高频电子电路小信号谐振放大器素材.ppt

通通信信电电子子电电路路书书山有路勤山有路勤为为径径学海无崖苦作舟学海无崖苦作舟1.主要内容主要内容2.1 概述概述2.2 单调谐单调谐小信号小信号谐谐振放大器振放大器2.3 较较理想的小信号理想的小信号选频选频放大放大电电路模型路模型2.4 小信号小信号谐谐振放大器的振放大器的稳稳定性定性问题问题2.2.1概述概述一、一、一、一、小信号小信号小信号小信号谐谐谐谐振放大器振放大器振放大器振放大器的特点的特点的特点的特点1.1.1.1.作用：作用：作用：作用：选频选频、滤滤波波放大：有用信号放大：有用信号选选出所需出所需频频率（有用）信号率（有用）信号滤滤除不需要除不需要频频率（干率（干扰扰）信号）信号2.2.2.2.组组组组成：成：成：成：选频选频网网络络放大部分放大部分LCLC谐谐振回路振回路各种各种滤滤波器波器单单LC谐谐振回路振回路双双调谐调谐回路回路LC集中集中滤滤波器波器石英晶体石英晶体滤滤波器波器陶瓷陶瓷滤滤波器波器声表面波声表面波滤滤波器波器三极管放大器三极管放大器场场效效应应管放大器管放大器集成运放等集成运放等二、小信号二、小信号谐谐振放大器的振放大器的性能指性能指标标：选频选频能力能力和和放大能力放大能力 增益要高，也就是放大能力要增益要高，也就是放大能力要强强。频频率率选择选择性要好。性要好。频带宽频带宽度度满满足信号足信号带宽带宽要求和矩形系数接近要求和矩形系数接近1 1。工作工作稳稳定可靠。定可靠。接收机前接收机前级级放大器内部噪声要小。放大器内部噪声要小。因因为为放大器本身的噪声越低，接收微弱信号的能力就越放大器本身的噪声越低，接收微弱信号的能力就越强强。3.小信号小信号谐谐振放大器的性能指振放大器的性能指标标1 1、谐谐振振电压电压增益：增益：用来表示用来表示对对有用信号的放大能力。定有用信号的放大能力。定义为义为：（即在中心（即在中心频频率率处处的的电压电压增益）增益）K0.12 2ff0.10.1理想实际AV(f)/AV(fo)f0.40.60.81.00.202 2ff0.70.7fofLfH谐谐谐谐振放大器的幅振放大器的幅振放大器的幅振放大器的幅频频频频特性特性特性特性2、通、通频带频带BW0.7（取决于（取决于谐谐振回路的形式和回路的振回路的形式和回路的Q值值。）。）定定义为义为：放大器的增益比最大增益下降：放大器的增益比最大增益下降3dB时时的上、下限截止的上、下限截止频频率率fH、fL 之差之差，即：即：BW0.7=2f0.7=fH fL（要求（要求满满足有用信号的足有用信号的频宽频宽）3 3、选择选择选择选择性性性性S S S S ：表示放大器从各种干表示放大器从各种干扰扰中中选选出有用信号的能力。定出有用信号的能力。定义为义为：S的的值值越小放大器的越小放大器的选择选择性越好性越好。实际实际上，上，S和和BW0.7是是相互制相互制约约的，一般情况下，通的，一般情况下，通频带频带越越宽对宽对特定特定频频率信号的率信号的选择选择性越差，理想条件下，性越差，理想条件下，谐谐振放大器振放大器应该对应该对通通频带频带内的内的各种各种频频率分量的信号有相同的放大作用，而率分量的信号有相同的放大作用，而对对通通频带频带外的外的信号信号则则完全抑制掉不予放大，所以理想完全抑制掉不予放大，所以理想谐谐振放大器的幅振放大器的幅频频特性曲特性曲线应线应如左如左图图中的矩形。中的矩形。为为了了统统一表示通一表示通频带频带和和选择选择性的要求，引入矩形系数性的要求，引入矩形系数K0.15.小信号小信号谐谐振放大器的性能指振放大器的性能指标标:NF:NF矩形系数矩形系数K0.1 显显然然K0.1 1，K0.1越接近越接近1越好，越好，K0.1越接近越接近1，放大器，放大器对频带对频带外的干外的干扰扰消耗消耗抑制能力越抑制能力越强强，选择选择性越好。性越好。4 4、稳稳稳稳定性定性定性定性：综综上，上，对对小信号小信号谐谐振放大器的振放大器的主要要求主要要求是是：谐谐振增益足振增益足够够大，大，频带够宽频带够宽，选择选择性性满满足要求，噪声系数小，工作足要求，噪声系数小，工作稳稳定度高。定度高。指放大器的工作状指放大器的工作状态态、管子参数、管子参数、电电子元件参数子元件参数可能可能变变化化时时，放大器的主要特性的，放大器的主要特性的稳稳定程度。定程度。5 5、噪声系数、噪声系数、噪声系数、噪声系数 NF(Noise Figure)定定义为义为输输入信噪比入信噪比与与输输出信噪比出信噪比的比的比值值,即即:是一个大于或等于的数。是一个大于或等于的数。其其值值越接近于越接近于,则则表示表示该该放大器的内部噪声性能越好。放大器的内部噪声性能越好。在在多多级级放放大大器器中中,各各级级噪噪声声系系数数对对总总噪噪声声系系数数的的影影响响是是不不同同的的,前前级级的的影影响响比比后后级级的的影影响响大大,且且总总噪噪声声系系数数还还与与各各级级的的额额定定功功率率增增益益有有关关。