第2章高频小信号谐振放大器.ppt

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1、第第2章章通信信号的接收通信信号的接收作业：作业：2012-09-16P70：3.1；3.2；第第2章章通信信号的接收通信信号的接收第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.1概述概述2.2小信号谐振放大器小信号谐振放大器2.3集中选频放大器集中选频放大器2.4放大器的噪声放大器的噪声第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.1概述概述在无线通信中，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

2、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。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收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电信号中，选出有用信号并加以放大，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。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收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。

3、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C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。高频小信号放大器主要性能指标有：谐振增益、通频带、选择性及噪声系数等。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收1.谐振增益谐振增益放大器的谐振增益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。放大器的增益具有与谐振回路相似的谐振特性，如图.所示。图中f0表示放大器的中心谐振频率，Au

4、/Au0表示相对电压增益。当输入信号的频率恰好等于f0时，放大器的增益最大。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.1谐振放大器的幅频特性曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.通频带通频带通频带是指信号频率偏离放大器的谐振频率f0时，放大器的电压增益Au下降到谐振电压增益Au0的时，所对应的频率范围，一般用BW0.7表示，如图.所示。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收3.选择性选择性选择性是指谐振放大器从输入信号中选出有用信号成分并加以放大，而将无用的干扰信号加以有效抑制的能力。为了准确地衡量小信号谐振放大器的选择性，通常选用“抑制比”和“矩形系数”两个技术指标。1)抑制比抑制

5、比可定义为：谐振增益Au0与通频带以外某一特定频率上的电压增益Au的比，用d(dB)表示，记为第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2)矩形系数假设谐振放大器是理想放大器，其特性曲线是如图2.1所示的理想矩形。该图表明在通频带内放大器的电压增益保持不变，而在通频带外电压增益为零。若干扰信号频率在放大器的频带之外，那么，它将被全部抑制。实际谐振放大器的特性曲线如图2.1所示的钟形曲线所示。为了评价实际放大器的谐振曲线与理想曲线的接近程度，引入矩形系数，定义为第第2章章通信信号的接收通信信号的接收式中，BW0.7是放大器的通频带；BW0.1是相对电压增益值下降到0.1时的频带宽度。K0.1值越小越

6、好，在接近时，说明放大器的谐振特性曲线就愈接近于理想曲线，放大器的选择性就愈好。4.噪声系数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，即或第第2章章通信信号的接收通信信号的接收式中，Pi为放大器输入端的信号功率；Pni为放大器输入端的噪声功率；Po为放大器输出端的信号功率；Pno为放大器输出端的噪声功率。若放大器是一个理想的无噪声线性网络，那么，噪声系数第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.2小信号谐振放大器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

7、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。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.2.1单级单调谐放大器单级单调谐放大器单调谐放大器是由单调谐回路作为交流负载的放大器。图2.2所示为一个共发射极单调谐放大器。它是接收机中一种典型的高频放大器电路。图中1、2是放大器的偏置电阻，e是直流负反馈电阻，1、e是直流高频旁路电容，它们起稳定放大器静态工作点的作用。LC组成并联谐振回路，它与晶体管共同起着选频放大作用。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.2共射单调谐放大器第第2章章通信信号的接收通信信号的接收当直流工作点选定以后，图2.2可以简

8、化成只包括高频通路的等效电路，如图2.3所示。由图2.3可以看出，电路分为三部分：晶体管本身、输入电路和输出电路。晶体管是谐振放大器的重要组件，在分析电路时，可用Y参数等效电路来说明它的特性。输入电路由电感与天线回路耦合，将天线来的高频信号通过它加到晶体管的输入端。输出电路是由与C组成的并联谐振回路，通过互感耦合将放大后的信号加到下一级放大器的输入端。本电路的晶体管输出端与负载输入端采用了部分接入的方式。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.3交流等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收1.LC并联谐振回路并联谐振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，如图2

