集中选频放大器

任务二集中选频放大器任务引入在高频小信号谐振放大器中，为了获得更高的增益和较好的谐振特性，往往采用多级放大器级联，各级谐振回路的谐振频率参差错开，此种方式虽然也有较广泛的应用。但受单调谐回路、双?餍郴芈纷陨硇阅艿南拗疲窕芈返?和都有影响，这会影响到各级增益、通频带和选择性的稳定性。随着无线通信技术的发展与应用，对放大器增益与选频特性、应用的方便性有了更高的要求。从高频小信号放大器的基本功能而言，就是放大加选频，为此提出放大和选频能否分别设计，即引出了集中选频放大器。任务分析近年来，随着电子技术的发展，出现了越来越多的高频线性集成电路，有的宽带运算放大器的增益带宽积可达几个吉赫（GHz），专用的高频集成放大器在几十兆赫上可以得到50dB以上的增益，在一、二百兆赫上可以得到30～40dB的增益。因此，在许多新的无线电设备中，越来越广泛地采用高频集成放大器。与此同时，也出现了各种集中选择性滤波器，简称集中滤波器。例如，LC集中选择滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。高频集成放大器和集中滤波器的发展，为采用把放大和选频两个功能分开的集中选频中频放大器创造了条件。集中选频中频放大器用高频放大器集中放大中频信号，用集中滤波器集中选频滤波，克服了调谐中频放大器分级选频的缺点，而被广泛地采用于要求增益高、频带宽、选频特性好的无线电设备中。例如，用于要求较高的电视接收机、通信接收机中作中频放大器。作为线路设计人员，设计集中选频中频放大器的任务：一是在了解器件（集成放大器和集中滤波器）性能的基础上，正确地选用满足性能要求的器件；另一任务是掌握器件间的接口技术，正确地进行相互连接，以发挥各器件的功能。相关知识一、集中选频放大器的优点1．采用集中放大与集中滤波，把放大和选频两个任务分别由高频集成放大器和集中滤波器来担任。它们作为两个基本部件，分别由厂家惊心设计、生产。使用它们组成的集中选频中频放大器具有线路组成简单，性能稳定可靠，价格便宜的优点。2．集中选频中频放大器中的集中滤波器是经过专门的设计、生产、调试的，它具有近似理想矩形特性的谐振曲线，是分级选频的级联调谐放大器难以达到的，甚至可以说整个接收机的选择性都可以由集中滤波器来完成，对其余各级的选择性要求就不高了。此外，由于集中选频放大器的选择性好，对干扰信号的衰减很大，如果把它放在中放级的前端，就有利于减少以后各级放大时由于干扰信号引起的交调、互调等非线性失真。3．对于集中选频中频放大器的线路和设备设计人员来说，主要是正确地选择和使用高频集成放大器和集中滤波器这两个部件。大大地简化了高频放大器的设计与调整，从而缩短了线路和设备的设计与制作周期。二、集中选频放大器的组成方式集中选频放大器有两种组成方式。1）方式一：集中滤波器接于宽带放大器的后面，见图3-2-16。这种接法要注意的问题是集成放大器与集中滤波器阻抗匹配的问题，一是集成放大器的输出阻抗与滤波器的输入阻抗匹配，二是滤波器的输出阻抗与负载阻抗相匹配。图3-2-16高频集中选频组成方式一2）方式二：集中滤波器放在集成宽带放大器的前面，见图3-2-17。图3-2-17高频集中选频组成方式二这种接法的优势是：当所需要放大信号的频带以外有强干扰信号时，强干扰信号被集中滤波器滤除，不致直接集成宽带放大器，可避免在强干扰作用下，由于放大器的非线性而产生的交调、互调干扰。但考虑到有些集中滤波器对有用信号也有较大的衰减，使集中滤波器输出的有用信号减弱，从而使集成放大器中噪声对信号的影响加大，致使整个放大器的输出信噪比下降，为此，可以在集中滤波器的前面加一级前置放大器，用以补偿集中滤波器对有用信号的衰减。三、集中滤波器集中滤波器是集中选频放大器的一个重要组成部分，包括有：集中选择滤波器、压电陶瓷滤波器、晶体滤波器和声表面波滤波器等。1．集中选择滤波器集中选择滤波器是由多级滤波器组成，每个单节滤波器是由电容耦合的两个并联谐振回路组成，如图3-2-18所示。