第2章高频放大电路-小信号谐振2.ppt

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1、第二章第二章 高频放大电路高频放大电路1回顾回顾1高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件LC简单串联谐振回路的基本简单串联谐振回路的基本特性特性电感和电容上的电压均为信号电感和电容上的电压均为信号源电压的源电压的Q0倍倍相位相反相位相反2回顾回顾2LC简单并联谐振回路的基本特性简单并联谐振回路的基本特性电感和电容上的电流均为信号源电流电感和电容上的电流均为信号源电流的的Q0倍倍相位相反相位相反,电流谐振电流谐振3回顾回顾3电容分压耦合连接电容分压耦合连接接入系数接入系数自耦变压器耦合连接自耦变压器耦合连接设接入系数设接入系数4内容提要内容提要小信号谐振

2、放大电路的指标小信号谐振放大电路的指标单谐振回路单谐振回路 多级谐振放大电路多级谐振放大电路参差调谐放大电路参差调谐放大电路集中选频小信号谐振放大器集中选频小信号谐振放大器内内内内容容容容提提提提要要要要5小信号谐振放大电路广泛应用于通信、小信号谐振放大电路广泛应用于通信、广播、电视、雷达等接收系统中，主要广播、电视、雷达等接收系统中，主要起选频、放大作用起选频、放大作用通常指通常指负载具有谐振特性负载具有谐振特性(或选频特性或选频特性)的放大电路的放大电路。作用。作用从接收到的有用信号和大量干扰信号的混从接收到的有用信号和大量干扰信号的混合产物中，选择出一个具有一定带宽的有合产物中，选择出一

3、个具有一定带宽的有用信号并且加以用信号并且加以放大放大有效地抑制其它的无用信号有效地抑制其它的无用信号(称为干扰信号称为干扰信号)（选频选频）由于输入信号小，工作于甲类放大状态由于输入信号小，工作于甲类放大状态综述综述第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路6小信号谐振放大电路的技术指标小信号谐振放大电路的技术指标第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路理想谐振放大电路理想谐振放大电路及实际谐振放大电及实际谐振放大电路的幅频特性曲线路的幅频特性曲线谐振增益谐振增益窄带窄带/宽带宽

4、带谐振放大电路：谐振放大电路：BW0.7与与f0的相的相对大小对大小 通频带通频带BWBW0.70.7:3dB:3dBBWBW0.10.1：20dB20dB7通频带与选择性矛盾通频带与选择性矛盾通频带越宽，对特定频率通频带越宽，对特定频率干扰信号的选择性就越差干扰信号的选择性就越差 小信号谐振放大电路的技术指标小信号谐振放大电路的技术指标第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路选择性：选择性：反映谐振回路反映谐振回路对于通频带以外的各种对于通频带以外的各种带外信号的抑制能力带外信号的抑制能力 8稳定性稳定性放大电路的增益、中心频率、通频

5、带、放大电路的增益、中心频率、通频带、幅频特性幅频特性 噪声系数噪声系数小信号谐振放大电路的技术指标小信号谐振放大电路的技术指标第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路矩形系数矩形系数9小信号谐振放大电路的组成方法小信号谐振放大电路的组成方法第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路方法一：将单级谐振放大电路级联方法一：将单级谐振放大电路级联起来，构成多级放大电路，称作起来，构成多级放大电路，称作分分散选频放大电路散选频放大电路方法二：用集成宽带放大电路和具方法二：用集成宽带放大电

6、路和具有相应选频特性的窄带滤波器构成有相应选频特性的窄带滤波器构成谐振放大电路，称作谐振放大电路，称作集中选频放大集中选频放大电路电路10分散选频小信号谐振放大电路的构成分散选频小信号谐振放大电路的构成第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路11画出放大器的交流通路；画出放大器的交流通路；将晶体管用其高频等效电路替代；将晶体管用其高频等效电路替代；利用高利用高Q电路的简化计算方法，将所电路的简化计算方法，将所有和谐振回路连接以及部分接入的电有和谐振回路连接以及部分接入的电路折合至整个回路的两端；路折合至整个回路的两端；计算出回路总计算出