9、.4所示。图中与电感线圈串联的电阻代表线圈的损耗，电容的损耗不考虑。为信号电流源。为了分析方便，在分析电路时也暂时不考虑信号源内阻的影响。1)并联谐振回路阻抗的频率特性如图2.4所示，其阻抗表达式为第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.4LC并联回路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收(21)(22)(23)(24)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收下面讨论并联回路阻抗的频率特性。当回路谐振时，即=0时，0L-1/0C=0。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=0。从图2.5可以看出，并联谐振回路在谐振点频率0时，相当于

10、一个纯电阻电路。当回路的角频率0时，并联回路总阻抗呈电感性。当回路的角频率0时，并联回路总阻抗呈电容性。(25)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.5并联谐振回路的特性曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收式中，GP=CR/L=1/RP，为电导;B=C-1/L，为电纳。图2.6就是利用式(25)得出的。式(25)是我们常用的并联振荡回路的表达形式。2)并联谐振回路端电压频率特性谐振回路两端的电压为第第2章章通信信号的接收通信信号的接收(26)(27)(28)由此可见，在信号源电流Is一定的情况下，并联回路端电压UAB的频率特性与阻抗频率特性相似，如图2.7所示。第第2章章通信信号的

11、接收通信信号的接收图2.6并联振荡回路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.7电压-频率特性曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收3)并联谐振回路谐振频率在实际应用中，并联谐振回路频率可以由式(22)近似求出(29)并联回路准确的谐振角频率可以从式(21)求出：(210)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收4)品质因数并联回路谐振时的感抗或容抗与线圈中串联的损耗电阻之比，定义为回路的品质因数，用0表示，(211)并联谐振回路的谐振电阻可以用0表示：(212)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收5)谐振曲线、通频带及选择性将式(26)与式(28)相比，得(213)(214)第第2章

12、章通信信号的接收通信信号的接收图2.8并联回路谐振曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收由式(214)可以绘出并联回路谐振曲线，如图2.8所示。这曲线适用于任何并联谐振回路。对进行如下变换：在谐振频率附近，可近似地认为，0，+0=2，则第第2章章通信信号的接收通信信号的接收(215)式中，f=f-f0,得第第2章章通信信号的接收通信信号的接收从式(216)可以看出，在谐振点,f=0，U/U0=1。随着|f|的增大，U/U0将减小。对于同样的偏离值f，Q0越高，U/U0衰减就越多，谐振曲线就越尖锐，如图2.9所示。图2.9幅频特性曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收下面利用谐振曲线求出

13、通频带。由式(216)，令U/U0=0.707，如图2.10所示，可得回路的通频带BW0.7为例例1已知并联谐振回路谐振频率f01MHz，0100。求频率偏离10kHz时，电压相对于谐振点的衰减比值U/U0。又若050，求U/U0。(217)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.10通频带第第2章章通信信号的接收通信信号的接收解解（）0=100时,（）若0=50时，第第2章章通信信号的接收通信信号的接收根据上面计算结果可画得图2.11，它说明在相同的频率偏离值f下，越高，谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带窄了。我们希望谐振回路有一个很好的选择性，同时要有一个较宽的通频带，这是矛盾的。为

14、了保证较宽的通频带，只能牺牲选择性。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.11例题图第第2章章通信信号的接收通信信号的接收6)并联谐振回路中的电流并联回路谐振时，流过RP、中的电流如下：(218)(219)(220)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收根根据据上上面面计计算算结结果果可可画画得得图图2.11，它它说说明明在在相相同同的的频频率率偏偏离离值值f 下下，越越高高，谐谐振振曲曲线线越越尖尖锐锐，选选择择性性越越好好，但但通通频频带带窄窄了了。我我们们希希望望谐谐振振回回路路有有一一个个很很好好的的选选择择性性，同同时时要要有有一一个个较较宽宽的的通通频频带带，这这是是矛矛盾盾

15、的的。为为了了保证较宽的通频带，只能牺牲选择性。保证较宽的通频带，只能牺牲选择性。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收6)并联谐振回路中的电流并联回路谐振时，流过RP、中的电流如下：(218)(219)(220)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收由由上上面面三三式式可可见见，并并联联回回路路谐谐振振时时，谐谐振振电电阻阻P上上的的电电流流就就等等于于信信号号源源的的电电流流。电电感感支支路路上上的的电电流流和和电电容容支支路路上上的的电电流流，等等于于信信号号源源电电流流的的0倍倍。因因此此，在在谐谐振振时时，信信号号源源电电流流Is不不大大，但但电电感感、电电容容支支路路上上电电流流却

