高频小信号谐振放大器

第一章高频小信号谐振放大器1.1LC选频网络1.2高频小信号调谐放大器1.3集中选频放大器1.4电噪声1.1LC选频网络1.1.1选频网络的基本特性1.1.2LC选频回路*1.1.4双耦合谐振回路及其选频特性1.1.3LC阻抗变换网络LC选频网络由电感线圈和电容组成，当外界授予一定能量，电路参数满足一定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周期振荡回路。若该电路在某一频率的交变信号作用下,能在电抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具有谐振特性，故该电路又称谐振回路。谐振回路按电路的形式分为：1.串联谐振回路2.并联谐振回路3.耦合谐振回路1.1LC选频网络用途：1.利用他的选频特性构成各种谐振发大器2.在自激振荡器中充当谐振回路3.在调制、变频、解调充当选频网络本章讨论各种谐振回路在正弦稳态情况下的谐振特性和频率特性。1.1.1选频网络的基本特性要求选频电路的通频带宽度与传输信号有效频谱宽度相一致。理想的选频电路通频带内的幅频特性fof1f2理想实际α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.200df)f(dH通频带外的幅频特性应满足0)f(H理想的幅频特性应是矩形，既是一个关于频率的矩形窗函数。矩形窗函数的选频电路是一个物理不可实现的系统，实际选频电路的幅频特性只能是接近矩形矩形窗函数的选频电路是一个物理不可实现的系统，实际选频电路的幅频特性只能是接近矩形定义矩形系数K0.1表示选择性：7.01.01.0f2f2K2Δf0.7称为通频带：7.00212f2)ff(2ffB显然，理想选频电路的矩形系数K0.1=1，而实际选频电路的矩形系数均大于1。fof1f22Δf0.72Δf0.1理想实际α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20另外，为不引入信号的相位失真，要求在通频带范围内选频电路的相频特性应满足df)f(d即理想条件下信号有效频带宽度内的各频率分量都延迟一个相同时间τ，这样才能保证输出信号中各频率分量之间的相对关系与输入信号完全相同。+π/2φ(f)f-π/20理想实际实际选频回路的相频特性曲线并不是一条直线，所以回路的电流或端电压对各个频率分量所产生的相移不成线性关系，这就不可避免地会产生相位失真，使选频回路输出信号的包络波形产生变化φo+π/2φ(f)f-π/20-φofof1f22Δf0．7理想实际1.1.2LC选频回路LC谐振回路分为：电路特点：谐振特性选频特性并联LC谐振回路串联LC谐振回路RpLCRSiSRLCRSiS串联LC谐振回路并联LC谐振回路CRLRpRLCRSuS串联LC谐振回路RLCRSuSCjLjRZ1s)CL(jR1jXRRLCRSuSZS2回路阻抗1电路结构（注意：LR)C1L(X串联LC谐振回路仿真RLCRSuS3回路谐振特性(1)谐振条件：当回路总电抗X=0时，回路呈谐振状态(2)串联谐振阻抗RZso（呈纯电阻，且取最小值）(3)谐振频率：由于，0X即，0C1L0=0LC10LC21f0SOZjXR)C1L(jRZSOSRLCRSuS4品质因数物理意义：谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比iiRiLiQ2io2i=RLo=RiC/i2io2i=RC10RLCRSuS又由于:QRLo，而o2o2oo)(=oo0))((o25回路阻抗频率特性jXRZSC1jLjR)C1L(jR)](RLj1[Rooo其中：o)2jQ1(RZos)j1(RjseZRLCRSuS其中：o2Q称广义失谐2s1RZoSZ讨论：(1)当o，即CL10有00s串联LC谐振回路呈电容性电容性(2)当o，即CL10有00s串联LC谐振回路呈电感性电感性R6．谐振曲线定义：回路电流与工作频率之间的关系常用的谐振曲线为归一化谐振曲线，即为sosssioisZuZuii211Q2Q1Q11OQ2SOQ1Q2S同样定义串联谐振回路端电流的相位为1StgssoZZ)1(jRR7谐振时电压与电流的关系串联谐振回路：Ruiii（取最大值）电感端电压：iooiLuRLjLjiu=ijQu电容端电压：ioioCicjQuCRujj1iuRLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-仿真8通频带串联谐振回路：21iiioi211由定义可得：127.0oQQBo7.02或Qfo结论：Q值越大频带越窄，回路损耗越小。ioiiio121矩形系数:7.01.01.022ffK由定义可得：110021.02oQQQoo96.99927.0=9.969信号源内阻及负载对回路的影响当考虑到信号源内阻sR及负载lR对回路的影响时串联谐振回路Q值：LsoLRRRLQRLQ00两者相比较下降，因此通频带加宽，选择性变坏。