高频选频放大器

第二章高频选频放大器通信工程2高频选频放大器：窄带本章主要内容小信号调谐放大器接收设备窄带高频小信号放大→谐振回路高频功率放大器发送设备丙类谐振功率放大器丁类谐振功率放大器32.1小信号调谐放大器概述作用：选频+放大电路组成：谐振系统＋放大器谐振系统的形式：单/双LC,晶体、陶瓷、声表面波滤波器谐振系统的作用：选择有用信号，抑制干扰2.1小信号调谐放大器概述共射单回路谐振放大器典型的小信号谐振放大器52.1小信号调谐放大器概述主要技术指标谐振增益：通频带：BW0.7--电压增益下降3dB或最大值的0.7倍时，对应的频带宽度;要求大于信号带宽选择性：BW0.1--从各种频率信号中选出信号的能力,也即选频电路对无用信号的抑制能力。输出下降20dB或最大值的0.1倍时对应的频带宽度矩形系数：稳定性：温度变化时，AV0,f0，BW0.7的稳定程度offVoViVoA电压增益：701010BWBWK.../2.1小信号调谐放大器概述72.1小信号调谐放大器概述问：三个放大器的通频带和选择性曲线如下，哪个放大器的性能好82.2单谐振回路－LC谐振回路电抗、电阻的串并联等效转换RpXpZp(j)(a)(b)RsXsZs(j)ssspppppppppppjXRZXXRRjRXRXjXRZ222222//ppppsppppsXXRRXRXRXR222222ssspssspXXRXRXRR2222类似也可得：92.2单谐振回路－LC谐振回路由Q值的定义可知：ppssXRRXQ有功功率无功功率ssspssspXXRXRXRR2222ppppsppppsXXRRXRXRXR222222spspXQXRQR2211)1(转换后电抗元件的性质不变，即电感转换后仍为电感，电容转换后仍为电容。sps2pXXRQR当Q1时102.2单谐振回路－LC谐振回路并联谐振回路)C()Z(ppL1jR11j)(ppppLRCRj1R＝Qωωωωξ00)(:＝失谐系数),(容抗或感抗值谐振时特性阻抗CL1ωp0＝CRLRQ0pp0p/＝j1RQj1RjZp00p)()(＋CLC1Lp0p0112.2单谐振回路－LC谐振回路时，当0ωωQQ0000202）－（）＋（＝0pp2jQ1Rj1RZ20p2p2Q1R1R)(Z＝幅频特性：arctg＝相位特性：Qωωωωξ00)(:＝失谐系数QQ00022＝）－（122.2单谐振回路－LC谐振回路幅频特性和相频特性曲线时，回路呈容抗时，回路呈感抗00谐振时，-回路纯电阻，为最大值RP-回路端电压达最大值；-电感和电容交换能量，与信号源没有能量交换Q↑20)2(1QRZp)2arctg(0Q＝132.2单谐振回路－LC谐振回路谐振曲线、通频带、选择性和矩形系数K0.1ZIVs:回路电压ps0RIV谐振时：202)2(11110||||QRZSpVV,1,21时当S02ωQΔωξQf95.999Qf,BWS001.0时当0.1QfBW0707.0142.2单谐振回路－LC谐振回路959707.01010.BWBWK..QfBW0707.0Qf.BW.010959LC回路的Q越高，谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带却越窄通频带与选择性矛盾152.2单谐振回路－LC谐振回路LC串联谐振回路LrCIZLC串联谐振回路(1)回路总阻抗：CLjrZ1(3)回路Q值(空载):rLQ0(2)谐振频率：LC10(4)通频带：QfBW07.0)(1RppppLRCRjZ＝16(a)串联谐振回路的阻抗特性2.2单谐振回路－LC谐振回路(b)并联谐振回路的阻抗特性CLjrZ1Z()()Z()2π()02πZ()()()2πZ()02π172.2单谐振回路－阻抗变换信号源内阻及负载对谐振回路的影响等效)b(图00////QLRQRRRRbTLLPST）图中：（001'TLSTLCCCCC)a(图182.2单谐振回路－阻抗变换(1)接入系数p定义为接入电压V2与回路总电压V1的比值12NNp.)(自耦变压器图a.)(变压器图b192.2单谐振回路－阻抗变换)()(M2LLjIMLjIUUp21k2k12MLLML221221220LLLLLpM若图(c)电感分压式图(d)电容分压式2k2k12CCj1Ij1IUUpCC2121:CCCCC总电容211CCCp202.2单谐振回路－阻抗变换(2)负载阻抗的部分接入'RVRVLLL21'L22:R:R吸收功率吸收功率'RVRVLL21222221)('pLLLRRVVR)(e图)'(e图2.2单谐振回路－阻抗变换求CS’和IS’sssspI'I,Cp'C2:同理222.2单谐振回路－阻抗变换。和通频带，求谐振频率，，，，负载，谐振电路。信源内阻下图中电容分压式并联例BWfpfCpfCHLrKRKΩRLg021140014020081005:解:电路等效为2.2单谐振回路－阻抗变换sspsspXXQXRQRQR202020111)(电抗的串并联转换：信号源的部分接入：2pR'Rgg24MHzCCCCLπLCπf12121212101578102001026600πrLωQKΩrQRp1971578220kΩ.pR'R.CCCpgg604091010509102322112.2单谐振回路－阻抗变换25KΩ//R'//RRRLpg60.92.208.47108.47102001021060606630KHzQfBWLRQLL2.2单谐振回路－阻抗变换262.3耦合谐振回路单谐振回路存在选择性和通频带的矛盾解决：两个单谐振回路耦合(a)互感耦合谐振回路(b)电容耦合谐振回路两种常见的耦合谐振回路耦合系数21LLMk)(02010CCCCCCCk272.3耦合谐振回路频率特性分析kQ耦合因数互感耦合等效电路互感耦合谐振回路输出电流I2的幅频特性曲线28＜1，松耦合，通频带窄，峰值小＞1，强耦合，出现双峰，谐振时出现凹陷，越大，凹陷越大，带宽更大，但通带内曲线起伏对信号有影响。