論具有起伏性質(zhì)的內(nèi)部噪聲。外部也有一部分具有起伏性質(zhì)的干擾一并討論。即使內(nèi)部干擾，也有人為的（或故障性的）和固有的內(nèi)部噪聲才是我們要討論的內(nèi)容。