第二章高频放大电路PPT讲稿.ppt

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1、第二章高频放大电路第1页，共69页，编辑于2022年，星期三2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件金属膜电阻碳膜电阻线绕电阻 表面贴装（SMD）电阻引线电阻 小尺寸的电阻 Q1Q11OQ2或或OQ1Q2或或同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为*15第15页，共69页，编辑于2022年，星期三2.2.1 LC 选频回路选频回路RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-*16第16页，共69页，编辑于2022年，星期三2.2.1 LC 选频回路选频回路11*17第17页，共69页，

2、编辑于2022年，星期三2.2.1 LC 选频回路选频回路RpLCRSiSRLRLCRSuSRL*18第18页，共69页，编辑于2022年，星期三为方便讨论，定义在谐振时的特性阻抗为：并联谐振回路 串联谐振回路*19第19页，共69页，编辑于2022年，星期三例 设图所示高Q电路中，Is=1mA，L=100H，C=100pF，Rs=100K，RL=50K，电感的损耗电阻r为10，试计算谐振回路总的品质因数和谐振时回路两端电压。解：将电路图等效为下图所示*20第20页，共69页，编辑于2022年，星期三LC 阻抗变换网络阻抗变换网络 BX1RXR1AABX2R2*21第21页，共69页，编辑于2

3、022年，星期三BX1RXR1AABX2R2*22第22页，共69页，编辑于2022年，星期三RL1CRSiSL2RpCRSiS*23第23页，共69页，编辑于2022年，星期三RLN1N2M+u1-+u2-C二二 变压器阻抗变换电路变压器阻抗变换电路 RL 假假设设初初级级电电感感线线圈圈的的圈圈数数为为N1，次次级级圈圈数数为为N2，且且初初次次间间全全耦耦合合(k=1)，线线圈圈损损耗耗忽忽略略不不计计，则则等等效效到到初初级级回回路路的的电电阻阻RL上上所所消消耗耗的的功功率率应应和和次次级级负负载载RL上上所消耗功率相等，即所消耗功率相等，即 或或 变压器初次级电压比变压器初次级电压

4、比u1u2等于相应圈数比等于相应圈数比N1N2，故有，故有 可通过改变可通过改变 比值调整比值调整RL的大小。的大小。*24第24页，共69页，编辑于2022年，星期三三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL*25第25页，共69页，编辑于2022年，星期三三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRLRS iS LCRLRS iS abab*26第26页，共69页，编辑于2022年，星期三iSRSL2L1C2C1RLacbdiS RS LCRLab三三 回路抽头的阻抗

5、变换回路抽头的阻抗变换+ucb-+uab-+udb-+uab-*27第27页，共69页，编辑于2022年，星期三iSRSL2L1C2C1RLacbd4 4 接入系数（抽接入系数（抽头头系数）系数）iLiSiCiRiLiS ；iC iR*28第28页，共69页，编辑于2022年，星期三ususisis双耦合谐振回路及其选频特性双耦合谐振回路及其选频特性 *29第29页，共69页，编辑于2022年，星期三isis双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路）+u2m-+u2m-*30第30页，共69页，编辑于2022年，星期三双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路）1*31第31页，共69页，编

6、辑于2022年，星期三双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路）1*32第32页，共69页，编辑于2022年，星期三双调谐回路（耦合回路）双调谐回路（耦合回路）1*33第33页，共69页，编辑于2022年，星期三第二节作业v2.2.2，2.2.4，2.2.5*34第34页，共69页，编辑于2022年，星期三2.3.1 小信号谐振放大电路小信号谐振放大电路 晶体管的高频小信号等效模型晶体管的高频小信号等效模型高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性*35第35页，共69页，编辑于2022年，星期三高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器（high f

7、requency small signal amplifiers）*36第36页，共69页，编辑于2022年，星期三高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器（high frequency small signal amplifiers）*37第37页，共69页，编辑于2022年，星期三CberbbCbcrbcrbeubercegm ube1 晶体管的高频小信号等效模型晶体管的高频小信号等效模型eb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ube*38第38页，共69页，编辑于2022年，星期三yieyoeyreuceyfeube+u1-+u2-i1i2+ube-+uce-ib

8、ic二二 Y参数等效电路参数等效电路*39第39页，共69页，编辑于2022年，星期三yieyoeyreuceyfeube+ube-+uce-ibic*40第40页，共69页，编辑于2022年，星期三yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe*41第41页，共69页，编辑于2022年，星期三1*42第42页，共69页，编辑于2022年，星期三*43第43页，共69页，编辑于2022年，星期三45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc1.2.2 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器Rb1Rb2ReEc32154B1B2CLyLVT输入回路输入回路输出回路输出

