高频电子线路教案-第二章-小信号选频放大器

2.1谐振回路高频调谐放大器的功能及分类1.功能：放大和选频。放大是放大有用信号。选频是选择有用信号，抑制无用信号。2.分类：按信号大小分小信号、大信号调谐放大器；按调谐回路个数分单调谐、双调谐放大器；按器件分有晶体管、场效应管放大器；按电路组态分共e、共b、共c放大器。3.高频小信号放大器的两种主要类型：集中选频放大器、谐振放大器2.1.1LC并联谐振回路的选频特性一、LC并联谐振回路的选频特性1、（注意：>>R(1)谐振条件：当回路总电抗X=0时，回路呈谐振状态(2)并联谐振阻抗=（呈纯电阻，且取最大值）(3)谐振频率：由于，即，=02、品质因数物理意义：谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比===回路阻抗频率特性又由于:，而=其中：其中：称广义失谐讨论：(1)当<，即<0有并联LC谐振回路呈电感性(2)当>，即>0有并联LC谐振回路呈电容性3、谐振曲线定义：并联谐振回路中，回路电压与工作频率之间的关系常用的谐振曲线为归一化谐振曲线，即为同样定义并联谐振回路端电压的相位为QQ2>Q1Q11OQ2OQ1Q24、通频带定义：在并联谐振回路中所对应的频率范围由定义可得：或结论：Q值越大频带越窄，回路损耗越小。5、回路的选择性由图2.1.3可以看出，LC谐振回路对偏离谐振频率信号的抑制作用，偏离越大，|ZP|/R0越小；而且回路Q值越大，曲线就越尖锐，说明回路的选频性能越好，回路Q值越小，曲线越平缓，回路的选频性能就越差。理想谐振回路的幅频特性曲线如图所示，它是高度为1，宽度为BW0.7的矩形。矩形系数Kr0.1定义：单位谐振曲线N（f）值下降到0.1时的频带范围与通频带之比，即,理想谐振回路K0.1＝1，实际回路的K0.1总是大于1，而且其数值越大，表示偏离理想值越大；其值越小，表示偏离理想值越小。实际单级单调谐LC谐振回路的矩形系数：。它是一个与回路的Q值以及谐振频率f0无关的定值，偏离理想回路值较大。例1设一并联谐振回路，谐振频率f0=10MHz，回路电容C＝50pF，试计算所需的线圈电感L。又若线圈品质因素为Q＝100，试计算回路谐振电阻及回路带宽。若放大器所需的带宽为0.5MHz,则应在回路上并联多大电阻才能满足要求？解：（1）计算L值（2）回路的谐振电阻和带宽（3）求满足0.5MHz带宽的并联电阻设回路并联电阻为，回路有载品质因数为将已知条件带入，可得：二、变压器和LC分压式阻抗变换电路1.变压器的耦合联接设初级线圈数为N1，，次级线圈数为N2。在变压器紧耦合时，负载电阻RL与等效负载R‘L的关系为R‘L＝（N1/N2）2RL2.自耦变压器的耦合联接3.变压器自耦变压器的耦合联接2.2.1单级单调谐放大器一、基本电路与工作原理1.组成2.元件作用3.工作原理高频信号电压互感耦合基极电压管子be结基极电流管子放大作用集电极电流谐振回路选频回路谐振电压互感耦合负载电流iL在负载上产生较大的高频信号电压二、电路分析直流通路2.交流通路3.高频Y参数等效电路晶体管接入回路的接入系数n1＝N12/N13负载接入回路的接入系数n2＝N45/N13I‘S＝n12IS＝n1YfeUbeg‘oe＝n12goe，C‘oe＝n12Coeg‘L＝n22gL，C‘L＝n22CLG＝g‘oe＋g‘L＋gPC＝C‘oe＋C‘L＋C导纳Y＝G＋jwC＋1/jwL输出电压U‘o＝－I‘s/Y＝－n1YfeUbe/Y＝Uo/n2三、性能指标分析1.电压增益Au＝U0Ube－n1n2Yfe/〔G（1＋j2QLf/f0）〕当回路谐振时，f＝0，放大器谐振电压增益为Auo＝－n1n2Yfe/GAuo＝n1n2Yfe/G＝n1n2Yfe/（n12goe＋n22gL＋gP）2.功率增益Gpo＝PoPi＝U2oU2i＝A2uo3.单调谐放大器的通频带4.单调谐放大器的选择性矩形系数K0.1=BW0.1/BW0.7＝102－19.95》12.2.2多级单调谐回路谐振放大器一、双级单调谐放大器1、电路图2、性能指标（n级相同电压增益的单调谐放大器级联）（1）.电压增益Au＝Au1Au2Au3Aun＝Aunn谐振时Auo＝Aunn＝n1n2Yfe/Gn（2）.