高频电子电路小信号谐振放大器

1、2.2 单调谐小信号谐振放大器单调谐小信号谐振放大器2.3 较理想的小信号选频放大电路模型较理想的小信号选频放大电路模型2.4 小信号谐振放大器的稳定性问题小信号谐振放大器的稳定性问题选频、滤波选频、滤波放大：有用信号放大：有用信号选出所需频率（有用）信号选出所需频率（有用）信号滤除不需要频率（干扰）信号滤除不需要频率（干扰）信号选频网络选频网络放大部分放大部分LCLC谐振回路谐振回路各种滤波器各种滤波器单单LC谐振回路谐振回路双调谐回路双调谐回路LC集中滤波器集中滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器三极管放大器三极管放大器场效应管放大器场效应管放

2、大器集成运放等集成运放等二、小信号谐振放大器的二、小信号谐振放大器的性能指标性能指标：选频能力选频能力和和放大能力放大能力 增益要高，也就是放大能力要强。增益要高，也就是放大能力要强。 频率选择性要好。频带宽度满足信号带宽要求和矩形系数接近频率选择性要好。频带宽度满足信号带宽要求和矩形系数接近1 1。 工作稳定可靠。工作稳定可靠。 接收机前级放大器内部噪声要小。接收机前级放大器内部噪声要小。因为放大器本身的噪声越低，接收微弱信号的能力就越强。因为放大器本身的噪声越低，接收微弱信号的能力就越强。1.小信号谐振放大器小信号谐振放大器小信号小信号：输入信号：输入信号vmV要求：要求：增益足够大，通频

3、带足够宽，选择性好，增益足够大，通频带足够宽，选择性好， 工作于甲类，多用于接收机工作于甲类，多用于接收机2.谐振功率放大器谐振功率放大器大信号大信号：输入信号：输入信号mV以上以上要求：要求：大的功率和效率，工作在丙类，大的功率和效率，工作在丙类， 多用于发射机。多用于发射机。 采用谐振回采用谐振回路作为放大器路作为放大器的集电极负载的集电极负载二、电路的特点：二、电路的特点：返回返回fo=几百几百kHz几百几百MHz，B=几几kHz几十几十MHz1 1、谐振电压增益：、谐振电压增益：用来表示对有用信号的放大能力。定义为：用来表示对有用信号的放大能力。定义为：offiooVoVvvAfA)(

4、（即在中心频率处的电压增益）（即在中心频率处的电压增益）K0.1理想实际AV(f)/AV(fo)f0.40.60.81.00.20fofLfH2、通频带、通频带BW0.7 （取决于谐振回路的形式和回路的（取决于谐振回路的形式和回路的Q值。）值。）定义为：放大器的增益比最大增益下降定义为：放大器的增益比最大增益下降3dB时的上、下限截止频率时的上、下限截止频率fH、fL 之差之差，即：即：BW0.7 = 2f0.7=fH fL（要求满足有用信号的频宽）（要求满足有用信号的频宽） 表示放大器从各种干表示放大器从各种干扰中选出有用信号的能力。定义为：扰中选出有用信号的能力。定义为： S的值越小放大器

5、的选择性越好的值越小放大器的选择性越好。实际上，。实际上，S和和BW0.7是相互制约的，一般情况下，通频带越宽对特定频率信号是相互制约的，一般情况下，通频带越宽对特定频率信号的选择性越差，理想条件下，谐振放大器应该对通频带内的选择性越差，理想条件下，谐振放大器应该对通频带内的各种频率分量的信号有相同的放大作用，而对通频带外的各种频率分量的信号有相同的放大作用，而对通频带外的信号则完全抑制掉不予放大，所以理想谐振放大器的幅的信号则完全抑制掉不予放大，所以理想谐振放大器的幅频特性曲线应如左图中的矩形。频特性曲线应如左图中的矩形。为了统一表示通频带和选为了统一表示通频带和选择性的要求，引入矩形系数择

