谐振与小信号放大器2gyx.ppt

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1、小信号选频放大电路小信号选频放大电路 主要内容主要内容高频小信号等效电路与参数高频小信号等效电路与参数单级、多级单调谐回路谐振放大器单级、多级单调谐回路谐振放大器双调谐谐振放大器双调谐谐振放大器谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性 基本要求基本要求了解高频小信号放大器的工作原理及特点；了解高频小信号放大器的工作原理及特点；掌握高频小信号放大器的电路组成、高频等效掌握高频小信号放大器的电路组成、高频等效 电路、参数等效电路；电路、参数等效电路；掌握高频小信号放大器放大倍数、输入阻抗、掌握高频小信号放大器放大倍数、输入阻抗、输出阻抗计算公式的使用；输出阻抗计算公式的使用；理解高频小信号放大器的内部

2、反馈及稳定工作条理解高频小信号放大器的内部反馈及稳定工作条件件,掌握消除内部反馈的原理与基本方法。掌握消除内部反馈的原理与基本方法。掌握高频小信号放大器阻抗匹配的概念与基本计掌握高频小信号放大器阻抗匹配的概念与基本计算方法。算方法。2.5 2.5 概述概述1 1 高频小信号放大器的功能高频小信号放大器的功能 功功 能：能：放大和选频放大和选频；中心频率：几百千赫中心频率：几百千赫几百兆赫；几百兆赫；频带宽度：几频带宽度：几KHzKHz几十几十MHzMHz。高频小信号放大器高频小信号放大器通常以各种选频电路作负载，通常以各种选频电路作负载，由于信号较小，工作在线性范围内由于信号较小，工作在线性范

3、围内(甲类放大状态甲类放大状态),),常采用线性模型的等效电路分析法。常采用线性模型的等效电路分析法。2 2 高频小信号放大器的分类高频小信号放大器的分类按按频带宽度频带宽度分分窄带放大器窄带放大器：以各种选频电路作负载。：以各种选频电路作负载。宽带放大器宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载。：采用无选频作用的电路作负载。按按负载负载性质性质分分调谐放大器调谐放大器集中选频放大器：集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载单调谐放大器：单调谐放大器：输出端接调谐回路输出端接调谐回路双调谐放大器：双调谐放大器：输入、输出端都接调谐回路输入、输出端都接调

4、谐回路参差调谐放大器：参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同调谐回路的谐振频率不同使用谐振回路作为负载的放大器3 3 高频小信号放大器的主要性能指标高频小信号放大器的主要性能指标增益增益 电压增益：电压增益：功率增益：功率增益：分贝表示：分贝表示：式中，式中，分别为放大电路中心频率上的输出、分别为放大电路中心频率上的输出、输入电压有效值；输入电压有效值；分别为放大电路中心频分别为放大电路中心频率的输出、输入功率，常用分贝表示。率的输出、输入功率，常用分贝表示。通频带通频带 放大器的电压增益下降到最大值的放大器的电压增益下降到最大值的0.7070.707倍时所倍时所对应的频率宽度称为对应的频率宽

5、度称为放大器的通频带放大器的通频带。常用常用 表示，表示，也称为也称为3dB3dB带宽带宽。通频带的定义 放大器的通频带取决于回路的结构形式和回放大器的通频带取决于回路的结构形式和回路的等效品质因素路的等效品质因素 。放大器的总通频带随着。放大器的总通频带随着级数的变化和改变。级数的变化和改变。放大器的增益带宽积为常数。放大器的增益带宽积为常数。稳定性稳定性 工作稳定性指放大器的主要性能的稳定程度。工作稳定性指放大器的主要性能的稳定程度。不稳定现象不稳定现象:增益变化、中心频率偏移、通频带变增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。窄、谐振曲线变形等。主要原因主要原因：晶体管的寄生反

6、馈作用。：晶体管的寄生反馈作用。措措 施施：限制每级增益；减小晶体管的内反馈：限制每级增益；减小晶体管的内反馈（中和或失配方法等）。（中和或失配方法等）。噪声系数噪声系数 噪声系数是用来表征放大器噪声系数是用来表征放大器本身产生本身产生噪声电噪声电平大小的一个参数。平大小的一个参数。越接近越接近1 1越好。越好。放大器的性能指标相互之间既有联系又有矛放大器的性能指标相互之间既有联系又有矛盾。如盾。如稳定性和增益稳定性和增益，通频带和选择性通频带和选择性等。等。2.5.2 2.5.2 晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数1 1 形式等效电路（网络参数等效电路）形式等效电路

