射频小信号放大器电路主要技术指标.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,*,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,*,2.1 射频小信号放大器电路主要技术指标,在无线通信系统中，到达接收机的射频信号电平多在微伏数量级。因此，需要将微弱的射频信号进行放大。射频小信号放大器电路是无线通信接收机的重要组成部分。,对于射频小信号放大器电路要求具有低的噪声系数，足够的线性范围，合适的增益，输入/输出阻抗的匹配，输入/输出之间良好的隔离。在移动通信设备中还要求具有低的工作电源电压和低的功率消耗。,特别要强调的是，所有这些指标都是互相联系的，甚至是矛盾的，在设计中如何采用折中的原则，兼顾各项指标，是很重要的。,增益是表示放大器对有用信号的放大能力，定义为放大器的输出信号与输入信号的比值。对于选频放大器电路，通常用在中心频率,f,0,（或者,0,）上电压增益和功率增益两种方法表示：,电压增益,功率增益,式中，,u,o,、,u,i,分别为放大器中心频率上输出、输入的电压有效值；,P,o,、,P,i,分别为放大器中心频率的输出、输入功率，通常用分贝表示。,射频小信号放大器电路的增益要适中，过大会使下级混频器的输入太大，产生失真。太小不利于抑制后面各级的噪声对系统的影响。,射频小信号放大器电路的增益与器件的技术特性、工作状态和负载有关，需要选择合适的工作频率、电流偏置、输入/输出匹配网络。,一般要求电路的增益是可控制的，改变放大器的工作点，改变放大器的负反馈量，改变放大器谐振回路的,Q,值等参数可以控制电路的增益，通常采用自动增益控制电路实现。,为保证频带信号无失真地通过放大器电路，要求其增益频率响应特性必须有与信号带宽相适应的平坦宽度。,通频带定义为放大器的增益下降3dB时的上限截止频率与下限截止频率之差，即放大器电路电压增益频率响应特性由最大值下降3dB时，对应的频带宽度，为放大电路的通频带。通常以BW,0.7,选择性表示放大器对通频带以外的干扰信号的滤除能力，即指对通频带之外干扰信号的衰减抑制能力。,选择性有两种描述方法：一是用矩形系数来说明邻近信道选择性的好坏；,二是用抑制比（或称抗拒比）来说明对带外某一特定干扰频率,f,N,信号的抑制能力的大小。,矩形系数用,K,0.1,来表示，其定义为,式中，BW,0.1,是增益下降到最大值的0.1倍时的频带宽度。BW,0.1,和BW,0.7,之间的频率范围称为过渡带。,K,0.1,间接反映了过渡带与通频带的频宽比。,K,0.1,越小，过渡带越窄，选择性越好。理想情况的,K,0.1,等于1，实际的,K,0.1,总是大于1。,在讨论射频小信号放大器电路中的线性范围时要注意三个问题：,1等于1，实际的K0.,显然，S值越小的电路选择性越好。,电压增益,功率增益,抑制比用表示，其定义为,输出有用功率Po与输入功率Pi成正比，而三阶互调输出功率与输入功率Pi,是某一特定干扰频率上的功率增益。,1等于1，实际的K0.,在工程中，放大器的带宽范围往往被通信系统预先确定。因此，对于满足带宽要求的选频放大电路来说，可以采用,SS,参数定义为：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，即,显然，,S,值越小的电路选择性越好。,若选用谐振回路作为选频电路时，过渡带的宽窄与谐振回路,Q,有直接的关系，,Q,越大过渡带越小，电路的选择性越好。放大电路的通频带与选择性是相互制约的，即通频带大必然使选择性差。,抑制比用,表示，其定义为,式中，是中心频率上的功率增益；是某一特定干扰频率上的功率增益。抑制比用分贝表示则为,显然，S值越小的电路选择性越好。,太小不利于抑制后面各级的噪声对系统的影响。,因此，需要将微弱的射频信号进行放大。,但在零中频方案中，本振信号泄漏则完全取决于射频小信号放大器的隔离性能。,1等于1，实际的K0.,可以在互调失真比和三阶互调截点两个指标中选一个来衡量放大器的互调失真程度。,放大器本身产生噪声电平的大小对所传输信号，特别是对微弱信号的影响是较大的。,式中，是中心频率上的功率增益；,电压增益,为减小放大器电路的内部噪声，在设计与制作放大器电路时，应采用低噪声放大元器件，以及正确选择工作状态和适当的电路结构。,1等于1，实际的K0.,1间接反映了过渡带与通频带的频宽比。,对于射频小信号放大器电路要求具有低的噪声系数，足够的线性范围，合适的增益，输入/输出阻抗的匹配，输入/输出之间良好的隔离。