《天线放大器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天线放大器设计（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1前 言当我们接收远距离的电视节目时，电视信号一般都比较微弱，这时需要使用方向性强、增益高的多单元电视天线，还需将天线架设在尽可能高的地方。如感到接收情况还不够理想，则需在天线与电视机之间再加装天线放大器，以提高接收灵敏度，使电视机的图像稳定，伴音良好。使用天线放大器后，就好比给电视机加上了望远镜，它能够对天线接收到的微弱的电视信号进入放大。通常天线放大器下能把电视信号放大到十几倍甚至更大些。 天线放大器实际上是一种超大高频带放大器，各种型号的天线放大器的接收频道、频率范围以及整机增益都有所不同。天线放大器在无线电视接收过程中起着非常重要的作用，弱信号通过它能显著提高输出电平，从而改善信噪比，
2、使收到的电视图像更为理想。天线放大器对接收信号的处理方式有：放大后再混合与混合后再放大两种电路。从字眼上看好像没有什么区别，只不过这几个字的位置调换了一下，实际上这两种电路的天线放大器使用效果截然不同。在电视信号较多和有强信号的地方，放大后再混合的天线放大器明显优于混合后再放大的天线放大器。理由是混合后再放大的天线放大器其放大集成电路因工作频带过宽和强弱信号差别过大，易使其进入非线性状态，而造成强信号干扰弱信号。所给出的两种放大器，可根据所在地区电视信号情况择优选用其中的一种电路。有线电视行业同仁数年的不断追求的探索,中国有线电视事业经历共用无线光纤网、IP 热到今天的数字电视化的进程后，终于
3、技术和市场两方面都找到了可支撑的清晰的成功的发展方向。从技术上，终于实现了在同一根电缆上以比较低的成本为广大家庭及企事业单位送去丰富的模拟广播电视、数字广播电视、大量专业的数字频道，交互式视频业务、宽频带因特网接入、电缆电话和 Voice over IP 等综合业务。2第 1 章 直流稳压电源1.1 概述1.1.1 演示电路如图 1.1 所示，T 为电源变压器，V 为桥式整流，C1、C2、C3 为滤波电容，CW7812 为三端稳压器。图 1.11.1.2 稳压电源一般直流稳压电源的组成如图 1.2 所示。其中包括四个组成部分，现将它们的作用分别说明。 一、电源变压器电网提供的交流电一般为 22
4、0V（或 380V） ，而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换以后的副边电压再去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。二、整流电路整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。3三、滤波器滤波器由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。但是，当电网电压或负载电流发生变化时，滤波器输出直流电压的幅值也将随之而变化，在要求比较高的电子
5、设备中，这种情况不符合要求的。四、稳压电路稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。1.2 半导体二极管1.2.1 半导体二极管的伏安特性二极管的伏安特性与 PN 结的伏安特性基本相同，仍具有单相导电性，但由于在正向导通时电极接触和引线电阻的存在，使正向电流有所减小；在反向导通时由 PN结表面漏电流的存在，使反向电流稍有增大，且随着反向电压的增大反向电流也有所增加，如图 1.3 所示，下面分段分析。 图 1.3 二极管伏安特性曲线1.正向特性当 U0 时，即处于正向特性区域。正向区有分为两段：当 0UE） ，UCC 通过 Rc 给集电结提供反向偏置电
