通信电子电路于洪珍原版第2章

第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 1概述 一 调谐放大器分类1 小信号调谐放大器小信号 输入信号 V mV要求 增益足够大 通频带足够宽 选择性好 工作在甲类 多用于接收机 图2 1一个典型调谐放大器的频率特性 为什么要求通频带 放大器所放大的一般都是已调制的信号 已调制的信号都包含一定谱宽度 所以放大器必须有一定的通频带 让必要的信号频谱分量通过放大器 什么叫选择性 从各种不同频率信号的总和 有用的和有害的 中选出有用信号 抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性 2 1概述 一 调谐放大器分类1 小信号调谐放大器小信号 输入信号 V mV要求 增益足够大 通频带足够宽 选择性好 工作在甲类 多用于接收机2 调谐功率放大器大信号 输入信号mV以上要求 大的功率和效率 工作在丙类 多用于发射机 二 电路特点 采用谐振回路作为放大器的集电极负载 第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 2LC谐振回路 谐振回路 L C串并联网络作用 构成选频网络 阻抗变换网络等2 2 1串 并联谐振回路的基本特性一 并联谐振与串联谐振回路比较 并联谐振回路R0 电感线圈的固有损耗电阻对信号源而言 L C R三者是并联关系 串联谐振回路r0 电感线圈的固有损耗电阻对信号源而言 L C R三者是串联关系 1 并联谐振回路的阻抗特性 二 并联谐振回路 并联阻抗 或 分析 谐振时 回路呈纯阻 当时 回路呈容性 当时 回路呈感性 定义回路谐振电阻R0与谐振时回路电抗 感抗或容抗 的比值为并联回路的品质因数 用Q表示 它表示回路损耗的大小 2 谐振曲线和通频带 1 谐振曲线 回路电压特性曲线 感性 容性 绘图 Q 20 100 Q对谐振曲线的影响 Q可以衡量谐振现象的尖锐程度 表示频率偏离谐振的程度 称为失谐量 称为广义失谐量 它反映失谐的相对程度 2 通频带 通过有用信号的能力 通频带与回路的品质因数Q成反比 Q越高 谐振曲线愈尖锐 回路的选择性越好 通频带越窄 令 通常对某一频率偏差 下的 值记为 叫做回 路对这一指定频偏下的选择性 实际中 常常用分贝来表示 选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力 3 选择性 抑制无用信号的能力 4 矩形系数 一般了解 放大器的电压增益下降到谐振增益的0 1 或0 001 时 相应的频带宽度B0 1 或B0 01 与放大器通频带B0 7之比 或 并联谐振回路的矩形系数 2 2 2负载和信号源内阻对谐振回路的影响 1 负载和信号源内阻为纯电阻 信号源 空载品质因数 有载品质因数 显然 QL Q0采用部分接入并联谐振回路 减小加载影响 负载 通频带 选择性 2 负载和信号源内阻含有电抗成分 一般是容性 回路总电容为 注意 考虑了负载电容和信号源输出电容后 在谐振回路的谐振频率 品质因数等的计算中 式中的电容都要以代入 如 谐振频率 2 2 3谐振回路的接入方式 重点内容 信号源和负载直接并在L C元件两端 存在以下三个问题 谐振回路Q值大大下降 一般不能满足实际要求 信号源和负载电阻常常是不相等的 即阻抗不匹配 当相差较多时 负载上得到的功率可能很小 信号源输出电容和负载电容影响回路的谐振频率 在实际问题中 RS RL CL CS给定后 不能任意改动 解决这些问题的途径是采用 阻抗变换 的方法 使信号源或负载不直接并入回路的两端 而是跨接在谐振回路的一部分上 部分接入 一 阻抗变换的原理 设 n 接入系数 它表明负载电压占回路电压的比例 利用等效等效前后消耗的功率相等 二 自耦变压器接入 接入系数 三 电容抽头接入 接入系数 四 互感变压器接入 接入系数 五 电容及信号源部分接入的计算 定义接入系数 则 说明 1 0 n 1 调节n可改变折算电阻数值 n越小 RL与回路接入部分越少 对回路影响越小 越大 2 对于电容抽头接入 接入系数为 3 当外接负载不是纯电阻 包含有电抗成分时 上述等效变换关系仍适用 4 