6、性的要求，引入矩形系数K0.1）（最大增益即谐振增益上的增益）通频带以外的某一频率)()(oVVfAfAS 矩形系数矩形系数K0.17 . 01 . 07 . 01 . 01 . 022BWBWffK 显然显然K0.1 1， K0.1越接近越接近1越好，越好， K0.1越接近越接近1，放大器对频带外的干扰消耗，放大器对频带外的干扰消耗抑制能力越强，选择性越好。抑制能力越强，选择性越好。 综上，对小信号谐振放大器的综上，对小信号谐振放大器的主要要求主要要求是是：谐振增益足够大，频带够宽，：谐振增益足够大，频带够宽，选择性满足要求，噪声系数小，工作稳定度高。选择性满足要求，噪声系数小，工作稳定度高

7、。指放大器的工作状态、管子参数、电子元件参数指放大器的工作状态、管子参数、电子元件参数可能变化时，放大器的主要特性的稳定程度。可能变化时，放大器的主要特性的稳定程度。NF(Noise Figure)定义为定义为输入信噪比输入信噪比与与输出信噪比输出信噪比的比值的比值, , 即即: :00/nsnisiPPPPNF 是一个大于或等于的数。是一个大于或等于的数。 其值越接近于其值越接近于, 则表示该放大器的内部噪声性能越好。则表示该放大器的内部噪声性能越好。 在多级放大器中在多级放大器中, , 各级噪声系数对总噪声系数的影响是不同的各级噪声系数对总噪声系数的影响是不同的, , 前级的影前级的影响比

8、后级的影响大响比后级的影响大, , 且总噪声系数还与各级的额定功率增益有关。且总噪声系数还与各级的额定功率增益有关。 所以所以, , 为为了减小多级放大器的噪声系数了减小多级放大器的噪声系数, , 必须必须降低前级放大器（尤其是第一级）的噪降低前级放大器（尤其是第一级）的噪声系数声系数, , 而且增大前级放大器（尤其是第一级）的额定功率增益。而且增大前级放大器（尤其是第一级）的额定功率增益。返回返回一、一、 单级单调谐谐振放大器单级单调谐谐振放大器典型高频小信号谐振放大器实际线路典型高频小信号谐振放大器实际线路（1 1）直流偏置电路）直流偏置电路保证三极保证三极管工作于管工作于线性放大线性放大

9、区区 图中谐振回路为图中谐振回路为LC并联单调谐回路，并联单调谐回路， Rb1 、Rb2 基极分压式基极分压式偏置电阻，偏置电阻，Re 为射极负反馈偏置电阻，稳定静态工作点；为射极负反馈偏置电阻，稳定静态工作点； Cb 、 Ce 为高频旁路电容为高频旁路电容 为了为了提高品质因数提高品质因数，负载和三极管的输出端与谐振回路的连，负载和三极管的输出端与谐振回路的连接都采用接都采用部分接入方式部分接入方式。交流通路及等效电路交流通路及等效电路高频交流通路高频交流通路输入回路输入回路晶体管晶体管输出回路输出回路放放大大器器组组成成输入回路：输入回路：晶体管：晶体管：输出回路：输出回路： LC并联谐振

10、回路并联谐振回路，输出变压器，输出变压器 及负载及负载YL由输入变压器构成，隔离信号源与放大器间的直流联系，由输入变压器构成，隔离信号源与放大器间的直流联系，能耦合交流信号，同时还能实现阻抗的匹配与变换。能耦合交流信号，同时还能实现阻抗的匹配与变换。放大器的核心，电流控制和放大作用。放大器的核心，电流控制和放大作用。用用Y参数等效电路参数等效电路等效等效ibevv小小信号谐振放大器信号谐振放大器的放大器件、谐振回路和负载一般是并联的，并联连接的的放大器件、谐振回路和负载一般是并联的，并联连接的各支路的导纳能直接相加，运算简单，因而分析时，各支路的导纳能直接相加，运算简单，因而分析时，三极管的高

