谐振放大器.pdf

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1、目录目录摘要(i)1.谐振电路(2)1.1 串联谐振(2)1.2 并联谐振(4)2.谐振放大器及其主要技术指标(5)2.1 谐振放大器(5)2.1.1 谐振放大器(5)2.1.2 谐振放大器组成(5)2.2 高频小信号放大器(6)2.3 主要质量指标高频小信号放大器(8)3.影响谐振放大器的稳定因素(9)3.1 影响放大器稳定的主要因素(9)3.2 反馈对谐振放大器的影响(11)3.2.1 自激(12)3.2.2 电磁干扰(14)4.谐振放大器稳定的措施(15)4.1 两种解决办法(15)4.1.1 中和法(15)4.1.2 失配法(17)总结(21)参考文献(23)摘要谐振放大器是采用谐振回

2、路（串、并联及耦合回路）作负载的放大器。当放大器的工作状态、晶体管的参数、电路元件参数等发生变化时会引起电路的增益变化，中心偏移，通频带变宽，谐振曲线变形等进而会影响高频谐振放大器的工作稳定性。其内部原因与反馈有关，反馈的途径有两条：一是晶体管内部的反馈（自激），二是晶体管外部电磁干扰。根据这些影响因素提出了减少传输导纳，单向化，减少噪声与干扰等稳定电路的方法。1.谐振电路在具有电阻 R、电感 L 和电容 C 元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流位相一般是不同的。如果我们调节电路元件（L 或 C）的参数或电源频率，可以使它们位相相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。在

3、谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害。按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。1.1 串联谐振在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗 XC 与感抗 XL 相等时，即XCXL，电路中的电压 U 与电流 I 的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振。如图 1.1.1i N1.1.1 串联谐振电路当电路发生串联谐振时，电路的阻抗 Z=R，电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。当 X=L-1/C=0 时，即有=0，此时我们就说电路发生了谐振。并且通过谐振可以使有用的电信号

4、通过，即当电路的激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值，这也是它的选择性。同时它还必须满足一定的频带宽度。1.2 并联谐振如图在电感和电容并联的电路中，当电容的大小恰恰使电路中的电压与电流同相位，即电源电能全部为电阻消耗，成为电阻电路时，叫作并联谐振。并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率。谐振时，电路的总电流最小，因此，并联谐振也称为电流谐振。1.2.1 并联谐振温馨推荐您可前往百度文库小程序享受更优阅读体验不去了立即体验2.谐振放大器及其主要技术指标2.1 谐振放大器2.1.1 谐振放大器谐振放大器，就是采用谐振回路（串、并联及

5、耦合回路）作负载的放大器。根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。并且谐振放大器不仅有放大的作用，而且也起着滤波或选频的作用。谐振放大器有又可分为调谐放大器（通称高频放大器）和频带放大器（通称中频放大器）。它们只是频率不同，前者的调谐回路需对外来不同的信号频率进行调谐；后者回路的谐振频率固定不变。2.1.2 谐振放大器组成谐振放大器组成的电路大致有单调谐回路谐振放大电路、双调谐回路谐振放大电路、参差调谐放大电路和集中选择性放大电路等。2.2.2 单回路调谐谐振放大电路2.2 高频小信号放大器根据谐振放大器可以组成各种电路，对于现

6、在的高频小信号放大器而言，它主要用在各种无线电接收设备及高频仪表中，其主要作用是放大微弱的高频有用信号，同时抑制无用干扰信号。由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内。其电路如图 2.2.12.2.1 晶体管放大器2.2.2 y 参数等效电路此等效电路不仅与晶体管有关，而且与外电路有关，（2.2.1）（2.2.2）（2.2.3）通过（2.2.1）（2.2.3）可得：（2.2.4）Y y y y Y sie refe o+-=+y oe（2.2.5）输入导纳 Y I 与负载导纳 Y L 有关，这反映了晶体管有内部反馈，而这个反馈是由 Y RE 引起；输出导纳与信号源导纳有关，这也说明晶体管

7、有内部反馈，而这个反馈也是由 Y RE 引起。晶体管的正向传输导纳越大，放大的增益越大。2.3 主要质量指标高频小信号放大器对于高频小信号放大器，它有以下主要质量指标：1.增益；放大器输出电压和输入电压之比，我们希望每级放大器的增益尽量大，使满足增益时级数尽量少，放大器增益的大小，取决于所用的晶体管，要求的通频带宽带，是否良好的匹配和稳定的工作。2.通频带；放大器的通频带取决于负载回路的形式和回路的等效品质因数 Ql.此外，放大器的总通频带随着放大级数的增加而变窄。并且，通频带越宽，放大器的增益就越小，两者是相互矛盾的。3.选择性；放大器从含有各种不同频率的信号的总和中选出有用信号，排除有害信

