高频电子教案(第三版)第2章课件

2.1谐振回路

第

2

章小信号选频放大器选频放大器的功能

—放大有用信号，抑制无用信号选频方式LC

谐振并联谐振串联谐振滤波器2.1.1并联谐振回路的选频特性2.1谐振回路第2章小信号选频放大器选频放2.1.1并联谐振回路的选频特性一、LC并联谐振回路阻抗频率特性LrCIs.ZL

的等效损耗电阻回路谐振谐振频率：谐振阻抗：回路品质因数Q

+Uo

–•2.1.1并联谐振回路的选频特性一、LC并联谐振回路阻—幅频特性—相频特性0Z

Z0Q大Q小0f90º-90ºQ增大—幅频特性—相频特性0ZZ0Q大Q小0LrCIs.+Uo

–例2.1.1

L

=

180

H,C

=

140

PF,r

=

15

,1)求

f0、Q、Rp

2)求f

/

f0=1.01、1.02、1.05、2时的等效阻抗和相移。[解]=

106Hz=1

MHz=

76=

86

k

f

/

f01.011.021.05247.4

k

27.1

k

11.9

k

0.75

k

56.571.689.582.3LrCIs.+例2.1.1L=180H,C二、并联谐振回路的通频带和选择性LrCIs.+Uo

–2

f=f–f0，绝对失调量BW0.7=f

0

/

Q可见Q

越高,通频带越窄,选择性越好2f=BW0.7二、并联谐振回路的通频带和选择性LrCIs.+2表征选择性的参数

—

矩形参数K

0.1f01.0f0.7070.1BW0.7BW0.1

K

0.1越接近1,选择性越好LC

并联谐振：故单个谐振回路选择性差表征选择性的参数—矩形参数K0.1f01.0f0.7三、并联谐振回路的等效电路LrCU.ZLCU.ZRp=L/rC[证明]三、并联谐振回路的等效电路LrCU.ZLCU.ZRp=L2.1.2阻抗变换电路一、信号源及负载对谐振回路的影响LrUs.CRLRS=RL

//RS//RPLIs.CRT有载品质因数：空载品质因数：RT<Rp负载使回路等效品质因数下降,选择性变差负载使调谐频率偏移2.1.2阻抗变换电路一、信号源及负载对谐振回路的影响例2.1.2

L

=

586

H,C

=

200

PF,r

=

15

,RS

=RL=

100

k2

分析信号源及负载对谐振回路的影响。1.无

RS、RL时[解]=

465kHz=

244

k

LrUs.CRLRSLrIs.CRT=

143BW0.7=f

0

/

Q=

3.3kHz2.考虑

RS、RL时RT=RL

//RS//RP=100

//100//244=41.5

k

=

24BW0.7=f

0

/

QT=

19.4kHz选频特性变差例2.1.2L=586H,C=200P二、常用阻抗变换电路除了增大RS

、RL外，可采用阻抗变换来减少其影响阻抗变换方式变压器电感分压电容分压1.变压器阻抗变换L1RLR’LL2N1N2+–+–二、常用阻抗变换电路除了增大RS、RL外，可采用阻抗变2.电感分压N1N2L1RLR’LL2+–+–123M设L1

、L2无耗当RL>>L2时,可忽略RL分流若将RL

改接在1、3端输入电压加在1、2端：2.电感分压N1N2L1RLR’LL2++1M设L1、L3.电容分压设C1

、C2无耗当RL>>1/C2,可忽略RL分流C1RLR’LC2+–+–3.电容分压设C1、C2无耗当RL>>1/C2例2.1.3

线圈匝数N12

=10匝，N13

=50

匝，N45

=5

匝L13=8.4

H,C=51PF,Q=100,Is

=1

mA,RS

=10k,

RL=2.5k,

求有载品质因数QT、通频带BW0.7、谐振输出电压Uo。IsCUo123+–RLRs54R’s123IsCRsR’s=250k123RL54R’L=250k变换后1、3端间电路：13I’sCU’o+–R’LR’sRpL13谐振阻抗=40.6k例2.1.3线圈匝数N12=10匝，N13I’sCU’o+–R’LR’sRpL1313250k250k40.6kIsCUo123+–RLRs54I’sCU’o+–RTL13RT=R’s