sR或LRLQRLCRSuSRL仿真并联LC谐振回路RpLCRSiSRLCRSiSCRLRp并联LC谐振回路1电路结构仿真RLCRSiS2回路阻抗Cj1LjRCj1)LjR(Zp)C1L(jRCLjXRCL（注意：LR)C1L(XZPRLCRSiS3回路谐振特性(1)谐振条件：当回路总电抗X=0时，回路呈谐振状态(2)并联谐振阻抗CRLZpo=pR（呈纯电阻，且取最大值）(3)谐振频率：由于，0X即，0C1L0=0LC10LC21f0RpLCRSiSjXRCLZPPOZRpLCRSiS4品质因数物理意义：谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比P2io2iR/uL/uQ=LRoP+ui-=p2io2iR/uCu=poCRopp2jQ1RZRLCRSiS又由于:QRLo，而o2o2oo)(=oo0))((o2)(RLj1Rooop5回路阻抗频率特性jXRCLZp)1(1/CLRLjRCL)CL1(RLj1Rp其中：oj1RpjpeZopp2jQ1RZj1RpPjpeZ5回路阻抗频率特性RLCRSiS其中：o2Q称广义失谐2pp1RZ1ptg5回路阻抗频率特性2pp1RZ1ptgoPZ讨论：(1)当o，即CL10有00p并联LC谐振回路呈电感性电感性(2)当o，即CL10有00p并联LC谐振回路呈电容性电容性Rp6．谐振曲线定义：并联谐振回路中回路电压与工作频率之间的关系常用的谐振曲线为归一化谐振曲线，即为poipiioipZiZiuu211仿真Q2Q1Q11OQ2POQ1Q2P同样定义并联谐振回路端电压的相位为1PtgppRjR)1(7谐振时电压与电流的关系并联谐振回路：o，piiRiu（取最大值）电感支路电流：iiopoiLjQiiLRjLjui电容支路电流：ipooiciCRjCjui=ijQiRpLCRSiSiiiCiRiL+ui-仿真8通频带定义：在并联谐振回路中21uuioi令：211所对应的频率范围。由定义可得：127.0oQQBo7.02或Qfo结论：Q值越大频带越窄，回路损耗越小。ioiuuo1219信号源内阻及负载对回路的影响当考虑到信号源内阻sR及负载lR对回路的影响时并联谐振回路的有载Q值：LR//R//RQoLpsL空载时的Q值LRQopO两者相比较下降，因此通频带加宽，选择性变坏。sR或LRLQRpLCRSiSRL仿真例1设一并联谐振回路，谐振频率f0=10MHz，回路电容C＝50pF，试计算所需的线圈电感L。又若线圈品质因素为Q＝100，试计算回路谐振电阻及回路带宽。若放大器所需的带宽为0.5MHz,则应在回路上并联多大电阻才能满足要求？HCfCL07.5)2(112020kLQRp8.311007.5102100670解：（1）计算L值（2）回路的谐振电阻和带宽kHzQfB1000（3）求满足0.5MHz带宽的并联电阻并R设回路并联电阻为，回路有载品质因数为LQ20105.0101066'0BfQLpppLRRRRRRLQ并并并＝∥0kR97.7并将已知条件带入，可得：RLCRSiS回路阻抗Cj1LjRCj1)LjR(ZpCjLjRZ1s)C1L(jRCL)CL(jR1jXRCLjXR（注意：LR)C1L(X返回ZPRLCRSuSZSRLCRSuSRLCRSiS回路谐振特性(1)谐振条件：当回路总电抗X=0时，回路呈谐振状态(2)并联谐振阻抗CRLZpo=pR（呈纯电阻，且取最大值）串联谐振阻抗RZso（呈纯电阻，且取最小值）(3)谐振频率：由于，0X即，0C1L0=0LC10LC21f0RpLCRSiSSOZjXRCLZPjXR)C1L(jRZSOSPOZRLCRSuSRpLCRSiS品质因数P2io2iR/uL/uQ=LRoP+ui-iiRiLiQ2io2i=RLo=p2io2iR/uCu=poCR=RiC/i2io2i=RC10（请注意：R与RP的关系）CRLRpRLCRSuSRLCRSiS)(RLj1Rooop回路阻抗频率特性jXRCLZpjXRZS)1(1/CLRLjRCL)CL1(RLj1RpC1jLjR)C1L(jR)](RLj1[Roooopp2jQ1RZj1RpPjpeZ)2jQ1(RZos)j1(RSjseZRLCRSuSRLCRSiS其中：o2Q称广义失谐2pp1RZ2s1RZ1ptg1stg2pp1RZ2s1RZ1ptg1stgoPZoSZ讨论：(1)当o，即CL10有00p并联LC谐振回路呈电感性，0s串联LC谐振回路呈电容性电感性电容性(2)当o，即CL10有00p并联LC谐振回路呈电容性，0s串联LC谐振回路呈电感性电容性电感性RpR6．谐振曲线定义：并联谐振回路：回路电压与工作频率之间的关系串联谐振回路：回路电流与工作频率之间的关系常用的谐振曲线为归一化谐振曲线，即为poipiioipZiZiuu211sosssioisZuZuii211Q2Q1Q11OQ2或PSOQ1Q2PS或同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为1tgS谐振时电压与电流的关系并联谐振回路：o，piiRiu（取最大值）电感支路电流：iiopoiLjQiiLRjLjui电容支路电流：ipooiciCRjCjui=ijQi串联谐振回路：Ruiii（取最大值）电感端电压：iooiLuRLjLjiu=ijQu电容端电压：ioioCicjQuCRujj1iuRpLCRSiSiiiCiRiL+ui-RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-信号源内阻及负载对回路的影响当考虑到信号源内阻sR及负载lR对回路的影响