通信电子电路第二章

1、第第2章章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性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集中选频小信号调谐放大器2.1概述概述一、调谐放大器分类一、调谐放大器分类 1.小信号调谐放大器小信号调谐放大器 小信号：小信号：输入信号输入信号V mV 要要 求：求：增益增益足够大，足够大，通频带通频带足够宽，足够宽，选择性选择性好，工作好，工作在甲

2、类，多用于接收机在甲类，多用于接收机图图2-1 2-1 一个典型调谐放大器的频率特性一个典型调谐放大器的频率特性为什么要求通频带？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？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）中选出有用选出有用信号信号，抑制干扰信号抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。2.1概述概述一、调谐放大器分类一、调谐放大器分类 1.小信号调谐放大器小信号调谐放大器 小信号：小信号：输入信号输入信号V mV 要要 求：求：增益增益足够大，足够大，通

3、频带通频带足够宽，足够宽，选择性选择性好，工作好，工作在甲类，多用于接收机在甲类，多用于接收机 2.调谐功率放大器调谐功率放大器 大信号：大信号：输入信号输入信号mV以上以上 要要 求：求：大的功率和效率，工作在丙类，多用于发射机大的功率和效率，工作在丙类，多用于发射机二、电路特点二、电路特点 采用采用谐振回路谐振回路作为放大器的集电极负载。作为放大器的集电极负载。第第2章章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器2.6 调

4、谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性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集中选频小信号调谐放大器2.2LC谐振回路谐振回路p谐振回路：谐振回路：L, C串并联网络串并联网络p作用：构成选频网络、阻抗变换网络等作用：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一、并联谐振与串联谐振回路比较并联谐振回路并联谐振回路R0：电感线圈的固有损耗电阻：电感线圈的固有损耗电阻 对信号源而言，对信号源而言，L,C,R三三者是并联关系者是并联关系串联谐振回路串联谐振回路r0：电感线圈的固有损耗电

5、阻：电感线圈的固有损耗电阻 对信号源而言，对信号源而言，L,C,R三三者是串联关系者是串联关系 1.并联谐振回路的阻抗特性并联谐振回路的阻抗特性二、二、并联谐振回路并联谐振回路 并联阻抗并联阻抗LCjRZ1110当当时，回路发生并联谐振。谐振频率时，回路发生并联谐振。谐振频率0010LC01LC012fLC或或 分析：谐振时，回路呈纯阻；当分析：谐振时，回路呈纯阻；当 时，回路时，回路呈呈容性容性；当当 时，回路呈时，回路呈感性感性。00220111|LCRZ 定义定义回路谐振电阻回路谐振电阻R0与谐振时与谐振时回路电抗回路电抗（感抗或容抗）（感抗或容抗）的比值为并联回路的的比值为并联回路的品

6、质因数品质因数，用，用Q表示，表示，它表示回路损耗它表示回路损耗的大小。的大小。CRLRQ0000000S1jQRI 2.谐振曲线和通频带谐振曲线和通频带 1）谐振曲线）谐振曲线回路电压特性曲线回路电压特性曲线LCjRIZIU110SSLRCRjRI000S10011jQUUm感性感性容性容性绘图：绘图：Q=20-10040042044046048050052000.10.20.30.40.50.60.70.80.91 Q对谐振曲线的影响对谐振曲线的影响 Q可以衡量谐振现象的尖锐程度可以衡量谐振现象的尖锐程度附近时附近时当当0在在000202000)()(2002ffmUU21120)2(11

7、ffQ表示频率偏离谐振的程度，称为表示频率偏离谐振的程度，称为失谐量失谐量。 0fff02ffQ称为称为广义失谐量广义失谐量，它反映失谐的相对程度。，它反映失谐的相对程度。 2）通频带）通频带 通过有用信号的能力通过有用信号的能力p通频带与回路的品质因数通频带与回路的品质因数Q成反比，成反比，Q越越高高，谐振曲线愈谐振曲线愈尖锐尖锐，回路的选择性越回路的选择性越好好，通频带越通频带越窄窄。 当当由最大值由最大值1下降到下降到0.707（1/2）时，）时，所确定的所确定的mUU称为回路的称为回路的通频带通频带B。频带宽度频带宽度f2mUU21)2(1120ffQ令令0fBQ通常对某通常对某一频率