16、却很很大大，是信号源电流的是信号源电流的0倍，倍，所以说并联谐振也叫电流谐振。所以说并联谐振也叫电流谐振。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收7)信号源内阻及负载对谐振回路的影响信号源内阻及负载对谐振回路的影响考考虑虑s和和L后后的的并并联联谐谐振振回回路路，如如图图2.12所所示示。下面利用电导的下面利用电导的形式来分析电路。形式来分析电路。谐振回路的总电导为谐振回路的总电导为谐振回路的空载谐振回路的空载0值，即为值，即为第第2章章通信信号的接收通信信号的接收谐振回路的有载谐振回路的有载L值为值为根据上两式，可以得根据上两式，可以得L与与0的关系的关系由于由于GgP，所以所以QLQ0。谐振

17、回路的空载谐振回路的空载0值，即为值，即为第第2章章通信信号的接收通信信号的接收8)并联谐振回路的耦合联接并联谐振回路的耦合联接信信号号源源内内阻阻或或负负载载并并联联在在回回路路两两端端，将将直直接接影影响响回回路路的的值值，影影响响负负载载上上的的功功率率输输出出及及回回路路的的谐谐振振频频率率。为为解解决决这这个个问问题题，可可用用阻阻抗抗变变换换电电路路，将将它它们们折折算到回算到回路两端，以改善对回路的影响。路两端，以改善对回路的影响。(1)变压器的耦合联接。变压器的耦合联接。图图2.13(a)为变压器的耦合联接电路。为变压器的耦合联接电路。(222)第第2章章通信信号的接收通信信号

18、的接收图2.13变压器的耦合联接第第2章章通信信号的接收通信信号的接收（）自耦变压器的耦合联接。（）自耦变压器的耦合联接。如如图图2.14(a)所所示示，N1是是总总线线圈圈数数，N2是是自自耦耦变变压压器器的的抽抽头头部部分分线线圈圈数数。负负载载电电阻阻RL折折合合到到谐谐振振回回路路后后的等效电阻为的等效电阻为RL，如图如图2.14(b)所示。所示。(223)式中，式中，n=N2/N1为接入系数。为接入系数。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.14自耦变压器的耦合联接第第2章章通信信号的接收通信信号的接收（）变压器自耦变压器的耦合联接。（）变压器自耦变压器的耦合联接。如如图图2.

19、15(a)所所示示，该该电电路路可可以以将将信信号号源源内内阻阻和和负负载电阻折合到谐振回路中载电阻折合到谐振回路中(注意接入系数的正确选择注意接入系数的正确选择)。(224)RL和和Rs折合到谐振回路后的电阻为折合到谐振回路后的电阻为RL和和Rs，(225)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.15变压器自耦变压器的耦合联接第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.晶体管参数等效电路晶体管参数等效电路在在分分析析高高频频小小信信放放大大器器时时，采采用用参参数数等等效效电电路路进进行行分分析析是是比比较较方方便便的的。所所以以在在电电路路化化简简时时，可可将晶体管等效成一个参数等效电路

20、。将晶体管等效成一个参数等效电路。一一个个晶晶体体管管可可以以看看成成有有源源四四端端网网络络，如如图图2.16所示。所示。(226)令令，由晶体管的参数的网络方程得由晶体管的参数的网络方程得第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.16晶体管共发射极电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收Yie是是晶晶体体管管输输出出端端短短路路时时的的输输入入导导纳纳（下下标标“”表表示示输输入入，“”表表示示共共射射组组态态），反反映映了了晶晶体体管管放放大大器器输输入入电电压压对对输输入入电电流流的的控控制制作作用用，其其倒倒数数是是电电路路的的输输入入阻阻抗抗。Yie参参数数是是复复数数，Yie

