高频电子线路模块三：-高频小信号选频放大器

第三章高频小信号放大器3.1概述3.2高频小信号放大器的性能指标3.3LC谐振回路的特性3.4信号源及负载对并联谐振回路的影响3.5阻抗变换电路3.6小信号谐振放大器3.7集中选频放大器

本章小结教学目的：1．了解单调谐放大器工作原理,掌握调谐放大器分析方法

2．了解高频小信号选频放大器的性能指标3．掌握信号源及负载对LC选频网络的影响4.掌握小信号选频放大器电路的分析方法5.掌握集中选频放大器的应用教学重点：高频小信号选频放大器的性能指标分析、LC网络的选频特性及信号源及负载对LC网络的影响。教学难点：用接入系数的概念将所有Y参数及其负载折合到调谐回路两端的交流等效电路图。3.1概述一、高频小信号放大器的作用无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。所以，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号，这种信号具有窄带特性。而且，通过长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步处理之前，应当经过放大和限制干扰的处理。这就需要通过高频小信号放大器来完成。这种小信号放大器是一种谐振放大器。混频器输出端也接有这种小信号放大器，作为中频放大器对已调信号进行放大。二、高频小信号放大器的分类高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为对有用信号加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多信号中选出有用的信号并加以放大。谐振放大器常由晶体管等放大器件与LC并联谐振回路或耦合谐振回路构成。它可分为调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路需调谐于需要放大的外来信号的频率上，后者谐振回路的谐振频率固定不变。集中选频放大器把放大和选频两种功能分开，放大作用由多级非谐振宽频带放大器承担，选频作用由ＬC带通滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等承担。目前广泛采用集中宽频带放大器。三、高频小信号放大器在无线通信系统中的位置：3.2高频小信号放大器的性能指标高频小信号放大器的主要性能指标包括：电压增益、通频带、选择性、工作稳定性及噪声系数。3.2.1放大器的谐振增益定义：是指放大器在谐振频率上的电压增益，记为Au0，其值可用分贝(dB)表示

电压放大倍数：增益：3.2.2放大器的通频带放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用BW0.7

表示。2

f0.7也称为3分贝带宽。如图所示：放大器的通频带通常与放大器形式和负载的品质因数Q有关，并且级数越多，通频带越窄3.2.3选择性一、矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。矩形系数越接近于1，选择性就越好二、噪声系数放大器的噪声系数是指输入端的信噪比Pi/Pni与输出端的信噪比Po/Pno两者的比值3.2.4工作稳定性指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。

基本共射极放大电路

稳Q共射极放大电路

不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。3.3LC谐振回路特性3.3.1并联谐振回路并联回路：信号源与电感线圈和电容器并联组成的电路，叫做LC并联回路图中与电感线圈Ｌ串联的电阻Ｒ代表线圈的损耗，电容Ｃ的损耗不考虑。IS为信号电流源。高频小信号谐振放大器的性能很大程度上取决于LC并联谐振回路，LC并联谐振回路的主要作用是选频和阻抗变换。如图所示，其阻抗表达式为一般

L>>R

代入上式：当回路谐振时，即ω=ωo时，ω0L-1/ω0c=0。并联谐振回路的阻抗为一纯电阻，数值可达到最大值，由上式得：|Z|=RP=L/CR，RP称为谐振电阻。所以，谐振频率为：为了评价LC网络的损耗的大小，引入品质因数Q，其值越大，损耗越小，反之，损耗越大。概念：回路谐振时的感抗（或容抗）与回路等效损耗阻抗之比(用以衡量损坏大小）Q0＝