8、号的能力，称为放大器的选择性。选择性有两个基本指标-矩形系数和抑制比。4.工作稳定性；工作稳定性是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，放大器的主要特征的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化，中心偏移，通频带变宽，谐振曲线变形等。5.噪声系数；在放大器中噪声系数总是有害无益的，因而应力求它的噪声系数越小越好，即要求噪声系数接近 1。3.影响谐振放大器的稳定因素3.1 影响放大器稳定的主要因素放大器的工作稳定性是重要的质量指标之一，放大器的输入导纳（3.1.1）在前面讨论 A vo 时忽略了内部反馈 Y re，由于晶体管不是理想的单向化元器件，存在着反向传输导

9、纳 Y re，输出电压反馈到输入端引起了输入电流和输入阻抗变化，在某些特定的频率上，可能使放大器呈现负阻，甚至使放大器失去性能，处于自激振荡状态，这是绝对不允许的，晶体管内部负反馈对频率特性的影响如图3.1.1 反馈导纳对放大器谐振曲线的影响放大器的工作稳定性是指放大器的工作状态、晶体管的参数、带你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程度。谐振放大器的稳定行不仅与内部反馈有关，实际上实际的制作电路中，还要考虑反馈引起的不稳定行。应用电路中，放大器外部的寄生反馈，都是以电磁耦合的方式出现的，引起电磁干扰必然存在发射电磁干扰的源，能接收干扰的感应装置，以及两者之间的耦合途径。由于频

10、率高的缘故，干扰和接收装置几乎是不可能避免的，关键是弄清楚耦合途径以及如何去截断它。在其放大器组成的放大电路中，随着放大器的级联，总的频带明显减小，为保证一定的通频带，单级通频需加宽，单级增益就下降。而组成的单调谐和双调谐回路不能很好的解决总增益和总带宽的问题，参差调谐电路就是其中最好的办法，必须采用各种方法是电路保持稳定。3.2 反馈对谐振放大器的影响在放大器的反馈中，反馈的途径有两条：一是晶体管内部的反馈，二是晶体管外部干扰。3.2.1 自激在内部反馈中，自激是最重要的原因。放大器的输入阻抗等效电路图如图3.2.1 放大器等效输入端回路反馈导纳 B F，其中 g F 改变了回路的 Q L

11、值,b F 引起回路失谐。g F是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，它使回路的总电导减小，Q L 值增加，放大器的通频带减小，增益也因损耗的减少而增加。即负电导 gF 供给回路能量，出现正反馈，当 g F=gs+g ie 则回路总电导 g=0，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。产生自激的条件从上面对的分析中，当 Y s+Y i=0 时放大器产生自激，由式中可见放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消。因此，放大器产生自激的条件是（3.2.1）即（3.2.2）晶体管反向传输导纳 y re 愈大，则反馈愈强，上式左边值就愈小。该值愈接近于 1，放大器愈不稳定

12、。因此我们引入稳定系数 S 来表示放大器的稳定性。根据（3.2.2）式可以推导稳定系数（3.2.3）S 表示放大器、分别为 y fe、Y能稳定工作的条件。当满足 Y s+Y i=0 时，S=1 放大器自激；S 1 时放大器存在潜在不稳定；只有当 S 1 时内部反馈最小，放大器才工作稳定。3.2.2 电磁干扰电磁干扰的耦合途径主要有以下几种：1.电容性耦合：导线与导线之间，导线与器件之间，器件与器件之间均存在着分布电容。当工作频率达到一定程度时，这些电容会起作用，信号从后级耦合到前级。2.电感性耦合：导线与导线之间，导线与电感之间，电感与电感之间，除分布电容外，在高频情况下，还存在互感。流经导线

13、或电感的后级高频电流产生交变磁场，可以与前级回路产生不必要的耦合。3.公共电阻耦合：当前后级信号流经同一公共导线或电阻时，后级电流会产生电压，从而对前级产生影响。4.辐射耦合：当工作频率达到一定程度时，后级的高频信号可以通过电磁辐射的方式耦合到前级。4.谐振放大器稳定的措施4.1 两种解决办法一是从晶体管本身想办法，因为 Y re 主要由 C bc 决定，从晶体管制造工艺着手，减少 C bc 达到减小反向传输导纳 Y re 的目的。二是在电路上想办法把 Y re 的作用抵消或减小。也就是说，从电路上设法消除晶体管的反向传输作用，使它变为单向器件。单向化的方法有两种，既是中和法和失配法。4.1.

