第2章-小信号调谐放大器资料优秀PPT.ppt
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1、2022年11月4日1其次章其次章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器第第 0 0节节 概述概述第一节第一节 调谐回路与阻抗变换电路调谐回路与阻抗变换电路其次节其次节 高频单调谐放大器高频单调谐放大器第三节第三节 多级调谐放大器及稳定性多级调谐放大器及稳定性第四节第四节 集成调谐放大器及集中选择滤波器集成调谐放大器及集中选择滤波器2022年11月4日2第0节 小信号调谐放大器概述放大器的分类:放大器的分类:1.信号频率分:信号频率分:低频:音频低频:音频020kHz高频:高频:20kHz300MHz2.输入信号大小分:输入信号大小分:小信号:电压放大,甲类,线性。小信号:电压放大,甲类,线性。大
2、信号:功率放大,丙类,非线性。大信号:功率放大,丙类,非线性。3.从通信对象上分:从通信对象上分:窄带:以调谐回路为负载。窄带:以调谐回路为负载。宽带:非调谐回路为负载。宽带:非调谐回路为负载。2022年11月4日3第0节 小信号调谐放大器概述小信号调谐放大器与宽带放大器的区分小信号调谐放大器与宽带放大器的区分 1.负载是具有选频作用的负载是具有选频作用的LC调谐回路;调谐回路;2.上限截频上限截频/下限截频近似等于或略大于一,即窄带。下限截频近似等于或略大于一,即窄带。基本构成及完成的作用基本构成及完成的作用 包括包括:甲类放大甲类放大+调谐回路(可以是调谐回路(可以是LC回路、石英晶回路、
3、石英晶体、压电陶瓷或声表面波器件)两部分。体、压电陶瓷或声表面波器件)两部分。完成完成“选频选频”放大的作用。放大的作用。小信号调谐放大器的主要要求(主要指标要求小信号调谐放大器的主要要求(主要指标要求):谐振增益高、选择性好、通频带合适、工作稳定。谐振增益高、选择性好、通频带合适、工作稳定。2022年11月4日4第一节第一节 调谐回路与阻抗变换电路调谐回路与阻抗变换电路一、一、LCLC单调谐回路单调谐回路:分为:分为:串联谐振回路串联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路 2022年11月4日51.串联谐振回路串联谐振回路U UL Lr rC C如图所示:为如图所示:为LC串联回路。串联回路。回路
4、电流为回路电流为:I IZ(1)组成:)组成:L、C为纯电感和电容。为纯电感和电容。r是回是回路的损耗路的损耗(主要是电感线圈损耗主要是电感线圈损耗)当信号频率发生变更时,感抗、容抗、电流均随之变更。当信号频率发生变更时,感抗、容抗、电流均随之变更。当频率为某一特定值(当频率为某一特定值(=0)时,)时,X=0,电流最大,且,电流最大,且电路为纯阻性电路为纯阻性处于谐振状态。处于谐振状态。当当 0时(失谐),时(失谐),X 0,电流减小;失谐越大,电流,电流减小;失谐越大,电流越小,体现了选频作用。越小,体现了选频作用。(2)原理:)原理:2022年11月4日6(3)回路谐振频率:)回路谐振频
5、率:回路电流为回路电流为:广义失谐广义失谐相对失谐相对失谐回路最大回路最大电流电流此时:此时:=0;I=Im=U/r此为谐振电流。此为谐振电流。I为复数:为复数:幅频特性幅频特性相频特性相频特性2022年11月4日7(4)回路的品质因数)回路的品质因数是谐振回路的重要指标之一,表征了是谐振回路的重要指标之一,表征了LC回路的损耗效应回路的损耗效应 对品质因数的影响。即:对品质因数的影响。即:r大则大则Q低(损耗功率大),低(损耗功率大),r小小则则Q高,高,Q越高越好。越高越好。(5)串联谐振特性曲线:)串联谐振特性曲线:幅频特性幅频特性2022年11月4日8据此画出特性曲线如图:据此画出特性
