重邮-高频小信号选频放大.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,*,通信电子电路,何丰 主编,重庆邮电学院,人民邮电出版社,第二章 2004.6.4,第二章,高频小信号选频放大器的结构与电路,2.1,概述,2.2,主要性能指标和基本单元电路,2.3,较理想的小信号选频放大电路模型,2.4,小信号谐振放大器的稳定性问题,2.5,信号与电路及结构,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,小信号选频放大器的信号环境特点,本书中此类电路还有：第八章的,限幅放大器,，第九章的,锁相环滤波电路,等。,对共存于输入端的有用信号进行选择性处理，即它能尽可能地减少存在于同一时间、同一电路空间的无用输入信号对有用输出信号的影响,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2.1,概 述,高频小信号选频放大器,由“,放大部分,+,选频部分,”按“,级联,”方式构成。,具体分为：先放大后选频，先选频后放大，以及选频、放大、再选频的三种基本模式。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,放大部分的核心元器件是增益元器件，如三极管、场效应管、集成运放或专用集成放大器等。,选频部分的必要元器件是电感、电容等动态元件。,学习要求：,小信号选频放大器的主要性能指标（增益、通频带、选择性、工作稳定性、噪声系数），电路稳定性，以及具体电路的应用进行讨论,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2.2,主要性能指标和基本单元电路,常见的基本指标如下：,一增益,增益,定义为放大器的输出信号电量与输入信号电量的比值，用,A,加下标（类似于低频放大器的增益）来表示。,图,2-2-1,（,b,）为一典型增益的幅频特性曲线。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,二通频带,通频带,定义为放大器的增益比最大增益下降,3dB,时的上限截止频率,f,L,与下限截止频率,f,H,之差，用,BW,0.7,=,f,L,-,f,H,表示。,三选择性,选择性,表示放大器对通频带以外的各种干扰信号及其噪声的滤除能力，或者说，从各种干扰中选出有用信号的能力。,衡量选择性的具体指标有：,矩形系数,K,0.1,、,S,参数,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,以理想矩形幅频特性为标准，引入,矩形系数,K,0.1,来表示实际幅频特性曲线的选择性，定义为：,K,0,.,1,BW,0.1,BW,0.7,（,2-2-1,）,式中，,BW,0.1,是增益下降到最大值的,0,.,1,倍时的频带宽度。通常，认为频带,BW,0.1,内的频率分量需能通过放大器，但不一定能被正常放大，,BW,0.1,以外的频率分量被放大器所抑制。,BW,0.1,和,BW,0.7,之间的频率范围称为,过渡带,。,矩形系数,K,0.1,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,S,参数,以图,2-2-1,（,b,）的典型幅频特性为背景条件下，,S,参数,定义为：,1.,过渡带内的某特定频率条件下的增益,A(,1,),与通频带内的最大增益,A,0,的比值。,2.S,A(,1,),A,0,（,2-2-2,）,显然，在同类电路中，,S,值越小的电路选择性越好。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,主要性能指标,四工作稳定性,这是指选频放大器中的非线性放大元器件的偏置，交流参数，以及其它电路元件参数发生变化时，电路性能的稳定程度。,五噪声系数,与低频放大器一样，选频放大器的输出噪声也来源于输入端和放大电路本身。噪声系数是用来反映电路本身噪声大小的技术指标。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,以下图为例对进行选频放大器进行分析,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,思考题：,2.2.2,以放大和选频两部分的组成结构为线索，分析图,2-2-2,（,a,）电路中各元件的作用？,2.2.3,在工作点设置合理的情况下，图,2-2-2,（,b,）中三极管能否用不含结电容的小信号等效电路来等效。为什么？,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,指标求解,1,：,化简为,2-2-3,（,a,）。图中,n,2,为下级放大器对本级谐振回路的,接入系数,，即电感,4,、,5,端到,1,、,3,端的变比（在全耦合下，,n,2,等于线圈匝比,N,45,/N,13,）；,g,Z,表示电感本身在,1,、,3,端的总等效损耗电导；,y,i 2,为下级放大器的输入导纳；,y,o1,为本级放大器的输出导纳。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,指标求解,2,：,进一步化简为,2-2-3,（,b,）。,考虑到,PN,结的结电容和极间电容，设三极管输入、输出参数为：,y,i2,g,i2,jC,i2,（,2-2-3,）,y,o1,g,o1,jC,o1,（,2-2-4,）,图中：,n,1,为三极管输出端对谐振回路的,接入系数,，即电感,1,、,2,端到,1,、,3,端的变比（在全耦合下，,n,1,等于线圈匝比,N,12,/N,13,）。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,指标求解,3,：,详细求解过程,谐振频率,品质因数（常称为回路,LC,的有载品质因数）,输出电压,电压增益,通频带,矩形系数,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,小结：,由以上分析可知，电路各部分的主要作用如下：,1.,放大能力主要由三极管正向受控参数,y,fe,确定；,2.,选频主要由选频回路,LC,确定；,3.n,1,和,n,2,主要用于调节三极管与选频回路、负载与选频回路之间的耦合程度。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,若放大部分采用以多级放大为基础如图,2-2-4,所示，则称这类电路为,LC,集中选频式谐振放大器,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2.3,较理想的小信号选频放大电路模型,所谓较理想的小信号选频放大器是指具有较宽的通频带，更小的过渡带，即电路的选择性更为理想的小信号放大器。,第一：从,结构电路,的观点出发，用谐振回路和增益元器件的不同组合进行电路总体性能的优化,第二：从,改善选频滤波部件,出发，对其它材料构成的选频电路的性能进行讨论。