第二章高频小信号选频放大器的结构与电路

1、高频小信号选频放大器由放大部分和高频小信号选频放大器由放大部分和选频部分按级联方式构成。具体分为：先选频部分按级联方式构成。具体分为：先放大后选频，先选频后放大，以及选频、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。放大、再选频的三种基本模式。常用的选频电路有：常用的选频电路有：lc谐振回路、谐振回路、陶瓷滤波电路、声表面滤波电路等。陶瓷滤波电路、声表面滤波电路等。图中，波段滤波部分为初选滤波电路，图中，波段滤波部分为初选滤波电路，如中波滤波器或短波滤波器等，它由波段如中波滤波器或短波滤波器等，它由波段开关控制；选台滤波部分为精选滤波电路，开关控制；选台滤波部分为精选滤波电

2、路，用来选取波段内所听电台的有用信号，由用来选取波段内所听电台的有用信号，由调谐调谐(调台调台)旋钮控制。旋钮控制。图图2-1-1 收音机的前端选频放大框图收音机的前端选频放大框图放大器的技术指标包含放大器的增益、放大器的技术指标包含放大器的增益、电路的稳定性，以及电路自身产生的输出电路的稳定性，以及电路自身产生的输出信号失真等；选频性能的技术指标包含通信号失真等；选频性能的技术指标包含通频带、选择性等。频带、选择性等。1.增益增益增益定义为放大器的输出信号电量与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，用输入信号电量的比值，用a加下标来表示。加下标来表示。2.通频带通频带通频带定义

3、为放大器的增益比最大增通频带定义为放大器的增益比最大增益下降益下降3db时的上限截止频率与下限截止时的上限截止频率与下限截止频率之差，用频率之差，用bw0.7表示，如图表示，如图2-2-1(b)所所示。示。图图2-2-1 选频放大器的幅频特性选频放大器的幅频特性3.选择性选择性选择性表示放大器对通频带以外的各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，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。从各种干扰中选出有用信号的能力。如以幅频特性为例，图如以幅频特性为例，图2-2-1(a)是理想是理想的传输特性曲线；图的传输特性曲线；图2-2-1(b

4、)为典型的实际为典型的实际传输特性曲线。为了评价实际幅频特性曲传输特性曲线。为了评价实际幅频特性曲线接近理想矩形的程度，我们引入矩形系线接近理想矩形的程度，我们引入矩形系数数k0.1来表示，其定义为来表示，其定义为k0.1=bw0.1/bw0.7 式中，式中，bw0.1是增益下降到最大值的是增益下降到最大值的0.1倍时的频带宽度，此频带内的频率分量倍时的频带宽度，此频带内的频率分量能通过放大器，但不一定能被正常放大，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。以外的频率分量被放大器所抑制。s参数定义为：过渡带内的某特定频参数定义为：过渡带内的某特定频率条件下的增

5、益率条件下的增益a(1)与通频带内的与通频带内的最大增益最大增益a0的比值，即的比值，即s=a(1)/a0显然，显然，s值越小的电路选择性越好。值越小的电路选择性越好。4.工作稳定性工作稳定性这是指选频放大器中的非线性放大元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，以及其它电路元器件的偏置、交流参数，以及其它电路元件参数发生变化时，电路性能的稳定程度。件参数发生变化时，电路性能的稳定程度。5.噪声系数噪声系数与低频放大器一样，选频放大器的输与低频放大器一样，选频放大器的输出噪声也来源于输入端和放大电路本身。出噪声也来源于输入端和放大电路本身。在小信号条件下，将处于放大区的三在小信号

6、条件下，将处于放大区的三极管用微变等效电路来取代。极管用微变等效电路来取代。由附录由附录a中的式中的式(a-3-3)和式和式(a-3-4)，可得可得0 1/（lce）1/21/（lc）1/2 （2-2-7）q lge01lcgee1 （2-2-8）由此可知，由于下级电路的输入导纳由此可知，由于下级电路的输入导纳和本级放大元件的输出导纳的影响，和本级放大元件的输出导纳的影响，lc回回路的谐振频率、品质因数及谐振电阻都比路的谐振频率、品质因数及谐振电阻都比空载时小。此外，由式空载时小。此外，由式(a-3-5)得输出电压得输出电压其中，其中，2 2q（0）/0 ，是回路的失谐，是回路的失谐系数。系数

7、。 jvo.n 1 n 2 y f e1 jvi.g e（1j） ） （2-2-9）为了提高选频放大器的增益，可以将为了提高选频放大器的增益，可以将上述三级管用不含选频的多级放大电路来上述三级管用不含选频的多级放大电路来取代，当然也可以用集成宽带放大器件来取代，当然也可以用集成宽带放大器件来取代。常称这类电路为取代。常称这类电路为lc集中选频式谐振集中选频式谐振放大器。放大器。所谓较理想的小信号选频放大器是指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。本路的选择性更为理想的小信号放大器。本节将从两个角

8、度出发进行讨论。节将从两个角度出发进行讨论。第一，从结构电路的观点出发，用谐第一，从结构电路的观点出发，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。路总体性能的优化。第二，从改善选频滤波部件出发，对第二，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。其它材料构成的选频电路的性能进行讨论。2.3.1 参差调谐的选频放大单元参差调谐的选频放大单元所谓参差调谐，就是将两级单调谐放所谓参差调谐，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，其中一级调附近的两个不同频率

