工学小信号调谐放大器总结课件.pptx

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1、上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器1 1、放大器的输入导纳 Yi？第1页/共60页2、放大器的电压增益=？上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器第2页/共60页2、放大器的电压增益=？上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器第3页/共60页3、放大器的功率增益上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器失配损耗插入损耗失谐状态的程度对功率的影响谐振时的最大功率增益第4页/共60页4 4、放大器的其他性能指标：上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器第5页/共60页5 5、高频小信号调谐放大器的稳定性上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器振荡的临界条件为：第6页/共60页5 5、高频小信号调谐放大器的

2、稳定性上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器放大器不稳定稳定性系数放大器稳定的临界状态放大器稳定第7页/共60页5 5、高频小信号调谐放大器的稳定性上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器 提高放大器稳定性的措施(1)中和法第8页/共60页5 5、高频小信号调谐放大器的稳定性上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器 提高放大器稳定性的措施(2)失配法信号源内阻与负载不相等称为失配状态。第9页/共60页第二章 射频电子系统中的放大器设计2.1 高 频 小 信 号 调 谐 放 大 器 总 结 与 习 题 讲 解 （）第10页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）第11页/共

3、60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）一、对高频头的主要性能要求 1.噪声系数小、功率增益高、放大器工作稳定 噪声对图像来说,表现为不规则的雪花样点状的干扰。电视机整机输出信噪比的好坏,主要取决于调谐器高放级噪声系数的大小。多级放大器总的噪声系数可以表示为 式中,NF1、NF2等为各级噪声系数，AP1、AP1等为各级功率增益。可见,提高调谐器的功率增益对于减少整机噪声十分重要。一般要求高频头的功率增益20 dB,噪声系数低于8 dB。第12页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）2.具有足够的通频带宽度和良好选择性高频调谐器应该具有从接收天线

4、感应得到的各种电磁信号中选取所需要的频道信号、抑制干扰的能力。因此要求它有合适的通频带和良好的选择性。一般要求高频调谐器镜频抑制比(IMR)大于40dB,中频抑制比(IFR)应大于50dB。彩色电视机除了希望通带不要太宽外,为了减少彩色失真,还希望频率特性通带内增益变化较平稳。第13页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）3.与天线、馈线有良好的匹配关系高频头的输入阻抗就是馈线的终端负载阻抗。而各种负载线都有一定的特性阻抗ZC(它只与传输线材料、结构形状及尺寸有关,而与终端负载、传输线的长度、始端信号源电动势无关)。如果负载阻抗ZL=ZC,则由天线送来的功率将完全为

5、负载所吸收,这时只有从天线向高频头传输的入射波,没有反向传输的反射波。如果ZLZC,则在馈线终端将会产生反射波,这样不仅使信号功率不能完全被高频头所接收,而且由于原入射波形成的电视信号与经反射后再次入射的电波形成的电视信号之间有一定的时延,从而使荧屏上显示的图像产生重影。为了便于匹配,调谐器输入、输出阻抗均设计为75,正好与电视机拉杆天线或共用天线分支器插孔的等效阻抗相同,采用特性阻抗为75的同轴电缆线直接相连就可以匹配。4.高放级应设有自动增益控制电路一般要求自动增益控制范围应达到20dB以上,以保证当天线输入电平,在一定范围内变化时,视放输出电压基本保持幅度稳定。第14页/共60页1、实际

6、电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）二、为了收看不同频道的电视信号,根据需要能改变(切换)信号的频道,即所谓高频调谐。调谐的方法有两种:机械调谐(改变LC回路的电感值)电子调谐(改变LC回路的电容)机械调谐；开关式高频头，转盘式高频头电子调谐:高频头的各调谐回路中的可变电容器件都采用变容二极管替代。变容二极管实质上就是一个结电容Cj随外加反向偏压变化范围比较大的PN结晶体二极管。2CB14变容管第15页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）变容管2CB14使谐振回路频率最大变比为第16页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）以