6、压（UCUB） ，即 UCUBUE,实现了发射结的正向偏置，集电结的反向偏置。图 2.2 为 PNP 管的偏置电路，和 NPN 管的偏置电路相比，电源极性正好相反，同理，为保证三极管实现放大作用，则必须满足 UCUBUE。图 2.1 NPN 型三极管的外部电路图 2.2 PNP 型三极管的外部电路132.1.2 三极管的特性曲线现在用三极管的输入、输出特性曲线，来全面地描述三极管各级电流和电压之间的关系。一、输入特性当 UCE 不变时，输入回路中的电流 IB 与电压 UBE 之间的关系曲线称为输入特性，可用以下表达式来表示：IB=f（UBE）UCE=常数先来研究 UCE=0 时的输入特性曲线。
7、由下图 2.3 可见，当 UCE=0 时，从三极管的输入回路看，基极和发射极之间相当于两个 PN 结（发射极和集电结）并联，如下图 2.4 所示。所以，当 b、e 之间加上正向电压时，三极管的输入特性应为两个二极管并联后的正向伏安特性，见图 2.5 中左边一条特性。图 2.3图 2.4 UCE=0 时三极管的输入回路当 UCE0 时，这个电压的极性将有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。如果 UCEUBE，则三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管处于入大状态。此时发射区发射的电子只有一小部分在基区与空穴复合，成为 IB，大部分将被集电极收集，成为 IC。所以，与 UCE=0 时相
8、比，在同样的 UBE 之下，基极电流IB 将大大减小，结果输入特性将右移，见图 2.5 右边一条特性。当 UCE 继续增大时，严格地说，输入特性应继续右移。但是，当 UCE 大于某一数值（例如 1V）以后，在一定的 UBE 之下，集电结的反向偏置电压已足以将注入基区的电子基本上都收集到集电极，即使 UCE 再增大，IB 也不会减小很多。因此，UCE大于某一数值以后，不同 UCE 的各条输入特性十分密集，几乎重又叠在一起，所以，常常用 UCE 大于V 时的一条输入特性（例如 UCE2V）来代表 UCE 更高的情况。在实际的放大电路中，三极管的 UCE 一般都大于零，因而 UCE 大于 1V 时的
9、输入特性更有实用意义。14图 2.5 三极管的输入特性二、输出特性当 IB 不变时，输出回路中的电流 IC 与电压 UCE 之间的关系曲线称为输出特性，其表达式为ICf（UCE ）IB=常数NPN 三极管的输出特性曲线见下图。在输出特性曲线上可以划分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。下面分别进行介绍。图 2.6 三极管的输出特性1.截止区一般将 IB0 的区域称为截止区，在图 2.6 中为 IB0 的一条曲线以下的部分，此时 IC 也近似为零。由于管子的各级电流都基本上等于零，所以三极管处于截止状态，没有放大作用。其实当 IB0 时，集电极回路的电流并不真正为零，而是有上个较小的穿透电流 I
10、CEO。一般硅三极管的穿透电流较小，通常小于A，所以在输出特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流较大，约为几十几百微安。可以认为当发射结反向偏置时，发射区不再向基区注入电子，则三极管处于截止状态。所以，在截止区，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态。对于 NPN 三极管来说，此时UBE0，UBC0。2.放大区在放大区内，各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平的直线，表示当 IB 一定时, IC 的值基本上不随 UCE 而变化。而当基极电流有一个微小的变化量IB 时，相应的集电极电流将产生较大的变化量IC，比IB 放大 倍，即ICIB这个表达式体现了三极管的电流放大作用。在放大区，三极管的
11、发射结正向偏置，集电结反向偏置。对于 NPN 三极管来说，15UBE0，UBC0。3.饱和区由上图 2.6 中靠近纵坐标的附近，各条输出特性曲线的上升部分属于三极管的饱和区，见图中纵坐标附近虚线以左的部分。在这个区域，不同 IB 值的各条特性曲线几乎重叠在一起，十分密集。也就是说，当 UCE 较小时，管子的集电极电流 IC 基本上不随基极电流 IB 变化，这种现象称为饱和。在饱和区，三极管失去了放大作用，此时不能用放大区中的 来描述 IC 和 IB 的关系。一般认为，当 UCEUBE，即 UCB0 时，三极管达到临界饱和状态。当 UCEUBE 时称为过饱和。三极管饱和时的压降用 UCES 表示