谐振回路信号源的部分接入的折算方法与上述负载的接入方式相同 5 为区别信号源和负载与回路的接入系数 在下面信号源和负载均采用部分接入的电路中 规定 n1为信号源与回路的接入系数 n2为负载与回路的接入系数 本节知识结构框图 教材2 42 82 92 14 作业 第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 3单调谐放大器 一 调谐放大器的组成谐振回路单调谐 LC并联 双调谐 耦合谐振 变压器或抽头接入 二 电路分析 以单调谐放大器为例 1 电路组成 R1 R2 R3为分压式偏置电阻 C1为耦合电容 C2为旁路电容 RL为负载电阻 L和C组成并联谐振回路 谐振回路和晶体管的输出端采用自耦变压器连接 以减轻晶体管输出电阻对谐振回路Q值的影响 谐振回路和负载采用紧耦合的变压器连接定义 2 电压放大倍数K 3 选频性能 由于因此 放大器的频率特性取决于谐振电路的频率特性 K f曲线 4 最大增益及阻抗匹配条件 K0受多种因素影响 一般是采用通过调整匝比的方法获得高的增益 是不是 愈大愈好 为什么 要保证一定的QL 又要达到尽可能高的增益 则有一个最佳匝比 第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 4晶体管的高频等效电路及频率参数 思路 运用线性元件组成的网络模型来模拟晶体管建立方法 物理参数等效电路 网络模型 双口网络 一 混合 型等效电路 二 Y参数等效电路 把晶体管看成一个线性有源四端网络Y参数方程为其中 输入导纳 yfe 正向传输导纳 yfe越大 放大能力越强yre 反向传输导纳 它反映了放大器内部反馈作用yoe 输出导纳晶体三极管的Y参数可以通过直接测量得到 三 混合 型等效电路参数与Y参数的关系 四 晶体管的高频放大能力及其频率参数晶体管在高频情况下的放大能力随频率增高而下降 1 共发射极电流放大系数 下降至1时的频率 称为特征频率 fT是表示晶体管丧失电流放大能力时的极限频率 定义 截止频率 2 共基极电流放大系数 定义为 截止频率3 参数间的关系最高 说明在高频情况下共基接法的频率响应应优于共射接法 推导过程 令 利用 因为 又 4 最高振荡频率fmax 晶体管共射极接法功率增益Ap 1时的工作频率 fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率 在此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大 当f fmax时 无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡 频率参数关系 第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 5高频调谐放大器 一 电路组成 输入 输出 二 高频等效电路 c d 晶体管接入系数负载导纳接入系数将输出电路所有元件参数均折合到LC两端 电流源 合并 其中 三 电路性能指标1 电压增益 讨论 是工作频率f的函数 当时 号表示输入和输出有180 的相位差 此外 是一个复数 它也有一个相角 因此输入和输出之间的相位差不是180 而是 当频率较低时 和的相位差才是180 与晶体管正向传输导纳成正比 和回路的总电导成反比 与n1 n2之间的关系 2 通频带和选择性 取其模值可见 单调谐放大器的通频带 选择性有与并联谐振回路相同的结论 例2 1设工作频率f0 10 7MHz 回路电容C2 56pF L 4uH Q0 60 匝数N 20 接入系数n1 n2 0 25 晶体管Y参数 yie 0 96 j1 5 mS yfe 37 j4 1 mS yre 0 032 j0 00058 mS yoe 0 058 j0 72 mS 求KV0和B 四 举例 第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 6调谐放大器的级联 实际应用中 常常为了提高增益或改善选择性 采用多级级联放大器 2 6 1多级单调谐放大器 同步调谐放大器 1 多级放大器的增益假设有n级放大器 特性相同 总增益 如果各级放大器的增益相同 