通频带（3）.选择性二、双调谐回路谐振放大器1、原理图2、性能指标（1）电压增益1）临界耦合的电压增益2）强耦合及弱耦合时电压增益（2）通频带临界耦合时双调谐放大器的通频带BW0.7＝2f0QL（3）选择性临界耦合时双调谐放大器的矩形系数K0.1=BW0.1/BW0.7＝4100－13.16三、参差调谐放大器参差调谐放大器，是由若干级单调谐放大器组成，每级回路的谐振频率参差错开，常用的有双参差和三参差调谐放大器。四、谐振放大器的稳定性为提高放大器的稳定性，通常从两方面着手。一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳Yre值。二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化。具体方法有中和法和失配法。1.中和法中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路(中和电路)，来抵消晶体管内部参数Yre的反馈作用。使通过CN的外部电流和通过Cb‘c的内部反馈电流相位相差1802.失配法失配法通过增大负载电导YL，进而增大总回路电导，使输出电路严重失配，输出电压相应减小，从而使输出端反馈到输入端的电流减小，对输入端的影响也就减小。用两只晶体管按共射一共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。2.3集中选频放大器2.3.1集中滤波器集中滤波器的任务是选频，要求在满足通频带指标的同时，矩形系数要好。其主要类型有集中LC滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。一、陶瓷滤波器1.陶瓷滤波器的特性陶瓷滤波器是利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器。所谓压电效应，就是指当陶瓷片发生机械变形时，例如拉伸或压缩，它的表面就会出现电荷；而当陶瓷片两电极加上电压时，它就会产生伸长或压缩的机械变形。2.压电陶瓷片等效电路和电路符号3.电抗曲线一个是串联谐振频率fs，另一个是并联谐振频率fp，4.四端陶瓷滤波器及电路符号5.陶瓷滤波器的优缺点二、声表面波滤波器1.声表面波滤波器基本结构、符号和等效电路2.声表面波滤波器工作原理3.均匀叉指换能器的频率特性－均匀叉指换能器是指长、指宽以及指距均为一定值的结构4.非均匀叉指换能器5.声表面波滤波器的优点6.声表面波滤波器与放大器的连接2.4放大器的噪声噪声的种类很多。有的是从器件外部窜扰进来的，称为外部噪声；有的是器件内部产生的，称为内部噪声。内部噪声源主要有电阻热噪声、晶体管噪声和场效应管噪声三种。一、电阻热噪声电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动而产生的。自由电子的这种热运动在导体内会形成非常微弱的电流，这种电流呈杂乱起伏的状态，称为起伏噪声电流。起伏噪声电流流过电阻本身就会在其两端产生起伏噪声电压。把这种在整个无线电频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声1.噪声电流功率频谱密度和噪声电压功率频谱密度SI(f)＝4kT/RA2/HzSU(f)＝4kTRV2/Hzk＝1.3810－23J/K2.热噪声均方值电流和均方值电压In2＝SI(f)BW＝4kTBW/RUn2＝SU(f)BW＝4kTRBW所以，一个实际电阻可以分别用噪声电流源和噪声电压源表示。3.电阻热噪声等效电路二、晶体管噪声晶体管噪声主要包括以下四部分：1.热噪声2.散弹噪声散弹噪声是晶体管的主要噪声源。是由单位时间内通过PN结的载流子数目随机起伏而造成的。3.分配噪声4.闪烁噪声闪烁噪声又称低频噪声。一般认为是由于晶体管表面清洁处理不好或有缺陷造成的，其特点是频谱集中在约lkHz以下的低频范围，且功率频谱密度随频率降低而增大。三、场效应管噪声沟道热噪声、栅极漏电流产生的散弹噪声、在高频时同样可以忽略场效应管的闪烁噪声。四、额定功率和额定功率增益五、线性四端网络的噪声系数1.噪声系数的定义放大器的噪声系数NF