《高频电子线路 教学课件 ppt 作者 金发庆 第2章高频小信号放大》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子线路 教学课件 ppt 作者 金发庆 第2章高频小信号放大（120页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 高频小信号放大器 本章重点 高频小信号调谐放大器的增益、通频带、矩形系数的计算； 提高高频小信号调谐放大器稳定性的方法； 高频小信号宽带放大器的电路组成； 集中选频放大器的电路组成。,2.1 从卫星广播电视信号的传送谈起 2.2 高频小信号调谐放大器 2.3 谐振放大器电路性能 2.4 集中选频放大器 2.5 宽频带放大器 2.6 集成高频放大电路应用实例 2.7 实训,2.1从卫星广播电视信号的传送谈起 通信总要经过一个相对比较远的距离，发射机发射的信号功率是有限的，接收机接收到的信号通常很微弱，必须要先进行小信号放大才能使用。 图2-1所示为卫星广播电视信号的传送情况。,上卫星电视
2、发射台、车载发射台的电视信号上传给卫星上的接收机，经信号处理后，卫星上的发射机再向地面发射。 有线电视台、海岛转播台、家庭接收机接收到电视信号时，信号已经很微弱，有的甚至只有-120dBV。 进行小信号放大是各接收机首先要做的工作。,图2-1 卫星广播电视信号的传送,2. 1.1 高频小信号放大器类型 高频小信号放大器分为小信号调谐放大器和小信号宽频带放大器两类。 小信号调谐放大器对中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz内，相对频带宽度10以内的微弱信号进行不失真的放大，为窄频带放大器。 故不但需要有一定的电压增益，而且需要有选频能力。,小信号宽频带放大器对占有频率范
3、围为几MHz至几百MHz的宽频带微弱信号进行不失真的放大。 故要求放大器的下限截止频率很低（有些要求到零频即直流），上限截止频率很高。,窄频带放大器由双极型晶体管（以下简称晶体管）、场效应管或集成电路等有源器件提供电压增益，LC谐振回路、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器或声表面波滤波器等器件实现选频功能。 它有两种主要类型：以分立元件为主的谐振放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。,宽频带放大器也是由晶体管、场效应管或集成电路提供电压增益，负载为宽频带非调谐器件。 为了展宽工作频带，要求提供电压增益的有源器件的高频性能好，而且在电路结构上采取了一些扩展频带的措施。,高频小信号放大器是线性放大器。
4、Y参数等效电路和混合型等效电路是分析高频晶体管线性工作的重要工具。 晶体管、场效应管和电阻引起的电噪声将直接影响放大器和整个电子系统的性能。,2.1.2调谐放大器性能指标 图2-2所示为两级高频小信号调谐放大器电路。 天线W接收信号由电感LS1耦合送到晶体管VT1放大。 L1、C1并联谐振回路作为放大器负载取出放大信号，由电感LS2耦合送到晶体管VT2放大。 L2、C2并联谐振回路为放大器负载，由电感LS3耦合送到下级电路。,图2-2 两级高频小信号调谐放大器电路,高频小信号调谐放大器，广泛用于广播、电视、通信、雷达等接收设备中。 对微弱的有用信号进行线性放大，同时滤除不需要的噪声和干扰信号。
5、 高频小信号谐振放大器的性能指标主要有增益、通频带、选择性、稳定性和噪声系数等。 高频小信号谐振放大器还需具有自动增益控制。,1. 增益 为了提高微弱信号的接收能力，要求高频小信号谐振放大器有足够的电压增益。 例如远程接收机，从天线上接收到的信号强度一般为V量级，而解调器所需的信号电压强度为1V以上，所以放大器的电压增益必须高于120dB。 对于一般接收机，放大器的电压增益也需要60dB以上。,2. 通频带 由于高频小信号谐振放大器的输入信号一般都为已调信号，有用信号的频率分量对称地或不对称地分布于中心频率两侧，因此，放大器必须具有一定宽度的频带，以便让信号中的各频率分量得到均匀的放大。 通常
6、规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707（即）时，所对应的频率范围为放大器的通频带，用BW0.7表示。,3. 选择性 在均匀放大有用信号的同时，又能有效地抑制频带以外的无用信号，这是对高频小信号谐振放大器的选择性要求。 具有理想选择性的放大器，其幅频特性曲线应呈矩形，频带内增益相同，频带外增益为0。 但实际放大器的幅频特性只能呈现草垛形，如图2-3所示。,图2-3 理想和实际放大器的频率选择性曲线,为了衡量实际幅频特性接近理想矩形的程度，引入矩形系数K0.1，作为选择性指标。定义为 K 0.1 = BW 0.1 BW 0.7 (2-1 ) 式中，BW0.1为放大器的电压增益下降到最大值的0
7、.1时，所对应的频率范围。 由图2-3可见，矩形系数越小，选择性越好，抑制频带以外的无用信号的能力越强。理想曲线的矩形系数为1。,4. 稳定性 电路稳定是放大器正常工作的首要条件。 由于高频工作时，晶体管内结电容反馈和寄生反馈较强，因此高频放大器很容易自激而无法工作。 应合理地设计电路，限制每级放大器的增益和采取必要的工艺措施，以保证放大器电路的稳定。,5. 噪声系数 实际放大器的输入信号通常混有噪声，它是雷电和电气设备工作时产生的。 为了说明信号的质量，通常用信号功率S和噪声功率N的比来衡量，并称比值S/N为信噪比。 实际放大器由于电子热运动等因素的影响，也会产生噪声。 放大器放大后输出信号
