1、第 1 章 小信號調(diào)諧放大器,熟練掌握串、并聯(lián)諧振回路的基本特性及其耦合聯(lián)接方式 熟練掌握高頻小信號放大器的電路組成和工作原理，并能應用晶體管Y參數(shù)等效電路計算其各項性能指標 正確理解諧振放大器的穩(wěn)定性,1.1 概述,1、定義,小信號調(diào)諧放大器是一種負載具有諧振特性的放大器，具有選頻和放大作用。 工作于小信號狀態(tài)，放大器件處于線性工作范圍，所以采用線性分析方法分析。,1.1 概述,2、分類,選頻方式,分散選頻,集中選頻：由集成寬放和集中濾波器,單調(diào)諧放大器,參差調(diào)諧放大器,耦合調(diào)諧放大器,諧振增益 Auo,放大器在諧振頻率f0 上的電壓增益(或功率增益),3、主要性能指標,圖1 小信號調(diào)諧放大

2、 器典型幅頻特性曲線,放大器電壓增益下降 到諧振增益的0.707 倍時所對應的頻率范圍。,通頻帶 BW0.7,3、主要性能指標,圖1 小信號調(diào)諧放大 器典型幅頻特性曲線,選擇性,是指諧振放大器從輸入信號中 選出有用信號，抑制干擾信號的能力,抑制比,矩形系數(shù),3、主要性能指標,理想頻率特性與實際頻率特性的比較,0.707,0.1,圖2 理想頻率特性與實際頻率特性,穩(wěn)定性,指放大器的直流工作狀態(tài)、放大器件 (如晶體管)以及電路元件參數(shù)等發(fā)生變化 時，放大器主要性能的穩(wěn)定程度。,3、主要性能指標,3、主要性能指標,噪聲系數(shù),輸入端的信噪比Psi/Pni與輸出端的 信噪比Pso/Pno兩者的比值,1.

3、2諧振回路,LC諧振回路由電感和電容組成。若該電路在某一頻率的交變信號作用下,能在電抗原件上產(chǎn)生最大的電壓或流過最大的電流，即具有諧振特性，故該電路又稱諧振回路。,分類：,1.串聯(lián)諧振回路 2.并聯(lián)諧振回路 3.耦合諧振回路,1.2.1 串聯(lián)諧振回路,下圖是最簡單的串聯(lián)回路。r近似為電感線圈L的內(nèi)阻，r通常很小，可以忽略，Ug為激勵電壓源。,回路總阻抗Z：,圖3 串聯(lián)諧振回路,回路電流I：,串聯(lián)諧振角頻率0:,特性阻抗 ：,回路諧振電流I0：,空載品質(zhì)因數(shù)Q0 ：,引入任意頻率下的回路電流I與諧振電流I0之比,幅頻特性方程：,相頻特性方程：,絕對失諧量： f=f-f0,廣義失諧量：,當與0很接

4、近時,幅頻特性方程：,相頻特性方程：,圖4 串聯(lián)諧振回路的通用諧振曲線,問題：Q0值對諧振曲線有什么影響？,分析：,結(jié)論： Q0值越高，曲線就越尖銳，選頻特性就越好。,Q1Q2,圖5 串聯(lián)諧振回路的諧振曲線和相位特性曲線,令：,則：,通頻帶,令：,則：,矩形系數(shù),1.2.2 并聯(lián)諧振回路,圖6 并聯(lián)諧振回路,下圖是最簡單的并聯(lián)回路。 r近似為電感線圈L的內(nèi)阻，r通常很小，可以忽略，Ig為激勵電流源。,1.2.2 并聯(lián)諧振回路,圖6 并聯(lián)諧振回路,并聯(lián)諧振電阻：,特性阻抗 ：,并聯(lián)諧振角頻率0:,空載品質(zhì)因數(shù)Q0：,引入任意頻率下的回路電壓U與諧振電壓U0之比,例1.1 已知并聯(lián)諧振回路中L=5

