第2章小信号调谐放大器

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1、2019年10月24日,1,第二章 小信号调谐放大器,第 0节 概述,第一节 调谐回路与阻抗变换电路,第二节 高频单调谐放大器,第三节 多级调谐放大器及稳定性,第四节 集成调谐放大器及集中选择滤波器,2019年10月24日,2,第0节 小信号调谐放大器概述,放大器的分类：,1.信号频率分：,低频：音频020kHz,高频：20kHz300MHz,2.输入信号大小分：,小信号：电压放大，甲类，线性。,大信号：功率放大，丙类，非线性。,3.从通信对象上分：,窄带：以调谐回路为负载。,宽带：非调谐回路为负载。,2019年10月24日,3,第0节 小信号调谐放大器概述,小信号调谐放大器与宽带放大器的区别

2、 1.负载是具有选频作用的LC调谐回路； 2.上限截频 /下限截频近似等于或略大于一，即窄带。 基本构成及完成的作用 包括: 甲类放大+调谐回路（可以是LC回路、石英晶体、压电陶瓷或声表面波器件）两部分。 完成“选频”放大的作用。 小信号调谐放大器的主要要求（主要指标要求)： 谐振增益高、选择性好、通频带合适、工作稳定。,2019年10月24日,4,第一节 调谐回路与阻抗变换电路,一、LC单调谐回路: 分为：,串联谐振回路,并联谐振回路,2019年10月24日,5,1.串联谐振回路,如图所示：为LC串联回路。,回路电流为:,I,Z,（1）组成：L、C为纯电感和电容。r是回路的损耗(主要是电感线

3、圈损耗),当信号频率发生变化时，感抗、容抗、电流均随之变化。 当频率为某一特定值（= 0）时，X=0，电流最大，且电路为纯阻性处于谐振状态。 当 0时（失谐）， X 0，电流减小；失谐越大，电流越小，体现了选频作用。,（2）原理：,2019年10月24日,6,（3）回路谐振频率：,回路电流为:,此时：=0；I=Im=U/r此为谐振电流。,I为复数：,幅频特性,相频特性,2019年10月24日,7,（4）回路的品质因数,是谐振回路的重要指标之一，表征了LC回路的损耗效应 对品质因数的影响。即：r大则Q低（损耗功率大），r小则Q高， Q越高越好。,（5）串联谐振特性曲线：,幅频特性,2019年10

4、月24日,8,据此画出特性曲线如图：,可见，回路失谐（即 0 ）时，电流减小，体现出回路的选频作用。,结论：,（1）f=f0时，电流最大（谐振）； f f0时，电流减小（失谐）。,（2）Q大，曲线越陡，选频作用越好。 Q小，曲线越平缓，选频作用越差。,2019年10月24日,9,并联谐振电路,1.并联谐振回路,他和串联谐振回路是对偶的，因此所得公式类似。即：,2.回路谐振频率,3.回路的品质因数,说明G越大，其分流越大， 损耗的能量越大， Q值越低。,2019年10月24日,10,4.谐振特性曲线：,结论：,（1）= 0时，电压最大（谐振）； 0时，电压减小（失谐）。,（2）Q大，曲线越陡，选

5、频作用越好。 Q小，曲线越平缓，选频作用越差。,（3）(或f)小，回路为感性。 (或f)大，回路为容性。,2019年10月24日,11,三、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响,显见，由于信号源内阻抗和负载阻抗的介入：,电路可改画为：,简化后电路为：,（1）考虑信号源内阻抗和负载阻抗时：,2019年10月24日,12,2）回路总电容,损耗增大(并联),1）回路总电阻,回路的品质因数为：,由上式可知：,回路谐振频率,2019年10月24日,13,（2）阻抗匹配问题：,调谐回路的目的要传送信号能量，所以只有Rs、RL与回路电阻匹配时才能获得最大功率。,总之：信号源内阻和负载阻抗的接入，使,并可能导