6、曲线如图:可见,回路失谐(即可见,回路失谐(即 0)时,电流减小,体现出回路的时,电流减小,体现出回路的选频作用。选频作用。结论:结论:(1)f=f0时,电流最大(谐振);时,电流最大(谐振);f f0时,电流减小(失谐)。时,电流减小(失谐)。(2)Q大,曲线越陡,选频作用越好。大,曲线越陡,选频作用越好。Q小,曲线越平缓,选频作用越差。小,曲线越平缓,选频作用越差。Q=5010020012022年11月4日9并联谐振电路并联谐振电路CRLIU1.并联谐振回路并联谐振回路他和串联谐振回路是对偶的,因此所他和串联谐振回路是对偶的,因此所得公式类似。即:得公式类似。即:2.回路谐振频率回路谐振频
7、率3.回路的品质因数回路的品质因数说明说明G越大,其分流越大,越大,其分流越大,损耗的能量越大,损耗的能量越大,Q值越低。值越低。2022年11月4日104.谐振特性曲线:谐振特性曲线:结论:结论:(1)=0时,电压最大(谐振);时,电压最大(谐振);0时,电压减小(失谐)。时,电压减小(失谐)。(2)Q大,曲线越陡,选频作用越好。大,曲线越陡,选频作用越好。Q小,曲线越平缓,选频作用越差。小,曲线越平缓,选频作用越差。(3)(或或f)小,回路为感性。小,回路为感性。(或或f)大,回路为容性。大,回路为容性。谐振特性曲线谐振特性曲线10.707Q1Q2B1B2容性容性感性感性2022年11月4
8、日11三、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响三、信号源内阻和负载对并联谐振回路的影响isRSCSLRPC1RLCLiSLRC显见,由于信号源内阻抗显见,由于信号源内阻抗和负载阻抗的介入:和负载阻抗的介入:电路可改画为:电路可改画为:简化后电路为:简化后电路为:(1)考虑信号源内阻抗和负载阻抗时:)考虑信号源内阻抗和负载阻抗时:2022年11月4日12 2)回路总电容)回路总电容损耗增大损耗增大(并联并联)1)回路总电阻)回路总电阻回路的品质因数为:回路的品质因数为:由上式可知:由上式可知:回路谐振频率回路谐振频率2022年11月4日13(2)阻抗匹配问题:)阻抗匹配问题:调谐回路的目的要传送
9、信号能量,所以只有调谐回路的目的要传送信号能量,所以只有Rs、RL与与回路电阻匹配时才能获得最大功率。回路电阻匹配时才能获得最大功率。总之:信号源内阻和负载总之:信号源内阻和负载阻抗阻抗的接入,使的接入,使并可能导致阻抗不匹配。并可能导致阻抗不匹配。为解决上述问题:为解决上述问题:实行信号源和负载不干脆与调谐回路相接实行信号源和负载不干脆与调谐回路相接通过阻通过阻抗变换电路接入。抗变换电路接入。即:接受部分接入,以减小信号源内阻和负载的影响即:接受部分接入,以减小信号源内阻和负载的影响2022年11月4日14四、常用阻抗变换电路四、常用阻抗变换电路变压器耦合式阻抗变换电路变压器耦合式阻抗变换电
10、路电容分压式阻抗变换电路电容分压式阻抗变换电路电感分压式阻抗变换电路电感分压式阻抗变换电路2022年11月4日15(一)变压器耦合式阻抗变换电路(一)变压器耦合式阻抗变换电路1.变压器变换电路:变压器变换电路:2.当为志向变压器时,阻抗变换关系:当为志向变压器时,阻抗变换关系:初、次级线圈匝比:初、次级线圈匝比:R1C1LRLN1N2ZLiSCLiSCLR1C1LRLZL按折合前后消耗功率相等的原则:按折合前后消耗功率相等的原则:2022年11月4日163.应用:应用:收音机中放负载回路;收音机中放负载回路;电视机图象中放、伴音中放等。电视机图象中放、伴音中放等。iSRCL把以上电路简化后:把