9、回路晶体管晶体管*44第44页，共69页，编辑于2022年，星期三32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-32154B1B2CLyLVT*45第45页，共69页，编辑于2022年，星期三32154yieyoe yreuce yfeubeCyLL二、放大器性能参数分析：二、放大器性能参数分析：ib+ube-iC+uce-YiiC yfeubeyoe+uce-*46第46页，共69页，编辑于2022年，星期三yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYSiC*47第47页

10、，共69页，编辑于2022年，星期三yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiS+u54-+u31-+u21-+ube-iC yfeubeyoe+uce-*48第48页，共69页，编辑于2022年，星期三yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeYLyLyfeubeyoe+u54-+u31-+u31-p1yfeubep1yfeube+u31-*49第49页，共69页，编辑于2022年，星期三p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego+u31-*50第50页，共69页，编辑于2022年，星期三1B

11、*51第51页，共69页，编辑于2022年，星期三1*52第52页，共69页，编辑于2022年，星期三go二、放大器性能参数分析：二、放大器性能参数分析：+u31-*53第53页，共69页，编辑于2022年，星期三二、放大器性能参数分析：二、放大器性能参数分析：go+u31-*54第54页，共69页，编辑于2022年，星期三三、多级单调谐放大器三、多级单调谐放大器Au1Au2Aun*55第55页，共69页，编辑于2022年，星期三（2）n级放大器的矩形系数级放大器的矩形系数*56第56页，共69页，编辑于2022年，星期三利用参差调谐展宽调谐放大电路的通频带利用参差调谐展宽调谐放大电路的通频带

12、 参差调谐放大电路广泛应用于要求通频带较宽的小信号调谐放大电路中，常用的有双参差调谐（成对调谐）和三参差调谐放大电路。所谓双参差调谐是把n级放大电路中每两级作为一组。假设共有m=n/2组，每组中的两级放大电路均有相同的电路结构和性能，只是把其中的一级调谐在f1=f0+f1上，另一级调谐在f2=f0-f2上*57第57页，共69页，编辑于2022年，星期三当参差调谐频率满足f1=f0(1+1/2Q)和f2=f0(1-1/2Q)时，合成幅频特性为最为平坦；两级参差调谐放大器的选择性为：通频带为：如果将m组双参差放大电路级联，则总选择性为：通频带为：当通频带维持不变时，两组参差调谐放大电路的总增益，

13、仅下降到QL值恒定时，四级调谐在同一频率的单谐振回路放大电路总增益的(1.12)4/4=0.39 倍，大大缓和了通频带和增益之间的矛盾。*58第58页，共69页，编辑于2022年，星期三yieyreuceyfeubeyoeYSyL2.2.4 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性 实际上实际上yre0，即输出电压可以反馈到输入端，引起输入电流的，即输出电压可以反馈到输入端，引起输入电流的变化，从而可能使放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大，且变化，从而可能使放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大，且在相位上满足正反馈条件，则会出现自激振荡现象。在相位上满足正反馈条件，则会出现自激振荡现象。

14、1.共发射极放大器的最大稳定增益共发射极放大器的最大稳定增益 ubeuce 由于内反馈的存在，在放大器的输入端由于内反馈的存在，在放大器的输入端将产生一个反馈电压将产生一个反馈电压ube，定义稳定系数，定义稳定系数S:Sube(j)ube(j)ube(j)=-yreuce/(YS+yie)=-yreuce/y1uce(j)=-yfeube/(yL+yoe)=-yfeube/y2Sube(j)ube(j)=y1 y2/yfeyre 当当S为正实数时，表明为正实数时，表明ube(j)ube(j)同相，满足自激振荡的相位条件。同相，满足自激振荡的相位条件。当当|S|1时，时，|ube(j)|ube(

15、j)|，不满足振幅条件，放大器不会自激；当，不满足振幅条件，放大器不会自激；当|S S|1|1时，放大器不稳定。时，放大器不稳定。为使放大器远离自激状态而稳定地工作，单级放大器通常选为使放大器远离自激状态而稳定地工作，单级放大器通常选|S|510。*59第59页，共69页，编辑于2022年，星期三2.2.4高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性1.共发射极放大器的最大稳定增益共发射极放大器的最大稳定增益 当晶体管的工作频率远低于特征频率当晶体管的工作频率远低于特征频率fT时时:yfe|yfe|gm,yrejCbc，re90o 经推导得放大器的电压增益与稳定系数经推导得放大器的电压增益与稳

16、定系数S的平方根成反比的平方根成反比:当取当取S=1时，称为临界稳定，其电压增益称为临界稳定电压增益。时，称为临界稳定，其电压增益称为临界稳定电压增益。实际中常取实际中常取S=5，此时电压增益称为最大稳定增益。即为，此时电压增益称为最大稳定增益。即为*60第60页，共69页，编辑于2022年，星期三2.提高放大器的稳定性的方法提高放大器的稳定性的方法 一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳yre的值。的值。二二是是从从电电路路上上设设法法消消除除晶晶体体管管的的反反向向作作用用，使使它它单单向向化化，具具体体方方法法有有中中和法与失配法。和法与失配