,射频小信号放大器电路的增益与器件的技术特性、工作状态和负载有关，需要选择合适的工作频率、电流偏置、输入/输出匹配网络。,1是增益下降到最大值的0.,线性范围主要由1dB压缩点和三阶互调截点IP3来度量。,在射频小信号放大器电路中，器件的跨导随输入信号幅度的增加而减少，此现象称为增益压缩。,对应于输入信号幅度值,U,in,当两个频率接近的信号输入到射频小信号放大器时，由于器件的非线性会产生许多组合频率分量，这些组合频率分量有可能落在放大器频带内，即在放大器频带内的频率分量除了基波外，还可能有组合频率2,2,1和2,1,2。这些组合频率分量形成对有用信号的干扰。,这种干扰并不是由两输入信号的谐波产生，而是由这两个输入信号的相互调制（相乘）引起的，所以称为互调（Intermodulation，IM）失真。,由非线性器件的三次方项引起的互调失真称为三阶互调失真，由五次方互调失真引起的互调失真称为五阶互调失真。,可以在互调失真比和三阶互调截点两个指标中选一个来衡量放大器的互调失真程度。,更常用“三阶截点IP3”（Third-order intercept point）来说明三阶互调失真的程度。,三阶互调截点IP3定义为三阶互调功率达到和基波功率相等的点，此点所对应的输入功率表示为IIP3，此点对应的输出功率表示为OIP3（一般在放大器中常用OIP3作为参考，在混频器中常用IIP3作为参考）。,输出有用功率,P,o,与输入功率,P,i,成正比，而三阶互调输出功率与输入功率,P,i,式中，为放大器的功率增益；,P,i,为放大器的输入功率；为放大器的3阶互调功率增益；,P,o1,为基波功率；,P,o3,为3阶互调功率。,3,示意图,3,和OIP,3,的值。,3,示意图,在讨论射频小信号放大器电路中的线性范围时要注意三个问题：,一是线性范围和器件有关，场效应管由于是平方律特性，因此它的线性要比双极型晶体管好；,二是和电路结构有关，例如加负反馈、单管放大改为差分放大等均能改善线性范围；,第三，输入端的阻抗匹配网络也会影响放大器的线性范围。,射频小信号放大器电路与其信号源的匹配是很重要的。,放大器与源的匹配有两种方式：,一是以获得噪声系数最小为目的的噪声匹配，,二是以获得最大功率传输和最小反射损耗为目的的共轭匹配。,一般来说，现在绝大多数的射频小信号放大器均采用后一种匹配方法，这样可以避免不匹配而引起射频小信号放大器向天线的能量反射，同时，力求两种匹配接近。,匹配网络可以用纯电阻网络，也可以用电抗网络。,电阻匹配网络适合于宽带放大，但它们要消耗功率，并增加噪声。,采用无损耗的电抗匹配网络不会增加噪声，但只适合窄带放大。,增大射频小信号放大器的反向隔离可以减少本振信号从混频器向天线的泄漏程度。,在超外差式接收机中，由于射频小信号放大器和混频器间一般接有抑制镜像干扰的滤波器，且第一中频的数值较高，本振信号频率位于滤波器通带以外，因此本振信号向天线的泄漏比较小。,但在零中频方案中，本振信号泄漏则完全取决于射频小信号放大器的隔离性能。,同时，射频小信号放大器的反向隔离度好，可减少输出负载变化对输入阻抗的影响，简化其输入、输出端的匹配网络的调试。,引起反向传输的原因在于器件极间的极间电容及电路中寄生参数的影响，它们也是造成放大器不稳定的原因。,例如会在某些频率点上，由于源阻抗和负载阻抗的不恰当组合，变成正反馈，引起不稳定，甚至振荡。放大器的稳定性是随着反向传输的减少，即隔离性能的增加而改善的。,当放大电路的工作状态（如偏置）、交流参数，以及其他电路元件参数发生变化时，放大器的主要性能会发生变化，造成不稳定现象。,不稳定现象表现在增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激振荡，可致使放大器完全不能工作。,一般来说，可以采用稳定工作点、限制放大器的增益、选择内反馈小的放大元器件等方法来解决稳定性问题。,寄生反馈是引起不稳定的主要原因，必须尽力找出寄生反馈的途径，力图消除一切可能产生反馈的因素。,射频小信号放大器的输出噪声来源于输入端和放大电路本身。,噪声系数是用来描述放大器本身产生噪声电平大小的一个参数。放大器本身产生噪声电平的大小对所传输信号，特别是对微弱信号的影响是较大的。,为减小放大器电路的内部噪声，在设计与制作放大器电路时，应采用低噪声放大元器件，以及正确选择工作状态和适当的电路结构。,射频小信号放大器电路主要技术指标相互之间，既有联系又有矛盾，例如增益和稳定性，通频带和选择性等，需根据实际情况决定主次，进行合理设计与调整。,