高频电子线路第2章小信号选频放大器

第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器2.1谐振回路2.2小信号谐振放大器2.3集中选频放大器2.4放大器的噪声功能：从众多微弱的高频信号中选出有用频率信号加以放大并对无用信号加以抑制。分类：由LC谐振回路作为选频网络的选频放大器—小信号谐振放大器（调谐放大器）由集中选频滤波器和集成宽带放大器组成的选频放大器—集中选频放大器第2章小信号选频放大器§2.1谐振回路LC谐振回路：●选频和阻抗变换●用途广范●LC并联谐振回路和LC串联谐振回路2.1.1并联谐振回路的选频特性一.LC并联谐振回路阻抗频率特性r：Ｌ的等效损耗电阻：回路输入(电流源)：回路输出（电压）SIOU第2章小信号选频放大器LC并联谐振回路的等效阻抗：)1()()1()()1(||)(CjLjrCjLjrCjLjrIUZSO虚部、实部分开并整理)1(1)1()(CrrLjLrjCrLZ(a)式谐振时上式为实数（故分母中的虚部和分子中的虚部必须相互抵消）设谐振角频率为ω0，有：CrrLLrooo1LC并联谐振回路的谐振角频率为：LCrLCLro22211LC1与ｒ有关第2章小信号选频放大器实际电路中，ｒ通常很小，满足ｒ＜＜ωＬ，（ａ）式近似为：)1(11CLjrCLCjLjrCLZ（ｂ）式LCfLCoo211或谐振时回路的等效阻抗为最大，且为纯电阻，称为，并联谐振电阻：CrrLLrooo1第2章小信号选频放大器通常在LC并联谐振回路中，为了评价回路的损耗大小，引入品质因数“Ｑ”，定义为回路谐振时的感抗（ω0Ｌ）或容抗(１/ω0C)与回路等效损耗电阻r之比LCo1CrLpR(带入)(带入)Rp又可表示为：CLQRp一般，ＬＣ谐振回路的Ｑ值在几十至几百范围内，Ｑ值越大，回路的损耗越小，选频特性越好。LC并联谐振回路阻抗的频率特性：即Z—ω的关系)1(CLjrCLZ（ｂ）式第2章小信号选频放大器)1(CrrLjCrLZ１)(ooorLjCrLZ１带入ω0)(QRoopjZ１00000002020022)(2))((ff应用中,谐振回路处于谐振状态，外加信号频率ω与ω0很接近（工作于小量失谐状态），近似认为：ω+ω0=2ω0，ω*ω0=ω0*ω0令Δω=ω－ω0表示实际信号频率偏离谐振频率的程度,称为失谐量。其绝对值称为绝对失谐量，故有：可近似认为)2(QR)2(QRopopffjjZ１１第2章小信号选频放大器Z的频率特性分两部分：20)2(1QRZp)2arctan(0Q第2章小信号选频放大器可见：1.谐振时：即时也即00并联谐振回路阻抗为最大且为纯电阻，相移为零2.失谐时:即时也即00并联回路阻抗下降,相移增大:3.取不同Q值,可得不同幅频特性曲线和相频特性曲线Q大，RP大：幅频特性曲线更尖锐，选择性好相频特性曲线在谐振频率附近更陡峭第2章小信号选频放大器例2．1．1并联谐振回路如图所示，已知L＝180µH，C＝140pF，r＝10Ω。试求：(1)该回路的谐振频率fO；品质因数Q及谐振电阻RP，(2)Δf＝±10kHz、±50kHz时并联回路的等效阻抗及相移。解：（1）MHzLCfo121113rCLQKCrL129Rp第2章小信号选频放大器二．并联谐振回路的通频带和选择性１．电压谐振曲线)2(Q)2(QRopopssoffjUjIZIU１１分两部分第2章小信号选频放大器２２（１１：）电压幅频特性（模）（)Q1opoffUU)2arctan(0ffQ（２）电压相频特性：第2章小信号选频放大器２.通频带第2章小信号选频放大器QffBffffUUBowoopow２则２即１２（１１根据定义推导２7.07.01Q2)Q:2121时，回路损耗的功率为１即当处，，在通频带边界２poUUff可见：回路Q越大，幅频特性曲线越尖锐，选择性越好，通频带越窄，回路谐振频率fo越高，通频带越宽称“半功率点带宽”点”，这两个频点为“半功率，故又称２7.01wBff第2章小信号选频放大器3.选择性谐振回路工作时其谐振频率应调谐在信号的中心频率上，选择性是指回路从含有各种不同频率信号中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。常用“矩形系数(K0.1)”来衡量选择性的好坏,理想情况，频率特性曲线为矩形，矩形系数：K0.1=1一般情况矩形系数：第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器例设一放大器以简单并联振荡回路为负载,信号中心频率fs=10MHz,回路电容C=50pF,(1)试计算所需的线圈电感值。(2)若线圈品质因数为Q=100,试计算回路谐振电阻及回路带宽。解：(1)f0=fs=10MHzH07.5)2(121202CfLLCfo得由kLQCQROp8.310（2）kHzQfBw10007.0第2章小信号选频放大器2．1．2阻抗变换电路在实际应用中，谐振回路必须与信号源和负载相连接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对谐振回路产生影响，使回路的等效品质因数下降，选择性变差，同时还会使谐振回路的谐振频率发生偏移。第2章小信号选频放大器222222222)()()(1,LrLjLrrLrLjrLjrLjrLjrLjryrL串联电路的导纳为：22222LLrLr时，当可见，并联谐振回路中L与r串联电路可等效变换成L与RP并联电路，并联的电阻为RP比串联电阻r大很多。