6、致阻抗不匹配。,为解决上述问题： 采取信号源和负载不直接与调谐回路相接通过阻抗变换电路接入。 即：采用部分接入，以减小信号源内阻和负载的影响,2019年10月24日,14,四、常用阻抗变换电路,变压器耦合式阻抗变换电路 电容分压式阻抗变换电路 电感分压式阻抗变换电路,2019年10月24日,15,（一）变压器耦合式阻抗变换电路,1.变压器变换电路：,2.当为理想变压器时，阻抗变换关系：,初、次级线圈匝比：,按折合前后消耗功率相等的原则：,2019年10月24日,16,3.应用：收音机中放负载回路； 电视机图象中放、伴音中放等。,把以上电路简化后：,其中：,为了减小负载对LC回路的影响，适当调整

7、变比n。,2019年10月24日,17,(二)电容分压式阻抗变换电路,1.阻抗电变换路：,2.阻抗变换关系：,4. 应用：放大器负载回路； 电视机天线回路等。,3.电路优点：电路简单、不消耗功率。,按折合前后消耗功率相等的原则：,2019年10月24日,18,（三）电感分压式阻抗变换电路,1.电路,(1)若耦合系数(k=M/L)为1，化减后则有,（2）耦合系数为零0（即M=0）,则有,2.阻抗变换关系：,为什么要进行阻抗变换？,2019年10月24日,19,第二节 高频单调谐放大器,典型电路的构成：,特点： a) 电路采用部分接入，以减小放大管输出导纳对LC回路的影响； b) 与负载间采用变压

8、器耦合方式,以更好的匹配，降低负载导纳对LC回路的影响。 Yi2为下一级的输入导纳。,由LC和Tr构成谐振回路。,2019年10月24日,20,高频单调谐放大器,一、等效电路：,1.为三极管高频混合等效电路由戴维南简化由密勒定理单相化模型。,2.将晶体管参数折算到LC回路。,其中：,yie=gie+j Cie,yoe=goe+j Coe,yi2=gi2+j Ci2,2019年10月24日,21,3.将输出、负载回路折合到LC回路得到的等效电路：,所以有： goe=n12goe Coe=n12Coe Ioc=n1Ioc =n1 gmUb,其变比：,2.将晶体管参数折算到LC回路。,gi2=n22

9、gi2 Ci2=n22Ci2,2019年10月24日,22,将同类元件值合并，得等效电路:,CT=n12Coe+n22Ci2+C GT=n12goe+n22gie+Gp,其中：,电路中： Gp为LC回路固有损耗电导,Gp =1/R,R 为 LC回路的等效并联电阻。,其中：L值不变，且由于n1 、n2小于1，只有C和Gp起主要作用,2019年10月24日,23,高频单调谐放大器,一、等效电路,由合并的等效电路可知：,此时，谐振回路的谐振频 率为：,谐振回路的品质因数为：,谐振回路的等效阻抗为：,2019年10月24日,24,二、单调谐放大器的性能,由等效电路可知，正弦稳态下， 回路的等效阻抗为：

10、,输出端的信号电压为：,QT为有载 品质因数,单调谐放大器的增益为：,可见：增益是频率的函数。,2019年10月24日,25,(一)谐振电压增益,1.当 = 0时，其电压增益为：,本级到下一级的电压增益为：,结论： 1）由上式可知：当晶体管参数选定后，电压增益可通过改变接入系数来调整。 2）接入系数过大和过小，都会使电压增益减小，因而存在最佳接入系数。,相对增益,2019年10月24日,26,（二）谐振功率增益：,目标信号通过调谐放大器能否得到加强，归根到底要看功率是否增强。,1.谐振时功率增益为：,gi2为下一级的 输入电导（负载）,谐振功率增益为：,2019年10月24日,27,2.功率增

11、益的最大值：,为获得较大的功率增益，选用gm较大的管子时有利的。 若谐振回路为理想的：,1.在无耗（GP=0） 时：,调整n1和n2使（goe=gi2），即匹配状态，此时可获得最大功率。,GT=n12goe+n22gie+Gp =goe+gi2 ,2019年10月24日,28,功率增益的最大值为：,2.有耗但匹配时.,其中： =（1-QT/Q）2 称为插入损耗。,可推得考虑插入损耗后的最大功率增益：,2019年10月24日,29,（三）放大器的相对增益和通频带：,1.放大器的相对增益为：,依此作出曲线如图:,2.相对增益模为：,放大器的增益为,2019年10月24日,30,2.通频带:,根据通