7、电视VHF频段为例,其最低频道中心频率为52.5 MHz,第12频道中心频率为219 MHz,其比值为4.17,显然2CB14变容管不能满足覆盖VHF全波段的要求。假若再考虑分布电容的影响,则变容管改变谐振回路变比还要小于2.45。因此,需将VHF范围内的12个频道划分为两个波段,15频道为低频段,612频道为高频段。采用电子开关切换电感线圈,以便得到高、低两个频段。低频段(15频道)频率变比为则变容管电容覆盖系数NC1=N21=2.82。高频段(612频道)频率变比为则变容管电容覆盖系数NC2=N22=1.64。这样,2CB14就都能满足频率覆盖的设计要求。第17页/共60页1、实际电路举例

8、例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）电子开关该电路要求开关二极管正向导通电阻小于1,以确保导通时的短路作用,要求其反向电阻大,并且反向结电容很小(小于1 pF),以保证截止时的交流开路作用。第18页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）三、输入回路电视机高频调谐器的输入回路应具有以下作用:频道选择(选台)和阻抗匹配,既要与高放输入端匹配,又要与天线馈线实现阻抗匹配抑制中频干扰和邻频道信号干扰对于天线的强输入信号给予一定的衰减等。1、选频电路选频电路用来完成选频及阻抗匹配两个任务,它是输入电路中的主要电路。为了满足选频的要求,选频电路通常都是由电感和电容组成的单调

9、谐的谐振回路。常用基本选频电路结构形式如图所示。第19页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）第20页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）RS=？Ri=？谐振电路总电感为:L=L1+L2谐振电路总电容为:选频电路本身损耗为 R0=0LQ0阻抗匹配第21页/共60页1、实际电路举例例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）此电路的选择性用有载品质因数QL表征:,一般取B=8 MHz。插入损耗的存在造成了电视机噪声系数增大和灵敏度降低。选频电路本身存在损耗电阻R0,因此在信号的传输系统中插入它以后,必然要增加一些功率损耗。插入损耗用分贝表示为

10、选频电路的插入损耗第22页/共60页1、实际电路举例中频吸收电路l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）四、中频抑制电路为了提高高频头对中频干扰信号的抑制能力,通常在输入回路中加入中频吸收电路,或称为中频抑制电路。第23页/共60页1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）三、高 频 放 大 器高频放大器的主要任务是放大高频电视信号,它的增益、噪声系数等主要指标对整机性能有极其重要的影响。对高放级的要求是:(1)因为整机的噪声系数主要由高放级决定,因此要求高放级的噪声系数尽可能小,一般应小于5 dB。故要求采用噪声系数小于3 dB的晶体管。(2)有较高而稳定的功率增益,且要求

11、对不同频道的增益比较均匀。高放级增益约20 dB以上,频道之间的增益差应小于10 dB。(3)具有良好的选择性和足够宽的通频带。要求幅频特性-3 dB带宽大于8 MHz,-6 dB带宽小于18MHz。(4)具有自动增益控制作用,高放级的增益可控范围应大于20 dB。第24页/共60页1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）双调谐电路具有较理想的双峰频率响应曲线。高频放大器原理电路第25页/共60页1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）R1R4R3R2C5C1,C2,L1C3,C4,L2阻抗匹配Cb机械调谐器高频放大器第26页/共60页1、实际电路举例l例一

12、：高频调谐器（频道选择器）（高频头）电子调谐式高频放大器C1,L1,VDT1C2,L2,VDT2C3C3,L3VD,R1,R2第27页/共60页1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）高频放大器基本上是一个窄带放大器(中心频率与通频带之比大于10),因此它的负载都采用选择性好、接近理想矩形曲线的双调谐电路。以图(a)为例,忽略偏置元件和中和元件,即得到交流等效电路。绘出晶体管Y参数高频等效电路如图所示。第28页/共60页1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）互感耦合双调谐回路的耦合系数为互感耦合双调谐回路的耦合系数为1 1）电压增益）电压增益 第29页/共