11、以上电路简化后:iSCLR1C1LRLZL其中:其中:为了减小负载对为了减小负载对LC回路的影响,回路的影响,适当调整变比适当调整变比n。2022年11月4日17(二二)电容分压式阻抗变换电路电容分压式阻抗变换电路1.阻抗电变换路:阻抗电变换路:2.阻抗变换关系:阻抗变换关系:4.应用:应用:放大器负载回路;放大器负载回路;电视机天线回路等。电视机天线回路等。C1iSRSLC2RLU1U2iSRSLC2RLU1U2iSRSLC2RLU1U2iSRSLC2RLU1U23.电路优点:电路简洁、不消耗功率。电路优点:电路简洁、不消耗功率。iSRSLC1C2RL按折合前后消耗功率相等的原则:按折合前后
12、消耗功率相等的原则:2022年11月4日18(三)电感分压式阻抗变换电路(三)电感分压式阻抗变换电路1.电路电路iSR CML1L2N1N2RLU2U1iSRCLRL(1)若耦合系数若耦合系数(k=M/L)为为1,化减后,化减后则有则有(2)耦合系数为零)耦合系数为零0(即(即M=0),则有则有2.阻抗变换关系:阻抗变换关系:为什么要进行阻为什么要进行阻抗变换?抗变换?2022年11月4日19其次节其次节 高频单调谐放大器高频单调谐放大器典型电路的构成:典型电路的构成:特点:特点:a)电路接受部分接入,以减小放电路接受部分接入,以减小放大管输出导纳对大管输出导纳对LC回路的影响;回路的影响;b
13、)与负载间接受变压器耦合方式与负载间接受变压器耦合方式,以更好的匹配,降低负载导纳对以更好的匹配,降低负载导纳对LC回路的影响。回路的影响。Yi2为下一级的输入导纳。为下一级的输入导纳。uiCbR1R2ReCeCLyi212345EC由由LC和和Tr构成谐振回路。构成谐振回路。2022年11月4日20高频单调谐放大器高频单调谐放大器一、等效电路:一、等效电路:1.为三极管高频混合为三极管高频混合 等效电等效电路路由戴维南简化由戴维南简化由由密勒定理密勒定理单相化模型。单相化模型。2.将晶体管参数折算到将晶体管参数折算到LC回路。回路。其中:其中:yie=gie+j Cieyoe=goe+j C
14、oen1gmubgoeCoeCGpLCi2 gi2UbyiegmUbyoeC Lyi212345yi2=gi2+j Ci22022年11月4日213.将输出、负载回路折合到将输出、负载回路折合到LC回路得到的等效电路:回路得到的等效电路:所以有:所以有:goe=n12goe Coe=n12Coe Ioc=n1Ioc=n1 gmUb其变比其变比:2.将晶体管参数折算到将晶体管参数折算到LC回路。回路。gi2=n22gi2 Ci2=n22Ci2UbyiegmUbyoeC Lyi212345n1gmubgoeCoeCGpLCi2 gi22022年11月4日22将同类元件值合并,得等效电路将同类元件值
15、合并,得等效电路:CT=n12Coe+n22Ci2+CGT=n12goe+n22gie+Gp其中:其中:n1gmUbCTGTL电路中:电路中:Gp为为LC回路回路固有损耗电导固有损耗电导Gp=1/RR 为为 LC回路回路的等效并联电阻。的等效并联电阻。其中:其中:L值不变,且由于值不变,且由于n1、n2小于小于1,只有,只有C和和Gp起主要作用起主要作用n1gmubgoeCoeCGpLCi2 gi22022年11月4日23高频单调谐放大器高频单调谐放大器一、等效电路一、等效电路n1gmUbgoeCoeCGpLCi2gi2n1gmUbCTGTL由合并的等效电路可知:由合并的等效电路可知:此时,谐