7、（网络参数等效电路）晶体管都可视为二端口网络，如图所示。晶体管都可视为二端口网络，如图所示。任一线性二端口网络，必须有四个变量描述。根任一线性二端口网络，必须有四个变量描述。根据选择的自变量和因变量的不同，常用的有四种参数据选择的自变量和因变量的不同，常用的有四种参数系：系：H H参数参数混合参数；混合参数；Z Z参数参数阻抗阻抗参数；参数；Y Y参数参数共射晶体管网络导纳参数；导纳参数；A A参数参数传输参数。传输参数。对高频小信号放大电路的分析，常采用对高频小信号放大电路的分析，常采用Y Y参数等效电路。参数等效电路。如图所示，其为晶体管的如图所示，其为晶体管的Y Y参数等效电路。设参数等

8、效电路。设输入电压输入电压 和输出电和输出电压压 为自变量，输入为自变量，输入电流电流 和输出电流和输出电流 为因变量，其网络方程为因变量，其网络方程为为 Y参数等效电路即即式中，式中，、是晶体管的是晶体管的“内参数内参数”，它们，它们由实验方法测量而得，分别表示为由实验方法测量而得，分别表示为 根据根据Y Y参数表示的网络方程和参数表示的网络方程和Y Y参数的基本定参数的基本定义，可画出义，可画出Y Y参数等效电路如下：参数等效电路如下：2 2 晶体管的高频参数晶体管的高频参数截止频率截止频率 高频晶体管发射极电流放大系数高频晶体管发射极电流放大系数 下降到低频下降到低频电流放大系数电流放大

9、系数 的的 倍时，所对应的频率称为倍时，所对应的频率称为截止频率截止频率 。特征频率特征频率当当|=1|=1时所对应的工作频率称为特征频率时所对应的工作频率称为特征频率最高振荡频率最高振荡频率 晶体管的功率增益晶体管的功率增益 时所对应的频率称为时所对应的频率称为最高振荡频率最高振荡频率 。晶体管的实际工作频率约为。晶体管的实际工作频率约为最高振荡频率的最高振荡频率的1/31/3至至1/41/4。三个频率参数的关系：2.5.3 2.5.3 小信号谐振放大器小信号谐振放大器1 1 单调谐谐振回路放大器单调谐谐振回路放大器 单级单调谐放大器是晶体管和并联谐振回路组单级单调谐放大器是晶体管和并联谐振

10、回路组成的，如图所示。成的，如图所示。单调谐回路共发放大器直流偏置由直流偏置由 来实现，决定工作点；来实现，决定工作点；为为高频旁路电容；高频旁路电容；为滤波电路，负压供电；为滤波电路，负压供电；组成组成LCLC谐振回路，谐振回路，用来加宽回路通频带；用来加宽回路通频带；假设假设 是并联回路本身的损耗是并联回路本身的损耗 其高频等效电路下图所示。其高频等效电路下图所示。u采用分压式稳定偏置电路；采用分压式稳定偏置电路；u晶体管工作在甲类放大状态；晶体管工作在甲类放大状态；u输出端采用并联谐振回路，起选频作用，晶体管输出端采用并联谐振回路，起选频作用，晶体管 的集电极采用部分接入，以提高谐振回路

11、的有载的集电极采用部分接入，以提高谐振回路的有载 Q Q值；值；单调谐回路共发放大器等效电路由上图可知由上图可知2 放大器的主要技术指标放大器的主要技术指标电压增益电压增益 代表由集电极代表由集电极 向右看的回路导纳（对外电路向右看的回路导纳（对外电路而言而言 是上负下正，故是上负下正，故 有一负号）因为有一负号）因为（2 2）式（）式（3 3）式，所以）式，所以其中其中部分()为回路的谐振导纳。所以由所以由，知，知因为因为，所以，所以是负载回路两端的导纳，它包括回路本身元件和下一级的输入导纳 ，即 令，进一步把和代入，可得其中，和分别是放大器的输出导纳和输出电容；和分别是放大器的输出导纳和输