13、60页1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）l四、高放级的功率增益 可见,耦合双回路当=1和1时,它们谐振曲线的峰值是相同的,都达到了输出的最大值Umax,或者说,在此峰值时满足了最大功率传输和阻抗匹配条件。因此,双调谐回路高频放大器的最大功率增益就等于晶体管的最大功率增益。第30页/共60页1、实际电路举例例2、双栅场效应管放大电路放大电路双栅N沟道MOS场效应管,。双栅场效应管与普通三极管比较,具有下面三个突出优点:(1)场效应管线性范围宽、AGC控制灵敏,控制范围大。(2)两个栅极均能控制沟道电流,使用方便。高频电视信号从g1栅极输入,控制输出,AGC电压从g2栅极输

14、入,控制场效应管内导电沟道的大小,从而实现对增益的控制。(3)噪声小。第31页/共60页1、实际电路举例例2、双栅场效应管放大电路放大电路R7,R8,R9,R10,C14R11L9C11,C15R6、R5、C12第32页/共60页1、实际电路举例例2、寻呼机的射频放大电路寻呼机的射频放大电路图中两个晶体管组成共射共基极级联电路图中两个晶体管组成共射共基极级联电路。第33页/共60页例例3：超外差收音机中频放大器电路图：超外差收音机中频放大器电路图1、实际电路举例第34页/共60页例例4：收音机中放级电路图：收音机中放级电路图1、实际电路举例第35页/共60页高频放大器设计与制作2、实际电路设计

15、举例第36页/共60页放大电路可以说是模拟信号处理电路的基本单元，尤其对高频接收机与发射机而言。在接收机里，放大电路要将从天线所输入的V单位的小信号加以放大，在发射机方面，功率放大电路也要将信号放大至以W为单位的信号级别。高频放大电路所要求的特性对于有用频带的功率增益要高在直流放大和低频放大电路中，增益(Gain)一般是指电压增益；而在高频电路中，增益一般常用功率增益来表示。例如，在图所示的电路中，由天线所输入的信号为-30dBm(0.00lmW)，当高频放大器的功率增益为25dB时，输出信号变成为-5dBm。图中高频电路的增益为功率增益(在高频放大器中，一般是以每级功率增益限制在2030dB

16、的程度来设计。如图若输入信号为-30dBm，增益为25dB时，放大后的信号成为-5dBm。)2、实际电路设计举例例5、高频放大器设计与制作第37页/共60页产生的噪声要很小S/N称为信噪比，常用于表示信号的品质，反映具体信号中有用信号和噪声的比率。由于放大器在放大信号的同时，内部本身也会产生噪声，故信号在输出端较之输入端的S/N值要小，品质会变差。对于由于放大而造成信号S/N变化，可以用噪声系数NF表示。理想放大器的NF为0dB。下图所示的为改善NF的例子，在噪声指数为8dB的接收机，连接前置放大器(pre-amplifier)的高频放大器。此时的前置放大器的NF为2dB，功率增益为25dB。

17、因此，连接前置放大器後的NF可以用以下公式表示。将数值代人此公式，可以得到连接前置放大器后的NF成为NF=10log1.58+(6.3-1)/316=2.03dB由此可以看出，加入前置放大器，可以改善全体的NF，而得到高增益，低噪声的放大器。改善噪声系数NF第38页/共60页实际电路举例FM调谐器用高频放大器电路图本高频小信号放大器的设计要求输入输出阻抗与同轴电缆线的特性阻抗匹配，定为50。如果所通过的频带为78M88MHz，频带宽BW成为10MHz，则中心频率为83MHz。放大器的功率增益Ap定为20dB(100倍)以上，在放大器内所产生的噪声指数NF(Noise Figure)为3 dB以

18、下。第39页/共60页 2K241参数第40页/共60页从这些参数可以看出：2SK241的内部是由输入阻抗很高的源极接地电路与回授电容量很小的栅极接地电路组合而成，非常适合做为高频放大的用。FM调谐器用高频放大器电路图L1：0.8mm镀镍线，卷绕4圈内径11mm拉长至7mm。抽头为由接地算起往上方1圈处。L2：0.8mm镀镍线，卷绕3.5圈内径9mm拉长至8mm。(由於输入输出回路的谐振电路为空芯线圈，可以用手卷绕。整个放大电路使用VHF放大，电路形式采用FET2SK241GR做源极接地。)第41页/共60页习题讲评第42页/共60页第43页/共60页第44页/共60页1、有一并联回路在某频段