12、频带定义有:(当幅值下降到0.707时),由此推得通频带：,或,B= 2 - 1,其中：B= 2 - 1 = 2,2019年10月24日,31,(四)放大器的选择性：,矩形系数K0.1：,指放大器对干扰信号的抑制能力。常以矩形系数K0.1来衡量选择性的好坏。,为相对增益下降到0.1时的带宽B0.1与带宽B 之比， 即,2） K0.1越接近于1，相对增益曲线越接近于矩形，选择性越好,2019年10月24日,32,可见，单级调谐放大器的选择性很差，这是它的主要缺点。,由此推得：,据B 0. 1定义有：,2019年10月24日,33,高频单调谐放大器小结,一、等效电路,由合并的等效电路可知：,此时，

13、谐振回路的谐振频 率为：,谐振回路的品质因数为：,谐振回路的参数为：,CT=n12Coe+n22Ci2+C GT=n12goe+n22gie+Gp,折合参数为：,2019年10月24日,34,功率增益的最大值为：,可推得考虑插入损耗后的最大功率增益：,通频带：,或,矩形系数：,谐振电压增益,2019年10月24日,35,单调谐放大器分析举例,例2-1 一单调谐放大器，测得参数：gie=0.36ms ，Cie=80PF，goe=75uS ，Coe=9PF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10KHz，变压器原圈总匝数N=117，电感L=590uH，固有Q值Q=80。求调谐回路参数和最大

14、功率增益。,解：,要求解的回路参数为QT、 GT 、 CT 、C及接入系数n1 、 n2,（1）根据BHz = f0 / QT得回路的有载QT值:,2019年10月24日,36,（2）根据谐振频率的定义得回路的总电容CT：根据谐频率公式,（3）根据QT =1/（ 0LGT ）得回路的总电导GT：,例2-1 一单调谐放大器，测得参数：gie=0.36ms，Cie=80PF，goe=75uS ，Coe=9PF，gm=45ms，fo=465kHz，BHZ=10KHz，变压器原圈总匝数N=117，电感L=590uH，固有Q值Q=80。求：调谐回路参数和最大功率增益。,2019年10月24日,37,（4

15、）LC回路的匝比：设GP=0，goe=g ie,（5）所需电容： Coe=n12Coe=(0.29)2 9PF=0.76PF Cie=n22Cie=(0.13)2 80PF=1.36PF C=CT-Coe-Cie=200PF-0.76PF-1.36PF200PF,2019年10月24日,38,(6)实际最大功率增益：,插入损耗：,有损耗时的最大功率增益为：,采用部分接入，归算后Coe 、Cie对总电容C影响很小。 C稳定，L一定，则 f0 稳定。,2019年10月24日,39,信号接收过程中，通常要求： Au高、B合适、选择性好（K0.1趋近于 1）。 出于稳定性考虑，单级放大器增益不会很高，

16、为2030dB。 因此，用单级调谐放大器是难以满足的。 解决方法：采用多级调谐放大器。,第三节 多级调谐放大器及稳定性,1.同步调谐放大器,2 .参差调谐放大器，又分为,（1）双参差调谐放大器,（2）三参差调谐放大器,多级调谐放大器分为：,2019年10月24日,40,一、同步调谐放大器,同步调谐放大器：放大器由N级参数相同的单调谐放大器级联，且都调谐于同一频率，称为同步调谐放大器。,（一）n级放大器总电压增益：,相对电压增益：,即满足:,2019年10月24日,41,（二）n级放大器总通频带,称为缩小系数,2019年10月24日,42,结论： 1）采用多级同步调谐放大器后，增益提高了，但通频带减小了。 2）级数N越多，频带越窄。增益与带宽的矛盾成为严重问题。,2019年10月24日,43