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1、第2章高频小信号放大器,2.1概述 2.2高频小信号放大器的功能 2.3分析小信号放大器的有关知识 2.4小信号谐振放大器 2.5各种滤波组件 2.6谐振放大器的制作、调试和检测,2.1概述,高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、雷达等接收设备中.其主要功能是从所接收的众多电信号中选出有用信号并加以放大.而对其他无用信号、干扰与噪声进行抑制.以提高信号的质量和抗干扰能力。高频小信号放大器是指放大高频小信号(中心频率在几百千赫到几百兆赫.频谱宽度在几千赫到几百兆赫,振幅在微伏至毫伏量级的范围内)的放大器。因此,高频小信号放大器不但需要有一定的增益.而且需要有选频能力。前者由双极型晶体管(以下
2、简称晶体管)、场效应管或集成电路等有源器件提供.后者由LC谐振回路、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器和声表面波滤波器等选频器件实现。高频小信号放大器也广泛用于其他电子设备中,如测量仪器、发射机等。,返回,2. 2高频小信号放大器的功能,2. 2. 1高频小信号放大器的分类 高频小信号放大器主要有两类:一类是以谐振回路为负载的谐振放大器;另一类是以集中选择性滤波器为负载的集中选频放大器。谐振放大器常以晶体管等放大器件与LC并联谐振回路或稠合谐振回路构成.它又可分为调谐放大器(通称高频放大器)和频带放大器(通称中频放大器)。前者的谐振回路需对外来不同的信号频率进行调谐,后者的谐振回路的谐振频率固定不变。
3、集中选频放大器是把放大和选频两种功能分开处理.放大作用由多级非谐振宽频带放大器承担,目前一般都采用集中宽频带放大器。集中选择性滤波器常用的有LC带通滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等,这些滤波器都可作为部件在专业工厂生产。因此,采用集中选频放大器的电路简单、性能可靠、调整方便。,下一页,返回,2. 2高频小信号放大器的功能,2.2.2高频小信号放大器的主要性能指标 高频小信号放大器的主要性能指标有谐振增益、通频带和选择性等。它的典型幅频特性曲线如图2-1所示.图中f0为有用信号的中心频率.即放大器的谐振频率。由图2-1可说明放大器主要性能指标的含义如下。 谐振增益是指放大器在谐振
4、频率上的电压增益A VO(或功率增益)，其值可用分贝(dB)数表示。它用来说明放大器对有用信号的放大能力，一般希望每级的增益越大越好。 通频带是指放大器的增益比谐振增益下降3 dB时.所对应的频率范围用BW0.7表示.如图2-1所示。为了不失真地放大有用信号BW0.7 应大于有用信号的频谱宽度。,下一页,上一页,返回,2. 2高频小信号放大器的功能,选择性是指放大器从含有各种不同频率的信号中选出有用信号、排除干扰信号的能力。它定义为通频带以外某一特定频率上的增益AV (fN)与谐振增益AV0之比值.用S表示.即,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,2. 3.1串并联谐振回路的特性
5、 谐振回路也称振荡回路.是最常用的选频网络.它由电感线圈和电容器组成。简单的谐振回路有串联、并联谐振回路，以及把两个或更多个串、并联谐振回路相互藕合连接起来的藕合谐振回路。 1.串联谐振回路 串联谐振回路如图2一2所示。图中r表示L和C的总损耗电阻。实际上，由于电容损耗比电感线圈的损耗小很多，所以r近似等于线圈的损耗电阻。 串联谐振回路的总阻抗为,下一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,在某一频率上.回路的感抗与容抗相等时.回路的总阻抗Z=r最小.此时电流与电压同相.回路发生串联谐振.由此可得串联谐振频率为 谐振时容杭与感杭数值相等通常称它们为回路的特性阻抗以表示，即,下一页,上一页
6、,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,回路的特性阻杭与回路固有损耗电阻的比值.称为回路的固有品质因数，用Q0表示.即 Q0越大.说明回路电抗元件储能越大而损耗的能量越小。用S表示的回路的选择性(也称谐振曲线方程)为,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,它表示当回路调谐不变、信号源频率改变时.谐振回路电流的相对幅值变化规律。 于是可绘出串联谐振回路在不同Q0值上的谐振曲线和相移曲线.如图2-3所示。由图可见, Q0值越大,谐振曲线越尖锐,相移特性越陡峭; Q0值越小,曲线就越平坦。 2.并联谐振回路 L C并联谐振回路如图2-4所示。图中r代表线圈L的等效损耗电阻.由
