第2章谐振放大器913

1、2022-5-301第第2章章 小信号选频放大器小信号选频放大器 谐振回路谐振回路 小信号谐振放大器小信号谐振放大器 集中选频放大器集中选频放大器 放放大器的噪声大器的噪声 2022-5-3020概述概述功能：功能：不失真地放大高频小信号和选频滤波。高频：高频： 是指放大器的工作频率在几百KHz几百MHz，必须考虑放大器件的极间电容.小信号小信号：指的是放大器输入信号小，使放大器工作在线性放大区(也就是A类或甲类)。分类：窄带放大器和宽带放大器分类：窄带放大器和宽带放大器窄带放大器窄带放大器：放大的是窄带信号。负载为并联谐振回路、耦合回路或其它谐振回路，负载的功能是阻抗变换和选频滤波。宽带放大

2、器宽带放大器：指需要放大多个高频信号,或者中心频率要随时改变的高频小信号放大器，它的负载为电阻、高频变压器或传输线变压器。2022-5-303ouiuAu输出电压输入电压opiPAP输出给负载的功率输入功率高频小信号放大器的主要技术指标高频小信号放大器的主要技术指标1 1、电压增益与功率增益、电压增益与功率增益 功率增益(AP)等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。 电压增益(Au)等于放大器输出电压与输入电压之比；定义：放大器的电压增益下降到最大值的 倍时所 对应的频带宽度。常用 表示。120.72 f2 2、通频带、通频带 2022-5-3043 3、矩形系数（选择性）、矩形系数（选择

3、性）矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。 其定义是0.10.10.722rfKf2022-5-305 4、噪声系数、噪声系数 输出信噪功率比输入信噪功率比nosonisiFPPPPN/定义定义:2022-5-3062.1 谐振回路2.1.1滤波器（选频回路）的分类及功能滤波器（选频回路）的分类及功能 滤波器的功能:根据某一特定的性能要求实现对信号的频谱进行处理的电路。按频率特性分：低通、高通、带通和带阻滤波器按所用器件分：无源和有源滤波器滤波器的分类：2022-5-3072.1.2LC串并联谐振回路的特性串并联谐振回路的特性电感线圈的高频特性：电感线圈的高频特性：电感在高频电路中不是理想

4、无损电感，它的损耗电阻是不能忽略的。电感在高频电路中不是理想无损电感，它的损耗电阻是不能忽略的。一个实际的电感元件，可以用一个理想无损电感一个实际的电感元件，可以用一个理想无损电感L和一个串联和一个串联(并联并联)的的损耗电阻损耗电阻r（g）来等效。）来等效。作用作用：选频和阻抗变换：选频和阻抗变换2022-5-308特性分析特性分析1.LC串联谐振回路串联谐振回路11()Zrj LrjLj CC2). 谐振谐振1).串联谐振回路阻抗表达式为串联谐振回路阻抗表达式为:此时回路的频率称为谐振频率。此时回路的频率称为谐振频率。LCf1200当回路呈现纯阻性，即电抗为当回路呈现纯阻性，即电抗为0 时

5、，回路的状态称为谐振。时，回路的状态称为谐振。 可推出串联回路谐振频率为：可推出串联回路谐振频率为：r 为线圈耗阻与回路其它电阻组为线圈耗阻与回路其它电阻组成的总电阻成的总电阻2022-5-3093). 3). 品质因数品质因数 （高频电路一般为几十到几百）（高频电路一般为几十到几百）谐振时的抗值（感抗或容抗）与电阻值的比，用谐振时的抗值（感抗或容抗）与电阻值的比，用Q表示。表示。 0011LLQrrCrC注意：注意：（1）上式所求若为回路品质因数）上式所求若为回路品质因数 ，r为回路总的电阻。为回路总的电阻。（2）电感串联品质因数）电感串联品质因数 00LQrr为电感损耗电阻。为电感损耗电阻