16、振回路的谐振频此时,谐振回路的谐振频 率为:率为:谐振回路的品质因数为:谐振回路的品质因数为:谐振回路的等效阻抗为:谐振回路的等效阻抗为:UbyiegmUbyoeC Lyi2123452022年11月4日24二、单调谐放大器的性能二、单调谐放大器的性能由等效电路可知,正弦稳态下,由等效电路可知,正弦稳态下,回路的等效阻抗为:回路的等效阻抗为:输出端的信号电压为:输出端的信号电压为:QT为有载为有载品质因数品质因数单调谐放大器的增益为:单调谐放大器的增益为:可见:增益是频率的函数。可见:增益是频率的函数。UbyiegmUbyoeC Lyi2123n1gmUbCTGTL2022年11月4日25(一
17、一)谐振电压增益谐振电压增益1.当当 =0时,其电压增益为:时,其电压增益为:本级到下一级的电压增益为:本级到下一级的电压增益为:结论:结论:1)由上式可知:当晶体管参数选定后,电压增益可通过)由上式可知:当晶体管参数选定后,电压增益可通过变更接入系数来调整。变更接入系数来调整。2)接入系数过大和过小,都会使电压增益减小,因而存)接入系数过大和过小,都会使电压增益减小,因而存在最佳接入系数。在最佳接入系数。UbyiegmUbyoeC Lyi2123 相对增益相对增益2022年11月4日26(二)谐振功率增益:(二)谐振功率增益:目标信号通过调谐放大器能否得到加强,归根究竟要看功目标信号通过调谐
18、放大器能否得到加强,归根究竟要看功率是否增加。率是否增加。1.谐振时功率增益为:谐振时功率增益为:gi2为下一级的为下一级的输入电导(负载)输入电导(负载)谐振功率增益为:谐振功率增益为:2022年11月4日27 2.功率增益的最大值:功率增益的最大值:为获得较大的功率增益,选用为获得较大的功率增益,选用gm较大的管子时有利的。较大的管子时有利的。若谐振回路为志向的:若谐振回路为志向的:1.在无耗(在无耗(GP=0)时:时:调整调整n1和和n2使使(goe=gi2),即匹配状态,此时可获得最大功率。即匹配状态,此时可获得最大功率。GT=n12goe+n22gie+Gp=goe+gi2 2022
19、年11月4日28 功率增益的最大值为:功率增益的最大值为:2.有耗但匹配时有耗但匹配时.其中:其中:=(1-QT/Q)2 称为插入损耗。称为插入损耗。可推得考虑插入损耗后的最大功率增益:可推得考虑插入损耗后的最大功率增益:2022年11月4日29(三)放大器的相对增益和通频带:(三)放大器的相对增益和通频带:1.放大器的相对增益为:放大器的相对增益为:依此作出曲线如图依此作出曲线如图:10.7070.1BB0.12.相对增益模为:相对增益模为:放大器的增益为放大器的增益为2022年11月4日302.通频带通频带:依据通频带定义有依据通频带定义有:(当幅值下降当幅值下降到到0.707时时)由此推
20、得通频带:由此推得通频带:或或B=2-110.7070.1BB0.1 2 1其中:其中:B=2-1=2 2022年11月4日31(四四)放大器的选择性:放大器的选择性:矩形系数矩形系数K0.1:结论:结论:1)K0.1 1,K0.1愈趋近于愈趋近于1,选择性愈趋近于理想。,选择性愈趋近于理想。指放大器对干扰信号的抑制实力。常以矩形系数指放大器对干扰信号的抑制实力。常以矩形系数K0.1K0.1来来衡量选择性的好坏。衡量选择性的好坏。为相对增益下降到为相对增益下降到0.1时的带宽时的带宽B0.1与带宽与带宽B 之比,之比,即即2)K0.1越接近于越接近于1,相对增益曲线越接近于矩形,选,相对增益曲