0L

R＝1

0CR＝

L

C

R故谐振电阻RP＝L

CR分子分母同时除R从分母的括号中提个W0L出来由上式可知其幅频特性和相频特性分别为幅频特性曲线相频特性曲线由上图可知1）当回路谐振时ω=ω0时，并联谐振回路的阻抗为一纯电阻，数值可达到最大值|Z|=RP=L/CR，RP称为谐振电阻，阻抗相角为φ=02）当回路的角频率ω＜ω0时，并联回路总阻抗呈电感性。3）当回路的角频率ω＞ω0时，并联回路总阻抗呈电容性。4）Q值越大，幅频特性曲线越尖锐，相频特性在谐振频率附近就越陡峭。例:并联谐振回路如图所示.L=180UH,C=140PF,R=15欧姆.试求:1)该回路的谐振频率f0、品质因数Q及谐振电阻RP。2）f/f0=１．０２、１．０５、２时，并联回路的等效阻抗及相移。解：１）求f0、Ｑ、RP====76=86K=2)求回路的等效阻抗和相移根据:＝＝当f/f0=1.02时＝２７．１Ｋ当f/f0=1.0５时＝１．１９K=当f/f0=2时=0.75K=由以上计算可以看出：当并联谐振回路的Ｑ值较大时，回路的等效阻抗随着失谐的增大显著减小。3.3.2并联谐振回路的通频带和选择性在左图中，保持电流源的幅值不变，改变其频率，则并联电路两端的电压的变化规律与回路的阻抗频率特性相似。由图可知：由所以：=为并联回路两端输出谐振电压，根据上式有：=对谐振回路的研究主要研究谐振频率w0附近的频率特性。由于w十分接近w0,所以可近似认为：并令：=所以:==△f=f-f0称为绝对失调量，即信号频率偏离回路谐振频率的绝对值（1）式同理：（2）式由（1）式和（2）式可绘出并联谐振回路以失谐量△f表示的幅频特性曲线和相频特性曲线。由前面通频带的定义可知：=0.707将上式带入:(1)式得:=例1

已知并联谐振回路谐振频率f0＝1MHz，Ｑ0＝100。求频率偏离10kHz时，电压相对于谐振点的衰减比值U/U0

。又若Ｑ0

＝50，求U/U0

。解（１）Ｑ0=100时（２）若Ｑ0=50时3.4信号源内阻及负载对谐振回路的影响信号源内阻或负载并联在回路两端，将直接影响回路的Ｑ值，影响负载上的功率输出及回路的谐振频率的稳定度。算出有载品质因数进行比较就知道信号源内阻与负载对谐振回路产生了什么影响。空载时的品质因素：下面计算一下有载品质因数:在第一个图中,L与r的导纳为:当r<<wL时:所以上式可近似为：上式刚好是电感L和阻值为的电阻并联的导纳,r和L串联等效为第二个图在研究谐振频率附近的特性时：由此可见，损耗电子r和电感L的串联支路可以等效为谐振电阻与电感的并联，即第三个图。由此可见：将并联谐振回路中的电感与电阻串联电路转换为电感与电阻的并联电路时，在r<<wL时，电感值可近似不变，并联电阻变为，比r大的多。所以，带有信号源和负载的LC网络可以按照下图等效：在C图中，RT实际上是考虑了信号源内阻和负载电阻的影响后的并联谐振回路的等效谐振电阻，由RT可求得等效并联谐振回路的品质因数，称为有载品质因数，用QT表示：由于所以有载品质因数QT小于空载品质因数Q0，而且信号源内阻和负载电阻越小，则QT就下降得越多，回路的选择性就越差，通频带越宽。由此可见信号源内阻及负载会使LC并联谐振回路的通频带变宽，选择性变差。例：并联谐振回路电路如图所示，已知：L=586uH,C=200pF,r=12欧姆，RS=RL=100K试分析信号源、负载对谐振回路的影响。解：（1）不考虑RS和RL的影响求回路的固有特性谐振频率：空载品质因数：谐振电阻：通频带：（2）考虑RS、RL的影响后求回路的特性，此时的电路图等效为：由于L和C没有改变，所以谐振频率还是为465KHZ等效谐振电阻：有载品质因数为：通频带为：这道例题可以说明什么？说明信号源的内阻和负载电阻将会对并联回路的品质因数产生明显的影响，是回路的品质因数急剧下降，通频带变宽，选择性变差。为了减小内阻和负载的影响，该采取什么措施？

3.5常用阻抗变化电路为减小信号源及负载对谐振回路的影响，除了增大外，还可采用阻抗变换电路，常用的阻抗变换电路有串并联阻抗变换、变压器、电感和电容分压电路等一、串并联阻抗变换电路假设图的AB端看进去的阻抗或者是导纳与图（b）的CD端看进去的阻抗或者是导纳相等：用式（3）除式（4）可得串联支路的品质因数：式（4）式（3）式（5）

