西南科大-高频电子线路课件第二章.ppt

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1、2.1 LC谐振与阻抗变换电路vLC谐振回路的主要特点就是具有选频作用：由多种频率分量组成的输入信号，经过谐振回路，只选出某些频率分量，而对其他的频率分量有不同程度的抑制作用。vLC谐振回路由电感和电容组成，根据连接方式不同可以分为串联谐振回路和并联谐振回路两种。vLC谐振回路是构成高频谐振放大器、正弦波振荡器及各种选频电路的基础电路。2.1.1 阻抗的串、并联变换等等效效变变换换的的原原则则是是等等效效变变换换前前的的电电路路与与等等效效变变换后的电路阻抗相等换后的电路阻抗相等等等效效变变换换前前后后回回路路的的品品质因数应该相等质因数应该相等当当Q值较大值较大(10)时时串串联联电电路路变

2、变换换成成等等效效的的并并联联电电路路后后，Xp与与Xs性性质质相相同同，大大小基本不变，而小基本不变，而Rp是是Rs的的Q2倍倍2.1.2 串、并联谐振回路的基本特性1串联谐振回路串联谐振回路电电感感L和和电电容容C串串联联形形成成回回路路，rL为为电电感感线线圈圈的的损损耗耗电阻，电容损耗可以忽略电阻，电容损耗可以忽略1)串联谐振回路阻抗的谐振特性串联谐振回路阻抗的谐振特性谐振频率谐振频率谐振时谐振时回路的品质因数回路的品质因数谐谐振振时时，串串联联谐谐振振回回路路电电容容和和电电感感的的电电压压幅度比端口电压大幅度比端口电压大Q倍。倍。1)串联谐振回路阻抗的谐振特性串联谐振回路阻抗的谐振

3、特性广义失谐广义失谐时，回路呈容性时，回路呈容性(相角为负值相角为负值)时，回路呈感性时，回路呈感性(相角为正值相角为正值)时，回路阻抗最小并呈纯电阻性时，回路阻抗最小并呈纯电阻性2)串联谐振回路的谐振曲线与通频带串联谐振回路的谐振曲线与通频带信信号号偏偏离离谐谐振振回回路路的的谐谐振振频频率率时时，谐谐振振回回路路的的幅幅频频特特性性下下降降为为最最大大值值的的(0.7)时时对对应应的频率范围，称为通频带，用的频率范围，称为通频带，用BW0.7表示。表示。谐振回路的品质因数越大，通频带越窄谐振回路的品质因数越大，通频带越窄2并联谐振回路并联谐振回路谐振时谐振时回路呈感性回路呈感性回路呈容性回

4、路呈容性2.1.3 回路的部分接入与阻抗变换v信号源内阻或负载电阻直接并联在回路两端，将对回路的Q值、谐振频率影响较大，为解决这个问题，可用部分接入的阻抗变换电路，将它们折算到回路两端，以改善对回路的影响。1变压器部分接入的并联谐振回路变压器部分接入的并联谐振回路变换前后回路元件功率相等变换前后回路元件功率相等变压器部分接入的并联谐振回路与等效电路变压器部分接入的并联谐振回路与等效电路定义接入系数为定义接入系数为折合到谐振回路后的电阻和电流源折合到谐振回路后的电阻和电流源2电容、电感抽头的部分接入并联谐振回路电容、电感抽头的部分接入并联谐振回路抽头接入并联谐振回路与等效电路抽头接入并联谐振回路

5、与等效电路变换前后回路元件功率相等变换前后回路元件功率相等接接入入系系数数折合到谐振回路后的电阻和电流源折合到谐振回路后的电阻和电流源【例例2.1】图图2.9(a)所所示示为为LC并并联联谐谐振振回回路路的的应应用用原原理理图图。信信号号源源和和负负载载以以变变压压器器方方式式接接入入回回路路。已已知知线线圈圈绕绕组组的的匝匝数数分分别别为为N12=10，N13=50，N45=5，L13=10mH，回回路路固固有有品品质质因因数数Q0=100，C=100pF，Rs=10k，Is=1mA，Cs=100pF，RL=2kW。试试求求实实际际回回路路的的品品质质因因数数QL、通通频频带带BW0.7和和

6、谐谐振振时时的的输输出电压出电压Uo。图图2.9解：将图解：将图2.9(a)等效为图等效为图2.9(b)，各等效元件的参数计算如下，各等效元件的参数计算如下回路的等效总电感不变仍为回路的等效总电感不变仍为L13，而回路的等效总电容，而回路的等效总电容C为为回路的实际谐振频率为回路的实际谐振频率为回路电感本身的等效损耗并联电阻为回路电感本身的等效损耗并联电阻为等效后的回路谐振电阻等效后的回路谐振电阻有载品质因数有载品质因数通频带通频带谐振时的输出电压谐振时的输出电压【例例2.2】某某接接收收机机输输入入回回路路的的简简化化电电路路如如图图2.10所所示示。已已知知C1=5pF，C2=15pF，R