19、内工作，频段最低频率为535 kHz，最高频率1605 kHz。现有两个可变电容器，一个电容器的最小电容量为12 pF，最大电容量为100 pF；另一个电容器的最小电容量为15 pF，最大电容量为450 pF。试问：1）应采用哪一个可变电容器，为什么？2）回路电感应等于多少？3）绘出实际的并联回路图。第45页/共60页解：第46页/共60页2、给定并联谐振回路的f 0 5MHZ，C50 pF，通频带2 f 0.7150 kHz。试求电感L、品质因数Q 0以及对信号源频率为5.5 MHz 时的失调。又若把2 f 0.7加宽至300 kHz，应在回路两端再并联上一个阻值多大的电阻。第47页/共60

20、页3、如图所示。已知L0.8H，Q 0100，C 1 C 2 20 pF，C i 5 pF，R i10 k，C 0 20 pF,R 0 5 k。试计算回路谐振频率，谐振阻抗（不计R 0和R i时）、有载Q L值和通频带。第48页/共60页习题讲评:1-1采用部分接入形式问题：1、设计后无电路图！2、参数一致性！第49页/共60页习题讲评:1-2问题：1、设计后无电路图！2、参数一致性！12 有一个并联谐振回路工作于中波频段535kHz1605kHz。现有两个可变电容，一个变化范围为12pF100pF，另一个为15 pF450pF。试问：(1)应采用哪种可变电容?为什么?(2)回路电感L？(3)

21、为保证足够的频率刻度精度，实际的并联谐振回路应如何设计?电容1：电容2：第50页/共60页习题讲评:1-2问题：1、题目有错！12 有一个并联谐振回路工作于中波频段535kHz1605kHz。现有两个可变电容，一个变化范围为12pF100pF，另一个为15 pF450pF。试问：(1)应采用哪种可变电容?为什么?(2)回路电感L？(3)为保证足够的频率刻度精度，实际的并联谐振回路应如何设计?则可变电容的选择应满足：电容2：选择15pF450pF的可变电容是恰当的，同时考虑到频率在535kHz-1605kHz波段内变化，因此选择一电容与可变电容15pF450pF并联以满足：选第51页/共60页习

22、题讲评:1-3问题：1、串联谐振是电压谐振！2、求ZX!l3串联回路如习图11所示，将11端短路，C调到100PF时谐振，电容C两端的电压为10V，如11端串接入阻抗，已知，此时C调到200pF时重新谐振，C两端电压变成2.5V。求电感L，回路空载品质因数及。1）11端短路时，谐振：第52页/共60页习题讲评:1-4第53页/共60页习题讲评:1-5第54页/共60页习题讲评:1-6输入匹配解得第55页/共60页习题讲评:1-7第56页/共60页作业：一、填空题1、在单级单调谐振放大器中，谐振时的电压增益Kvo=有载QL=，通频带BW0.7=，矩形系数K0.1为。2、n级同步单调谐振放大器级联

23、时，n越大，则总增益越，通频带越，选择性越。3、为了提高谐振放大器的稳定性，一是从晶体管本身想办法，即选Cbc的晶体管；二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，具体采用法和法。第57页/共60页作业：二、单项选择题1、单级单调谐放大器的通频带BW0.7为_。(1)QL/f0(2)f0/QL(3)f0/2QL其矩形系数K0.1约为_（1）1（2）5（3）10（4）1002、LC并联谐振回路两端并上一个电阻可以_。（1）增加谐振电阻值（2）提高回路品质因数（3）提高谐振频率（4）加宽频带3、单级单调谐放大器的通频带BW0.7_。(1)等于空载LC调谐回路的通频带（2）大于空载LC调谐回路的通频带(3)小于空载LC调谐回路的通频带（4）以上情形都可能4、为了展宽单调谐放大器的通频带，可以_。（1）在负载回路两端并联电阻（2）增大负载回路谐振电阻（3）负载回路与晶体管之间采用阻抗变换电路（4）降低晶体管的工作电流第58页/共60页第二章作业没做完的继续做！完成前面的作业。下周停课一次，课程顺延！第59页/共60页感谢您的观看。第60页/共60页