7、于电容器的损耗很小.其损耗电阻可以略去。下面按照与串联LC回路对偶关系.直接给出并联LC回路的主要基本参数。 回路的总导纳为,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,回路的谐振频率为 回路的特性阻抗为 回路的品质因数为,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,同样可得出并联回路的谐振曲线和相移曲线.如图2一5所示 3.串并联谐振回路的特性比较 串并联回路的特性比较如表2-1所示。 4.串并联阻杭的等效互换 串并联阻抗的等效互换电路如图2-6所示。 5.并联谐振回路的搞合连接与接入系数 1)变压器祸合连接的变比关系 图2-7是变压器祸合连接形式。根据功率关系
8、可得,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,根据变压器的电压变换关系.即 可得,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,2)自藕变压器藕合连接的变比关系 图2-8是自藕变压器藕合连接形式.其变比关系的分析与变压器藕合相同。同理可得 3)双电容分压祸合连接的变比关系 图2一9为双电容分压祸合连接形式.其变比关系可以应用串并联等效互换的关系求得.,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,2. 3. 2双口网络的Y参数 在高频时.晶体管的电杭效应不容忽视.因此.在分析高频小信号且通频带较窄的窄带谐振放大器时.采用Y参数等效电路比较方便。图2-1
9、0是双口网络示意图。 双口网络即具有两个端口的网络。所谓端口是指一对端钮.流入其中一个端钮的电流总是等于流出另一个端钮的电流。而四端网络虽然其外部结构与双口网络相同.但对流入、流出电流没有类似的规定.这是两者的区别。,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,对于双口网络.在其每一个端口都只有一个电流变量和一个电压变量.因此共有4个端口变量。如设其中任意两个为自变量.其余两个为应变量.则共有6种组合方式.也就是说有6组可能的方程用以表明双口网络端口变量之间的相互关系。Y参数方程就是其中的一组。它是选取各端口的电压为自变量.电流为应变量.其方程如下,下一页,上一页,返回,2. 3
10、分析小信号放大器的有关知识,所以Y参数又称为短路导纳参数.即确定这4个参数时必须使某一个端口电压为零.也就是使该端口交流短路。,下一页,上一页,返回,2. 3分析小信号放大器的有关知识,晶体管的Y参数可以通过测量得到。根据Y参数方程.分别使输出端或输入端交流短路.在另一端加上直流偏压和交流信号.然后测量其输入端或输出端的交流电压和交流电流.代入式(2-30 )中就可求得。通过查阅晶体管手册也可得到各种型号晶体管的Y参数。,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,2. 4. 1单级单调谐放大器 电路组成及特点 图2-12是一个典型的单级单调谐放大器。Cb与Cc分别是和信号源(或前级放大器)与负载
11、(或后级放大器)的藕合电容. Ce是旁路电容。电容C与电感L组成的并联谐振回路作为晶体管的集电极负载.其谐振频率应调谐在输入有用信号的中心频率上。回路与本级晶体管的藕合采用自藕变压器藕合方式，这样可减弱晶体管输出导纳对回路的影响。负载(或下级放大器)与回路的藕合采用自藕变压器藕合和电容藕合方式，这样既可减弱负载(或下级放大器)导纳对回路的影响，又可使前、后级的直流供电电路分开。另外，采用上述藕合方式也比较容易实现前、后级之间的阻抗匹配。,下一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,2.电路性能分析 为了分析单级单调谐放大器的电压增益.图2-13给出了其等效电路。 在单级单调谐放大器中.选频功能由单