8、中混入了放大器本身产生的噪声，输出信号的信噪比肯定小于输入信号的信噪比。,噪声系数NF是衡量线性电路（包括线性无源器件和线性放大器）本身产生噪声大小的指标。 线性放大器噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比之比，即 N F = S i N i S o N o （2-2） 噪声系数还可以用分贝表示： N F dB =10lg( S i N i S o N o ) （2-3）,接收微弱信号时，往往需要多级放大器级联，对于级联电路的总噪声系数，可以通过各级的噪声系数和功率增益求出，可以表示为 N F = N F1 + N F1 1 A pm1 + N F2 1 A pm1 A pm2 + （2
9、-4） 由式（2-4）可见， 级联电路的总噪声系数主要决定于第1级的噪声系数。 因此，第1级高频小信号谐振放大器的噪声系数一定要小。,2.2 高频小信号调谐放大器 图2-4所示为典型的单管单调谐放大器电路。 图中，UCC为直流电源电压，R1、R2为偏置电阻，高频小信号经耦合电容Cb耦合，输入晶体管基极放大。 放大后的集电极信号电流，流过电感线圈1、2端，由自耦变压器耦合，在LC并联回路两端产生信号电压，回路谐振时信号电压最大。,图2-4 单管单调谐放大器电路,电感线圈1、3端同样以自耦变压器耦合方式，将LC并联回路上的信号电压耦合输出到负载（或下级放大器）。 电容CC为隔直耦合电容。R3、Ce
10、产生直流负反馈，用于稳定工作点。,2.2.1 LC并联谐振回路 单管单调谐放大器由有源器件的晶体管进行信号放大，无源器件的LC并联回路作为负载进行选频输出。 单管单调谐放大器的频率特性，在很大程度上取决于LC并联回路的谐振特性。 1. LC并联回路的阻抗特性 LC并联回路由电感线圈L和电容器C并联组成，作为信号电流源的负载，如图2-5所示。,图2-5 LC并联振荡回路,由图可知，LC并联回路的阻抗表示式为 Z= Z 1 Z 2 Z 1 + Z 2 (2-5) 式中， Z 1 =r+jL， Z 2 = 1 jC 。,将Z1和Z2的值代入阻抗表示式，整理后，阻抗的模和相角分别为 = 1 ( ) 2
11、 + ( 1 ) 2 （2-7） =arctg 1 （2-8）,当输入信号频率为 = 1 = 0 (2-9) 时，并联回路的感抗值和容抗值相等， 0 = 1 0 (2-10) LC并联回路处于谐振状态。0称为LC并联回路的谐振频率。,当输入信号频率在谐振频率0附近变化时，LC并联回路的阻抗的模和相位随频率的变化为LC并联回路的阻抗特性和相位特性。 如图2-6所示。,(a) 阻抗特性,(b) 相位特性,图2-6 LC并联回路的阻抗特性和相位特性,由图可见，阻抗的模在谐振时最大，称为谐振电阻，用R0表示。由（2-6）式可知，其值为 (2-11) 阻抗的相位在+/2到-/2之间变化，谐振时阻抗的相位
12、为0。,2. LC并联回路的导纳特性 很多情况下，并联振荡回路用导纳表示比较方便，由式（2-6）可得并联谐振回路的导纳表示式为 y= r +( 1 )= 0 + (2-12) 式中， 0 = r 为LC并联回路的电导， = 1 为LC并联回路的电纳。 LC并联回路的导纳等效电路，如图（2-7）所示。,图2-7 并联振荡回路的导纳等效电路,LC并联回路谐振时，电纳值 = 0 1 0 =0 导纳的相位 =0 这时导纳为纯电导 0 ，称为谐振电导。,通常将LC并联回路谐振时感抗和容抗的数值称为回路的特性阻抗，用字母表示，即： = 1 0 C = 0 = (2-13) 回路的特性阻抗与回路电阻r之比称
13、为回路空载（本身）品质因数，用Q0表示： Q 0 = r = 0 r = 1 0 Cr = 1 r = 0 (2-14),谐振电阻R0与品质因数Q0的关系为 R 0 = 1 0 = L Cr = Q 0 (2-15) 由式(2-15)可知，LC并联电路的谐振电阻R0等于感抗值或容抗值的Q0倍。 当电感线圈损耗电阻r很小，Q0值远大于1时，LC并联电路的谐振电阻值是很大的。,2.2.2 晶体管Y参数等效电路 高频小信号放大器是线性放大器，为了分析的方便，可以用等效电路对起放大作用的晶体管进行等效。 单管单调谐放大器通常用Y参数等效电路。 图2-8所示为晶体管共发射极电路与Y参数等效电路的等效。,
14、（a）晶体管共发射极电路,（b）Y参数等效电路,图2-8 晶体管共发射极Y参数等效电路,输入电流Ib、输出电流Ic与输入电压Ub、输出电压Uc的关系表示式为 = + （2-16） = + （2-17） 式中，yie、yre、yfe和yoe为4个导纳参数，称为Y参数。,4个Y参数可以表示为 = + = + = + = + ,4个Y参数可以通过对晶体管进行测量获得，也可以通过查晶体管手册获得。 但Y参数与频率有关，查晶体管手册获得的数据是某一信号频率下的数据，若工作信号频率与之不同，则会有较大误差。 单管单调谐放大器相对频带较窄，对晶体管进行测量可以在信号中心频率进行，所得4个Y参数的数据会更准确。,2.2.3调谐放大器Y参数等效电路 将晶体管Y参数等效电路与LC并联回路和信号电流源连接，就组成了单管单调谐放大器Y参数等效电路，如图2-9所示。 图中，忽略了反向传输导纳yre，输入信号电流源用 和源内导纳Ys表示，负载假定为下一级相同的单调谐放大器，所以用晶体管输入导纳yie表示。