21、可可表表示示为为Yie=gie+jCie，其其中中gie、Cie分分别别称称为为晶晶体体管管的的输输入入电电导导和和输入电容。输入电容。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收Yre是是晶晶体体管管输输入入端端短短路路时时的的反反向向传传输输导导纳纳（下下标标“r”表表示示反反向向），反反映映了了晶晶体体管管输输出出电电压压对对输输入入电电流流的影响，即晶体管内部的反馈作用。的影响，即晶体管内部的反馈作用。Yoe是是晶晶体体管管输输入入端端短短路路时时的的输输出出导导纳纳（下下标标“o”表表示示输输出出），反反映映了了晶晶体体管管输输出出电电压压对对输输出出电电流流的作用，其倒数是电路的输出阻抗

22、。的作用，其倒数是电路的输出阻抗。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.17Y参数等效电路(a)晶体管Y参数等效电路；(b)实际应用Y参数等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.17Y参数等效电路(a)晶体管Y参数等效电路；(b)实际应用Y参数等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收3.单调谐放大器单调谐放大器如图2.18(a)所示。将图2.18(a)化为交流等效电路，可得图2.18(b)。根据晶体管参数等效电路，并考虑到为保证实用的单调谐放大器稳定地工作，都采取了一定的措施，使内部反馈很小。(227)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收上式中n1、n2是接入系数将图

23、2.18(e)中的goe、gL、gP合并，得G；将Coe、C、CL合并，得C。这样可进步将图2.18(e)简化成如图2.18(f)所示的形式。在图2.18(f)中，(228)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.18单调谐放大器的等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.18单调谐放大器的等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.18单调谐放大器的等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.18单调谐放大器的等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收下面对电路性能进行计算。1)单调谐放大器电压增益放大器的电压增益：导纳输出电压第第2章章通信信号的接收通信信

24、号的接收为有载时并联回路的谐振频率。其电压增益的模为为有载品质因数;(229)(230)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收谐振放大器谐振时的电压增益最大。式中的负号，表示放大器输入电压与输出电压反相(有180的相位差)。谐振放大器的电压增益与接入系数n1、n2有关。当回路谐振时，f=f0，f=0时，放大器谐振电压增益为(231)(232)其模为第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2)单调谐放大器的通频带式(230)与式(232)相比，可得单调谐放大器的谐振曲线数学表达式：(233)单调谐放大器的谐振曲线如图.19所示。令，可求得单调谐放大器的通频带BW0.7。(234)第第2章章通信信号

25、的接收通信信号的接收图2.19谐振放大器的幅频特性曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收显然，单调谐谐振放大器的通频带取决于回路的谐振频率f0以及有载品质因数QL。当f0确定时，L越低，通频带愈宽,如图.20所示。图2.20不同Q谐振曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收当Yfe、n1、n2、C均为定值时，谐振放大器的增益与通频带的乘积为一常数，也就是说，通频带越宽，增益越小；反之，增益越大。3)单调谐放大器的选择性由式(231)可得(235)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收上式与式(234)相比，得矩形系数上式说明，单调谐放大器的矩形系数远大于，谐振曲线与矩形相差太远，故单调谐

26、谐振放大器的选择性较差。4)功率增益单调谐放大器的功率增益可由下式表示：(236)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收式中，Pi为放大器的输入功率；Po为输出端负载gL上所获得的功率。在满足匹配n21goe=n22gL的条件下，并考虑到回路的固有损耗，可由下式计算实际的功率增益：(237)是回路无损耗又匹配时，晶体管能给出的最大功率；第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.2.2多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器将将图图2.21中中晶晶体体管管V2集集电电极极上上加加一一个个谐谐振振回回路路，就就可可得得双双级级单单调调谐谐放放大大电电路路，如如图图2.22所所示示。下下面面

27、分分析析多级单调谐回路谐振放大器的性能指标。多级单调谐回路谐振放大器的性能指标。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.21单调谐放大电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.22双级单调谐放大器第第2章章通信信号的接收通信信号的接收1.电压增益电压增益设设有有n级级单单调调谐谐放放大大器器相相互互级级联联，且且各各级级的的电电压压增增益相同，即益相同，即u1=u2=u3=un则级联后放大器的总电压增益为则级联后放大器的总电压增益为|An|=|Au1|Au2|Au3|Aun|=|Aun|n谐振时，电压增益为谐振时，电压增益为(238)(239)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收从

