通信電子電路于洪珍原版第2章

1、,,,第2章 小信號調(diào)諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,2.1概述,一、調(diào)諧放大器分類 1.小信號調(diào)諧放大器 小信號：輸入信號μV?mV 要 求：增益足夠大，通頻帶足夠?qū)?，選擇性好，工作在甲類，多用于接收機,圖2-1 一個

2、典型調(diào)諧放大器的頻率特性,為什么要求通頻帶？ 放大器所放大的一般都是已調(diào)制的信號，已調(diào)制的信號都包含一定譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，讓必要的信號頻譜分量通過放大器。,什么叫選擇性？ 從各種不同頻率信號的總和（有用的和有害的）中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性。,2.1概述,一、調(diào)諧放大器分類 1.小信號調(diào)諧放大器 小信號：輸入信號μV?mV 要 求：增益足夠大，通

3、頻帶足夠?qū)?，選擇性好，工作在甲類，多用于接收機 2.調(diào)諧功率放大器 大信號：輸入信號mV以上 要 求：大的功率和效率，工作在丙類，多用于發(fā)射機,,二、電路特點,采用諧振回路作為放大器的集電極負載。,,第2章 小信號調(diào)諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.

4、8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,2.2LC諧振回路,諧振回路：L, C串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作用：構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)、阻抗變換網(wǎng)絡(luò)等2.2.1串、并聯(lián)諧振回路的基本特性一、并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振回路比較,并聯(lián)諧振回路R0：電感線圈的固有損耗電阻 對信號源而言，L,C,R三者是并聯(lián)關(guān)系,串聯(lián)諧振回路r0：電感線圈的固有損耗電阻 對信號源而言，L,C,R三者是串聯(lián)關(guān)系,1.并聯(lián)諧振回路的阻抗特性,二、并聯(lián)諧振回路,并聯(lián)阻抗,或,,分析

5、：諧振時，回路呈純阻；當 時，回路呈容性；當 時，回路呈感性。,,,,,定義回路諧振電阻R0與諧振時回路電抗（感抗或容抗）的比值為并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)，用Q表示，它表示回路損耗的大小。,2.諧振曲線和通頻帶,1）諧振曲線——回路電壓特性曲線,,感性,容性,繪圖：Q=20-100,,Q對諧振曲線的影響—— Q可以衡量諧振現(xiàn)象的尖銳程度,表示頻率偏離諧振的程度，稱為失諧量。,稱為廣義失諧量，它反映失諧的相對程

6、度。,2）通頻帶 —— 通過有用信號的能力,通頻帶與回路的品質(zhì)因數(shù)Q成反比，Q越高，諧振曲線愈尖銳，回路的選擇性越好，通頻帶越窄。,令,通常對某一頻率偏差,下的,值記為α，叫做回,路對這一指定頻偏下的選擇性。,實際中，常常用分貝來表示,選擇性表示回路對通頻帶以外干擾信號的抑制能力。,3.選擇性 —— 抑制無用信號的能力,4.矩形系數(shù)(一般了解),放大器的電壓增益下降到諧振增益的0.1（或0.001）時，相應(yīng)的頻帶寬度B0.1（或B

7、0.01）與放大器通頻帶B0.7之比,或,并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù),,2.2.2負載和信號源內(nèi)阻對諧振回路的影響,1.負載和信號源內(nèi)阻為純電阻,,信號源,空載品質(zhì)因數(shù) □有載品質(zhì)因數(shù),顯然，QL<Q0 采用部分接入并聯(lián)諧振回路,,減小加載影響,,負載,2.負載和信號源內(nèi)阻含有電抗成分（一般是容性）,回路總電容為： 注意：考慮了負載電容和信號源輸出電容后，在諧振回路的諧振頻率、品質(zhì)因

8、數(shù)等的計算中，式中的電容都要以代入。如：諧振頻率,2.2.3諧振回路的接入方式（重點內(nèi)容）,信號源和負載直接并在L,C元件兩端，存在以下三個問題： ①諧振回路Q 值大大下降，一般不能滿足實際要求； ②信號源和負載電阻常常是不相等的，即阻抗不匹配。當相差較多時，負載上得到的功率可能很小； ③信號源輸出電容和負載電容影響回路的諧振頻率，在實際問題中，RS ,RL,CL,CS給定后，不能任意改動。 解決