//Rp//R’L=30.6kBW0.7=f

0

/

QT=103kHzI’sCU’o+R’LR’sRpL131250k250作业：2-2，2-3，2-4，2-5作业：2-2，2-3，2-4，2-5复习一、谐振回路的特性LrCU.LCU.Rp当：带宽

BW0.7=f0/Q矩形参数带载后：BW0.7=f0/QT复习一、谐振回路的特性LrCU.LCU.Rp当：带宽二、阻抗变换电路L1RLR’LL2N1N2+–+–L1RLR’LL2+–+–123C1RLR’LC2+–+–二、阻抗变换电路L1RLR’LL2N1N2++L1RLR’L三、例2.1.3IsCUo123+–RLRs5413I’sCU’o+–R’LR’sRpL13三、例2.1.3IsCUo1+RLRs51I’sCU’o+R2.1.2单谐振回路谐振放大器一、电路和工作原理LC+VCCRERB1RB2CECBRL+–51234+–交流通路LCRL53214+–+–CBE小信号电路模型LCRL53214+–+–CBEGiCiGoCo—晶体管跨导GL/n22L13C31CGpCo/n12Go/n12+–L1331CEGTCT+–2.1.2单谐振回路谐振放大器一、电路和工作原理LC+L1331CGTCT+–谐振电路增益增益频率特性单调谐振放大器选择性较差O1.0f0.7070.1BW0.7BW0.1L1331CGTCT+谐振电路增益增益频率特性单调谐振放大器二、单调谐振放大器稳定性的提高共发射极单调谐振放大器的问题：B’Cb’cCB间存在结电容Cb’c，引起内反馈，反馈程度随频率变化剧烈，使谐振放大器工作不稳定严重时引起自激。改进：1.采用共射—共基电路形式L+–+–V1V2CV2输入阻抗小，削弱了结电容的内反馈作用二、单调谐振放大器稳定性的提高共发射极单调谐振放大器的问题：2.集成电路谐振放大器uo

C2L1L2+12VRLMC1590L313485627AGCC3C4ui

输入调谐输出调谐去耦合滤波对于高频信号，LC型滤波效果更好差分输入2.集成电路谐振放大器uoC2L1L2+12VRLMC2.2.2多级单谐振回路谐振放大器同步调谐—每级调谐在同一频率上参差调谐—各级调谐在不同频率上一、同步调谐放大器Au1Au2Aunuiuof0f0f0总电压放大倍数：谐振时总电压放大倍数：Of1.00.707级数增多总通频带：矩形参数：2.2.2多级单谐振回路谐振放大器同步调谐—每级调谐二、双参差调谐放大器Au1Au2uiuof1=f0+ff2=f0–

fff0f2f1总幅频特性更接近于矩形，选择性比单调谐放大器好二、双参差调谐放大器Au1Au2uiuof1=f0+2.3集中选频放大器2.3.1集中选频滤波器一、陶瓷滤波器1.材料和工艺材料：锆钛酸铅陶瓷[Pb(ZrTi)O3]—PZT

工艺：陶瓷焙烧片状两面涂银浆高压极化2.特性：压电效应外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。3.符号和等效电路rqC0CqLqCo—压电陶瓷片的固定电容Lq—机械振动时的晶体的等效质量Cq

—机械振动时的等效弹性系数rq

—机械振动时的等效阻尼2.3集中选频放大器2.3.1集中选频滤波器一、陶瓷4.阻抗频率特性和谐振频率f|Z|fPfSrqC0CqLq阻抗频率特性串联谐振频率并联谐振频率当f=fs，|Z|20(最小)当f=fp，|Z|1100k(最大)5.优缺点优点：Q较高，能制成不同形状。缺点：选择性不如石英晶体，BW不够宽，生产一致性较差。工作频率：几百几十MHz4.阻抗频率特性和谐振频率f|Z|fPfSrqC0Cq6.四端陶瓷滤波器符号：由两个陶瓷片组成由九个陶瓷片组成