7、回路总Q值、谐振增益、通频值、谐振增益、通频带及矩形系数等带及矩形系数等 分散选频小信号谐振放大电路的构成分散选频小信号谐振放大电路的构成第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路12单调谐回路谐振放大电路单调谐回路谐振放大电路(一一)第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路：回路谐振角频率：回路谐振角频率：回路等效品质因数：回路等效品质因数13单调谐回路谐振放大电路单调谐回路谐振放大电路(二二)第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电

8、电电路路路路谐振增益及通频带谐振增益及通频带与与 的关系的关系可见增大回路可见增大回路的品质因数能的品质因数能够提高谐振增够提高谐振增益益：回路等效品质因数：回路等效品质因数14需要考虑到器件极间电容所造成需要考虑到器件极间电容所造成的内反馈的内反馈 用手工精确计算十分繁琐，可以用手工精确计算十分繁琐，可以使用各种高频电路仿真软件使用各种高频电路仿真软件高频电路中，存在着各种分布参高频电路中，存在着各种分布参数的耦合，使得精确计算难以进数的耦合，使得精确计算难以进行。设计时必须在计算的基础上行。设计时必须在计算的基础上用实验方法进行手动调测用实验方法进行手动调测 单调谐回路谐振放大电路设计单调

9、谐回路谐振放大电路设计第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路15LCLC谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性-并联谐振并联谐振并联谐振并联谐振 归一化归一化第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路16LC谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性随着随着Q值的增大，曲值的增大，曲线变得更加尖锐，线变得更加尖锐，回路的频率选择性回路的频率选择性也随之增强也随之增强单位频率变化引发单位频率变化引发的相位变化随的相位变化随Q值的值的增大而增大。增大而增大

10、。信号频率相对偏移信号频率相对偏移较小时，相移与相较小时，相移与相对角频差成线性关对角频差成线性关系系 第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路17LC谐振回路的选频特性：谐振回路的选频特性：Q值与带宽值与带宽第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路18Q值与带宽与成反比值与带宽与成反比增大回路的品质因数能够提高谐振增大回路的品质因数能够提高谐振增益，但与保持一定的通频带宽度增益，但与保持一定的通频带宽度相互矛盾。相互矛盾。要想获得同样的通频带宽和高的要想获得同样的通频带宽和高的

11、Q值，可以升高谐振频率值，可以升高谐振频率 第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路LC谐振回路的选频特性：谐振回路的选频特性：Q值与带宽值与带宽19单谐振回路的矩形系数单谐振回路的矩形系数是一个定值，与回路参是一个定值，与回路参数无关。数无关。Q增，回路的选择性提高，增，回路的选择性提高，3dB带宽也变窄带宽也变窄 第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路LC谐振回路的选频特性：选择性谐振回路的选频特性：选择性20例题例题设该电路为高设该电路为高Q值回路，信号的中心频率为值回路

12、，信号的中心频率为100Mhz，电容，电容10pF(1)试计算线圈的电感值。试计算线圈的电感值。(2)若线圈的无载品质因数为若线圈的无载品质因数为100，试计算此时，试计算此时的回路的回路3dB带宽。带宽。(3)若放大器所需的带宽为若放大器所需的带宽为2MHz，则应在回路，则应在回路上并联多大的电阻才能满足这一要求？上并联多大的电阻才能满足这一要求？第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路21多级谐振放大电路的放大性能和选频特性多级谐振放大电路的放大性能和选频特性第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放