由式（3）和（5）可得：

由式（4）和式（5）可得：如果值比较大（大于10以上），则有

小结：二、变压器阻抗变换电路令：由变压器理论可知：所以：又因为：所以，负载通过变压器的变换提高了n的平方倍三、电感分压式阻抗变换电路（自耦变压器阻抗变换电路）电感分压器阻抗变换电路令L1和L2的互感为M，并设电感是无损耗的，根据阻抗变换前后，负载RL和所消耗的功率相等可得到：其中当时：四、电容分压器阻抗变换电路电容分压器阻抗变换电路同理，设电容无损耗，两个电阻的消耗功率相等，可得：在上式中，当时可得：例：并联谐振回路与信号源和负载的连接线路如图所示。信号源以自耦变压器形式接入回路。已知线圈的匝数分别为N12＝10匝，N13＝50匝，N45＝5匝，L13＝8.3uH，回路空载品质因数Q＝100，C＝51pF，Rs为10千欧，Is＝1mA，RL为2.5千欧。试求并联谐振回路的有载品质因数QT、通频带BW0.7及回路谐振时输出电压Uo的大小。解：将Is、Rs和RL均折算到并联谐振回路1－3端，其值分别为、、，如图（b）所示。令自耦变压器的匝比为n1，即所以

令变压器的匝比为n2，即所以计算结果说明，和显著增大，故它们对并联谐振回路的影响减小。可见，由于采用了阻抗变换电路，使得Rs、RL对并联谐振回路的影响减小，故回路品质因数下降的不多。此时等效并联谐振回路的通频带等于：根据信号源输出功率相同的条件，由图（a）、（b）可知，于是可得：由（b）图可知谐振时，并联回路两端输出电压Uo‘经过变压器得降压，便可得到输出电压Uo为

3.6小信号谐振放大器小信号谐振放大器类型很多，按调谐回路区分，有单调谐回路放大器、双调谐回路放大器和参差调谐回路放大器。按晶体管联接方法区分，有共基极，共发射极和共集电极放大器等.本节讨论一种常用的调谐放大器——共发射极单调谐放大器3．6．１单谐振回路谐振放大器一、工作原理如图所示：画出其交流通路：在高频电路中三极管等效电路：所以画出b图的小信号等效电路设电感线圈１－２间的匝数为Ｎ１２，１－３间的匝数为Ｎ１３，次级线圈的匝数为Ｎ４５令把三极管等效电路折算到１——３端得图并联谐振回路谐振时增益最大，称为谐振增益，表示为：又因为：所以，有以上三式可得：

3．6．2多级单谐振回路谐振放大器

一、多级单调谐放大器的电压增益设有n级单调谐放大器相互级联，且各级的电压增益相同，即Ａu1=Ａu2=Ａu3=…=Ａun

则级联后放大器的总电压增益为当单级调谐放大器的性能（选频+放大），不能满足要求时，可采用的方法？——多级单调谐放大器连接在一起

|An|=|Au1|·|Au2|·|Au3|……|Aun|=|Aun|n谐振时，电压增益为二、通频带

n级级联放大器的总通频带式中,f0/ＱL是单级单调谐放大器通频带；是频带缩小因子，下表列出不同n值时缩小因子的大小：n12345…10.640.510.430.39…结论：调谐于同一频率的多级放大器与单级调谐放大器相比，调谐于同一频率的多级放大器的放大倍数提高,选择性提高，但总的通频带变窄。

3．6．3小信号谐振放大器实例分析一、分立元件的谐振放大器调幅接收机中频放大电路：

MC1590是适用于小信号谐振放大器的典型器件，其输入由共射一共基电路构成差分电路，输出级由复合管差分电路构成，故内反馈很小，具有工作频率高、不易白激等优点。二、集成电路谐振放大器3.7集中选频放大器

集中选频放大器构成如图2.3．1所示，它由两种部件组成，一部分是宽频带放大器，另一部分是集中选