重邮-高频小信号选频放大

《重邮-高频小信号选频放大》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重邮-高频小信号选频放大（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、通信电子电路何丰 主编 重庆邮电学院 人民邮电出版社第二章 2004.6.4第二章 高频小信号选频放大器的结构与电 路 v2.1 概述 v2.2 主要性能指标和基本单元电路 v2.3 较理想的小信号选频放大电路模型 v2.4 小信号谐振放大器的稳定性问题v2.5 信号与电路及结构 第二章 2004.6.4小信号选频放大器的信号环境 特点v本书中此类电路还有：第八章的限幅放大器 ，第九章的锁相环滤波电路等。 对共存于输入端的有用信号进行选 择性处理，即它能尽可能地减少存在于同 一时间、同一电路空间的无用输入信号对 有用输出信号的影响 。第二章 2004.6.42.1 概 述v高频小信号选频放大器

2、由“放大部分+选频部分”按“级联”方式构成。v具体分为：先放大后选频，先选频后放大，以及选 频、放大、再选频的三种基本模式。第二章 2004.6.4v放大部分的核心元器件是增益元器件，如三 极管、场效应管、集成运放或专用集成放大器 等。v选频部分的必要元器件是电感、电容等动态 元件。学习要求：小信号选频放大器的主要性能指标（ 增益、通频带、选择性、工作稳定性、噪声系 数），电路稳定性，以及具体电路的应用进行 讨论。第二章 2004.6.42.2 主要性能指标和基本单元电 路v常见的基本指标如下：一增益增益定义为放大器的输出信号电量与输入信 号电量的比值，用A加下标（类似于低频放大器的增 益）来

3、表示。图2-2-1（b）为一典型增益的幅频特性曲线 。 第二章 2004.6.4v二通频带通频带定义为放大器的增益比最大增 益下降3dB时的上限截止频率fL与下限截 止频率fH之差，用BW0.7 = fL- fH表示。v三选择性选择性表示放大器对通频带以外的各 种干扰信号及其噪声的滤除能力，或者说 ，从各种干扰中选出有用信号的能力。衡量选择性的具体指标有：矩形系数 K0.1 、S参数。第二章 2004.6.4v以理想矩形幅频特性为标准，引入矩形系数K0.1来 表示实际幅频特性曲线的选择性，定义为：K 0.1BW0.1BW0.7 （2-2-1）式中，BW0.1是增益下降到最大值的0.1倍时的频

4、带宽度。通常，认为频带BW0.1内的频率分量需能通过 放大器，但不一定能被正常放大，BW0.1以外的频率分 量被放大器所抑制。BW0.1和BW0.7之间的频率范围称 为过渡带。 矩形系数K0.1第二章 2004.6.4S参 数v以图2-2-1（b）的典型幅频特性为背景条件下，S 参数定义为：1. 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A0的比值。2. SA(1)A0 （2-2-2） v显然，在同类电路中，S值越小的电路选 择性越好。 第二章 2004.6.4主要性能指标v四工作稳定性这是指选频放大器中的非线性放大元器件的 偏置，交流参数，以及其它电路元件参数发生变化时

5、，电路性能的稳定程度。v五噪声系数与低频放大器一样，选频放大器的输出噪声 也来源于输入端和放大电路本身。噪声系数是用来反 映电路本身噪声大小的技术指标。第二章 2004.6.4以下图为例对进行选频放大器进行分析第二章 2004.6.4思考题 ：v2.2.2 以放大和选频两部分的组成结构为线索 ，分析图2-2-2（a）电路中各元件的作用？ v2.2.3 在工作点设置合理的情况下，图2-2-2 （b）中三极管能否用不含结电容的小信号等效 电路来等效。为什么？ 第二章 2004.6.4指标求解 1： v化简为2-2-3（a）。图中n2为下级放大器对本级谐 振回路的接入系数，即电感4、5端到1、3端的

6、变比（ 在全耦合下，n2等于线圈匝比N45/N13）；gZ表示电感 本身在1、3端的总等效损耗电导； y i 2为下级放大器 的输入导纳；yo1为本级放大器的输出导纳。 第二章 2004.6.4指标求解 2：v进一步化简为 2-2-3（b）。v考虑到PN结的结电容和极间电容，设三极管输入、输出参 数为：yi2g i2jCi2 （2-2-3）yo1g o1jC o1 （2-2-4）图中：n1为三极管输出端对谐振回路的接入系数，即电感 1、2端到1、3端的变比（在全耦合下，n1等于线圈匝比N12/N13 ）。 第二章 2004.6.4指标求解 3：详细求 解过程v谐振频率v品质因数（常称 为回路L

7、C的有载 品质因数）v输出电压v电压增益v通频带v矩形系数第二章 2004.6.4小结：v由以上分析可知，电路各部分的主要作用如 下：1.放大能力主要由三极管正向受控参数yfe确定；2.选频主要由选频回路LC确定；3.n1和n2主要用于调节三极管与选频回路、负载 与选频回路之间的耦合程度。第二章 2004.6.4若放大部分 采用以多级放 大为基础如图2 -2-4所示，则 称这类电路为 LC集中选频式 谐振放大器。第二章 2004.6.42.3 较理想的小信号选频放大电路模 型v所谓较理想的小信号选频放大器是指具有较 宽的通频带，更小的过渡带，即电路的选择性 更为理想的小信号放大器。第一：从结构