9、這些問題的途徑是采用“阻抗變換”的方法，使信號源或負載不直接并入回路的兩端，而是跨接在諧振回路的一部分上——部分接入。,一、阻抗變換的原理,,設(shè),n —— 接入系數(shù)，它表明負載電壓占回路電壓的比例。,,利用等效等效前后消耗的功率相等,二、自耦變壓器接入,,接入系數(shù),,三、電容抽頭接入,接入系數(shù),,,四、互感變壓器接入,,,接入系數(shù),五、電容及信號源部分接入的計算,定義接入系數(shù),則,說明：,（1）0< n <1 , 調(diào)節(jié)

10、n 可改變折算電阻數(shù)值。n 越小，RL 與回路接入部分越少，對回路影響越小， 越大。 （2）對于電容抽頭接入，接入系數(shù)為（3）當外接負載不是純電阻，包含有電抗成分時，上述等效變換關(guān)系仍適用。,,（4）諧振回路信號源的部分接入的折算方法與上述負載的接入方式相同。 （5）為區(qū)別信號源和負載與回路的接入系數(shù) ，在下面信號源和負載均采用部分接入的電路中，規(guī)定: n1 為信號源與回路的接入系數(shù)，

11、 n2 為負載與回路的接入系數(shù)。,本節(jié)知識結(jié)構(gòu)框圖,,,教材 2－4 2－8 2－9 2－14,作業(yè),,第2章 小信號調(diào)諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,2．3單調(diào)諧放大器,一、調(diào)諧放

12、大器的組成諧振回路 單調(diào)諧（LC并聯(lián)） 雙調(diào)諧（耦合諧振）,變壓器或抽頭接入,,,,二、電路分析（以單調(diào)諧放大器為例）,1.電路組成 ?R1、R2、R3為分壓式偏置電阻 ?C1為耦合電容、C2為旁路電容 ?RL為負載電阻 ?L和C組成并聯(lián)諧振回路 ?諧振回路和晶體管的輸出端采用自耦變壓器連接，以減輕晶體管輸出電阻對諧振回路Q值

13、的影響；諧振回路和負載采用緊耦合的變壓器連接 定義,,2.電壓放大倍數(shù)K,,,3.選頻性能,由于因此，放大器的頻率特性取決于諧振電路的頻率特性。 K-f曲線,4.最大增益及阻抗匹配條件,K0受多種因素影響，一般是采用通過調(diào)整匝比的方法獲得高的增益。 是不是 ， 愈大愈好? 為什么？ 要保證一定的QL，又要達到盡可能高的增益，則有一個最佳匝比。,,第2章 小信號調(diào)

14、諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,2．4晶體管的高頻等效電路及頻率參數(shù),思路：運用線性元件組成的網(wǎng)絡(luò)模型來模擬晶體管建立方法：①物理參數(shù)等效電路； ②網(wǎng)絡(luò)模型（雙口網(wǎng)絡(luò)） 一、混合П型等效電路,二、Y參數(shù)等效電路,把晶體管看成一

15、個線性有源四端網(wǎng)絡(luò)Y參數(shù)方程為其中,——輸入導(dǎo)納,,yfe——正向傳輸導(dǎo)納，yfe越大，放大能力越強 yre——反向傳輸導(dǎo)納，它反映了放大器內(nèi)部反饋作用 yoe——輸出導(dǎo)納 晶體三極管的Y參數(shù)可以通過直接測量得到。,三、混合П型等效電路參數(shù)與Y參數(shù)的關(guān)系,四、晶體管的高頻放大能力及其頻率參數(shù) 晶體管在高頻情況下的放大能力隨頻率增高而下降。 1.β ——共發(fā)

16、射極電流放大系數(shù) β下降至1時的頻率，稱為特征頻率。fT是表示晶體管喪失電流放大能力時的極限頻率。,定義,——β截止頻率,2.α ——共基極電流放大系數(shù)，定義為,——α截止頻率 3.參數(shù)間的關(guān)系 最高，說明在高頻情況下共基接法的頻率響應(yīng)應(yīng)優(yōu)于共射接法。,推導(dǎo)過程：,令,利用,因為,又,4.最高振蕩頻率fmax,晶體管共射極接法功率增益Ap=1時的工作頻率。fmax表示晶體管所能夠適應(yīng)的最

17、高極限頻率。在此工作頻率時晶體管已經(jīng)不能得到功率放大。當f>fmax時，無論使用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。 頻率參數(shù)關(guān)系,,第2章 小信號調(diào)諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,2．5高頻調(diào)諧放大器,一、電路組成,輸入,