9、点上，其中一级调谐在谐在f01=f0+，另一级调谐在，另一级调谐在f02=f0-上，如上，如图图2-3-1(a)所示。所示。上述两级放大器统称为一级参差调谐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。放大器，或一个基本参差调谐放大器单元。可以证明：最平坦特性时，可以证明：最平坦特性时，应满足应满足2 24q2 24q2 22 202 2（4q0）2 2，即：即：0 /（2q） 这时：这时：av 0av (0)0.5（n 1 n 2 y f eg e）2 2bw0.7 1.4140qk0.13.15显然，参差调谐放大器的矩形系数比显然，参差调谐放大器的矩形系数比单级单调

10、谐放大器的矩形系数要小得多，单级单调谐放大器的矩形系数要小得多，即选择性有了较大的改善。同时，参差调即选择性有了较大的改善。同时，参差调谐放大器的两个选频回路的独立性，使电谐放大器的两个选频回路的独立性，使电路的调试和指标控制变得更为容易。路的调试和指标控制变得更为容易。2.3.2 双调谐回路的选频放大单元双调谐回路的选频放大单元在改善矩形系数的方案中，我们也可在改善矩形系数的方案中，我们也可以采用将两个谐振回路通过相互耦合的方以采用将两个谐振回路通过相互耦合的方式来实现总幅频特性的改善。这样，可以式来实现总幅频特性的改善。这样，可以比参差调谐放大器减少一个增益元件。比参差调谐放大器减少一个增

11、益元件。我们称两个谐振回路相互耦合的电路我们称两个谐振回路相互耦合的电路为双耦合回路。具体耦合方式有：电容耦为双耦合回路。具体耦合方式有：电容耦合、互感耦合两种。合、互感耦合两种。式（式（2-3-9）与式（）与式（2-2-4）类似，所以）类似，所以在满足式在满足式2112 2（2）2 2，即，即1时，电路处于最平坦情况，也称临界耦时，电路处于最平坦情况，也称临界耦合。这时，可以证得：合。这时，可以证得：av 0av (0)0.5（n 1 n 2 y f eg e）bw0.7 1.4140qk0.13.15可见，临界耦合双调谐回路谐振放大可见，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

12、器相同，其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。选择性比单调谐回路谐振放大器好。2.3.3 多级单元电路的谐振放大器多级单元电路的谐振放大器假定多级单元放大器由几个相同参数假定多级单元放大器由几个相同参数(包括增益元器件和选频参数包括增益元器件和选频参数)的单元放大的单元放大器组成，则器组成，则n级单元放大器的总增益函数可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，即以用一个单元的增益函数来表示，即a (j) =a1(j)n由此，可以推得增益幅频特性随频率由此，可以推得增益幅频特性随频率下降的速度明显快于一级的情况。下降的速度明显快于一级的情况。2.3

13、.4 其它选频电路的选频其它选频电路的选频放大单元放大单元随着技术的进步，由其它材料构成的随着技术的进步，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选频性能优异的选频元件被用于选频电路中。这类元件具体有：晶体滤波器、陶瓷中。这类元件具体有：晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器。滤波器和声表面波滤波器。1.陶瓷滤波选频放大电路陶瓷滤波选频放大电路在研究中我们发现石英晶体材料和陶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

14、生之，当加有外电压作用时，它们也会产生机械变形。机械变形。我们将石英晶体材料制作的元件称作我们将石英晶体材料制作的元件称作石英晶体，陶瓷材料制作的元件称作陶瓷石英晶体，陶瓷材料制作的元件称作陶瓷滤波器，它们都具有耐热性高、损耗小、滤波器，它们都具有耐热性高、损耗小、受外界条件影响小的特点。受外界条件影响小的特点。 和石英晶体滤波相比，陶瓷和石英晶体滤波相比，陶瓷容易焙烧，可以制成各种形状，容易焙烧，可以制成各种形状，它的等效它的等效q值约为几百，低于石英值约为几百，低于石英晶体。晶体。2.声表面波滤波电路声表面波滤波电路由于这种滤波元件在内部的信号传递由于这种滤波元件在内部的信号传递过程中，利

15、用了声表面波，因此称为声表过程中，利用了声表面波，因此称为声表面波滤波器。图面波滤波器。图2-3-5是声表面波滤波器的是声表面波滤波器的结构图。结构图。如果在叉指电极如果在叉指电极a组上加入交流信号，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。的周期振动，即为表面波。图图2-3-5 声表面波滤波器的结构声表面波滤波器的结构在实际工作中，为了减小增益元器件在实际工作中，为了减小增益元器件内部反馈带来的影响，我们可以考虑采用内部反馈带来的影响，我们可以考虑采用如下的如下的措施。措施。(1) 选用内部反馈小的放大电路，如选用内部反馈小的放大电路，如集成宽带放大器、电流模放大电路等。集成宽带放大器、电流模放大电路等。(2) 采用外加反馈去综合增益元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。件内部反馈，使总反馈接近为零。可见，中和能对一个频率的信号可见，中和能对一个频率的信号起到完全中和的作用。起到完全中和的作用。高频小信号选频放大器的关键在于被高频小信号选频放大器的关键在