5、85H，若要求回路諧振在465KH頻率上，試決定回路的電容量。若電感線圈L的損耗電阻r=12，試求回路的諧振電阻、通頻帶及失諧f=10KH的選擇性。 解：因為 所以 C=1/（2f0）2L=200PF Rp=L/Cr=244K Q0=0L/r=142 BW0.7=f0/Q0=3.3KH 在失諧f=10KH的選擇性為,1、 信號源及負載對諧振回路的影響,1.2.3 信號源和負載對諧振回路的影響,圖7 考慮信號源及負載影響的并聯(lián)諧振回路,1、 信號源及負載對諧振回路的影響,Re=Rg/Rp/RL Ce=Cg+C+CL,結(jié)論：諧振頻率0下降；QeQ0，選擇性變差。,有載品質(zhì)因數(shù)：,例1.2 已知L=

6、585H，回路諧振頻率465KHz，r=12，信號源內(nèi)阻Rg和負載電阻RL均為200K，求諧振電阻、通頻帶及失諧f=10KHz的選擇性。,解： Rp=L/Cr 因為 所以 C=1/（2f0）2L=200PF BW0.7=f0/Qe Qe=Re/0L Re=Rg/Rp/RL=200/244/200=71K,=465/41.5=11.2KH,=244K,變壓器耦合連接,2、 諧振回路的耦合連接,接入系數(shù) n,接入部分振蕩回路的相應阻抗與被接入 部分振蕩的相應阻抗之比。,自耦變壓器耦合連接,雙電感抽頭耦合連接,雙電容分壓耦合連接,常用變量的變換：,定義:由兩個或兩個以上的單調(diào)諧回路通過各種不同的耦合

7、方式組成。,1.2.4 耦 合 回 路,互感耦合系數(shù),電容耦合系數(shù),耦合諧振的通用曲線方程,令耦合因數(shù)=k/kc=kQ0,最佳全諧振：=0，臨界耦合系數(shù)K=Kc=1/Q0,次級電壓,諧振曲線的形狀及特點：,臨界耦合（=1）,弱耦合（1）,強耦合（1）,耦合回路次級回路諧振曲線,技術(shù)性能分析,通頻帶：,選擇性(=1)：,=1,=2.41,結(jié)論：在同樣的f0和Q0值下，當=1時，雙調(diào)諧回路在通頻帶和選擇性上都比單調(diào)諧回路優(yōu)越。,1.Y參數(shù)方程,1.3.1 晶體管高頻Y參數(shù)等效電路,1.3 小信號調(diào)諧放大器,2、混合型等效電路,頻率較高時，Cbc的容抗較小，可它并聯(lián)的電阻rbc較大，相比之下rbc可

8、以忽略。 rce較大，一般遠遠大于負載，所以也可以忽略。,對于高頻管而言：,3、Y參數(shù)的計算,考慮到 Cbe Cbc ，gmgbc，則對應的Y參數(shù)為:,單調(diào)諧放大器,1.3.2 高頻小信號諧振放大器,1、 基本工作原理,一、 單級單調(diào)諧放大器,單調(diào)諧放大器,2、等效電路,電源交流等效接地,旁路電容交流短路,交流等效電路,Y參數(shù)等效電路,交流等效電路,Yre=0,等效到線圈13端,諧振頻率：,其中：,有載品質(zhì)因數(shù)為：,3、電路性能,輸出電壓,電壓增益Au,諧振增益Auo,電壓增益Au,電壓增益諧振曲線,通頻帶 BW0.7,矩形系數(shù) K0.1,Qe，則通頻帶越寬,功率增益Ap,或,帶寬增益積,Au

9、0BW0.7= 常數(shù),例：單調(diào)諧放大器如圖所示，放大器的中心頻率fo=1MHz。已知晶體管在中心頻率及工作點上的Y參數(shù)為：gie=0.4mS，Cie=140pF，goe=50S，Coe=20pF，Yfe=40mS，略去Yre的影響；回路空載品質(zhì)因數(shù)Q0=80,調(diào)諧回路的電感線圈N13=100匝， N12=40匝, N45=4匝?；芈冯娙軨=100pF；負載電阻RL=2.5k, 負載電容CL=140pF。 畫出交流電路及Y參數(shù)等效電路； 求諧振時的電壓增益Au0； 求頻帶寬度BW0.7； 求選擇性S=0.5時的頻率范圍。,1,2,3,4,5,解：交流電路及Y參數(shù)等效電路,gp,例：單調(diào)諧放大器如