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,结构优化的选频放大单元,1,参差调谐,所谓,参差调谐,，就是将两级单调谐放大器的谐振频率分别调谐在信号中心频率,f,0,附近的两个不同频率点上，其中一级调谐在,f,01,f,0,，另一级调谐在,f,02,f,0,上。,上述两级放大器统称为,一级参差调谐放大器,，或,一个基本参差调谐放大器单元,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,参差调谐的选频放大单元幅频特性的分析,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,观察“参差调谐放大单元”,观察幅频特性图可以想到：,（,1,）在,较大时，,A,v,(,j,),将在,0,附近出现下凹现象,;,（,2,）在,较小时，,A,v,(,),将在,0,频率出现最大值。,由此，我们可以找到一特定的,值，使,A,v,(,),在,0,刚好不下凹，即只要,大于特定值，,A,v,(,),就会出现下凹现象。常称这时的,A,v,(,),为,最平坦特性,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,指标求解得：,电压增益,通频带,矩形系数,详细求解过程,最平坦条件下，有：,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,改善选频滤波部件的选频放大,1,双调谐回路放大单元,我们称两个谐振回路相互耦合的电路为,双耦合回路,，相应的放大器也称双调谐回路放大。,具体耦合有：电容耦合、互感耦合两种。,该类电路与参差调谐放大单元的技术指标类似。具体,1,时，电路处于最平坦情况，也称,临界耦合,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,并联式互感耦合放大电路,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,指标求解得：,电压增益,通频带,矩形系数,详细求解过程,最平坦条件下，有：,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,结论：,可见，临界耦合双调谐回路谐振放大器的矩形系数与参差调谐放大器相同，其选择性比单调谐回路谐振放大器好。,思考题：,2.3.2,双调谐回路谐振放大器为何要采用,n,1,、,n,2,为代表的抽头方式将放大器与谐振回路相连接？,2.3.3,参差调谐放大器相对于双调谐回路放大器来说，其选频频率更容易在电路实现时得到控制，为什么？,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,结构优化的选频放大单元,2,2.3.3,多级单元放大电路,假定多级单元放大器由几个相同参数的单元放大器组成，则,n,级单元放大器的总增益函数可以用一个单元的增益函数来表示，即：,由此计算的数据如下表,2-3-1,和表,2-3-2,。其中，放大器的,3dB,带宽,BW,0.7,BW,0.7,单,；在最平坦条件下，双谐振回路的情况与参差调谐相似。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,例题,2.3.1,已知单回路谐振放大单元电路的谐振频率,f,0,10,.,7MHz,，回路品质因数,Q,40,，接入系数,n,1,0,.,5,，,n,2,0,.,1,，谐振回路总电容,C,e,100,pF,，晶体三极管的,y,f e,38,.,5mS,。,问：由上述放大器组成的四级单元放大器，即同步调谐放大器的总谐振电压增益和带宽。,解答,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,随着技术的进步，由其它材料构成的选频性能优异的选频元件被用于选频电路中。,具体有：,晶体滤波器,、,陶瓷滤波器,和,声表面波滤波器,。,正因为如此，我们常采用集中选频放大的单元电路组成方案，即用多级放大来构成选频单元电路中的放大电路部分。,改善选频滤波部件的选频放大,2,2.3.4,其它选频的放大单元,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,改善选频滤波部件的选频放大,2,陶瓷滤波选频放大,在研究中我们发现石英晶体材料和陶瓷材料都具有压电效应，即在材料发生机械变形时，它们的表面就会出现电荷；反之，当加有外电压作用时，它们也会产生机械变形。,我们将石英晶体材料制作的元件称作,石英晶体,，陶瓷材料制作的元件称作,陶瓷滤波器,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,改善选频滤波部件的选频放大,2,声表面波滤波电路,由于这种滤波元件在内部的信号传递过程中，利用了声表面波，因此称为,声表面波滤波器,。,图,2-3-5,是声表面波滤波器的结构图。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,如果在叉指电极,A,组上加入交流信号，则会在材料表面上产生与外加信号同频率的周期振动，即为,表面波,。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2.4,小信号选频放大器的稳定性问题,在实际工作中，为了减小增益元器件内部反馈带来的影响，我们可以考虑采用如下的措施：,（,1,）选用内部反馈小的放大电路，如集成宽带放大器，电流模放大电路等。,（,2,）采用外加反馈去综合增益元件内部反馈，使总反馈接近为零,通常我们将使总反馈为零或减小的方法称为,中和法,，图中的电容,C,N,被称为,中和电容,。,利用图,2-4-2,（,b,），在考虑,r b b,的条件下，可以证明，在,Zn,满足,Zn,n r b b,（,1,C,be,/C,bC,）,n,（,1,r b b/r,be,）,/,（,jC,bC,）,(2-4-1),时，电压,o,对,i,的作用为零，三极管能实现信号的单向传输。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,在考虑,r,bb,的条件下，可以证明，在,Z,n,满足,Z,n,n,r,bb,（,1,C,be,/C,bC,）,n,（,1,r,bb,/,r,be,）,/,（,jC,bC,）,时，输出电压对输入三极管输入的影响为零，实现信号了单向传,输。,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,2.5,信号与电路及结构,选频放大器的输入端是可以容许信号按频分方式多路共用的,多路共用电路系统,；,放大器输出端的电路则只需存在有用频带信号这一路信号，即属于,单路电路系统,的电路。,本章讲述的放大器都以接受固定频率范围信号为目的来设计的，但实际中往往会出现有用信号频带范围不稳定的现象，对此应如何解决？,2004,年,6,月,第二章 高频小信号选频放大器,