所所以以,为为了了减减小小多多级级放放大大器器的的噪噪声声系系数数,必必须须降降低低前前级级放放大大器器（尤尤其其是是第第一一级级）的的噪噪声声系数系数,而且增大前而且增大前级级放大器（尤其是第一放大器（尤其是第一级级）的）的额额定功率增益。定功率增益。返回返回6.2.2 2.2 单调谐单调谐小信号小信号谐谐振放大器振放大器一、一、单级单调谐谐单级单调谐谐振放大器振放大器典型高典型高频频小信号小信号谐谐振放大器振放大器实际线实际线路路（1 1）直流偏置）直流偏置电电路路保保证证三极三极管工作于管工作于线线性放大性放大区区 图图中中谐谐振回路振回路为为LC并并联单调谐联单调谐回路，回路，Rb1、Rb2 基极分基极分压压式式偏置偏置电电阻，阻，Re 为为射极射极负负反反馈馈偏置偏置电电阻，阻，稳稳定静定静态态工作点；工作点；Cb、Ce 为为高高频频旁路旁路电电容容 为为了了提高品提高品质质因数因数，负载负载和三极管的和三极管的输输出端与出端与谐谐振回路的振回路的连连接都采用接都采用部分接入方式部分接入方式。交流通路及等效交流通路及等效电电路路7.（2 2 2 2）高）高）高）高频频频频交流等效交流等效交流等效交流等效电电电电路路路路高高频频交交流流通通路路输输入回路入回路晶体管晶体管输输出回路出回路放放大大器器组组成成输输入回路：入回路：晶体管：晶体管：输输出回路：出回路：LC并并联谐联谐振回路振回路，输输出出变压变压器器 及及负载负载YL由由输输入入变压变压器构成，隔离信号源与放大器器构成，隔离信号源与放大器间间的直流的直流联联系，系，能耦合交流信号，同能耦合交流信号，同时还时还能能实现实现阻抗的匹配与阻抗的匹配与变换变换。放大器的核心，放大器的核心，电电流控制和放大作用。流控制和放大作用。用用Y参数等效参数等效电电路路等效等效8.高高高高频频频频交流等效交流等效交流等效交流等效电电电电路路路路设负载设负载和和谐谐振回路振回路间间采用了采用了变压变压器耦合，的接入系数器耦合，的接入系数为为n2：设设晶体管集、射回路与晶体管集、射回路与谐谐振回路振回路间间采用了抽采用了抽头连头连接的接入系数接的接入系数为为n1：根据根据阻抗阻抗变换变换原理：原理：Z右右边边部分同性部分同性质质元件元件归归一一=v1311.二、二、二、二、单级单调谐谐单级单调谐谐单级单调谐谐单级单调谐谐振放大器的性能指振放大器的性能指振放大器的性能指振放大器的性能指标标标标的分析、的分析、的分析、的分析、计计计计算算算算1、谐谐振振电压电压增益增益AVO：电压电压电压电压增益增益增益增益A AV V：谐谐谐谐振振振振电压电压电压电压增益增益增益增益A AVOVO：2、选择选择性性S：3、通、通频带频带BW0.7：Q Qe e越大，越大，越大，越大，选择选择选择选择性越好，性越好，性越好，性越好，带宽带宽带宽带宽越窄。在越窄。在越窄。在越窄。在设计谐设计谐设计谐设计谐振放大振放大振放大振放大器器器器时时时时，必，必，必，必须须须须根据根据根据根据选择选择选择选择性和通性和通性和通性和通频带频带频带频带的要求合理的要求合理的要求合理的要求合理选择选择选择选择QQe e 。4、矩形系数、矩形系数K0.1：说说明明单调谐谐单调谐谐振放大器的通振放大器的通频带频带和和选择选择性之性之间间的矛盾挺的矛盾挺尖尖锐锐，为为了了缓缓解它解它们间们间的矛盾，改善矩形系数，可采用的矛盾，改善矩形系数，可采用多多级单调谐谐级单调谐谐振放大器振放大器级联级联。12.三、多三、多三、多三、多级单调谐谐级单调谐谐级单调谐谐级单调谐谐振放大器的性能分析振放大器的性能分析振放大器的性能分析振放大器的性能分析 设谐设谐振放大器有振放大器有n级级，且由参数完全相同的，且由参数完全相同的单调谐谐单调谐谐振放大器构振放大器构成，成，则则：总选择总选择性性S：SnS，即多，即多级级联级级联后，后，放大器的放大器的选择选择性性变变好，好，级级数越多，数越多，选择选择性越好性越好。放大器的幅放大器的幅频频特性曲特性曲线线越尖越尖锐锐。通通频带频带B0.7：B0.7 1串串联电联电路路转换转换成等效并成等效并联电联电路后路后,电电抗特性相同抗特性相同,当当Q1时时 X2=X1 R2=R1Q2abX2R2即即 由此得由此得:串串并并并并串串 电电容容：X 电电感感：XL L 返回返回27.2 2 变压变压器阻抗器阻抗变换电变换电路路v全耦合全耦合(k=1)线线圈圈损损耗不耗不记记,等效到初等效到初级级回路的回路的电电阻阻 所消耗所消耗的功率与次的功率与次级负载级负载 所消耗的功率相等所消耗的功率相等 v令令 称称为为接入系数接入系数28.3 3 部分接入回路的阻抗部分接入回路的阻抗变换变换v并并联谐联谐振回路振回路总总电电容和容和总电总电感感为为v通通过过改改变变部分接入抽部分接入抽头头位置位置,可以可以进进行阻抗行阻抗变换变换,实现实现回路与回路与信号源及信号源及负载负载之之间间的阻抗匹配的阻抗匹配.返回返回29.