17、法。中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路(中和中和电路电路)，来抵消晶体管内部参数，来抵消晶体管内部参数yre的反馈作用。的反馈作用。CNCL2L1VT2VT1ECCL1L2VT1VT2CNCbciN if 用一个电容用一个电容CN来抵消来抵消yre的虚部的虚部(反馈电容反馈电容)的影响，就可达到中和的目的。的影响，就可达到中和的目的。固定的中和电容固定的中和电容CN只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其它频率只能有部只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其它频率只能有部分中和作用。中和电路的效果

18、很有限。分中和作用。中和电路的效果很有限。*61第61页，共69页，编辑于2022年，星期三2.提高放大器的稳定性的方法提高放大器的稳定性的方法 失配法通过增大负载电导YL，进而增大总回路电导，使输出电路严重失配，失配法以牺牲增益来换取电路的稳定。用两只晶体管按共发一共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。VT1VT2 由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内部反馈减弱，稳定性大大提高

19、。部反馈减弱，稳定性大大提高。共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍较大；而共基电路虽然电流增益接近益仍较大；而共基电路虽然电流增益接近1，但电压增益却较大。所以二，但电压增益却较大。所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益都比较大，而且共发一共基电者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益都比较大，而且共发一共基电路的上限频率很高。路的上限频率很高。*62第62页，共69页，编辑于2022年，星期三2.3.2 集中选频的小信号谐振放大电路 集中选择性放大电路框图 宽带集成放大电路为电路提供足够高的电压增益，而集

20、中选择滤波器则满足电路的通频带宽和选择性高的要求 一一.集中选择性滤波器集中选择性滤波器 完全由无源元件组成的滤波电路称为无源滤波器，这种滤波器不但没有增益，而且还会对信号产生衰减（即使对于通带内的信号也是如此，但是对于阻带信号的衰减要远大于对通带信号的衰减），通常把对通带内信号的衰减程度称为插入损耗（简称为插损）。*63第63页，共69页，编辑于2022年，星期三 由滤波网络和加有反馈的放大器件共同组成的滤波电路称为有源滤波器。常用的滤波器种类很多，如高阶LC滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等 1.陶瓷滤波器陶瓷滤波器 陶瓷滤波器是由锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3压电陶瓷材料

21、（简称PZT)制成 电陶瓷片的等效电路和电路符号 陶瓷滤波器的主要特点是在具有较大电感量的同时，电容量却较小。这样一来，其等效Q值比常规LC滤波器要高很多。串联谐振频率 并联谐振频率 从几百kHz到几十MHz*64第64页，共69页，编辑于2022年，星期三2.声表面波滤波器（声表面波滤波器（Surface Wave Acoustic Filter,SWAF）声表面波滤波器是一种集成滤波器件，这种滤波器体积小、重量声表面波滤波器是一种集成滤波器件，这种滤波器体积小、重量轻、工作频率高（中心频率在轻、工作频率高（中心频率在5MHz 1GHz之间），尤其适合于高之间），尤其适合于高频、超高频工作。

22、频、超高频工作。声表面波滤波器结构示意图 其基片是采用石英、铌酸锂和钛酸钡等压电晶体制成，然后在基片表面蒸发上一层金属膜，再通过光刻工艺制成两组相互交错的叉指状金属电极换能器。声表面波滤波器的中心频率与通频带等性能，决定于压电晶体材料以及在其表面形成的叉指换能器的指条数目、疏密和长度等结构参数。*65第65页，共69页，编辑于2022年，星期三集成宽带放大电路实例集成宽带放大电路实例 1.运算放大器运算放大器AD818简介简介*66第66页，共69页，编辑于2022年，星期三应用AD818作为视频线缆驱动*67第67页，共69页，编辑于2022年，星期三设计集中选频谐振放大电路时的注意事项设计

23、集中选频谐振放大电路时的注意事项 选择性滤波器和宽带放电路的位置 电源的滤波 为了避免低频时产生自激，可以在各功能模块之间使用电容进行耦合，降低低频增益，从而避免低频自激。选择合适的放大电路，在小信号谐振放大电路中一般选用寄生反馈小的组合电路（如CE-CB电路）构成的宽带放大电路，而不采用反馈类型的集成宽带放大电路。*68第68页，共69页，编辑于2022年，星期三电子工艺的发展元器件的集成化趋势越来越明显 在高频集成电路中，集成芯片外的可调元件，尤其是LC回路日趋减少，使整机趋向单片化 集中选频放大电路由于采用了集成电路和集中选择性滤波器，因而体积小、可靠性高、稳定性能好、耗电少*69第69页，共69页，编辑于2022年，星期三