10、圖所示，放大器的中心頻率fo=1MHz。已知晶體管在中心頻率及工作點上的Y參數(shù)為：gie=0.4mS，Cie=140pF，goe=50S，Coe=20pF，Yfe=40mS，略去Yre的影響；回路空載品質(zhì)因數(shù)Q0=80,調(diào)諧回路的電感線圈N13=100匝， N12=40匝, N45=4匝?；芈冯娙軨=100pF；負載電阻RL=2.5k, 負載電容CL=140pF。 畫出交流電路及Y參數(shù)等效電路； 求諧振時的電壓增益Au0； 求頻帶寬度BW0.7； 求選擇性S=0.5時的頻率范圍。,求Au0 Au0= ge= gp+n12goe+ n22gL, Ce= C+n12Coe+ n22CL103pF

11、gp= ge=gp+n12goe+ n22gL =8.1+0.4250+0.042400=16.74(S) Au0=,求BW0.7 BW0.7=,求S=0.5時的2f0.5,2f0.5=,1.3.3 多級單調(diào)諧放大器的級聯(lián),當單級放大器的增益不能滿足要求時,即可采取多級放大器級聯(lián)。多級放大器級聯(lián)時，各級放大器均調(diào)諧在同一頻率上，稱為同步調(diào)諧。如果各級放大器調(diào)諧在不同的頻率上，就稱為參差調(diào)諧。,1、電壓增益,若有n級單調(diào)諧放大器級聯(lián)，則總增益為各級增益的乘積，即Au= Au1Au2Aun 如果各級參數(shù)相同，其增益相等，即 Au1=Au2=Aun=Au 則級聯(lián)放大器總增益為 : Au=(Au)n

12、總諧振電壓增益為: Au0=(Au0)n,2、諧振曲線,隨著級數(shù) ，曲線越尖銳，選擇性,3、通頻帶,稱為3分貝(dB)帶寬縮減系數(shù),4、矩形系數(shù),當n3時，選擇性改善程度不明顯,1. 基本電路和工作原理,1.3.4 雙調(diào)諧回路小信號調(diào)諧放大器,耦合諧振的通用曲線方程,令耦合因數(shù)=k/kc=kQ0,最佳全諧振：=0，臨界耦合系數(shù)K=Kc=1/Q0,次級電壓,2. 電壓增益,2. 電壓增益,當工作于諧振頻率（=0），且臨界耦合=1時：,諧振曲線的形狀及特點：,臨界耦合（=1）,弱耦合（1）,強耦合（1）,耦合回路次級回路諧振曲線,技術(shù)性能分析,通頻帶：,選擇性(=1)：,=1,=2.41,結(jié)論：在

13、同樣的f0和Q0值下，當=1時，雙調(diào)諧回路在通頻帶和選擇性上都比單調(diào)諧回路優(yōu)越。,1.3.5 小信號調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性,1. 晶體管內(nèi)部反饋對放大器的影響,其中Yr是由Yre的反饋引起的反饋導納， 即,輸出導納：,輸入導納：,2、 改善放大器穩(wěn)定性的措施 （1）從晶體管本身想辦法： 選Cb,c小的管子； （2）從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用： 中和法 失配法,中和法： 通過外部反饋電路來抵消晶體管內(nèi)部反饋，使放大器穩(wěn)定。,中和條件：,注意：中和作用只能在某一個頻率點上實現(xiàn)，這種方法只適用于固定頻率的放大器,失配法： 利用輸出與負載之間、輸入和信號源之間不匹配來削弱內(nèi)部反饋的影響。,當YLYoe時，則,當YgYie時，則,1.3.6 集成中頻放大器,主要優(yōu)點： 以集中選擇代替分立元件調(diào)諧放大器的逐級選擇，可減小晶體管參數(shù)的變化對選擇回路的影響，提高放大器工作的穩(wěn)定性 集中濾波器作為部件，可由專業(yè)工廠單獨進行生產(chǎn)和調(diào)試，可大大減少調(diào)試工作量 集中放大有利于設(shè)計和生產(chǎn)體積小、通用性強的線性集成放大組件,1.3.6 集成中頻放大器,選頻,放大,集中選擇性濾波器 陶瓷濾波器 聲表面波濾波器 集中選頻放大器的應用,制造工藝 利用某些陶瓷材料的壓電效應,諧振頻率,串聯(lián)諧振頻率：,并聯(lián)諧振頻率：,陶瓷濾波器,1. 集中選擇性濾波器