13、大大大大电电电电路路路路设把各级完全相同的设把各级完全相同的n n级单调谐回路谐振级单调谐回路谐振放大电路级联起来，则：放大电路级联起来，则：3dB3dB带宽带宽缩减缩减系数系数22保持保持Q不变时，随着级联级数的增加，不变时，随着级联级数的增加，通频带将按通频带将按(21/n-1)1/2倍减小倍减小若要求级联后的通频带保持单级放大若要求级联后的通频带保持单级放大电路的通频带宽度，必须展宽每级放电路的通频带宽度，必须展宽每级放大电路的通频带大电路的通频带多级单调谐回路谐振放大电路的通频多级单调谐回路谐振放大电路的通频带和增益之间的矛盾十分突出带和增益之间的矛盾十分突出多级单调谐的改进：参差调谐

14、多级单调谐的改进：参差调谐多级谐振放大电路的放大性能和选频特性多级谐振放大电路的放大性能和选频特性第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路23展宽调谐放大电路的通频带展宽调谐放大电路的通频带:参差调谐参差调谐多级单调谐放大电路的特点多级单调谐放大电路的特点调节简单、增益高、通频带不宽、稳调节简单、增益高、通频带不宽、稳定性下降定性下降 参差调谐参差调谐各级分别调谐在不同频率上各级分别调谐在不同频率上双参差调谐（成对调谐）双参差调谐（成对调谐）三参差调谐三参差调谐第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大

15、大大大电电电电路路路路24展宽调谐放大电路的通频带展宽调谐放大电路的通频带:参差调谐参差调谐第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路f1f225展宽调谐放大电路的通频带展宽调谐放大电路的通频带:参差调谐参差调谐第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路单调谐级联单调谐级联双参差调谐级联双参差调谐级联级数级数42（相当于（相当于4级级放大）放大）BW0.7(f0/Q)0.431.1226电路形式电路形式:宽带放大器宽带放大器+特种滤波器特种滤波器宽带集成放大电路为电路提供足够宽带集成

16、放大电路为电路提供足够高的电压增益高的电压增益集中选择滤波器则满足电路的通频集中选择滤波器则满足电路的通频带宽和选择性高的要求带宽和选择性高的要求 集中选频小信号谐振放大器集中选频小信号谐振放大器第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路27无源滤波器无源滤波器高阶高阶LC滤波器、石英晶体滤波器、滤波器、石英晶体滤波器、陶陶瓷滤波器、声表面波滤波器瓷滤波器、声表面波滤波器有源滤波器有源滤波器滤波网络和加有反馈的放大器件共同滤波网络和加有反馈的放大器件共同组成组成 集中选择滤波器集中选择滤波器第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号

17、号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路28 由压电陶瓷材料构成由压电陶瓷材料构成主要特点主要特点具有较大电感量具有较大电感量电容量较小电容量较小等效等效Q值比常规值比常规LC滤波器高很多滤波器高很多陶瓷滤波器陶瓷滤波器第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路29谐振频率不同的压电陶瓷片组合，可谐振频率不同的压电陶瓷片组合，可以获得接近理想矩形的幅频特性以获得接近理想矩形的幅频特性三端陶瓷滤波器的工作频率：几百三端陶瓷滤波器的工作频率：几百kHz到几十到几十MHz主要缺点主要缺点工艺一致性差，频响曲线离散性大，工艺一致性差，频

18、响曲线离散性大，通频带窄通频带窄陶瓷滤波器陶瓷滤波器第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路30声表面波滤波器工作原理声表面波滤波器工作原理何谓声表面波何谓声表面波声表面波是指一种能量集中在弹性体表面声表面波是指一种能量集中在弹性体表面附近传播的波附近传播的波声表面波的激励声表面波的激励:压电基片压电基片(石英晶体、陶瓷等石英晶体、陶瓷等)作为导声体，作为导声体，利用光刻技术在上面形成激励声表面波的利用光刻技术在上面形成激励声表面波的金属电极作为换能器，因形若叉指，称为金属电极作为换能器，因形若叉指，称为“叉指换能器叉指换能器”，由它激