则归一化谐振曲线表达式 2 通频带 保持Bn不变 各级 各级 因此 增益和通频带存在严重矛盾 改善 参差调谐放大器 双调谐回路放大器 缩小系数 缩减因子 令 或 2 6 2参差调谐放大器 目的 展宽通频带类型 双参差调谐 三参差调谐1 双参差调谐放大器结构 两级为一组 一级调谐在 一级调谐在 由曲线 在f1至f2频率范围内 两回路特性变化趋势相互补偿 在统一的广义失谐 坐标系中 第一级第二级两级相乘为求出K最大值 令 解得 讨论 1 谐振曲线为单峰 在处达到最大值2 谐振曲线为双峰 且随着的增加 峰值的高度也随之下降 3 两者的分界线 相当于单峰中最平坦的情况 极值点 2 三参差调谐放大器 结构 三级为一组优点 幅频特性更接近矩形 通频带更宽缺点 难调整 2 6 3双调谐回路放大器 图2 36双调谐回路放大器图图2 38不同耦合程度时的谐振曲线 作业 教材2 182 202 242 26 第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 7高频调谐放大器的稳定性 2 7 1晶体管内部反馈的有害影响1 放大器调试困难2 放大器工作不稳定2 7 2解决办法1 尽量选用yre小的晶体管 2 增益不能太高 同时在电路上可采用失配法来减小内反馈的影响 第2章小信号调谐放大器 2 1概述2 2LC谐振回路2 3单调谐放大器2 4晶体管高频等效电路及频率参数2 5高频调谐放大器2 6调谐放大器的级联2 7高频调谐放大器的稳定性2 8集中选频小信号调谐放大器 2 8集中选频小信号调谐放大器 1 集中选频放大器的组成框图2 主要优点1 电路简单 调整方便 2 性能稳定 3 易于大规模生产 成本低 前置放大器 集中滤波器 宽带放大器 通频带 选择性 高增益 宽频带 2 8 1石英晶体滤波器 压电效应 1 物理特性石英晶体具有把机械振荡转换成交变电压 或把交变电压转换为机械振荡的作用 广泛用于振荡器或窄带滤波器 2 等效电路3 特点中心频率稳定 但带宽很窄 2 8 2陶瓷滤波器 压电效应 陶瓷滤波器是由锆钛酸铝陶瓷材料制成的 把这种陶瓷材料制成片状 两面覆盖银层作为电极 经过直流高压极化后具有与晶体类似的压电效应 产生机械形变和极间电场之间的相互转换 C0为压电陶瓷片的固定电容 Lq Cq rq分别模拟机械振动时的等效质量 等效弹性系数和等效阻尼 压电陶瓷片的厚度 半径等尺寸参数不同 等效电路参数也就不同 将不同谐振特性的压电陶瓷片进行适当的组合连接 就可获得接近理想矩形的幅频特性 优点 工作频率动态范围大 几百kHz到几十MHz缺点 通频带不够宽 2 8 3声表面波滤波器 声电换能 优点 工作频率高 几MHz到GHz量级 通频带宽 B0 7 f0可达到50 频响曲线好1 结构示意图在压电晶体 基体 表面 用真空蒸镀蒸发上一层金属膜 并用光刻工艺制作两组叉指换能器 一个用作发射 一个用作接收 2 工作原理 发射换能器输入加入来自信号源的交变电压 由于压电效应 基体产生弹性形变 激发出与输入信号同频率的弹性波 声波 这种声波沿基体表面10 m深度内传播 故称声表面波 接收换能器将声波转换为电信号 3 频率特性 频率特性除了与压电基体材料有关外 主要取决于叉指换能器的指条数目 疏密和长度等 4 等效电路 a 等效电路 b 电路符号声表面波滤器的输入 输出阻抗呈容性 主要是由叉指换能器的静态电容引起的 在使用时常常在输入 输出端并联一个电感和电阻 以便与输入 输出电容构成品质因数较低的调谐回路 实现纯阻匹配 5 举例 匹配电路 2 9小信号调谐放大器Multisim电路仿真 1 仿真结果 2 思考题 信号源为方波 其他参数不变 观察输出波形 信号源为方波 但频率变为原来的1 3 观察输出波形 为什么 本章小结 1 高频小信号放大器通常分为谐振放大器和非谐振放大器 谐振放大器的负载为串 并联谐振回路或耦合回路 2 小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量 用矩形系数可以衡量实际幅频特性接按近理想幅频特性的程度 矩形系数越接近于1 则谐振放大器的选择性愈好 3 高频小信号放大器由于信号小 可以认为它工作在管子的线性范围内 常采用有源线性四端网络进行分析 Y参数