11、频等效电路三极管的高频等效电路用用Y参数等效电路来等效参数等效电路来等效。三极管的。三极管的Y参数等效电路可通过测量或由完全混合参数等效电路可通过测量或由完全混合等效电路推导出来。无论哪种方法都可得到等效电路推导出来。无论哪种方法都可得到三极管的三极管的Y参数等效电路参数等效电路如下：如下：+vbe-+vce-ibic+vbe-+vce-ibic代表晶体管内部的反馈作用，会造成电路不稳代表晶体管正向传输作用 若忽略管子内部的反馈，即若忽略管子内部的反馈，即Y re =0。oeoeoeieieieCjgyCjgy refejrerejfefeeyyeyy 输入电导输出电导输入电容输出电容其中输入

12、导纳输出导纳三极管的高频参数三极管的高频参数返回返回截止频率：特征频率返回返回ebrcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm vbe ffj10 20)ff(1 有有)(21cbebebCCrf fT指指 (f)下降到下降到1时，对应的频率。时，对应的频率。设负载和谐振回路间采用了变压器耦合，的接入系数为设负载和谐振回路间采用了变压器耦合，的接入系数为n2：315431542NNvvn设晶体管集、射回路与谐振回路间采用了抽头连接的接入系数为设晶体管集、射回路与谐振回路间采用了抽头连接的接入系数为n1：131213121NNvvn根据根据阻抗变换阻抗变换原理：原理：nII ：电流Y

13、nY2：导纳nVV ：电压2nZZ ：阻抗ZeoLoeeRggngng12221LoeeCnCnCC2221右边部分同性质元件归一右边部分同性质元件归一jRZe1：阻抗eOLC1：谐振角频率eeooeegCLgQ1：品质因数=v131、谐振电压增益、谐振电压增益AVO：)1 ()1 (2112.jgynnvjgvynnvvAefeieifeioV）0(21.因为谐振时efeioVOgynnvvAo2、选择性、选择性S：211)(VOVAAS3、通频带、通频带BW0.7：eoQfBW7 . 07 . 02121BWffQSOe也可令4、矩形系数、矩形系数K0.1：7 . 01 . 01 . 0B

14、WBWK195. 9说明单调谐谐振放大器的通频带和选择性之间的矛盾说明单调谐谐振放大器的通频带和选择性之间的矛盾挺尖锐，为了缓解它们间的矛盾，改善矩形系数，可挺尖锐，为了缓解它们间的矛盾，改善矩形系数，可采用多级单调谐谐振放大器级联。采用多级单调谐谐振放大器级联。 设谐振放大器有设谐振放大器有n级，且由参数完全相同的单调谐谐振放大器构级，且由参数完全相同的单调谐谐振放大器构成，则：成，则：nVVnVVVAAAAA）（：。121总电压增益nVVnVVVAAAAA）（：。10020100总谐振电压增益总选择性总选择性S：nnVOVSAAS)11()(2 SnS，即多级级联后，即多级级联后，放大器的

15、选择性变好，级数越多，选择性越好放大器的选择性变好，级数越多，选择性越好。放大器的幅频特性曲线越尖锐。放大器的幅频特性曲线越尖锐。通频带通频带B0.7：7 . 01222121BfSnn令7 . 0117 . 01212BWQfBWnneo B0.7 1串联电路转换成等效并联电路后串联电路转换成等效并联电路后,电抗特性相同电抗特性相同, 当当Q1时时 X2=X1 R2=R1Q2abX2R2即即 1122j1j11XRXR由此得由此得: :串串并并 )1 (21121212QRRXRR1221121212)1 (XQRXXRX并并串串 2211QRR2212XRRX2211XRRXQ电容电容： XC1 电感电感： XL L 212QRR 12XX 返回返回2 2 变压器阻抗变换电路变压器阻抗变换电路v全耦合全耦合(k=1)线圈损耗不记线圈损耗不记, 等效到初级回路的电阻等效到初级回路的电阻 所消耗所消耗的功率与次级负载的功率与次级负载 所消耗的功率相等所消耗的功率相等 LRLRCN1:N2RLLR1u2uv令令 称为接入系数称为接入系数12NNp 221222122211)(PNNuuRRRuRuLLLL2pRRLL3 3 部分接入回路的阻抗变换部分接入回路的阻抗变换v并联谐振回路总并联谐振回路总电容和总电感为电容和总电感为1212C CCCC12122LL