小信号选频放大器综述

第2章高频小信号选频放大器作用：选出有用频率信号并加以放大，而对无用频率信号予以抑制。组成：小信号放大器＋选频回路小信号放大器＋LC谐振回路小信号选频放大器小信号谐振放大器又称调谐放大器集中选频放大器集成宽带放大器＋集中选频滤波器应用：通信设备接收机

谐振回路小信号谐振放大器

集中选频放大器

放大器的噪声*

本章小结第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谐振回路作用：滤除无用信号；阻抗变换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Is.LCL

的等效损耗电阻Z+Uo

–•Is.LrCr<<ωL时，回路并联谐振谐振频率：谐振阻抗：引入品质因数Q

，它反映谐振回路损耗的大小Q

定义为：

定义参数

，称为LC回路的特性阻抗则可得

空载品质因数，固有品质因数因此通常，谐振回路研究ω0附近的频率特性故

ω＋ω0

≈2ω0

，ωω0

≈，令ω-ω0

=∆ω,故则可得OZ

RP∆阻抗幅频特性∆O90º-90º阻抗相频特性0º这对曲线说明了并联谐振回路具有怎样的频率特性？OZ

RP∆阻抗幅频特性∆O90º-90º阻抗相频特性0º谐振时，回路相移为零，回路阻抗最大且为纯电阻。失谐时，回路有相移，且回路阻抗下降。ω>ω0时,回路呈容性，相移为负；ω<ω0时,回路呈感性，相移为正；Q值增大，曲线变陡Q增大Q增大-90◦<<90◦OZ

RP∆f阻抗幅频特性∆fO90º-90º阻抗相频特性0ºQ增大Q增大以f为自变量，则回路频率特性表示为∆

f称为回路的绝对失谐量，∆

f/f0称为回路的相对失谐量。二、并联谐振回路的通频带和选择性LrCIs.+Uo

–

回路归一化输出电压的频率特性与阻抗频率特性是一样的。

并联谐振回路的通频带和选择性计算通频带BW0.7BW0.7=f

0

/

Q计算选择性BW0.1Q

越高,f0越低，则通频带越窄,K0.1=10Q

越高,通频带越窄,

选择性越好BW0.1=10f

0

/

Q计算矩形系数K

0.1正常使用时，回路通常应调谐在工作信号的中心频率上。O1.0f0.7070.1BW0.7BW0.1Of1.0BW0.1=BW0.7

通频带BW0.7通常通频带与选择性矛盾，用矩形系数K0.1综合评价K0.1越接近1,选择性越好

选择性BW0.1

BW0.1越小，选择性越好三、并联谐振回路的等效电路

[证明]当r<<ωL时LrCU.ZLCU.ZRp=L/rC2.1.2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，选择性变差二、常用阻抗变换电路1.变压器阻抗变换电路L1RLR’LL2N1N2+–+–设变压器为无耗的理想变压器等效原则：等效电路与原电路的功率相等（功率相等原理）设L1

、L2无耗2.电感分压器阻抗变换电路（自藕变压器）N1N2L1RLR’LL2+–+–123M根据功率相等原理，有若将RL

接在1、3端输入电压加在2、3端：小变大大变小当RL>>L2时,可忽略RL分流，可证明3.电容分压分压器阻抗变换电路设C1

、C2无耗当RL>>1/C2,可忽略RL分流C1RLR’LC2+–+–

例2.1.3

下图中，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+–RLRs54=250k=250k解：将Is

、RS

、RL均折算到并联谐振回路1-3两端13I’sCU’o+–R’LR’sRpL13=40.6kI’sCU’o+–R’LR’sRpL1313IsCUo123+–RLRs54I’sCU’o+–RTL13RT=R’s

//Rp//R’L=30.6kBW0.7=f

0

/

QT=103kHz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

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。常用的阻抗变换电路有变压器、电感分压器、电容分压器等。P32~332.1^2.22.6作业主要要求：

理解晶体管Y参数等效电路及其意义和应用掌握单调谐回路谐振放大器的组成、工作原理和主要性能指标的计算。了解多级谐振放大器了解谐振放大器的稳定性2.2小信号谐振放大器

以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器称为小信号谐振放大器或小信号调谐放大器。2.2.1

晶体管的Y参数等效电路一、晶体管的Y参数等效电路对小信号称为晶体管输出端交流短路时的输入导纳称为晶体管输出端交流短路时的正向传输导纳称为晶体管输入端交流短路时的反向传输导纳称为晶体管输入端交流短路时的输出导纳对小信号对小信号Y参数通过仪器测量，或查手册，或由混合π型等效电路求取2.2.1

晶体管的Y参数等效电路简化为CBE+–+–用Y参数简化表示CBE+–+–用电导、电容等表示2.2.2单调谐回路谐振放大器一、放大电路及其工作原理LC+VCCRERB1RB2CECBRL+–51234+–保证晶体管工作在甲类状态L+VCCRERB1RB2+–123直流通路LCRL53214+–+–CBE交流通路晶体管的输出及负载电阻均通过阻抗变换电路接入。LCRL53214+–+–CBEGieCieGoeCoe自耦变压器匝比变压器初次级匝比放大器的Y参数等效电路L13C31C谐振回路的等效电路G’oeC’oeGpG’L+–根据功率相等得因此由阻抗变换得而Gp=1/RpU’o=n2Uo二、单调谐放大器的等效电路L1331CEGTCT+–参数合并后的谐振回路的等效电路三、单调谐放大器的电压增益、选择性和通频带