8、偏差一频率偏差f下的下的mUU /值值记为记为，叫做回，叫做回路对这一指定频偏下的选择性。路对这一指定频偏下的选择性。实际中，常常用分贝来表示实际中，常常用分贝来表示mUUdBlg20)(选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。选择性表示回路对通频带以外干扰信号的抑制能力。 3.选择性选择性 抑制无用信号的能力抑制无用信号的能力 4.矩形系数矩形系数( (一般了解一般了解) ) 放大器的电压增益下降到谐振增益的放大器的电压增益下降到谐振增益的0.1（或（或0.001）时，相应的频带宽度时，相应的频带宽度B0.1（或（或B0.01）与放大器通频带）与放大器通频带B0.7之比之比或或0.10

9、.10.7BKB0.010.010.7BKB00.1010/10/fQKfQ 并联谐振回路的矩形系数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负载和信号源内阻对谐振回路的影响 1.1.负载和信号源内阻为纯电阻负载和信号源内阻为纯电阻 信号源信号源p空载品质因数空载品质因数 有载品质因数有载品质因数LRRRLRQ0LS00L/LRQ000 显然，显然，QLQ0 采用采用部分接入部分接入并联谐振回路并联谐振回路减小加载影响减小加载影响负载负载通频带通频带 , 选择性选择性 2.2.负载和信号源内阻含有电抗成分（一般是容性）负载和信号源内阻含有电抗成分（一般是容性）回路总电容回

10、路总电容为为： 注意：注意：考虑了负载电容和信号源输出电容后，在谐振回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。代入。如：谐振频率如：谐振频率 LSCCCC C LC10 2.2.3谐振回路的接入方式谐振回路的接入方式（重点内容）（重点内容） 信号源和负载直接并在信号源和负载直接并在L,C元件两端，元件两端，存在以下三个问存在以下三个问题：题： 谐振回路谐振回路Q 值大大下降值大大下降，一般不能满足实际要求；，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，即信号源和负载电阻常常是

11、不相等的，即阻抗不匹配阻抗不匹配。当相差较多时，负载上得到的功率可能很小；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信号源输出电容和负载电容影响回路的谐振频率影响回路的谐振频率，在，在实际问题中，实际问题中，RS ,RL,CL,CS给定后，不能任意改动。给定后，不能任意改动。 解决这些问题的途径解决这些问题的途径是采用是采用“阻抗变换阻抗变换”的方法，使信的方法，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一部分上部分接入部分接入。一、阻抗变换的原理一、阻抗变换的原理设L2RZ 22121ZZZUU

12、L211L222RUPRUPL2L2221L221L1RnRZZZRUUR n 接入系数，它表明负载电压占回路电压的比例。接入系数，它表明负载电压占回路电压的比例。 利用等效前后利用等效前后 消耗的功率相等消耗的功率相等二、自耦变压器接入二、自耦变压器接入接入系数接入系数122NNLLn L2L221L1RnRNNRLRRRQ0LS0L/LLLLQRnRR三、电容抽头接入三、电容抽头接入接入系数接入系数211CCCnL2L2221L1RnRCCCRLRRRQ0LS0L/LLLLQRnRR四、互感变压器接入四、互感变压器接入接入系数接入系数12NNn L2L1RnR 五、电容及信号源部分接入的计

13、算五、电容及信号源部分接入的计算12NNn S2S1RnR 定义接入系数定义接入系数则则S2SCnC SSnII 说明：说明：（1）0 n fmax时，无论使用什么方法时，无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。都不能使晶体管产生振荡。 频率参数关系频率参数关系 fffTmax第第2章章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性2.8

14、集中选频小信号调谐放大器集中选频小信号调谐放大器2 25 5高频调谐放大器高频调谐放大器一、电路组成一、电路组成输入输入输出输出二、高频等效电路二、高频等效电路（c）（d）晶体管接入系数晶体管接入系数负载导纳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将输出电路所有元件参数均折合到LC两端：两端： 电流源电流源1 211 3NnN4 521 3NnN222111oeoeoeoeoeoeoeyyn yn gj n Cgj C2222222222222()ieLieieieieieieyYyn yn gj n Cgj C1fein y Ufeiy U合并合并其中其中 三、电路性能指标三、