12、个并联谐振回路完成.所以单级单调谐放大器的矩形系数与单个并联谐振回路的矩形系数相同.其通频带则由于受晶体管输出阻抗和负载的影响.比单个并联谐振回路要宽。 从对单级单调谐放大器的分析可知.其电压增益取决于晶体管参数、回路与负载特性及接入系数等.所以受到一定的限制。如果单级放大器的电压增益较小而不能满足要求时.可采用多级放大器。另外.单级单调谐放大器的矩形系数不好.即选择性较差.可以采用参差放大器和双调谐放大器加以改善。,下一页,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,2.4.2多级单调谐放大器 如果多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上.则称为多级单调谐放大器。设放大器有n级.各级电压增益振幅分
13、别为Au1 ， Au2 ， Au3 ， Aun 则总电压增益振幅是各级电压增益振幅的乘积，即 如果每一级放大器的结构和参数均相同.则总电压增益振幅为,下一页,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,谐振频率处电压增益振幅为 n级放大器通频带为,下一页,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,2.4.3双调谐回路谐振放大器 改善单级放大器的通频带和选择性可以采用双调谐放大器。双调谐放大器是指集电极采用双调谐回路作为负载的一种放大器.可分为互感藕合和电容藕合两种类型。现以互感藕合双调谐放大器为例进行分析。图2-14(a) (b)分别是其电路图和高频等效电路.图2-14(c)是将晶体管输出电流源和输
14、出导纳折合到L1C1两端.负载导纳折合到L2C2两端后的等效电路。 3种稠合情况时的谐振曲线如图2-15所示。 临界藕合是比较常用的情况.可求出相应的通频带和矩形系数,下一页,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,对照工作于临界稠合状态的双调谐放大器和临界偏调的双参差放大器可以发现.二者的谐振曲线是相同的。它们均由两个谐振回路组成.但前者两个回路调谐于同一个频率.后者两个回路调谐于不同频率。前者仅一级放大.增益较小;后者为两级放大.增益较大。 2.4.4集中选频放大器,下一页,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,1.集中滤波器 集中滤波器的任务是选频.要求在满足通频带指标的同时.矩形系数
15、要好。其主要类型有集中LC滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。 集中LC滤波器通常由一节或若干节LC网络组成.根据网络理沦.按照带宽、衰减特性等要求进行设计.目前已得到了广泛应用。图2-16给出了一种LC集中滤波网络结构。陶瓷滤波器是由压电陶瓷材料做成的具有选频特性的器件。它具有无须调谐、体积小、加工方便等优点.但工作频率不太高(几十兆赫兹以下).相对频宽较窄。 图2-17是声表面波滤波器的基本结构、符号和等效电路。,下一页,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,声表面波滤波器是在经过研磨抛光的极薄的压电材料基片上.用蒸发、光刻、腐蚀等工艺制成两组叉指状电极.其中与信号源连接的一组称为发送
16、叉指换能器.与负载连接的一组称为接收叉指换能器。当把输入电信号加到发送换能器上时.叉指间便会产生交变电场。由于逆压电效应的作用.基体材料将产生弹性变形.从而产生声波振动。向基片内部传送的体波会很快衰减.而表面波则向垂直于电极的左、右两个方向传播。向左传送的声表面波被涂于基片左端的吸声材料所吸收.向右传送的声表面波由接收换能器接收。由于正压电效应.在叉指对间产生电信号.并由此端输出。 声表面波滤波器的滤波特性.如中心频率、频带宽度、频响特性等一般由叉指换能器的几何形状和尺寸决定。这些几何尺寸包括叉指对数、指条宽度a、指条间隔b、指条有效长度L和周期长度M等。,下一页,上一页,返回,2. 4小信号谐振放大器,为了保证对信号的选择性要求.声表面波滤波器在接入实际电路时必须实现良好的匹配。图2-18所示为一接有声表面波滤波器的预中放电路.滤波器输出端与一宽带放大器相接。 2.集成宽带放大器 1)组合电路集成宽带放大器 在集成宽带放大器中广泛采用共发一共基电路如图2-19所示。 2)负反馈集成宽带放大器 调节负反馈电路中的某些元件参数.可以改变反馈深度.从而调节负反馈放大器的增益和频