14、1 中和法此种方法起着消除 Y re 的反馈作用。它是在晶体管的输入端和输出端之间引入一个外加的反馈电路（中和电路），由于 Y re 中包含电导分量和电容分量，因此外部反馈电路也包括电阻分量 R N 和电容分量 C N 两部分，并要使通过 R N、CN 的外部反馈电流正好与通过 Y re 所产生的内部反馈电流相位差 180，从而互相抵消，变双向器件为单向器件。通常是在输出回路与晶体管基极之间接入一个电容来实现中和作用，该电容亦称中和电容。具体线路如图 C N 为外接电容。图为其电桥等效电路。4.1.1 中和法的原理图当电桥平衡时，CD 两端的回路电压不会反映到 AB 两端，即输出不影响输入，变

15、双向器件为单向器件。电桥平衡时，两对边阻抗之比相等。因此外接电容（4.1.1）由于 y re 与 w 有关，故中和法只能在一个频率上完全中和。接收机中常用的中和电路如图4.1.2 接收机中常用的中和电路图中的 C N 就是中和电容，通过相应的反馈可以互相抵消。4.1.2 失配法此方法是指信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。因此失配法是用牺牲增益换来提高放大器的稳定性。根据前面分析可知放大器等效输入导纳为（4.1.2）要使放大器输入导纳 Y i 等于晶体管短路输入导纳 Y ie，即使后项

16、为零，则必须加大 YL。晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大器实现，如图 4.1.2。因为共发电路中输入、输出阻抗较高，共基电路中输入阻抗低，输出阻抗高，而共基的输入阻抗是共发的负载，所以 Y L 大。4.1.2 共发一共基级联放大器Y oy yy yib rbfbob-（4.1.3）又因为共发的 Y oe 较小（阻抗大），对 BG 2 来说，BG 1 的输出导纳就是它的信源内导纳 Y s，Y s(Y oe)小则 BG 2 输出导纳 Y0 就只和共基极晶体管 BG 2 本身有关，而不受它的输入电路的影响。所以复合管的输入和输出导纳基本上不再互相依赖，可把它看

17、成单向器件。但是这两种方法各有优缺点，中和法的优点是电路简单，增益不受影响；其缺点是只能在一个频率上完全中和，不适合宽带。失配法的优点是性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；其缺点是增益较低。另外，在电子设备中，接地是控制干扰的重要手段。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。一般而言，当信号工作频率大于 10MHz时，地线阻抗变化很大。此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在 110MHz 时，若采用一点接地，其地线长度不应超过波长的 1/20，否则应采用多点接地法，而且接地线很细。接地电位则随电流的变化而变化，抗噪声性能变坏

18、，应将接地线尽量加粗。总结看到这个题目时感觉比较容易，因为在高频电子线路中学习过谐振放大器的相关知识，但当真正深入分析这个课题时，又无从下手。然而课程设计又必须亲自去做，自己去探究。经过分析题目，查阅资料，和其他同学互相讨论，总算有了一定的思路。通过本周的课程设计，我学到了很多东西，对如何获得知识也有了一定的感知。首先，对这个设计题目，要做好充分的准备工作，经过在图书馆查找一些相关的资料，上网搜索一些相关的知识后，我终于提出了自己的一套方案。其次，在实际设计过程中，我们充分地利用课本上和老师讲过的知识。同时与其他同学认真交谈，相互领会对方的思路和方法，提高了自己的交际能力和团队精神。再次，通过

19、对此设计，我们更加固了书本上的知识，综合了各方面的影响因素，从中找到了比较好的解决办法，知道了什么是高频电路的稳定性，怎样提高电路的稳定性的专业方面的知识。为以后的学增加了一定的知识储备。在此次课程设计中，收获知识的同时也收获了阅历，收获了成熟。不仅培养了我独立思考实际问题的能力，也提高了我获取知识的能力。以后我会更加珍惜和重视这样的机会。参考文献一曾型雯，高频电子线路，高等教育出版社，2004 年 1 月二蔡杏山，电视机原理与检修，国防科技大学出版社，2003 年 9 月三李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2006 年 12 月四张肃文，高频电子线路，高等教育出版社，2004 年 11 月