L1331CEGTCT+–参数合并后的谐振回路的等效电路归一化电压增益的幅频特性为

O1.0f0.7070.1BW0.7BW0.1选择性较差三、单调谐放大器的电压增益、选择性和通频带

2.2.3多级单调谐回路谐振放大器每级谐振回路均调谐在同一频率上各级谐振回路调谐在不同频率上同步调谐放大器—参差调谐放大器—总电压放大倍数一、同步调谐放大器Of1.00.707级数增多级数越多，则谐振增益越大，选择性越好，通频带越窄。总通频带窄于各级的。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总通频带可宽于各级的。2.2.4调谐放大器的稳定性一、共发射极单管谐振放大器不稳定的原因Yre引起内部反馈。其主要由CB间结电容Cb’c引起。

谐振回路阻抗特性剧烈变化的特性更使这种内反馈随频率变化而剧烈变化，使放大器的频率特性发生变化，增益、通频带、选择性等都发生变化，导致放大器工作不稳定。严重时会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。频率越高，回路Q值越大，放大器工作越不稳定。二、提高谐振放大器稳定性的方法选用Yre（或Cb’c

）小的晶体管从电路上消除内反馈的影响中和法失配法中和法只能在很窄的频率范围内起作用，且不易调节2.失配法增大负载导纳YL，使回路总导纳增大，导致输出回路失配，输出电压减小，从而减小内反馈。失配法以牺牲增益为代价。在设计小信号谐振放大器时，通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。2.失配法增大负载导纳YL，使回路总导纳增大，导致输出回路失配，输出电压减小，从而减小内反馈。L+–+–V1V2C共发－共基组合电路调谐放大器V2输入阻抗很小，即V1的负载导纳很大，从而削弱了结电容的内反馈作用。而V2构成共基放大电路，CB’C不能引入反馈。

该电路中，V1提供较大电流增益，V2提供较大电压增益，故总电路可获得较大的电压增益和电流增益。三、集成调谐放大器uo

MC159013485627AGCVCCui

是一个双端输入、双端输出的全差动式电路。带宽为10MHz。内反馈很小。电源去耦滤波器隔直耦合，实现单端输入单端输出uo

C2L1L2+12VRLMC1590L313485627AGCC3C4ui

输入、输出回路均调谐在信号的中心频率上。三、集成调谐放大器作业P332.82.3集中选频放大器组成：集成宽带放大器＋集中选频滤波器由多级差分放大电路组成

常用的有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。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2.3.1

集中选频滤波器一、陶瓷滤波器由锆钛酸铅陶瓷材料制成工艺：陶瓷焙烧片状两面涂银浆直流高压极化具有压电效应1.材料、工艺及压电效应极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场交变电压机械振动交变电压当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。压电谐振2.电路符号和等效电路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3.阻抗频率特性串联谐振频率并联谐振频率20达100k通常所以构成四端陶瓷滤波器4.应用由两个陶瓷片组成由九个陶瓷片组成例如

陶瓷片的Q值比一般LC回路的大，将各陶瓷片的

串并联谐振频率配置得当时，四端陶瓷滤波器可获得

接近矩形的幅频特性。

5.陶瓷滤波器的优缺点优点：体积小、成本低、受外界影响小。缺点：频率特性较难控制，生产一致性较差，BW不够宽，构成四端陶瓷滤波器4.应用陶瓷滤波器：工作频率为几百kHz几十MHz

使用时，其输入阻抗须与信号源阻抗匹配其输出阻抗须与负载阻抗匹配石英晶体滤波器特性与陶瓷滤波器相似，但Q值高很多，因此频率特性好，但价格较高。二、声表面波滤波器声表面波滤波器优点：

体积小、重量轻、性能稳定、特性一致性好、工作频

率高（几MHz~几GHz）、通频带宽、抗辐射能力强、

动态范围大等

声表面波滤波器是声表面波（用SAW表示）器件的一种。SAW器件是一种利用弹性固体表面传播机械振动波的器件。

它以铌酸锂、锆钛酸铅和石英等压电材料为基片，利用真空蒸镀法，在基片表面形成叉指形金属膜电极，称为叉指电极。

加输入信号时，叉指电极间产生交变电场，使基片表面产生弹性形变，激发出与输入信号同频率的声表面波，它沿基片表面传播至收端，在收端的叉指电极间得到信号。SAW滤波器的性能与基片材料、叉指电极的尺寸、形状等有关。声表面波滤波器的结构与工作原理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陶瓷滤波器选频放大器陶瓷滤波器输入端采用变压器耦合，输出端接跟随器，以实现阻抗匹配并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器的主谐振频率上，用来消除陶瓷滤波器通带以外出现的小谐振峰。4.7k用来展宽LC通带声表面波滤波器选频放大器预中放L1与分布电容并联谐振于中心频率。L2、L3为匹配电感，用于抵消SAWF输入、输出端分布电容的影响，以实现阻抗匹配。、C1、C2、C3均为隔直耦合电容。R2、C4为电源去耦滤波电路2.4放大器的噪声*（自学）主要要求：

了解放大器内部噪声的主要来源和对放大器性能的影响。了解噪声系数的概念2.4.1

噪声的来源这种由于自由电子的热运动所产生噪声，称为电阻热噪声。噪声会影响放大器对微弱信号的放大能力

电阻内的自由电子处于无规则的热运动状态。大量电子的热运动所产生的窄脉冲电流相叠加，就形成了噪声电流，并在电阻两端产生噪声电压。一、电阻热噪声