6、。2022-5-30104).4).谐振电阻谐振电阻1LrQC1LQrC5）.串联谐振回路阻抗的频率特性串联谐振回路阻抗的频率特性下图分别是串联谐振回路的幅频和相频特性曲线。下图分别是串联谐振回路的幅频和相频特性曲线。2022-5-3011由相频特性曲线可见：由相频特性曲线可见：当当 时，回路呈感性，时，回路呈感性，感抗是使电流滞后电压；感抗是使电流滞后电压； 当当 时，回路呈容性，时，回路呈容性，容抗是使电流超前电压。容抗是使电流超前电压。00 由幅频特性曲线可见，在谐振频率点阻抗值最小，为纯电阻由幅频特性曲线可见，在谐振频率点阻抗值最小，为纯电阻r，所以，所以， 串联回路在谐振时，通过电流

7、最大，在实际选频应用时，串联回路在谐振时，通过电流最大，在实际选频应用时， 串联回串联回路适合与信号源和负载串联，使有用信号通过回路有效地传送给负载；路适合与信号源和负载串联，使有用信号通过回路有效地传送给负载； 2022-5-30126).6).电流特性：电流特性： 谐振时流过回路的电流的最大谐振时流过回路的电流的最大2022-5-3013LQLQLQ特性分析特性分析2、LC并联谐振回路并联谐振回路2). 1).并联谐振回路导纳表达式为并联谐振回路导纳表达式为:LCf1200谐振频率：谐振频率：R0 为线圈耗阻与回路其它电阻为线圈耗阻与回路其它电阻组成的总电阻组成的总电阻011()YGjCZ

8、L2022-5-30143). 3). 品质因数品质因数注意：注意：（1）上式所求若为回路品质因数）上式所求若为回路品质因数 ，R0为回路总的电阻。为回路总的电阻。（2）电感并联品质因数）电感并联品质因数 R0为电感损耗电阻。为电感损耗电阻。00000RCQRCRLL00RQL谐振时的纳值（感纳或容纳）与电导值的比，用谐振时的纳值（感纳或容纳）与电导值的比，用Q表示。表示。 2022-5-30154).4).谐振电阻谐振电阻0LRQC5）.并联谐振回路阻抗的频率特性并联谐振回路阻抗的频率特性下图分别是并联谐振回路的幅频和相频特性曲线。下图分别是并联谐振回路的幅频和相频特性曲线。0CQRL202

9、2-5-3016 由幅频特性曲线可见，在谐振频率点阻抗值最大，为纯电阻由幅频特性曲线可见，在谐振频率点阻抗值最大，为纯电阻R，所以，并联回路在谐振时，两端电压最大，在实际选频应用时，并所以，并联回路在谐振时，两端电压最大，在实际选频应用时，并联回路适合与信号源和负载并联连接，使有用信号在负载的电压振联回路适合与信号源和负载并联连接，使有用信号在负载的电压振幅最大。幅最大。 由相频特性曲线可见，由相频特性曲线可见，当当 时，回路呈容性；当时，回路呈容性；当 时，回路呈感性。时，回路呈感性。002022-5-30176).6).电压特性：电压特性： 谐振时回路的电压最大谐振时回路的电压最大PSOR

10、IU2022-5-30183、串并联阻抗的等效互换、串并联阻抗的等效互换 1 1、“等效等效”的概念的概念 在工作频率在工作频率 相同的条件下，相同的条件下，ABAB两端的两端的阻抗相等。阻抗相等。 ) )互换关系互换关系 串并联电路等效互换串并联电路等效互换1Q 当满足1) “1) “等效等效”的概念的概念 在工作频率在工作频率 相同的条件下，相同的条件下，ABAB两端的两端的阻抗相等。阻抗相等。 2022-5-3019 u串联电路转换为等效并联电路后，串联电路转换为等效并联电路后， 为为 的的 倍，而倍，而 与与 相同相同PRSR2QPXSX3) 结论结论u串联转换为等效并联后串联转换为等

11、效并联后Q值不变。值不变。2022-5-30204 4、并联谐振回路的耦合联接与接入系数、并联谐振回路的耦合联接与接入系数 并联谐振回路的作用并联谐振回路的作用: :选频滤波、阻抗交换选频滤波、阻抗交换三极管直接并联在三极管直接并联在LC回路中存在的问题：回路中存在的问题：谐振回路谐振回路Q值下降，通频带增宽，选择性变差。值下降，通频带增宽，选择性变差。影响中心频率影响中心频率 ，且稳定性变差。，且稳定性变差。阻抗不匹配阻抗不匹配0f2022-5-3021 、变压器耦合联接的阻抗变换、变压器耦合联接的阻抗变换 2211222LLLUNRRRUN 2022-5-30222 2、自耦变压器耦合联接