12、出电容；令，则 式中，为放大器调谐回路的谐振频率；是工作频率对谐振频率的偏调；是回路的有载品质因素，即所以所以功率增益功率增益 讨论谐振时的功率增益讨论谐振时的功率增益 ：输出端负载：输出端负载 上获得的功率；上获得的功率；：放大器的输入功率；：放大器的输入功率；所以所以用用dBdB表示时表示时 如果回路本身损耗如果回路本身损耗 与与 相比可以忽略相比可以忽略,则由匹配条件则由匹配条件则可获得最大功率增益则可获得最大功率增益 但实际情况回路本身的损耗不能忽略但实际情况回路本身的损耗不能忽略,则考虑则考虑 时最大功率增益可表示为时最大功率增益可表示为 式中，式中，为回路的有载品质因素为回路的有载

13、品质因素;为回路的空载品质因素为回路的空载品质因素;而而称为回路的插入损耗。称为回路的插入损耗。放大器的通频带放大器的通频带 放大器放大器 随频率随频率 而变化的曲线，叫做而变化的曲线，叫做放大器的谐振曲线，如图所示。放大器的谐振曲线，如图所示。理想和实际的选频曲线BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.1因为因为则则例 单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，BJT的参数为：解：（1）负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以 ，（3）因为3 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器每级谐振回路均调谐在同一频率上每级谐振回路均调谐在同一频率上

14、各级谐振回路调谐在不同频率上各级谐振回路调谐在不同频率上 同步调谐放大器同步调谐放大器 参差调谐放大器参差调谐放大器 总电压放大倍数总电压放大倍数一、同步调谐放大器一、同步调谐放大器O f1.00.707级数级数增多增多级数越多，则谐振增益越大，级数越多，则谐振增益越大，选择性越好，通频带越窄。选择性越好，通频带越窄。总通频带窄于各级的。总通频带窄于各级的。二、双参差调谐放大器二、双参差调谐放大器Au1Au2uiuof1=f0+ff2=f0 fff0f2f1总幅频特性更接近于矩形，总幅频特性更接近于矩形，选择性比单调谐放大器好选择性比单调谐放大器好总通频带可宽于各级的。总通频带可宽于各级的。2

15、.5.4 调谐放大器的稳定性调谐放大器的稳定性一、共发射极单管谐振放大器不稳定的原因一、共发射极单管谐振放大器不稳定的原因Yre引起内部反馈。其主要由引起内部反馈。其主要由CB间结电容间结电容Cbc引起。引起。谐振回路阻抗特性剧烈变化的特性更使这种内反馈随谐振回路阻抗特性剧烈变化的特性更使这种内反馈随频率变化而剧烈变化，频率变化而剧烈变化，使放大器的频率特性发生变化，增使放大器的频率特性发生变化，增益、通频带、选择性等都发生变化，导致放大器工作不稳益、通频带、选择性等都发生变化，导致放大器工作不稳定。严重时会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。定。严重时会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡

16、。频率越高，回路频率越高，回路Q值越大，放大器工作越不稳定。值越大，放大器工作越不稳定。二、提高谐振放大器稳定性的方法二、提高谐振放大器稳定性的方法选用选用Yre（或（或 Cbc）小的晶体管）小的晶体管从电路上消除内反馈的影响从电路上消除内反馈的影响中和法中和法失配法失配法1.中和法中和法CNCBC交流通路交流通路中和法只能在很窄的频率范围内起作用，且不易调节中和法只能在很窄的频率范围内起作用，且不易调节2.失配法失配法增大负载导纳增大负载导纳YL，使回路总导纳增大，使回路总导纳增大，导致输出回路失配，输出电压减小，从导致输出回路失配，输出电压减小，从而减小内反馈。而减小内反馈。失配法以牺牲增

17、益为代价。在设计小信号谐振放大器时，失配法以牺牲增益为代价。在设计小信号谐振放大器时，通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。三、集成调谐放大器三、集成调谐放大器uo MC159013485627AGCVCCui 是一个双端输入、双端输出的全差动式电路。是一个双端输入、双端输出的全差动式电路。带宽为带宽为10MHz。内反馈很小。内反馈很小。电源去耦滤波器电源去耦滤波器隔直耦合，实现单端输入隔直耦合，实现单端输入单端输出单端输出uo C2L1L2+12VRLMC1590L313485627AGCC3C4ui 输入、输出回路均调谐在信号的中心频率上。输入、输出回路均调谐在信号的中心频率上。三、集成调谐放大器三、集成调谐放大器双调谐放大器双调谐放大器双调谐的通频带和单调谐通频带的关系：双调谐的通频带和单调谐通频带的关系：矩形系数小于单调谐，选择性好，即矩形系数小于单调谐，选择性好，即 缺点是调谐不方便。缺点是调谐不方便。