当凹陷处值小于0.707时失去应用价值＝1，临界耦合，接近理想曲线，最佳工作状态输出电流I2的幅频特性曲线QfBW02QfBW041.099215.31.0K959)(10.K.单谐振回路292.3耦合谐振回路电容耦合谐振回路传输阻抗Zt的幅频特性曲线302.4单管小信号谐振放大器小信号谐振放大器概述线性放大器：线性模型的等效电路分析法窄带放大：负载为谐振回路调谐放大器和频带放大器超外差收音机中频放大器465KHz,电视机图像中频放大器38MHz,伴音中频放大器为31.5MHz主要要求：对有用信号增益高；选择性好；工作稳定可靠312.4单管小信号谐振放大器晶体管混合参数等效电路构成反馈通道，集电极负载随频率变化时，反馈也剧烈变化，从而严重影响放大器的频率特性322.4单管小信号谐振放大器Y参数等效电路小信号放大，工作于线性区窄带信号be＋－bUbIcI＋－cUce(a)be＋bU－yiecreUybfeUyyoececU＋－cIbI(b)受控电流源yreUc表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）。yre越大,表示晶体管的内部反馈越强。332.4单管小信号谐振放大器特点：小信号放大－在线性范围内工作(甲类)并联谐振回路作为负载－选频滤波采用部分接入方式－提高有载Q值，有利于阻抗匹配和调整通频带典型线路共射单回路谐振放大器2.4单管小信号谐振放大器上述耦合方式较容易实现前、后级之间的阻抗匹配。LC并联谐振回路作为晶体管的集电极负载,其谐振频率调谐在输入有用信号的中心频率上。LC回路与本级晶体管的耦合采用自耦变压器耦合方式(部分接入),这样可减弱晶体管输出导纳对回路的影响。负载（或下级放大器）与回路的耦合采用变压器耦合方式,这样,既可减弱负载（或下级放大器）导纳对回路的影响,又可使前、后级的直流供电电路分开。共射单回路谐振放大器变压器耦合输入晶体管放大单谐振回路选频输出352.4单管小信号谐振放大器1.输入信号频率为LC谐振频率时，谐振回路呈现很大的纯电阻，放大器增益最大（放大器增益与负载成正比）2.信号频率偏离谐振频率，回路失谐，阻抗变小，放大器增益减小3.放大器放大谐振频率附近的信号，抑制其他信号，为选频放大器4.工作频率高，所以旁路电容的容量较小（相比较低频放大工作时）362.4单管小信号谐振放大器利用等效电路分析,可得为了增大Av0,要求负载电阻大。而谐振电阻取决于回路空载Q值,且成正比。Av0与p1、p2有关,而p1和p2会影响回路有载Q值，并进一步影响通频带,所以p1与p2的选择应全面考虑,选取最佳值。实际放大器的设计是要在满足通频带和选择性的前提下,尽可能提高电压增益。接入系数(折合到全回路两端)1345213121NNpNNp372.4单管小信号谐振放大器分析左边电路，取走Ry,对电路性能影响如何Ry取走，负载电导YL，Av0有载Q值带宽BW382.4单管小信号谐振放大器多级单调谐放大器如果多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上,则称为多级单调谐放大器。设放大器有n级,各级电压增益振幅分别为Av1,Av2,…,Avn,则总电压增益振幅是各级电压增益振幅的乘积,即An＝Av1Av2…AvnnLnn)ωΔωQ(ξS)211()11(202选择性392.4单管小信号谐振放大器1210nLnQfBW带宽缩减因子,21S当通频带n级相同的单调谐放大器的总增益比单级放大器的增益提高了,而通频带比单级放大器的通频带缩小,且级数越多,频带越窄。换句话说,如多级放大器的频带确定以后,级数越多,则要求其中每一级放大器的频带越宽。402.4单管小信号谐振放大器n1234561.000.640.510.430.390.35K0.19.954.803.763.403.203.10121n当n增大时，矩形系数K0.1减小,选择性得到了改善。矩形系数121100111.0nnnK412.4单管小信号谐振放大器谐振放大器的稳定性反向传输导纳yre≠0,即输出电压可以反馈到输入端,引起输入电流的变化,从而可能引起放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大,且在相位上满足正反馈条件,则会出现自激振荡。从晶体管本身出发,减小其反向传输导纳yre值。–yre≈-jCb’c。yre的大小主要取决于集电极与基极间的结电容Cb’c(密勒电容)。所以选择Cb’c尽可能小,使反馈容抗增大,反馈作用减弱；从电路上设法消除晶体管的反向作用,使它单向化。–中和法–失配法422.4单管小信号谐振放大器中和法：在放大器外部采取措施抵消内部反馈，从而实现放大器的单向化优点：基本不影响放大管的增益缺点：中和电容只能在某一频率上起抵消作用，只能用于窄带谐振放大器。432.4单管小信号谐振放大器失配法信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端的负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。增大负载导纳YL,使输出电路严重失配,回路总电导gΣ增大，输出电压相应减小,从而反馈到输入端的电流减小,这样对输入