第2章小信号选频放大器pLseLsRRRRRR||||阻为：的影响后的并联谐振电，考虑了由Re求得等效并联谐振回路的品质因数称“有载品质因数”：，通频带变宽将导致回路选择性变差越小越小，、且，故因eLsepeQRRQQRR第2章小信号选频放大器例2．1．2并联谐振回路如图所示，已知L＝586µH，C＝200pF，r＝12Ω，Rｓ＝RＬ＝200kΩ，试分析信号源、负载对谐振回路特性的影响。解：(1)不考虑Rs、RＬ影响：kHzQfBWkCrLRrCLQkHzLCfopo3.3244143465217.0变大变小变小kHzQfBWCLRQkRRRReoeepLse2.115.4171||||7.0(2)考虑Rs、RＬ影响后，回路的L、C没有变化，故谐振频率仍为465kHz(严格讲与回路损耗电阻有）第2章小信号选频放大器•采取措施提高回路选择性，•减小Rs、RＬ对回路的影响？•增大Rs、RＬ程度有限•常采用阻抗变换电路第2章小信号选频放大器二、常用阻抗变换电路三种：变压器阻抗变换电路，电感、电容分压器阻抗变换电路1.变压器阻抗变换电路：第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器例：电路如图，回路由电流源激励,忽略回路本身的固有损耗,试求回路两端电压u(t)的表示式及回路带宽。第2章小信号选频放大器解由于忽略了回路本身的固有损耗,因此可以认为Q→∞。由图可知,回路电容为pFCCCCC10002121谐振角频率为sradLC/10170电阻R1的折算系数等效到回路两端的电阻为第2章小信号选频放大器输出电压为回路有载品质因数回路带宽第2章小信号选频放大器§2.2小信号谐振放大器（小信号调谐放大器）第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器对LC并联谐振回路：第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器解：610)(10531.1231234231231411614PNNNNNNNnsQLGo）（)(614.0312122222221msnGnknkGnGGiepoee3101234231212412NNNNNNn第2章小信号选频放大器pFnCnCCCnCCnCCLfCLCfieoeTieoeToTTo18.25)2(121.22222221421422故而）（96.947.364.8154.15||54.15||.31.07.0142121KQfBwGLQAeGnneyGnnyAeoeoeuojejfeefeuofe）（第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器常用于要求带宽较宽的场合，如电视机的“高频头缺点：调节较难第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器所谓干扰（或噪声）,就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器理论和实践证明：率谱密度单位频带内的功率称功),(fS均值）表示：方后再取平，常用电压均方值（平无法写出其数学表达式间的统计平均值为零，是随机变化的，较长时噪声电压电阻热噪声等效电路一电阻热噪声的计算)(.2.4.2tunHzWkTRfS/4)(均值：故噪声电压方均根值平第2章小信号选频放大器均值）方后再取平，常用电压均方值（平无法写出其数学表达式间的统计平均值为零，是随机变化的，较长时电压无噪声电阻和一个噪声实际电阻可用一个理想)(tun二.串并联电阻的噪声计算第2章小信号选频放大器三.等效噪声带宽第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器QffdffQBn2)2(11020式中,Δf为相对于f0的频偏,由此可得等效噪声带宽为己知并联回路的3dB带宽为B0.7=f0/Q,故7.07.057.12BBBn第2章小信号选频放大器注意：线性网络的等效噪声带宽Bn与信号的BW0.7带宽不是同一概念，Bn是从噪声的角度引出的，而BW0.7是对信号而言的，两者之间有一定联系，如。当谐振回路的谐振曲线越接近矩形，Bn越接近BW0.77.07.057.12BwBwBn第2章小信号选频放大器第2章小信号选频放大器2.用额定功率和额定功率增益表示噪声系数）额定功率输出信号（功率最大值）额定功率输出噪声（功率最大值）额定功率输入信号（功率最大值）额定功率输入噪声（功率最大值::::somnomsimnimPPPP额定功率,又称可用功率,是指信号源所能输出的最大功率，当放大器输入和输出端满足阻抗匹配时，simsompmPPA值称为额定功率增益：放大器的功率增益最大nimpmnAmnimpmnomnomsomnimsiFPAPPAPPPPPN1m第2章小信号选频放大器npmnAmnimpmnomFkTBAPPAPN1则：3.多级放大器的噪声系数率在输出端产生的额定功级放大后信号源内阻热噪声经两由三项构成：总输出额定噪声功率：.121221nAmnAmpmnpmpmnomPPAkTBAAP的额定噪声功率在输出端产生）（第二级内部噪声噪声功率后在输出端产生的额定经第二级放大）（第一级内部噪声npmFnAmnpmFn