18、輸出,二、高頻等效電路,（c）,（d）,,,,,晶體管接入系數(shù)負載導(dǎo)納接入系數(shù)將輸出電路所有元件參數(shù)均折合到LC兩端： 電流源,,合并,其中,三、電路性能指標 1.電壓增益,討論：,① 是工作頻率f 的函數(shù)； ②當 時，“—”號表示輸入和輸出有180°的相位差。此外， 是一個復(fù)數(shù)，它也有一個相角 ，因此輸入和輸出之間的相位差不是180

19、°，而是 ； ③當頻率較低時， ， 和 的相位差才是180°； ④ 與晶體管正向傳輸導(dǎo)納 成正比，和回路的總電導(dǎo) 成反比; ⑤ 與n1、n2之間的關(guān)系？,2.通頻帶和選擇性,取其模值 可見，單調(diào)諧放大器的通頻帶、選擇性有與并聯(lián)諧振回路相同的結(jié)論。

20、,例2－1 設(shè)工作頻率f0＝10.7MHz，回路電容C2=56pF，L=4uH，Q0=60，匝數(shù)N=20，接入系數(shù)n1=n2=0.25，晶體管Y參數(shù)：yie＝(0.96+j1.5)mS，yfe＝(37－j4.1)mS，yre＝(0.032－j0.00058)mS，yoe＝(0.058+j0.72)mS，求KV0和B。,四、舉例,,第2章 小信號調(diào)諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管

21、高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,2．6調(diào)諧放大器的級聯(lián),實際應(yīng)用中，常常為了提高增益或改善選擇性，采用多級級聯(lián)放大器。2.6.1多級單調(diào)諧放大器（同步調(diào)諧放大器） 1.多級放大器的增益 假設(shè)有n級放大器，特性相同。總增益,,如果各級放大器的增益相同，則歸一化諧振曲線表達式,,2.通頻帶,① ②保持Bn

22、不變 （各級） （各級） 因此，增益和通頻帶存在嚴重矛盾。 ③改善：參差調(diào)諧放大器、雙調(diào)諧回路放大器,——縮小系數(shù)（縮減因子）,令,或,2.6.2參差調(diào)諧放大器,目的：展寬通頻帶類型：雙參差調(diào)諧，三參差調(diào)諧 1.雙參差調(diào)諧放大器 結(jié)構(gòu)：兩級為一組，一級調(diào)諧在 ，一級調(diào)諧在 。 由曲線，在f1至f2頻率范圍內(nèi)

23、，兩回路特性變化趨勢相互補償。,,在統(tǒng)一的廣義失諧ξ坐標系中，第一級第二級兩級相乘 為求出K最大值，令 ，解得,討論：,1. ，諧振曲線為單峰，在 處 達到最大值 2. ，諧振曲線為雙峰，且隨著 的增加，峰值的高度也隨之下降。（ ） 3. ，兩者的分界線，相當于單峰中最平坦的情況。,極值點,2.三參差調(diào)

24、諧放大器,結(jié)構(gòu)：三級為一組優(yōu)點：幅頻特性更接近矩形，通頻帶更寬缺點：難調(diào)整,2.6.3雙調(diào)諧回路放大器,圖2－36雙調(diào)諧回路放大器圖 圖 2－38 不同耦合程 度時的諧振曲線,作業(yè),教材 2－18

25、 2－20 2－24 2－26,,第2章 小信號調(diào)諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,2．7高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性,2．7．1晶體管內(nèi)部反饋的有害影響 1.放大器調(diào)試困難 2.放大器工作不穩(wěn)定2．7

26、．2解決辦法 1.盡量選用yre小的晶體管； 2.增益不能太高，同時在電路上可采用失配法來減小內(nèi)反饋的影響。,,第2章 小信號調(diào)諧放大器,2.1 概述2.2 LC諧振回路2.3 單調(diào)諧放大器2.4 晶體管高頻等效電路及頻率參數(shù)2.5 高頻調(diào)諧放大器2.6 調(diào)諧放大器的級聯(lián)2.7 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,,,,2.8 集中選頻小信號調(diào)諧放大器,1.集中選頻放大器的組成框圖