28、从式式(239)可可以以看看出出，级级联联后后总总电电压压增增益益是是单单级级电电压压增增益益的的n次次方方。在在图图2.23中中，n=1是是单单级级单单调调谐谐放放大大器器电电压压增增益益谐谐振振曲曲线线；n=2是是双双级级单单调调谐谐放放大大器器电电压压增增益益谐谐振曲线；振曲线；n=3是三级单调谐放大器电压增益谐振是三级单调谐放大器电压增益谐振曲线。电压增益谐振曲线数学表达式为电压增益谐振曲线数学表达式为(240)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.23级联放大器谐振曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.通频带通频带令令式式(240)等等于于0.707，可可得得n级级级级

29、联联放放大大器器的的总总通频带通频带(241)式中式中,f0/L是单级单调谐放大器通频带；是单级单调谐放大器通频带；是频带是频带缩小因子缩小因子，下表列，下表列出不同出不同n值时缩小因子的大小：值时缩小因子的大小：n1234510.640.510.430.39第第2章章通信信号的接收通信信号的接收3.选择性令式(240)等于0.1，可得n级级联放大器总通频带BW0.1为将上式与式(241)相比，得矩形系数为(242)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收下下表表列列出出了了不不同同n值值时时矩矩形形系系数数的的大大小小。由由表表可可以以看出，级数越大，矩形系数越接近。看出，级数越大，矩形系数越

30、接近。n123456K0.19.954.663.753.43.23.1第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.2.3双调谐回路双调谐回路谐振放大器谐振放大器设设初初、次次级级回回路路都都调调谐谐在在同同一一个个中中心心频频率率f0上上，并并 且且 两两 个个 回回 路路 中中 组组 件件 都都 取取 相相 同同 值值,即即 L1=L2=L、C1=C2=C、G1=G2=G。这这样样可可以以方方便便地地计计算算双双调调谐谐回路放大器的主要参数。回路放大器的主要参数。1.电压增益电压增益(243)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.24双调谐回路放大器第第2章章通信信号的接收通信信号的接收

31、图2.24双调谐回路放大器第第2章章通信信号的接收通信信号的接收为广义失调量；为耦合因子；为L1、L2之间的耦合系数。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收1)临界耦合的电压增益临界耦合条件是=1(K=1/L)。在谐振时，=0，放大器电压增益为最大值，记为(244)(245)电压增益谐振曲线关系式为可得|Au/Au0|曲线如图2.25所示。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2)强耦合及弱耦合时电压增益强耦合条件：；弱耦合条件：。放大器在强耦合及弱耦合条件下的电压增益谐振曲线关系式为(246)它们对应的谐振曲线如图2.26所示。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.25临界耦合时放大器

32、电压增益谐振曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.261及1时放大器电压增益谐振曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.通频带令式(245)得双调谐放大器的通频带(247)3.选择性令式(245)得将上式与(247)式相比，得临界耦合时双调谐放大器的矩形系数：(248)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.2.4谐振放大器的稳定性1.放大器的输入导纳如图2.27所示，求放大器输入导纳Yi。图中，Ys是信号源导纳；YL是集电极总负载导纳。图2.27计算Yi的调谐放大器等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收放大器输入导纳：(249)式中，Yi是输出电路通过Ye的反馈而引

33、起的输入导纳，称反馈等效导纳；Yie是晶体管的输入导纳。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.28内部反馈对谐振曲线的影响第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.稳定性从式(249)看出，如果加大负载导纳YL，则放大器输入导纳第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.29寻呼机的射频放大电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.30共发射极-共基极级联放大器等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.3集中选频放大器集中选频放大器集中选频放大器构成如图2.31所示，它由两种部件组成，一部分是宽频带放大器，另一部分是集中选择性滤波器。宽频带放大器一般由线性集成电路构成，当工