图3-2-18集中选择滤波器a）集中选择滤波器b)单节滤波器2．陶瓷滤波器陶瓷滤?ㄆ魇怯啥嗉短沾尚痴褡幼槌傻摹?陶瓷谐振子是用一种经极化后的锆钛酸铅陶瓷材料片（称作“压电陶瓷片”），两面涂上银层作为电极而制成。压电陶瓷片具有一种“压电物理效应”，如果在陶瓷片的两面加一高频交流电压，就会产生机械形变振动，同时机械形变振动又会产生交变电场，即同时产生机械振动和电振荡。当外加高频电压信号的频率等于陶瓷片的固有振动频率时，将产生谐振，此时机械振动最强，相应的陶瓷两面所产生的电荷量最大，此时外电路的电流最大。因此，陶瓷片具有谐振特性，可代替电路中的谐振回路用作滤波器。（1）两端陶瓷滤波器两端陶瓷滤波器的结构示意图、图形符号及等效电路如图3-2-19所示。两端陶瓷滤波器相当于一个单调械回路，由于它频率稳定、选择性好、具有合适带宽，常把它做成固定的中频滤波器使用。a)b)c)图3-2-19两端陶瓷滤波器及其等效电路a)结构图b)符号c)等效电路（2）三端陶瓷滤波器三端陶瓷滤波器的结构示意图、图形符号及等效电路如图3-2-20所示，其中1、3端是输入端，2、3端是输出端。如果输入信号频率等于陶瓷滤波器的串联谐振频率，陶瓷片便产生相当于谐振频率的机械振动，由于压电效应，输出端将产生频率为谐振频率的输出电压。三端陶瓷滤波器相当于一个双调谐回路，可以替代中频放大电路的中频变压器。三端陶瓷滤波器目前在集成电路接收机中得到广泛应用。a)b)c)图3-2-20三端陶瓷滤波器的结构示意图、图形符号及等效电路a)结构图b)符号c)等效电路（3）四端陶瓷滤波器为提高陶瓷滤波器的滤波效果，可将陶瓷械振子通过串、并联的形式组合在一起，构成四端口陶瓷滤波器。一般来说，陶瓷片数目越多，滤波效果越好。图3-2-21是两种四端滤波器，图a）是二单元形，图b）是五单元形。a)b)图3-2-21四端陶瓷滤波器a)二单元型b)五单元型3．晶体滤波器晶体滤波器由多级晶体谐振子组成的。晶体谐振子（石英晶体）是用特殊方式切割成的石英晶体片两面涂上银层作为极板，焊上引线作为电极，再加上金属壳、玻璃壳或胶壳封装而制成的，简称晶振，见图3-2-22。a)b)图3-2-22石英晶体外形图a)内部结构b)外形晶体谐振子与陶瓷谐振子一样，它也是利用石英晶体的压电物理效应而制成的，具有谐振特性。其电路符号与等效电路也与陶瓷谐振子一致，见图3-2-19。由于晶体谐振子的固有机械振动频率，即谐振频率只与晶片的几何尺寸有关，所以晶片具有很高的频率稳定性，而且晶片尺寸做得越精确，谐振频率的精度越高。因此，石英晶片是一个十分理想的谐振系统，常采用晶体谐振子代替谐振回路构成石英晶体振荡器，其频率稳定度一般可达10-8～10-6数量级，甚至更高；同时，也像陶瓷滤波器一样，可用晶体谐振子通过串、并联组合在一起，构成效果更好的四端晶体滤波器。4．声表面波滤波器（1）声表面波滤波器的结构与工作原理声表面波滤波器是一种新型的电子元件，常称为SWAF（SurfaceAcousticWaveFilter）。声表面波滤波器的结构示意图和符号如图3-2-23所示。它是以石英、铌酸锂或锆钛酸铅等压电晶体为基片，经表面抛光后在其上蒸发一层金属膜，通过光刻工艺制a)b)图3-2-23声表面波滤波器的结构示意图与电路符号a)结构示意图b)符号成两组具有能量转换功能的交叉指型（简称叉指）的金属电极，分别称为输入叉指换能器和输出叉指换能器。当输入叉指换能器接上交流电压信号时，压电晶体基片的表面就产生振动，并激发出与外加信号同频率的声波，此声波沿着基片的表面在与叉指电极垂直的方向传播，即声表面波。其中一个方向的声波被吸声材料吸收，另一方向的声波则传送到输出叉指换能器，被转换为电信号输出。在声表面波滤波器中，信号经过电-声、声-电两次转换，且由于基片的压电效应，使得当输入信号频率与叉指换能器固有频率相同时，激发的声波最强，信号的传输效率最高；如果输入信号的频率与其固有频率不同，则激发的声波弱，信号传输效率低，偏差越大效率越低。