当各陶瓷片串、并联谐振频率配合得当，可获得矩形频率特性。6.四端陶瓷滤波器符号：由两个陶瓷片组成由九个陶瓷片组成r1C01C1L1r2C02C2L2例：要求滤波器通过4655kHz的信号。串臂并臂使fs1=fp2

=465kHzfp1=465

+

5kHz

fs2

=465–5kHz465kHz的信号，串臂谐振阻抗最小,并臂最大,信号通过465+5kHz信号，串臂谐振阻抗最大，信号通不过465–5kHz信号，并臂谐振阻抗最小，信号通不过f/kHz|Z|465+5465465–5r1C01C1L1r2C02C2L2例：要求滤波器通过465二、声表面波滤波器1.结构和材料压电材料基片吸收材料用真空蒸镀在基片表面形成叉指形金属膜电极发端换能器收端换能器RLRs+–2.特性：电声换能电信号发端换能器声表面波收端换能器电信号3.优点体积小、重量轻、稳定性好、工作频率高、通频带宽、特性一致性好、抗辐射强、矩形系数小(<1.2)工作频率：几百几十MHz二、声表面波滤波器1.结构和材料压电材料基片吸收材料用真空2.3.2集中选频放大器应用举例uo

+6V30FZ1647105121112ui

470H–6V470H470H8470H0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F625603.3k1.2k1k4.7k30pF0.033F宽带放大器并联谐振回路2.3.2集中选频放大器应用举例uo+6V30FZ1作业2-72-8作业2-72-8

谐振回路小信号谐振放大器

集中选频放大器第2章小信号选频放大器谐振回路第2章小信号选频放大器主要要求：

掌握并联谐振回路的选频特性及其主要参数的计算理解回路Q值、信号源、负载等对回路特性的影响掌握变压器、电感分压器、电容分压器等常用阻抗变换电路及其阻抗变换的计算，2.1谐振回路主要要求：掌握并联谐振回路的选频特性及其主要参数的计算理解总结OZ

RP∆阻抗幅频特性∆O90º-90º阻抗相频特性0ºBW0.7=f

0

/

QLrCLCRp=L/rCZ并联谐振回路及其特性总结OZRP∆阻抗幅频特性∆O90º-90º阻抗信号源及负载对谐振回路的影响LrUs.CRLRS=RL

//RS//RPLIs.CRT有载品质因数：空载品质因数：RT<Rp信号源及负载使回路品质因数下降,通频带变宽，选择性变差信号源及负载对谐振回路的影响LrUs.CRLRS=RL/

信号源内阻及负载电阻使回路品质因数下降,导致回路的通频带变宽，选择性变差。

采用阻抗变换电路，可减小信号源内阻及负载电阻对忽略的影响。L1RLR’LL2N1N2+–+–N1N2L1RLR’LL2+–+–123MC1RLR’LC2+–+–小变大若将RL

无接在1、3端输入电压加在2、3端：大变小信号源内阻及负载电阻使回路品质因数下降,采用阻抗变换电2.3集中选频放大器组成：集成宽带放大器＋集中选频滤波器主要要求：

了解集中选频放大器的构成和优点了解陶瓷滤波器和声表面波滤波器2.3集中选频放大器组成：集成宽带放大器＋集中2.1谐振回路

第

2

章小信号选频放大器选频放大器的功能

—放大有用信号，抑制无用信号选频方式LC

谐振并联谐振串联谐振滤波器2.1.1并联谐振回路的选频特性2.1谐振回路第2章小信号选频放大器选频放2.1.1并联谐振回路的选频特性一、LC并联谐振回路阻抗频率特性LrCIs.ZL