15、电路性能指标 1.1.电压增益电压增益220122oeieggn gn g22122oeieCCn Cn C1221feioon y UUn Ungj Cj LLjCjgynnfe121)21 (021ffjQgynnLfeioVUUK讨论：讨论： 是工作频率是工作频率f 的函数；的函数； 当当 时，时，“”号表示输入和输出有号表示输入和输出有180的相位差。此外的相位差。此外， 是一个是一个复数，它也有一个相角复数，它也有一个相角 ，因此输入和输出之间的相位差不因此输入和输出之间的相位差不是是180，而是，而是 ； 当频率较低时，当频率较低时， ， 和和 的相位差才是的相位差才是180； 与

16、晶体管正向传输导纳与晶体管正向传输导纳 成正比，和回路的总电成正比，和回路的总电导导 成反比成反比; 与与n1、n2之间的关系？之间的关系？VK0f2222102121V0ieoefefegngngynngynnKfefe1800feoUiUgfeyV0KfeyV0K 2. 2.通频带和选择性通频带和选择性取其模值取其模值 可见，可见，单调谐放大器的通频带、选择性有与并联谐振回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。路相同的结论。00VV211ffjQKKL200VV)2(11ffQKKL 例例21 设工作频率设工作频率f010.7MHz，回路电容，回路电容C2=56pF，L=

17、4uH，Q0=60，匝数，匝数N=20，接入系数，接入系数n1=n2=0.25，晶体管，晶体管Y参数：参数：yie(0.96+j1.5)mS，yfe(37j4.1)mS，yre(0.032j0.00058)mS，yoe(0.058+j0.72)mS，求，求KV0和和B。 四、举例四、举例第第2章章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定

18、性2.8 集中选频小信号调谐放大器集中选频小信号调谐放大器2 26 6调谐放大器的级联调谐放大器的级联 实际应用中，常常为了实际应用中，常常为了提高增益提高增益或或改善选择性改善选择性，采用多，采用多级级联放大器。级级联放大器。2.6.12.6.1多级单调谐放大器（同步调谐放大器）多级单调谐放大器（同步调谐放大器） 1.1.多级放大器的增益多级放大器的增益 假设有假设有n级放大器，特性相同。总增益级放大器，特性相同。总增益 12nKKKK 如果各级放大器的增益相同，如果各级放大器的增益相同，则归一化谐振曲线表达式则归一化谐振曲线表达式2020121() vnvLKKfQf 2. 2.通频带通频

19、带 保持保持Bn不变不变 （各级）（各级） （各级）（各级） 因此，增益和通频带存在严重矛盾。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）缩小系数（缩减因子）令令22011221() nLfQf1/21nLnQff0/17 . 0122（总）1/1n12BBn或或nBn1B1KQL2.6.22.6.2参差调谐放大器参差调谐放大器p目的：展宽通频带目的：展宽通频带p类型：双参差调谐，三参差调谐类型：双参差调谐，三参差调谐 1.双参差调谐放大器双参差调谐放大器 结构：两级为一组，一级调谐在结构：两级为一组，一级调

20、谐在 ，一级调谐，一级调谐在在 。 由曲线，在由曲线，在f1至至f2频率范围内，两回路特性变化趋势相频率范围内，两回路特性变化趋势相互补偿。互补偿。 dfff01dfff02 在统一的广义失谐在统一的广义失谐坐标系中，第一级坐标系中，第一级第二级第二级两级相乘两级相乘 为求出为求出K最大值，令最大值，令 ，解得，解得201011()vvKK202011()vvKK002ffQdL2222220001111()1()(1)4K0K1, 020讨论：讨论： 1. ，谐振曲线为单峰，在，谐振曲线为单峰，在 处处 达到最大值达到最大值 2. ，谐振曲线为双峰，谐振曲线为双峰，且随着且随着 的增加，峰值

21、的高的增加，峰值的高度也随之下降。（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。，两者的分界线，相当于单峰中最平坦的情况。010|K20110100max2/1|K011, 020222204)1 (1K极值点极值点2.2.三参差调谐放大器三参差调谐放大器p结构：三级为一组结构：三级为一组p优点：幅频特性更接近矩形，通频带更宽优点：幅频特性更接近矩形，通频带更宽p缺点：难调整缺点：难调整2.6.32.6.3双调谐回路放大器双调谐回路放大器 图236双调谐回路放大器图 图 238 不同耦合程 度时的谐振曲线作业作业教材教材 218 220 224 226第第2章章 小信

22、号调谐放大器小信号调谐放大器 2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性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集中选频小信号调谐放大器2 27 7高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性2 27 71 1晶体管内部反馈的有害影响晶体管内部反馈的有害影响 1.1.放大器调试困难放大器调试困难 2.2.放大器工作不稳定放大器工作不稳定2 27 72 2解决办法解决办法 1.1.