19、励，由它激励检测检测控制控制声表面波。声表面波。第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路31声表面波滤波器工作原理声表面波滤波器工作原理第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路交变信号交变信号uS作用于叉指换能器作用于叉指换能器A声表面波声表面波 B叉指换能器叉指换能器 电信号电信号 负载。负载。只有当信号频率与声表面波的频率相同或接只有当信号频率与声表面波的频率相同或接近时，才能在负载上得到大的响应，由此实现选近时，才能在负载上得到大的响应，由此实现选频作用。频作用。下限频率受

20、基片厚度限制，上限频率由叉指下限频率受基片厚度限制，上限频率由叉指电极线宽决定电极线宽决定。32声表面波滤波器声表面波滤波器 特点特点体积小、重量轻、工作频率高（中心频率体积小、重量轻、工作频率高（中心频率在在5MHz 1GHz之间）之间）通频带宽、频响曲线一致性好、制造简单通频带宽、频响曲线一致性好、制造简单应用：应用：通信电视卫星和宇航中心频率与通频带中心频率与通频带压电晶体材料压电晶体材料叉指换能器的指条数目、疏密和长度等结叉指换能器的指条数目、疏密和长度等结构参数构参数 第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路33集成宽带放大电

21、路集成宽带放大电路 大多数是由差动放大电路和能够展大多数是由差动放大电路和能够展宽频带的组合电路构成的宽频带的组合电路构成的 第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路34集中选频谐振放大电路设计集中选频谐振放大电路设计通常情况下，集中选择性滤波器可设置通常情况下，集中选择性滤波器可设置在整个放大电路的低电平处在整个放大电路的低电平处输入信号先滤波，再放大使整个放大电输入信号先滤波，再放大使整个放大电路噪声大大增加。在放大器采用两个以路噪声大大增加。在放大器采用两个以上宽带放大电路时，可以将集中选择性上宽带放大电路时，可以将集中选择性滤波

22、器设置在它们之间。滤波器设置在它们之间。在高频电路中，各种信号极易通过直流在高频电路中，各种信号极易通过直流电源产生耦合，通常采用去耦电路电源产生耦合，通常采用去耦电路 第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路35总结总结小信号谐振放大电小信号谐振放大电路的技术指标路的技术指标谐振增益谐振增益通频带（通频带（3dB、20dB）矩形系数矩形系数稳定性稳定性噪声系数噪声系数单谐振回路的矩形单谐振回路的矩形系数是一个定值，系数是一个定值，与回路参数无关。与回路参数无关。Q增，回路的选择性增，回路的选择性提高，提高，3dB带宽也变带宽也变窄窄

23、矩形系数矩形系数36保持保持Q不变时，随着级联级数的增加，不变时，随着级联级数的增加，通频带将按通频带将按(21/n-1)1/2倍减小倍减小若要求级联后的通频带保持单级放大若要求级联后的通频带保持单级放大电路的通频带宽度，必须展宽每级放电路的通频带宽度，必须展宽每级放大电路的通频带大电路的通频带总结总结总结总结1 1：多级单调谐回路谐振放大电路多级单调谐回路谐振放大电路多级单调谐回路谐振放大电路多级单调谐回路谐振放大电路第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路37总结总结2：参差调谐：参差调谐第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路f1f238无源滤波器无源滤波器高阶高阶LC滤波器、石英晶体滤波器、滤波器、石英晶体滤波器、陶陶瓷滤波器、声表面波滤波器瓷滤波器、声表面波滤波器有源滤波器有源滤波器滤波网络和加有反馈的放大器件共同滤波网络和加有反馈的放大器件共同组成组成 总结总结3：集中选择滤波器：集中选择滤波器第第第第三三三三节节节节：小小小小信信信信号号号号谐谐谐谐振振振振放放放放大大大大电电电电路路路路39