通过两个叉指换能器的共同作用，使声表面波的选频特性较为理想，图2-8所示为电视接收机使用的声表面滤波器的幅频特性。声表面滤波器的中心频率、通频带等性能与压电晶体基片的材料，以及叉指电极的几何形状与指条数目有关。只要设计合理，可保证其有较高的精度，使用时不需调整。但带内衰减较大，宜采用方式二构成集中选频放大器。目前，声表面波滤波器的使用工作频率范围可从十几兆赫做到上千兆赫；相对带宽可以从百分之几做到50%；带内衰减一般为10～15dB，可以做到07dB；最大带外抑制可以做到60～80dB；矩形系数可以做到2～1.1。图3-2-24是一种用于通信机中声表面波滤波器的幅频特性。图3-2-24一种用于通信机中声表面波滤波器的幅频特性（2）声表面波滤波器的特点1）体积小、重量轻、中心频率可以做得很高、相对带宽较宽、矩形系数接近于1。2）采用与集成电路工艺相同的平面加工工艺制作，适宜大规模生产。3）性能稳定可靠，使用时不需调整。5．各种集中滤波器的性能比较各种集中滤波器的共同特性是具有谐振特性、具有选频作用，但不同的集中滤波器的结构、原理与工作性能不尽相同。在此，以表的形式将各种集中滤波器的性能特点进行对比，以加深对各种集中滤波器的理解，详见表3-2-3。表3-2-3各种集中滤波器的主要特点LC集中选择滤波器陶瓷滤波器晶体滤波器声表面滤波器工作频率几百兆赫以下几百千赫～10兆赫100兆赫以下1～1000兆赫带宽（）可以得到较宽或较窄的频带0.5%～6%千分之几0.5%～40%选择性（矩形系数）较大小较小近似为1其它优点可根据需要获得要求的衰减特性体积小、重量轻，加工方便，成本低，使?檬蔽扌韪丛拥髡?体积小，工作稳定性好，使用时无需复杂调整。用平面加工工艺制作，易于实现要求特性，体积小，使用时无需复杂调整。主要缺点体积大，不易集成化、调整麻烦稳定性稍差通频带较差带內衰减较大应用场合在以前生产的各种无线电接收机中广泛地应用用作电视机、收音机、调频机中频放大器的滤波器用于窄频带的通信接收机及仪表中可工作于高频、超高频、微波波段。用于通信系统、雷达、彩色电视机宽带中频放大器的滤波器任务实施一、各种集中滤波器的识别、选用与测试以学生课外实践为主，通过查看书籍或上网查阅相关资料，列举常用集中滤波器的型号、规格与性能参数，以及产品的适用范围与主要生产厂家或供货渠道。二、收集常用集成宽带高频放大器的资料以学生课外实践为主，通过查看书籍或上网查阅相关资料，列举常用集成宽带高频放大器的型号、规格与性能参数，以及产品的适用范围与主要生产厂家或供货渠道。三、典型集中选频放大器应用分析由于线性宽频带集成电路能对高频小信号提供高增益、宽频带、稳定性好的放大，可将它与选频电路相结合组成各种常用的集中选频放大器。1．μPC1018集成中频放大器μPC1018是一种广泛应用于调频（FM）、调幅（AM）的集成中频放大器。它为双列直插式16脚塑料封装，工作电压为2.5～6V;它的内部有调频、调幅分开的中频放大器，还有调幅的本振、混频及自动增益控制等电路。图3-2-25是集成电路μPC1018构成的中频放大器，点划线框内是集成电路的内部结构框图，点划线外是它的外围电路。图3-2-25集成电路μPC1018构成的中频放大器（1）调幅（AM）中频放大器工作原理：调幅部分由输入选频、本振混频和中频放大三个电路组成。输入选频电路由L3、C2．组成，其作用是从天线接收的信号号中选出需要的电台信号，经过L4耦合，从16脚送入混频电路。L1、C1本振的振荡回路，本振信号经L2耦合，从1脚送入混频电路。经混频后获得的多种频率信号从15脚输出。L5、C4和L6、C5、C6组成双调谐中频选频回路，具有较好的选频特性，其谐振频率为465KHZ。选出的中频信号从C5、C6连接点以电容分压部分接入方式，经14脚送入中频放大器。这种部分接入方式能实现级间阻抗匹配，减小放大器对选频回路的影响。中频放大器为线性宽频带放大器，其内部是直接耦合的多级放大器，