21、线越接近于矩形,选择性越好择性越好2022年11月4日32可见,单级调谐放大器的选择性很差,这是它的主要缺点。可见,单级调谐放大器的选择性很差,这是它的主要缺点。由此推得:由此推得:据据B 0.1定义有:定义有:2022年11月4日33高频单调谐放大器小结高频单调谐放大器小结一、等效电路一、等效电路n1gmUbgoeCoeCGpLCi2gi2n1gmUbCTGTL由合并的等效电路可知:由合并的等效电路可知:此时,谐振回路的谐振频此时,谐振回路的谐振频 率为:率为:谐振回路的品质因数为:谐振回路的品质因数为:谐振回路的参数为:谐振回路的参数为:UbyiegmUbyoeC Lyi212345CT=
22、n12Coe+n22Ci2+CGT=n12goe+n22gie+Gp折合参数为:折合参数为:2022年11月4日34 功率增益的最大值为:功率增益的最大值为:可推得考虑插入损耗后的最大功率增益:可推得考虑插入损耗后的最大功率增益:通频带:通频带:或或矩形系数:矩形系数:谐振电压增益谐振电压增益2022年11月4日35单调谐放大器分析举例单调谐放大器分析举例例例2-1 一单调谐放大器,测得参数:一单调谐放大器,测得参数:gie=0.36ms,Cie=80PF,goe=75uS,Coe=9PF,gm=45ms,fo=465kHz,BHZ=10KHz,变,变压器原圈总匝数压器原圈总匝数N=117,电
23、感,电感L=590uH,固有,固有Q值值Q=80。求调谐。求调谐回路参数和最大功率增益。回路参数和最大功率增益。解:解:要求解的回路参数为要求解的回路参数为QT、GT、CT、C及接入系数及接入系数n1、n2(1)依据)依据BHz=f0/QT得回路的有载得回路的有载QT值值:n1gmUbCTGTLn1gmUbgoeCoeCGpLCi2gi22022年11月4日36(2)依据谐振频率的定义得回路的总电容)依据谐振频率的定义得回路的总电容CT:依据谐频率公式:依据谐频率公式(3)依据)依据QT=1/(0LGT)得回路的总电导得回路的总电导GT:例例2-1 一单调谐放大器,测得参数:一单调谐放大器,测
24、得参数:gie=0.36ms,Cie=80PF,goe=75uS,Coe=9PF,gm=45ms,fo=465kHz,BHZ=10KHz,变,变压器原圈总匝数压器原圈总匝数N=117,电感,电感L=590uH,固有,固有Q值值Q=80。求:。求:调谐回路参数和最大功率增益。调谐回路参数和最大功率增益。n1gmUbgoeCoeCGpLCi2gi2n1gmUbCTGTL2022年11月4日37(4)LC回路的匝比:设回路的匝比:设GP=0,goe=g ie(5)所需电容:)所需电容:C Coeoe=n=n1 12 2C Coeoe=(0.29)=(0.29)2 2 9PF=0.76PF9PF=0.
25、76PF C Cie ie=n=n2 22 2C Cie ie=(0.13)=(0.13)2 2 80PF=1.36PF80PF=1.36PF C=C C=CT T-C-Coeoe-C-Cie ie 200PF200PF2022年11月4日38(6)实际最大功率增益:实际最大功率增益:插入损耗:插入损耗:有损耗时的最大功率增益为:有损耗时的最大功率增益为:接受部分接入,归算后接受部分接入,归算后Coe、Cie对总电容对总电容C影响很小。影响很小。C稳定,稳定,L确定,则确定,则 f0 稳定。稳定。2022年11月4日39信号接收过程中,通常要求:信号接收过程中,通常要求:Au高、高、B合适、选
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