的等效损耗电阻回路谐振谐振频率：谐振阻抗：回路品质因数Q

+Uo

–•2.1.1并联谐振回路的选频特性一、LC并联谐振回路阻—幅频特性—相频特性0Z

Z0Q大Q小0f90º-90ºQ增大—幅频特性—相频特性0ZZ0Q大Q小0LrCIs.+Uo

–例2.1.1

L

=

180

H,C

=

140

PF,r

=

15

,1)求

f0、Q、Rp

2)求f

/

f0=1.01、1.02、1.05、2时的等效阻抗和相移。[解]=

106Hz=1

MHz=

76=

86

k

f

/

f01.011.021.05247.4

k

27.1

k

11.9

k

0.75

k

56.571.689.582.3LrCIs.+例2.1.1L=180H,C二、并联谐振回路的通频带和选择性LrCIs.+Uo

–2

f=f–f0，绝对失调量BW0.7=f

0

/

Q可见Q

越高,通频带越窄,选择性越好2f=BW0.7二、并联谐振回路的通频带和选择性LrCIs.+2表征选择性的参数

—

矩形参数K

0.1f01.0f0.7070.1BW0.7BW0.1

K

0.1越接近1,选择性越好LC

并联谐振：故单个谐振回路选择性差表征选择性的参数—矩形参数K0.1f01.0f0.7三、并联谐振回路的等效电路LrCU.ZLCU.ZRp=L/rC[证明]三、并联谐振回路的等效电路LrCU.ZLCU.ZRp=L2.1.2阻抗变换电路一、信号源及负载对谐振回路的影响LrUs.CRLRS=RL

//RS//RPLIs.CRT有载品质因数：空载品质因数：RT<Rp负载使回路等效品质因数下降,选择性变差负载使调谐频率偏移2.1.2阻抗变换电路一、信号源及负载对谐振回路的影响例2.1.2

L

=

586

H,C

=

200

PF,r

=

15

,RS

=RL=

100

k2

分析信号源及负载对谐振回路的影响。1.无

RS、RL时[解]=

465kHz=

244

k

LrUs.CRLRSLrIs.CRT=

143BW0.7=f

0

/

Q=

3.3kHz2.考虑

RS、RL时RT=RL

//RS//RP=100

//100//244=41.5

k

=

24BW0.7=f

0

/

QT=

19.4kHz选频特性变差例2.1.2L=586H,C=200P二、常用阻抗变换电路除了增大RS

、RL外，可采用阻抗变换来减少其影响阻抗变换方式变压器电感分压电容分压1.变压器阻抗变换L1RLR’LL2N1N2+–+–二、常用阻抗变换电路除了增大RS、RL外，可采用阻抗变2.电感分压N1N2L1RLR’LL2+–+–123M设L1

、L2无耗当RL>>L2时,可忽略RL分流若将RL

改接在1、3端输入电压加在1、2端：2.电感分压N1N2L1RLR’LL2++1M设L1、L3.电容分压设C1

、C2无耗当RL>>1/C2,可忽略RL分流C1RLR’LC2+–+–3.电容分压设C1、C2无耗当RL>>1/C2例2.1.3

线圈匝数N12

=10匝，N13

=50

匝，N45

=5

匝L13=8.4

H,C=51PF,Q=100,Is

=1

mA,RS

=10k,

RL=2.5k,

求有载品质因数QT、通频带BW0.7、谐振输出电压Uo。IsCUo123+–RLRs54R’s123IsCRsR’s=250k123RL54R’L=250k变换后1、3端间电路：13I’sCU’o+–R’LR’sRpL13谐振阻抗=40.6k例2.1.3线圈匝数N12=10匝，N13I’sCU’o+–R’LR’sRpL1313250k250k40.6kIsCUo123+–RLRs54I’sCU’o+–RTL13RT=R’s

//Rp//R’L=30.6kBW0.7=f

0

/

QT=103kHzI’sCU’o+R’LR’sRpL131250k250作业：2-2，2-3，2-4，2-5作业：2-2，2-3，2-4，2-5复习一、谐振回路的特性LrCU.LCU.Rp当：带宽