23、尽量选用尽量选用yre小的晶体管；小的晶体管； 2.2.增益不能太高，同时在电路上可采用失配法来减小内增益不能太高，同时在电路上可采用失配法来减小内反馈的影响。反馈的影响。第第2章章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管高频等效电路及频率参数晶体管高频等效电路及频率参数2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器2.6 调谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性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集中选频小信号调谐放大器2.8 2.8 集中选频小信号调谐放大器集中选频小信号调谐

24、放大器 1. 1.集中选频放大器的组成框图集中选频放大器的组成框图 2.2.主要优点主要优点 1 1）电路简单，调整方便；）电路简单，调整方便； 2 2）性能稳定；）性能稳定； 3 3）易于大规模生产、成本低。）易于大规模生产、成本低。前置前置放大器放大器集中集中滤波器滤波器宽带宽带放大器放大器通频带，选择性通频带，选择性高增益，宽频带高增益，宽频带2.8.12.8.1石英晶体滤波器（压电效应）石英晶体滤波器（压电效应） 1. 1.物理特性物理特性 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。广泛用于压转换为机械振荡的

25、作用。广泛用于振荡器振荡器或或窄带滤波器窄带滤波器。 2.2.等效电路等效电路 3.3.特点特点 中心频率稳定，但带宽很窄中心频率稳定，但带宽很窄2.8.22.8.2陶瓷滤波器（压电效应）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后具有与晶体类似的压电效应压电效应，产生，产生机械形变机械形变和和极间电场极间电场之之间的相互转换。间的相互转换。 C0为压电陶瓷片的为压电陶瓷片的固定电容固定电容，Lq

26、、Cq、rq分别模拟机械振动时的分别模拟机械振动时的等效质量等效质量，等效弹性系数等效弹性系数和和等效阻尼等效阻尼。 压电陶瓷片的压电陶瓷片的厚度厚度、半径半径等尺寸参等尺寸参数不同，等效电路参数也就不同。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。可获得接近理想矩形的幅频特性。p优点：优点：工作频率动态范围大，几百工作频率动态范围大，几百kHz到几十到几十MHzp缺点：缺点：通频带不够宽通频带不够宽2.8.32.8.3声表面波滤波器（声电换能）声表面波滤波器（声电换能） 优点：优

27、点：工作频率高（几工作频率高（几MHz到到GHz量级），通频带宽量级），通频带宽（B0.7/f0可达到可达到50%），频响曲线好），频响曲线好 1.1.结构示意图结构示意图 在在压电晶体压电晶体（基体）表面，用（基体）表面，用真空蒸镀真空蒸镀蒸发上一层金属蒸发上一层金属膜，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。个用作接收。 2. 2.工作原理工作原理 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效应，基体产生弹性形变，

28、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波（声波），这种声波沿基体表面10m深度内传播深度内传播（故称（故称声表面波）声表面波），接收换能器将声波转换为电信号。，接收换能器将声波转换为电信号。 3. 3.频率特性频率特性 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。换能器的指条数目、疏密和长度等。 4. 4.等效电路等效电路 （a）等效电路）等效电路 （b）电路符号）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

29、，在使用时常常在输入、输出端并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。低的调谐回路，实现纯阻匹配。 5. 5.举例举例匹配电路匹配电路2.92.9小信号调谐放大器小信号调谐放大器Multisim电路仿真电路仿真 （1 1）仿真结果）仿真结果 （2 2）思考题）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，其他参数不变，观察输出波形？ 信号源为方波，但频率变为原来的信号源为方波，但频率变为原来的1/3，观察输出波，观察输出波形，为什么？形，为什么？本