8、电路的观点出发，用谐振回 路和增益元器件的不同组合进行电路总体性能 的优化第二：从改善选频滤波部件出发，对其它 材料构成的选频电路的性能进行讨论。 第二章 2004.6.4结构优化的选频放大单元1参差调谐v所谓参差调谐，就是将两级单调谐放大器的谐振频 率分别调谐在信号中心频率f0附近的两个不同频率点 上，其中一级调谐在f01f0，另一级调谐在f 02 f 0上。v上述两级放大器统称为一级参差调谐放大器，或一 个基本参差调谐放大器单元。 第二章 2004.6.4参差调谐的选频放大单元幅频特性的分析第二章 2004.6.4观察“参差调谐放大单元”v观察幅频特性图可以想到： （1）在较大时，Av (

9、j)将在0附近出现下凹现象; （2）在较小时，Av ()将在0频率出现最大值。由此，我们可以找到一特定的值，使Av () 在0刚好不下凹，即只要大于特定值，Av ()就会出 现下凹现象。常称这时的Av ()为最平坦特性。 第二章 2004.6.4指标求解 得：v电压增益v通频带v矩形系数详细求 解过程最平坦条件下， 有：第二章 2004.6.4改善选频滤波部件的选频放大1双调谐回路放大单元v我们称两个谐振回路相互耦合的电路为双耦合回路 ，相应的放大器也称双调谐回路放大。具体耦合有：电容耦合、互感耦合两种。 v该类电路与参差调谐放大单元的技术指标类 似。具体1时，电路处于最平坦情况，也称 临界耦

10、合。 第二章 2004.6.4并 联 式 互 感 耦 合 放 大 电 路第二章 2004.6.4指标求解 得：v电压增益v通频带v矩形系数详细求 解过程最平坦条件下， 有：第二章 2004.6.4结论 ： v可见，临界耦合双调谐回路谐振放大器的矩 形系数与参差调谐放大器相同，其选择性比单 调谐回路谐振放大器好。 思考题：v2.3.2 双调谐回路谐振放大器为何要采用n1 、n2为 代表的抽头方式将放大器与谐振回路相连接？v2.3.3参差调谐放大器相对于双调谐回路放大器来说 ，其选频频率更容易在电路实现时得到控制，为什么 ？ 第二章 2004.6.4结构优化的选频放大单元2 2.3.3 多级单元放

11、大电路v假定多级单元放大器由几个相同参数的单元 放大器组成，则n级单元放大器的总增益函数可 以用一个单元的增益函数来表示，即：v由此计算的数据如下表2-3-1和表2-3-2。其中，放 大器的3dB带宽BW0.7BW0.7单；在最平坦条件下， 双谐振回路的情况与参差调谐相似。第二章 2004.6.4第二章 2004.6.4例题2.3.1v已知单回路谐振放大单元电路的谐振频率f0 10.7MHz，回路品质因数Q40，接入系数n1 0.5，n20.1，谐振回路总电容Ce100pF，晶体三极管的y f e38.5mS。v问：由上述放大器组成的四级单元放大器， 即同步调谐放大器的总谐振电压增益和带宽。v

12、解答第二章 2004.6.4v随着技术的进步，由其它材料构成的选频性能优异 的选频元件被用于选频电路中。具体有：晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤 波器。正因为如此，我们常采用集中选频放大的单 元电路组成方案，即用多级放大来构成选频单元电路 中的放大电路部分。 改善选频滤波部件的选频放大2 2.3.4 其它选频的放大单元第二章 2004.6.4改善选频滤波部件的选频放大2 陶瓷滤波选频放大v在研究中我们发现石英晶体材料和陶瓷材料 都具有压电效应，即在材料发生机械变形时， 它们的表面就会出现电荷；反之，当加有外电 压作用时，它们也会产生机械变形。v我们将石英晶体材料制作的元件称作石英晶 体，陶瓷

13、材料制作的元件称作陶瓷滤波器。第二章 2004.6.4第二章 2004.6.4第二章 2004.6.4改善选频滤波部件的选频放大2声表面波滤波电路v由于这种滤波元件在内部的信号传递过程中 ，利用了声表面波，因此称为声表面波滤波器 。v图2-3-5是声表面波滤波器的结构图。第二章 2004.6.4v如果在叉指电极A组上加入交流信号，则会在材 料表面上产生与外加信号同频率的周期振动，即为 表面波。 第二章 2004.6.42.4 小信号选频放大器的稳定性问 题v在实际工作中，为了减小增益元器件内部反馈带来的影响， 我们可以考虑采用如下的措施：v（1）选用内部反馈小的放大电路，如集成宽带放大器，电

14、流模放大电路等。v（2）采用外加反馈去综合增益元件内部反馈，使总反馈接 近为零v通常我们将使总反馈为零或减小的方法称为中和法，图中的 电容CN被称为中和电容。v利用图2-4-2（b），在考虑r b b 的条件下，可以证明，在 Zn满足vZnn r b b（1C be /C bC）n（1r b b / r be）/ （jC bC） (2-4-1) 时，电压o对i的作用为零，三极管能实现信号的单向传输。 第二章 2004.6.4v在考虑rbb 的条件下，可以证明，在Zn满足Znn rbb（1C be /C bC）n（1rbb / rbe）/（jC bC） 时，输出电压对输入三极管输入的影响为零，实现信号了单向 传 输。 第二章 2004.6.42.5 信号与电路及结构v选频放大器的输入端是可以容许信号按频分 方式多路共用的多路共用电路系统；v放大器输出端的电路则只需存在有用频带信 号这一路信号，即属于单路电路系统的电路。v本章讲述的放大器都以接受固定频率范围信 号为目的来设计的，但实际中往往会出现有用 信号频带范围不稳定的现象，对此应如何解决 ？ 第二章 2004.6.4