BW0.7=f0/Q矩形参数带载后：BW0.7=f0/QT复习一、谐振回路的特性LrCU.LCU.Rp当：带宽二、阻抗变换电路L1RLR’LL2N1N2+–+–L1RLR’LL2+–+–123C1RLR’LC2+–+–二、阻抗变换电路L1RLR’LL2N1N2++L1RLR’L三、例2.1.3IsCUo123+–RLRs5413I’sCU’o+–R’LR’sRpL13三、例2.1.3IsCUo1+RLRs51I’sCU’o+R2.1.2单谐振回路谐振放大器一、电路和工作原理LC+VCCRERB1RB2CECBRL+–51234+–交流通路LCRL53214+–+–CBE小信号电路模型LCRL53214+–+–CBEGiCiGoCo—晶体管跨导GL/n22L13C31CGpCo/n12Go/n12+–L1331CEGTCT+–2.1.2单谐振回路谐振放大器一、电路和工作原理LC+L1331CGTCT+–谐振电路增益增益频率特性单调谐振放大器选择性较差O1.0f0.7070.1BW0.7BW0.1L1331CGTCT+谐振电路增益增益频率特性单调谐振放大器二、单调谐振放大器稳定性的提高共发射极单调谐振放大器的问题：B’Cb’cCB间存在结电容Cb’c，引起内反馈，反馈程度随频率变化剧烈，使谐振放大器工作不稳定严重时引起自激。改进：1.采用共射—共基电路形式L+–+–V1V2CV2输入阻抗小，削弱了结电容的内反馈作用二、单调谐振放大器稳定性的提高共发射极单调谐振放大器的问题：2.集成电路谐振放大器uo

C2L1L2+12VRLMC1590L313485627AGCC3C4ui

输入调谐输出调谐去耦合滤波对于高频信号，LC型滤波效果更好差分输入2.集成电路谐振放大器uoC2L1L2+12VRLMC2.2.2多级单谐振回路谐振放大器同步调谐—每级调谐在同一频率上参差调谐—各级调谐在不同频率上一、同步调谐放大器Au1Au2Aunuiuof0f0f0总电压放大倍数：谐振时总电压放大倍数：Of1.00.707级数增多总通频带：矩形参数：2.2.2多级单谐振回路谐振放大器同步调谐—每级调谐二、双参差调谐放大器Au1Au2uiuof1=f0+ff2=f0–

fff0f2f1总幅频特性更接近于矩形，选择性比单调谐放大器好二、双参差调谐放大器Au1Au2uiuof1=f0+2.3集中选频放大器2.3.1集中选频滤波器一、陶瓷滤波器1.材料和工艺材料：锆钛酸铅陶瓷[Pb(ZrTi)O3]—PZT

工艺：陶瓷焙烧片状两面涂银浆高压极化2.特性：压电效应外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。3.符号和等效电路rqC0CqLqCo—压电陶瓷片的固定电容Lq—机械振动时的晶体的等效质量Cq

—机械振动时的等效弹性系数rq

—机械振动时的等效阻尼2.3集中选频放大器2.3.1集中选频滤波器一、陶瓷4.阻抗频率特性和谐振频率f|Z|fPfSrqC0CqLq阻抗频率特性串联谐振频率并联谐振频率当f=fs，|Z|20(最小)当f=fp，|Z|1100k(最大)5.优缺点优点：Q较高，能制成不同形状。缺点：选择性不如石英晶体，BW不够宽，生产一致性较差。工作频率：几百几十MHz4.阻抗频率特性和谐振频率f|Z|fPfSrqC0Cq6.四端陶瓷滤波器符号：由两个陶瓷片组成由九个陶瓷片组成

当各陶瓷片串、并联谐振频率配合得当，可获得矩形频率特性。6.四端陶瓷滤波器符号：由两个陶瓷片组成由九个陶瓷片组成r1C01C1L1r2C02C2L2例：要求滤波器通过4655kHz的信号。串臂并臂使fs1=fp2

=465kHzfp1=465

+

5kHz

fs2

=465–5kHz465kHz的信号，串臂谐振阻抗最小,并臂最大,信号通过465+5kHz信号，串臂谐振阻抗最大，信号通不过465–5kHz信号，并臂谐振阻抗最小，信号通不过f/kHz|Z|465+5465465–5r1C01C1L1r2C02C2L2例：要求滤波器通过465二、声表面波滤波器1.结构和材料压电材料基片吸收材料用真空蒸镀在基片表面形成叉指形