12、（电感分压）阻抗变换、自耦变压器耦合联接（电感分压）阻抗变换122LLNNRRN u 自耦变压器耦合联接方式适用于与晶体管的联接，它除了能实现阻自耦变压器耦合联接方式适用于与晶体管的联接，它除了能实现阻抗变换外，还能为晶体管的集电极提供直流通路。抗变换外，还能为晶体管的集电极提供直流通路。2022-5-3023转换前后电阻阻值之比等于转换前后电阻所在的线圈匝数（电容容抗）平方之比。3、电容分压式耦合联接与阻抗变换、电容分压式耦合联接与阻抗变换 2121LLCCRRC 2022-5-3024变比关系的通式变比关系的通式: :2LLRp R ggIpI 2LLgp g 2Cp C 1ggUUp 2

13、1LLXXp2022-5-30252.2 小信号谐振放大器 1 1、y y（导纳）参数等效电路（导纳）参数等效电路 根据二端口网络理论，得到根据二端口网络理论，得到y参数系的方程：参数系的方程：1111122Iy Uy U2211222Iy Uy U晶体管在高频作用下内部参数将随工频发生变化晶体管在高频作用下内部参数将随工频发生变化2.2.1晶体管晶体管Y参数等效电路参数等效电路2022-5-30261111122Iy Uy U2211222Iy Uy U得等效电路：得等效电路：由方程：由方程：011112/UiUIyy 输出短路时的输入导纳；输出短路时的输入导纳；021121/UrUIyy

14、输入短路时的反向传输导纳；输入短路时的反向传输导纳；012212/UfUIyy输出短路时的正向传输导纳；输出短路时的正向传输导纳；022221/UoUIyy 输入短路时的输出导纳。输入短路时的输出导纳。y参数说明参数说明:2022-5-3027*对于共射接法对于共射接法,y参数用 表示,则:biebereceIy Uy UcfebeoeceIy Uy U 对于共基接法对于共基接法，y参数用 表示,则:eibebrbcbIy Uy UcfbebobcbIy Uy U 对于共集接法对于共集接法，y参数用 表示,则:bicbcrcecIy Uy UefcbcocecIy Uy Uierefeyyyo

15、e、yibrbfbobyyyy、icrcfcocyyyy、2022-5-30282 2、混合、混合 等效电路等效电路 简化的混合简化的混合模型模型2022-5-3029: :基区纵向电阻。基区纵向电阻。几十几十 100 bb: :结电阻。结电阻。 较小较小 几十几十几百几百,b e026b eeI: :结电容结电容, ,较大较大,100pf,100pf500pf500pf。 b eC发射结正偏发射结正偏简化的混合简化的混合模型模型2022-5-3030: :结电阻，很大。结电阻，很大。100K 10Mb c: :结电容，很小。结电容，很小。 2pf10pfb cC: :受控电流源，而受控电流源

16、，而 ，称为跨导，单位为，称为跨导，单位为 。 mb eg U26mvemIg S: :极间电阻，很大。极间电阻，很大。几十几十K ce: :极间电容，很小。极间电容，很小。 ceC集电结反偏集电结反偏2022-5-3031晶体管混合晶体管混合等效电路可简化为：等效电路可简化为：2022-5-30322.2.22.2.2单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器 1 1、单调谐回路谐振放大器的电路形式、单调谐回路谐振放大器的电路形式2022-5-30332 2、放大器的等效电路及其简化、放大器的等效电路及其简化 放大器的等效电路如下图所示放大器的等效电路如下图所示前级等效为电流源和内导纳晶体管谐

17、振回路下级负载2022-5-3034简化分析,令 则放大器的简化等效电路 为:0rey2022-5-30353 3、放大器的主要技术指标、放大器的主要技术指标 电压增益电压增益 uA121feouiPP yUAUgj Cj L 12feu oP P yAg 结论结论： * *谐振时电压增益 与晶体管正向传输导纳 成正比，与回路两端总电导成反比； uoAfey * * 放大器输出电压与输入电压的相位差是180 。 fe12feuoP PyAg任意频率的电压增益谐振时的电压增益2022-5-3036对于窄带谐振放大器，通常讨论的 与 相差不会太大，即可认为 在 附近变化，则 0121uuoLAfA