34、作频率较高时，也可用其它分立元件宽频带放大器构成。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.31集中选频放大器组成示意图第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.3.1集中选频滤波器1.陶瓷滤波器在通信、广播等接收设备中，陶瓷滤波器有着广泛的应用。陶瓷滤波器是利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，常用的陶瓷滤波器是由锆钛酸铅Pb（ZrTi）O3压电陶瓷材料（简称PZT）制成的。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.32压电陶瓷片等效电路和电路符号第第2章章通信信号的接收通信信号的接收从图2.32电路可见，陶瓷片具有两个谐振频率，一个是串联谐振频率fs，另一个是并联谐振频率fP,(25

35、0)(251)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.33陶瓷片的阻抗第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.34四端陶瓷第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.35四端陶瓷滤波器的第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.声表面波滤波器声表面波滤波器结构示意图如图2.36所示。它以铌酸锂、锆钛酸铅或石英等压电材料为基片，利用真空蒸镀法，在抛光过的基片表面形成厚度约的铝膜或金膜电极，称其为叉指电极。左端叉指电极为发端换能器，右端叉指电极为收端换能器。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.36声表面波滤波器结构示意图第第2章章通信信号的接收通信信号的接收当当输输入入信信号号的的

36、频频率率等等于于换换能能器器的的频频率率f0时时，各各节节所激发的表面波同相叠加，振幅最大，可写成所激发的表面波同相叠加，振幅最大，可写成(252)图2.37均匀叉指换能器声振幅频率特性曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.38非均匀叉指换能器第第2章章通信信号的接收通信信号的接收电视图像中频通道的功能电路1.中频滤波器中频滤波器主要用来衰减本频道的伴音中频中频滤波器主要用来衰减本频道的伴音中频(31.5MHz)、相邻低频道的伴音中频相邻低频道的伴音中频(39.5MHz)和相邻高频道的图像中频和相邻高频道的图像中频(30MHz)，以便抑制它们对图像信号的干扰。，以便抑制它们对图像信号

37、的干扰。电视机中常用电视机中常用的中颇滤波器有两种电路形式，一种是由的中颇滤波器有两种电路形式，一种是由RLC网络组成的带网络组成的带通滤波器通滤波器;另一种是由声表面波滤波器另一种是由声表面波滤波器(SAWF)组成的带通滤波组成的带通滤波器。器。下面分别叙述其工作过程。下面分别叙述其工作过程。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收1)RLC带通滤波器带通滤波器这种中频滤波器主要是由这种中频滤波器主要是由R、L、C分离元件构成，利用分离元件构成，利用LC串联或并联谐振的频率阻抗特性来实现各自的滤波作用。串联或并联谐振的频率阻抗特性来实现各自的滤波作用。图图5-4所示为一种实际的图像中频滤波电路

38、。所示为一种实际的图像中频滤波电路。图中，图中，L1C1为低通滤波，滤去来自高频头混频级的中频为低通滤波，滤去来自高频头混频级的中频以上的高次谐波。以上的高次谐波。L2C2串联谐振于本频率伴音中频串联谐振于本频率伴音中频31.5MHz，对该信号进行吸收，只保留相对幅度的，对该信号进行吸收，只保留相对幅度的5左右送到中放级左右送到中放级去放大。去放大。L3C3用来吸收用来吸收40.5MHz，以保证从，以保证从39.541MHz的的频率范围内都有足够的衰减，衰减量频率范围内都有足够的衰减，衰减量20dB。L5C6用来吸收用来吸收相邻高频道的图像中频相邻高频道的图像中频30MHz。L4C4C5R5组

39、成桥组成桥T型吸收电路，主要用来吸收相型吸收电路，主要用来吸收相邻低频道的伴音中频邻低频道的伴音中频39.5MHz。R1为匹配电阻。为匹配电阻。上述上述RLC分离元件带通滤波器制作工艺麻烦，调整复杂，目前基本上分离元件带通滤波器制作工艺麻烦，调整复杂，目前基本上被声表面波滤波器被声表面波滤波器(SAWF)所取代。所取代。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图5-4图像中频滤波电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2)声表面波滤波器声表面波滤波器(SAWF)目前世界上生产的黑白和彩色电视机均采用声表面波滤目前世界上生产的黑白和彩色电视机均采用声表面波滤波器波器(SAWF)完成中频滤波任务。