12、，一般小功率硅三极管的管压降UCES0.4V。三极管工作在饱和区时，发射结和集电结都处于正向偏置状态。对于 NPN 三极管来说，UBE0，UBC0。以上介绍了三极管的输入特性和输出特性。管子的特性曲线和参数是根据需要选用三极管的主要依据。各种型号三极管的特性曲线可从半导体器件手册查得。如欲测试某个管子的特性曲线，除了逐点测试以外，还可以利用专用的晶体管特性图示仪，它能够在荧光屏上完整地显示三极管的特性曲线族。2.1.3 三极管的主要参数（1）电流放大系数从前面分析可知，从发射区发射到基区的电子（Ie）只有少部分（IBN）在基区复合，大部分到集电区。当一个三极管制造出来时，其内部的电流分配关系已
13、被确定。这个比值称为共射极直流电流放大系数 X，其表达式为=ICN/IBN可化解为 ICIB把集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比为三极管的共射极角流电流放大系数 ,其表达式为=IC/IB其中 =在选择三极管时， 的值一般选 20100,而高频管的值只要大于 10 即可。（2）反向饱和电流 ICBOICBO 是指发射极开路，集电结在反向电压作用下，形成的反向饱和电流。常温下，小功率硅管的 ICBO1 微安，锗管的 ICBO 在 10 微安左右。ICBO 的大小反映了三极管的热稳定性，ICBO 越小，说明稳定性越好。因此在温度变化范围大的工作环境中，尽可能选硅管。（3）穿透电流 ICEOIC
14、EO 是指基极开路，集电极发射极间加上一定数值的正向电压时，流过集电极和发射极之间的电流。它与 ICBO 的关系为ICEO =（ 1 + ）ICBOICEO 也受温度影响很大，温度升高，ICBO 增大，ICEO 增大。穿透电流 ICEO 大小是衡量三极管质量的重要参数，硅管 ICEO 的比锗管小。（4）集电极最大允许电流 ICM当集电极电流太大时，三极管的电流放大系数 值下降。我们把 ic 增大到正常值下降到正常值的 2/3 时所对应的集电极电流，称为集电极最大允许电流 ICM。在实际使用中，流过集电极的电流 icICM。16（5） 集电极发射极的击穿电压 U（BR）CEOU（BR）CEO 是
15、当基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。当温度上升时，击穿电压 U（BR）CEO 要下降，所以必须满足 UCE U（BR）CEO。2.2 基本共发射极放大电路2.2.1 基本共发射极放大电路的组成及个元件的作用1.电路的组成如下图所示。图 2.7 基本共(发)射(极)放大电路Rb：基极偏置电阻，为三极管基极提供合适的正向偏流。 Rc：集电极电阻，将集电极电流转换成集电极电压，并影响放大器的电压放大倍数。Ucc：直流电源，向 RL 提供电能并给 V 提供适当的偏置。 C1 ，C2：耦合电容，有效的构成交流信号的通路，并避免信号源与放大器之间直流电位的相互影响。V：三极管，根据输入信号的变
16、化规律，控制直流电源所给出的电流，使在 RL 上获得较大的电压或功率。2. 直流通路和交流通路1)直流通路所谓直流通路，是指当输入信号 Ui=0 时，在直流电源 Ucc 的作用下，直流电流所流过的路径。在画直流通路时，电路中的电容开路，电感短路，如下图 2.8（a）所示。2)交流通路所谓交流通路.，是指在信号 Ui 的作用下，只有交流电流所流过的路径。画交流通路时，放大电路中的耦合电容短路；由于直流电源 Ucc 的内阻很小，对交流变化量几乎不起作用，故看成短路。如下图 2.8（b）所示.17(a) 直流通路图 2.8 (b) 交流通路2.2.2 基本共发射极放大电路的工作原理假设电路中的参数及三极管的特性能够保证三极管工作在放大区。此时，如果在放大电路的输入端加上一个微小的输入电压变化量 uI，则三极管基极与发射极之间的电压也将发生变