27、 2.主要優(yōu)點 1）電路簡單，調(diào)整方便； 2）性能穩(wěn)定； 3）易于大規(guī)模生產(chǎn)、成本低。,前置放大器,集中濾波器,寬帶放大器,,,通頻帶，選擇性,高增益，寬頻帶,,,2.8.1石英晶體濾波器（壓電效應(yīng)）,1.物理特性 石英晶體具有把機械振蕩轉(zhuǎn)換成交變電壓，或把交變電壓轉(zhuǎn)換為機械振蕩的作用。廣泛用于振蕩器或窄帶濾波器。 2.等效電路 3.特點 中心頻

28、率穩(wěn)定，但帶寬很窄,2.8.2陶瓷濾波器（壓電效應(yīng)）,陶瓷濾波器是由鋯鈦酸鋁陶瓷材料制成的。把這種陶瓷材料制成片狀，兩面覆蓋銀層作為電極，經(jīng)過直流高壓極化后具有與晶體類似的壓電效應(yīng)，產(chǎn)生機械形變和極間電場之間的相互轉(zhuǎn)換。 C0為壓電陶瓷片的固定電容，Lq、Cq、rq分別模擬機械振動時的等效質(zhì)量，等效彈性系數(shù)和等效阻尼。 壓電陶瓷片的厚度、半徑等尺寸參數(shù)不同，等效電路參數(shù)也就不同。,將不同諧振特性的壓電陶瓷片進

29、行適當?shù)慕M合連接，就可獲得接近理想矩形的幅頻特性。優(yōu)點：工作頻率動態(tài)范圍大，幾百kHz到幾十MHz缺點：通頻帶不夠?qū)?,2.8.3聲表面波濾波器（聲電換能）,優(yōu)點：工作頻率高（幾MHz到GHz量級），通頻帶寬（B0.7/f0可達到50%），頻響曲線好 1.結(jié)構(gòu)示意圖 在壓電晶體（基體）表面，用真空蒸鍍蒸發(fā)上一層金屬膜，并用光刻工藝制作兩組叉指換能器，一個用作發(fā)射，一個用作接收。,2.工

30、作原理,發(fā)射換能器輸入加入來自信號源的交變電壓，由于壓電效應(yīng)，基體產(chǎn)生彈性形變，激發(fā)出與輸入信號同頻率的彈性波（聲波），這種聲波沿基體表面10μm深度內(nèi)傳播（故稱聲表面波），接收換能器將聲波轉(zhuǎn)換為電信號。,3.頻率特性,頻率特性除了與壓電基體材料有關(guān)外，主要取決于叉指換能器的指條數(shù)目、疏密和長度等。,4.等效電路,（a）等效電路 （b）電路符號 聲表面波濾器的輸入、輸出阻抗呈容性，主要是由

31、叉指換能器的靜態(tài)電容引起的，在使用時常常在輸入、輸出端并聯(lián)一個電感和電阻，以便與輸入、輸出電容構(gòu)成品質(zhì)因數(shù)較低的調(diào)諧回路，實現(xiàn)純阻匹配。,5.舉例,,匹配電路,2.9小信號調(diào)諧放大器Multisim電路仿真,,（1）仿真結(jié)果,,（2）思考題,①信號源為方波，其他參數(shù)不變，觀察輸出波形？ ②信號源為方波，但頻率變?yōu)樵瓉淼?/3，觀察輸出波形，為什么？,本章小結(jié),1.高頻小信號放大器通常分為諧振放大器和非諧振放大器，諧振放

32、大器的負載為串、并聯(lián)諧振回路或耦合回路。 2.小信號諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇性兩個質(zhì)量指標來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實際幅頻特性接按近理想幅頻特性的程度，矩形系數(shù)越接近于1，則諧振放大器的選擇性愈好。 3.高頻小信號放大器由于信號小，可以認為它工作在管子的線性范圍內(nèi)，常采用有源線性四端網(wǎng)絡(luò)進行分析。Y參數(shù)等效電路和混合?等效電路是描述晶體管工作狀況的重要模型。

33、 Y參數(shù)與混合Π參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系，Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。,,4.單級單調(diào)諧放大器是小信號放大器的基本電路，其電壓增益主要決定于管子的參數(shù)、信號源和負載，為了提高電壓增益，諧振回路與信號源和負載的連接常采用部分接入方式。 5.由于晶體管內(nèi)部存在反向傳輸導(dǎo)納yre，使晶體管成為雙向器件，在一定頻率下使回路的總電導(dǎo)為零，這時放大器會產(chǎn)生自激。為了克服自激常采用“中和法”和“失配法”