7、s=75，RL=300。为为了了使使电电路路匹匹配配，即即负负载载RL等等效效到到LC回回路路输输入端的电阻入端的电阻RL=Rs，线圈初、次级匝数比，线圈初、次级匝数比N1/N2应该是多少？应该是多少？图图2.10解：由图可见，这是自耦变压器电路与电容抽头式电路的级联。解：由图可见，这是自耦变压器电路与电容抽头式电路的级联。RL等效到等效到两端的电阻为两端的电阻为RL等效到输入端的电阻为等效到输入端的电阻为如要求如要求RL=Rs，则，则所以有所以有2.2 小信号谐振放大器v小信号选频放大器可分为两类：一类是以调谐回路为负载的调谐放大器，另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。v调谐放大器常由晶

8、体管等放大器件与LC并联谐振回路或耦合谐振回路构成。v集中选频放大器把放大和选频两种功能分开，放大作用由宽频带放大器承担，选频作用由晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等承担。2.2.1 晶体管的Y参数等效电路晶体管共发射极电路晶体管共发射极电路晶体管的晶体管的Y参数网络方程参数网络方程晶体管的晶体管的Y参数等效电路参数等效电路Yoe称为输出导纳，称为输出导纳，goe、Coe分分别别称称为为输输出电导和输出电容出电导和输出电容Yie称为输入导纳，称为输入导纳，gie、Cie分分别别称称为为输输入电导和输入电容入电导和输入电容正向传输导纳正向传输导纳反向传输导纳反向传输导纳2.2.2 单调谐回

9、路谐振放大器单调谐回路谐振放大器及其等效电路单调谐回路谐振放大器及其等效电路取取Yre=0单调谐回路谐振放大器及其等效电路单调谐回路谐振放大器及其等效电路gp表示电感线圈的等效并联损耗电导表示电感线圈的等效并联损耗电导放大器输出电压放大器输出电压1电压增益电压增益与谐振电压增益与谐振电压增益谐振电压增益谐振电压增益负负号号表表示示放放大大器器的的输输出出电电压压与与输输入入电电压压之之间间反反相相，但但由由于于Yfe是是复复数数，有有一一个个相相角角fe，因因此此，一一般般来来说说，放放大大器器输输出出电电压压与与输输入入电电压压之之间间的的相相位位并并非非正正好好相差相差1802放大器的通频

10、带放大器的通频带相对电压增益相对电压增益通频带通频带3矩形系数矩形系数理理想想的的谐谐振振放放大大器器的的谐谐振振曲曲线线应应该该是是矩矩形形，即即对对频频率率在在通通频频带带范范围围内内的的信信号号完完全全放放大大，对对频频率率在在通通频频带带范范围围外外的的信信号号完完全全抑抑制制。为为了了衡衡量量实实际际谐谐振振放放大大器器的的谐谐振振曲曲线线与与理理想想矩矩形形之之间间的的差差别别，我我们们使使用矩形系数这个指标，定义为用矩形系数这个指标，定义为单调谐谐振放大器单调谐谐振放大器理想的矩形系数为理想的矩形系数为1单调谐谐振放大器的选择性较差单调谐谐振放大器的选择性较差2.2.2 单调谐回

11、路谐振放大器单调谐回路谐振放大器及其等效电路单调谐回路谐振放大器及其等效电路取取Yre=0【例例2.3】单单调调谐谐放放大大器器如如图图2.13所所示示，下下级级采采用用与与本本级级相相同同的的电电路路，放放大大器器的的中中心心频频率率f0=465kHz，通通频频带带BW0.7=15kHz。已已知知晶晶体体管管在在中中心心频频率率及及工工作作点点上上的的Y参参数数为为：gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略略去去Yre的的影影响响；调调谐谐回回路路的的电电感感线线圈圈N13=120匝匝，L13=586H，Q0=150。试试确确定定回路

12、其他参数并计算放大器的增益。回路其他参数并计算放大器的增益。解：解：1)确定回路参数确定回路参数(1)确定回路有载品质因数、总电导值和电感损耗等效并联电导值。确定回路有载品质因数、总电导值和电感损耗等效并联电导值。(2)确定接入系数确定接入系数p1和和p2为了使输出功率尽量高，则要求电路满足匹配条件为了使输出功率尽量高，则要求电路满足匹配条件则有则有(3)确定回路外接电容确定回路外接电容C2)计算放大器的增益计算放大器的增益2.2.3 多级单调谐回路谐振放大器1电压增益电压增益每一级放大器的参数结构均相同每一级放大器的参数结构均相同谐振时总的电压增益谐振时总的电压增益2通频带通频带级数级数n1