40、完成中频滤波任务。它是利用压电晶体表面传播它是利用压电晶体表面传播机械波机械波(超声波超声波)时引起周期性机械形变，以及压电效应使机时引起周期性机械形变，以及压电效应使机械振动与交变电信号相互转换这一特点而制成的固体元件。械振动与交变电信号相互转换这一特点而制成的固体元件。经过合理设计叉指形电极的几何结构，可使该元件对中频信经过合理设计叉指形电极的几何结构，可使该元件对中频信号的频率响应符合中频滤波器的要求。号的频率响应符合中频滤波器的要求。使用声表面波滤波器使用声表面波滤波器后，可一次性形成中放所需的幅频特性，从而实现了中放级后，可一次性形成中放所需的幅频特性，从而实现了中放级的无调整化。的

41、无调整化。声表面波滤波器的原理示意图如图声表面波滤波器的原理示意图如图5-5所示。所示。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图5-5SAWF的原理示意图第第2章章通信信号的接收通信信号的接收从图从图5-5中可以看出，在压电介质基片上，制备着两组叉中可以看出，在压电介质基片上，制备着两组叉指形换能器指形换能器(IDT)。信号加到输入信号加到输入IDT时，交变电场激起声表时，交变电场激起声表面波面波;声表面波传到输出声表面波传到输出IDT时，恢复出电信号。时，恢复出电信号。其传输特性其传输特性主要取决于主要取决于IDT的几何形状。的几何形状。为减小界面反射，两端为减小界面反射，两端IDT外外表面

42、敷有吸声材料。表面敷有吸声材料。声表面波集中在电介质的表面传播，激声表面波集中在电介质的表面传播，激发和检取较便利。发和检取较便利。声表面波在基片表面的传播速度比电磁波声表面波在基片表面的传播速度比电磁波的传播速度小的传播速度小105数量级，且与频率无关，因而这种滤波器的数量级，且与频率无关，因而这种滤波器的体积小，对各频率分量的延时都一样。体积小，对各频率分量的延时都一样。图图5-6所示为实用电所示为实用电路之一例，为了补偿路之一例，为了补偿SAWF的插入损耗，在其前面加一级前的插入损耗，在其前面加一级前置中频放大器。置中频放大器。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收SAWF实用电路第第2

43、章章通信信号的接收通信信号的接收因因SAWF的输入、输出电容大，故常在外的输入、输出电容大，故常在外电路并接电感，电路并接电感，R1、L1用来与调谐器匹配，输用来与调谐器匹配，输出换能器并接电感出换能器并接电感L3，并谐振于中心频率。，并谐振于中心频率。输入端的输入端的L2是高频扼流圈，故输入端处于失是高频扼流圈，故输入端处于失谐状态，目的是减少反射波的干扰。谐状态，目的是减少反射波的干扰。图图5-7所所示是一个典型的图像中频滤波器的特性曲线。示是一个典型的图像中频滤波器的特性曲线。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图5-7SAWF中频特性曲线第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.中频

44、放大器中频放大器是电视机总增益的主要提供电路。中频放大器是电视机总增益的主要提供电路。要达到增益高、频带宽和选择性好的要求，中频放要达到增益高、频带宽和选择性好的要求，中频放大器应由三级单调谐或双调谐放大器组成，其总增大器应由三级单调谐或双调谐放大器组成，其总增益分贝数等于各级增益的分贝数相加。益分贝数等于各级增益的分贝数相加。单调谐回路单调谐回路是单峰曲线，双调谐回路一般为双峰曲线，中频放是单峰曲线，双调谐回路一般为双峰曲线，中频放大器的总频率特性曲线就是各级放大电路频率特性大器的总频率特性曲线就是各级放大电路频率特性曲线之合成。曲线之合成。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图图5-8所