18、jQf20121uuoLAAfQf式中， ，称为一般失谐。 0fff 令 ，称为广义失谐。则可得 :02LfQf11uuoAAj取其模 211uuoAAff0f0f取其模谐振曲线谐振曲线 2022-5-3037下图是分别用 、 和 表示的放大器的谐振特性曲线。 ff用频率表示用一般失谐表示用广义失谐表示2022-5-3038通频带通频带 定义定义: 时对应的 为放大器的通频带.用 或B表示12uuoAA2 f00.72LffQ7 . 02 fu通频带越宽,谐振电压增益越小.在宽带放大器的设计中这种矛盾特别突出.2022-5-3039矩形系数矩形系数0.10.10.722rfKf0.12 f0.

19、1uuoAA根据矩形系数的定义 其中， 是 时所对应的频带宽度。 00.1299LffQ0.199rK单级单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，说明它的选择性差。这是它的一大缺点.00.72LffQ矩形系数矩形系数:2022-5-30402.2.32.2.3多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器 1 1、多级单调谐谐振放大器的总电压增益、多级单调谐谐振放大器的总电压增益 假如，放大器有m级，各级电压增益分别为 ，则总电压增益 是各级电压增益的乘积。即 12,uuunAAAmA123muuuunAAAAA 若多级放大器是由完全相同的单级放大器组成时，各级电压增益相等，则m级放大器的总电压

20、增益为 1()mmuAA2 2、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线 m级相同放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积，总谐振曲线为 220121mmmoLAAfQfm越大曲线越尖锐2022-5-30413 3、多级单调谐谐振放大器的通频带、多级单调谐谐振放大器的通频带 m级相同的放大器级联时，根据定义总通频带应满足 220.7011221mmmomLAAfQf可得 1100.70.7122121 2mmmLfffQu总通频带比单级放大器通频带要小。级数越多，总通频带越小。级数越多，总通频带越小。 4 4、多级单调谐谐振放大器的矩形系数、多级单调谐谐振放大器

21、的矩形系数 根据矩形系数的定义 0.10.10.722mrmmfKf其中， 可由 求得 0.12mf0.1mmoAA100.121001mmLffQ故m级单调谐谐振放大器的矩形系数 10.11100121mrmmK可见，级数越多，矩形系数越小级数越多，矩形系数越小。 2022-5-30422.2.4 2.2.4 小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性一、引起放大器不稳定的原因一、引起放大器不稳定的原因 0rey由于由于 有可能构成正反馈，引起放大器产生自激振荡有可能构成正反馈，引起放大器产生自激振荡.refeiieieFoeLy yYyyYyY2022-5-3043二、放大器的稳定系

22、数及稳定电压增益二、放大器的稳定系数及稳定电压增益 调谐放大器等效电路调谐放大器等效电路 reCiiesy UUyY 反馈电压：反馈电压： feiCoeLy UUyY ()()refeiiiesoeLy yUUyYyY输出电压：输出电压： 2022-5-30441.1.稳定系数稳定系数S S的定义的定义 :iiUSUu S S越大，放大器越稳定越大，放大器越稳定. .对于一般放大器来说，对于一般放大器来说， 就可以就可以认为是稳定的。认为是稳定的。5S 2.2.稳定系数与电路参数的关系稳定系数与电路参数的关系 21cosiesoeLferefereggggSyyiU将输入电压将输入电压 与正反

23、馈电压与正反馈电压 的比值定义为稳定系数的比值定义为稳定系数.iU()()iesoeLrefeyYyYy y2022-5-3045三、提高谐振放大器稳定性的措施三、提高谐振放大器稳定性的措施 由于由于 的反馈作用，晶体管是一个双向器件。使的反馈作用，晶体管是一个双向器件。使 的反馈作用清除的反馈作用清除的过程称为单向化。的过程称为单向化。reyrey1 1、中和法、中和法 什么是中和法？什么是中和法？ 在晶体管放大器的输出与输入在晶体管放大器的输出与输入之间引入一附加的外部反馈电路，之间引入一附加的外部反馈电路，以抵消晶体管内部以抵消晶体管内部y yrere反馈作用。反馈作用。 中和电路的原理中和电路的原理 单向化的方法单向化的方法中