13、234510.640.510.430.39频带缩减因子频带缩减因子3矩形系数矩形系数级数级数n1234569.954.663.743.383.193.072.562.2.4 调谐放大器的稳定性1.影响调谐放大器稳定性的因素影响调谐放大器稳定性的因素当当反反向向传传输输导导纳纳时时，反反馈馈等等效效导导纳纳，放放大大器器的的输输入入导导纳纳不不等等于于晶晶体体管管的的输输入入导导纳纳。输输出出电电压压影影响响输输入入电电流流，放放大大器器输输出出电电路路中中的的晶晶体体管管参参数数、和和集集电电极极负负载载导导纳纳均均对对放放大大器器输输入入导导纳纳有有影影响响。在在条条件件合合适适时时，放放大

14、大器器的的输输出出电电压压通通过过将将一一部部分分信信号号反反馈馈回回输输入入端端，形形成自激振荡。成自激振荡。2.提高调谐放大器稳定性的方法提高调谐放大器稳定性的方法1)失配法失配法当负载导纳很大时当负载导纳很大时失失配配是是指指信信号号源源内内阻阻与与晶晶体体管管输输入入阻阻抗抗不不匹匹配配，晶晶体体管管输输出出端端负负载载阻抗与本级晶体管的输出阻抗不匹配。阻抗与本级晶体管的输出阻抗不匹配。这这样样可可以以认认为为输输出出电电路路对对输输入电路没有影响入电路没有影响失失配配法法的的典典型型电电路路是是“共共发发-共基共基”组态级联的放大器组态级联的放大器2)中和法中和法中中和和法法是是指指

15、通通过过在在晶晶体体管管的的输输出出端端与与输输入入端端之之间间引引入入一一个个附附加加的的外外部部反反馈馈电电路路(称称为为中中和和电电路路)来来抵抵消消晶晶体体管管内内部部参参数数Yre的的反反馈馈作用。作用。3)中和法与失配法比较中和法与失配法比较 中和法：中和法：优点：简单，增益高优点：简单，增益高 缺点：缺点：只能在一个频率上完全中和，不适合宽带只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。批量生产。采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参 数变化没有改善效果。

16、数变化没有改善效果。失配法：失配法：优点：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。缺点：增益低。2.3 集中选频放大器集中选频放大器组成集中选频放大器组成特点：调整简单，电路稳定性较好特点：调整简单，电路稳定性较好1压电陶瓷滤波器压电陶瓷滤波器压电效应：形变压电效应：形变电压电压谐振谐振2声表面波滤波器声表面波滤波器SAWF特点：体积小，重量轻，带宽特点：体积小，重量轻，带宽较宽（较宽（30%）,K0.1

17、1工作频率工作频率:1MHZ1GHZ采用专用集成电路采用专用集成电路2.3.1 集中选频滤波器1陶瓷滤波器陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器的构成和图形符号四端陶瓷滤波器的构成和图形符号压压电电陶陶瓷瓷片片等等效效电电路路压压电电陶陶瓷瓷片片阻阻抗抗频频率率特特性性2声表面波滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器结构示意图和图形符号声表面波滤波器结构示意图和图形符号声表面波声表面波滤滤波器具有下列波器具有下列优优点。点。(1)工工作作频频率率高高，中中心心频频率率在在10MHz1GHz之之间间，且且频频带带宽宽，相相对对带带宽宽为为0.5%25%。(2)尺尺寸寸小小，重重量量轻轻；动动态态范范围围大大，可可

18、达达100dB。(3)由由于于利利用用晶晶体体表表面面的的弹弹性性波波传传送送，不不涉涉及及电电子子的的迁迁移移过过程程，所所以以抗抗辐辐射射能力能力强强。(4)温度温度稳稳定性好。定性好。(5)选择选择性好，矩形系数可达性好，矩形系数可达1.2。均均匀匀叉叉指指换换能能器器幅幅频频特特性性曲曲线线2.3.2 小信号选频放大器举例1二级中频放大器二级中频放大器仿真仿真2MC1590构成的选频放大器构成的选频放大器3彩电图像中频放大电路彩电图像中频放大电路本 章 小 结vLC串、并联谐振电路的谐振特性，谐振频率、Q值、通频带、矩形系数。v单调谐回路谐振放大器的构成与Y参数等效电路模型。v集中选频滤波器。作业3，5，7，9