45、示给出了一种单双调谐回路参差调谐方式的中频所示给出了一种单双调谐回路参差调谐方式的中频放大器。放大器。中放一、二级采用单调谐回路，高频头的混频输出中放一、二级采用单调谐回路，高频头的混频输出级和中放末级采用双调谐回路。级和中放末级采用双调谐回路。双调谐回路在紧耦合时出现双调谐回路在紧耦合时出现双峰，一级双调谐回路振曲线相当于两级单调谐回路放大器双峰，一级双调谐回路振曲线相当于两级单调谐回路放大器的组合，并且双调谐回路带宽较宽、选择性强。的组合，并且双调谐回路带宽较宽、选择性强。这样，另外这样，另外两级单调谐回路放大器可加大回路电容和并联阻尼电阻，让两级单调谐回路放大器可加大回路电容和并联阻尼电

46、阻，让Q值低些，使得该级施加值低些，使得该级施加AGC起控电压时，对晶体管输入和起控电压时，对晶体管输入和输出阻抗影响变小。输出阻抗影响变小。所以，该种组合方式主要靠混频输出和所以，该种组合方式主要靠混频输出和中放末级的双调谐回路来满足总的增益与选择性要求。中放末级的双调谐回路来满足总的增益与选择性要求。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图5-8单双调谐回路参差调谐方式第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.3.2集中选频放大器的应用1.寻呼机射频接收电路图.39是寻呼机射频接收电路的一部分原理图。1)天线2)射频放大器3)带通滤波器第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.39寻呼机

47、射频接收电路的一部分原理图第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.4放大器的噪声放大器的噪声根据噪声的来源不同，可将其分为如下几种。1)人为噪声2）无规则的自然噪声3）起伏噪声第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.4.1电阻热噪声、晶体管的噪声1.电阻热噪声图2.40电阻噪声电压波形第第2章章通信信号的接收通信信号的接收在单位频带内，电阻所产生的热噪声电压的均方值为S(f)=4kTRV2/Hz(253)式中，k为玻耳兹曼常数，为1.3810-23J/K；T为热力学温度，单位为K，绝对温度T(K)与摄氏温度T()间的关系为T(K)=T()+273S(f)称为噪声功率谱密度。第第2章章通信信

48、号的接收通信信号的接收电阻热噪声频谱很宽，但只有位于放大器通频带f内那一部分噪声功率才能通过放大器得到放大。能通过放大器的电阻热噪声电压的均方值为因此，噪声电压的有效值（噪声电压为(254)(255)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.41电阻热噪声等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.晶体管的噪声晶体管的噪声一般比电阻热噪声大，它有四种形式：1)热噪声和电阻相同，在晶体管中，电子不规则的热运动同样会产生热噪声。其中基极电阻rbb所引起的热噪声最大，发射极和集电极电阻的热噪声一般很小，可以忽略。所以rbb产生的热噪声电压均方值为(256)第第2章章通信信号的接收通信信号的接

49、收2)散粒噪声散粒噪声是晶体管的主要噪声源。散粒噪声这个词是沿用电子管噪声中的词。在二极管和三极管中都存在散粒噪声。晶体三极管是由两个PN结构成的，当晶体管处于放大状态时，发射结为正向偏置，发射结所产生的散粒噪声较大；集电结为反向偏置，集电结所产生的散粒噪声可忽略不计。发射结散粒噪声电流均方值为(257)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收3)分配噪声晶体管发射区注入到基区的多数载流子，大部分到达集电极，成为集电极电流，而小部分在基区内被复合，形成基极电流。这两部分电流的分配比例是随机的，因而造成通过集电结的电流在静态值上下起伏变化，引起噪声，把这种噪声称为分配噪声。晶体管集电极电流分配噪声

50、电流均值为(258)第第2章章通信信号的接收通信信号的接收4)闪烁噪声闪烁噪声又称低频噪声。一般认为这种噪声是由于晶体管清洁处理不好或有缺陷造成的。其特点是频谱集中在低频（约1kHz以下），在高频工作时通常可不考虑它的影响。3.场效应管的噪声场效应管的噪声主要是由场效应管沟道电阻产生的热噪声；栅极漏电流产生的散粒噪声；表面处理不当引起的闪烁噪声。一般说来，场效应管的噪声比晶体管的噪声低。第第2章章通信信号的接收通信信号的接收图2.42晶体管共基接法噪声等效电路第第2章章通信信号的接收通信信号的接收2.4.2噪声系数1.噪声系数的定义要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，噪声系数定义为