第2章高频放大电路-小信号谐振2

1第二章高频放大电路2/39回顾1高频电路中的无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特性–电感和电容上的电压均为信号源电压的Q0倍–相位相反Q无功功率有功功率01LC00011LLQrCrrC3/39回顾2LC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的Q0倍–相位相反,电流谐振PLRCr000PLQrRL4/39回顾3电容分压耦合连接–接入系数自耦变压器耦合连接–设接入系数'2LLRRp112CpCC22LNpLN'2LLRRp5/39内容提要小信号谐振放大电路的指标单谐振回路多级谐振放大电路参差调谐放大电路集中选频小信号谐振放大器内容提要6/39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，主要起选频、放大作用通常指负载具有谐振特性(或选频特性)的放大电路。作用–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用信号并且加以放大–有效地抑制其它的无用信号(称为干扰信号)（选频）由于输入信号小，工作于甲类放大状态综述第三节：小信号谐振放大电路7/39小信号谐振放大电路的技术指标第三节：小信号谐振放大电路0()uAf0uA012uA00.1uA0f0f0.7BW0.1BW理想谐振放大电路及实际谐振放大电路的幅频特性曲线谐振增益0uA窄带/宽带谐振放大电路：BW0.7与f0的相对大小通频带BW0.7:3dBBW0.1：20dB8/39通频带与选择性矛盾通频带越宽，对特定频率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第三节：小信号谐振放大电路0()uAf0uA012uA00.1uA0f0f0.7BW0.1BW选择性：反映谐振回路对于通频带以外的各种带外信号的抑制能力0()uuAfSA9/39稳定性–放大电路的增益、中心频率、通频带、幅频特性噪声系数小信号谐振放大电路的技术指标第三节：小信号谐振放大电路0()uAf0uA012uA00.1uA0f0f0.7BW0.1BW•矩形系数0.70.1BWDBW10/39小信号谐振放大电路的组成方法第三节：小信号谐振放大电路方法一：将单级谐振放大电路级联起来，构成多级放大电路，称作分散选频放大电路方法二：用集成宽带放大电路和具有相应选频特性的窄带滤波器构成谐振放大电路，称作集中选频放大电路11/39分散选频小信号谐振放大电路的构成第三节：小信号谐振放大电路IU2bR1bRbCeReCVTC123L45LY0UCE并联谐振回路作为输出负载的单调谐回路谐振放大电路IU2bR1bRbCeReCVT1CM0UCE耦合谐振回路作为输出负载的双调谐回路谐振放大电路1L2L2CcCLY12/39画出放大器的交流通路；将晶体管用其高频等效电路替代；利用高Q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路折合至整个回路的两端；计算出回路总Q值、谐振增益、通频带及矩形系数等分散选频小信号谐振放大电路的构成第三节：小信号谐振放大电路13/39单调谐回路谐振放大电路(一)第三节：小信号谐振放大电路IU2bR1bRbCeReCVTC12L45LY0UCE3iU11y21iyU22yC12345LY0UL121inyUCgCC02UnL11213/nNN24513/nNN12212()()1()arctanCuAnnyRA0002LLQQ01CLC：回路谐振角频率00CLCCRQCRL：回路等效品质因数14/39单调谐回路谐振放大电路(二)第三节：小信号谐振放大电路0012210122100()()()uuCLcAAnnyRQnnyC121inyUCgCC02UnL11213/nNN24513/nNN12212()()1CunnyRA02LQLQ谐振增益及通频带与的关系可见增大回路的品质因数能够提高谐振增益00CLCCRQCRL：回路等效品质因数15/39需要考虑到器件极间电容所造成的内反馈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行。设计时必须在计算的基础上用实验方法进行手动调测单调谐回路谐振放大电路设计第三节：小信号谐振放大电路16/39LC谐振回路的选频特性--并联谐振归一化第三节：小信号谐振放大电路1S0SCrjCLLLCrIVVI2000001()1()arctanMVMVQQ17/39LC谐振回路的选频特性随着Q值的增大，曲线变得更加尖锐，回路的频率选择性也随之增强单位频率变化引发的相位变化随Q值的增大而增大。信号频率相对偏移较小时，相移与相对角频差成线性关系第三节：小信号谐振放大电路18/39LC谐振回路的选频特性：Q值与带宽第三节：小信号谐振放大电路2001()1MQ12HfLf0.7BW00000.7022/HLHLfffQfffQBWfffQ00220019/39Q值与带宽与成反比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相互矛盾。要想获得同样的通频带宽和高的Q值，可以升高谐振频率第三节：小信号谐振放大电路0.70/BWfQ0122100()()LucQAnnyCLC谐振回路的选频特性：Q值与带宽20/39单谐振回路的矩形系数是一个定值，与回路参数无关。Q增，回路的选择性提高，3dB带宽也变窄第三节：小信号谐振放大电路2001()1MQ0.700.10/9.9/BWfQBWfQ00220012HfLf0.7BW0.70.10.1BWDBWLC谐振回路的选频特性：选择性21/39例题设该电路为高Q值回路，信号的中心频率为100Mhz，电容10pF(1)试计算线圈的电感值。(2)若线圈的无载品质因数为100，试计算此时的回路3dB带宽。(3)若放大器所需的带宽为2MHz，则应在回路上并联多大的电阻才能满足这一要求？第三节：小信号谐振放大电路LSICr012fLC262120110.253(2)(210010)1010LHfC0.70/100/1001BWfQMHz0LrQ120010015.921010PLLQRkLCrCCQ00.7/100/250LQfBWSILPRCLR0LRQL7.85Rk15.9LPRRk22/39多级谐振放大电路的放大性能和选频特性第三节：小信号谐振放大电路()()nunuAA100.721nLfBWQ设把各级完全相同的n级单调谐回路谐振放大电路级联起来，则：211nnnSS0f0fnSn增加121n：3dB带宽缩减系数100.11001nLfBWQ110.7210.390.11001nnBWDBW23/39保持Q不变时，随着级联级数的增加，通频带将按(21/n-1)1/2倍减小若要求级联后的通频带保持单级放大电路的通频带宽度，必须展宽每级放大电路的通频带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第三节：小信号谐振放大电路1/11/00.70.72121nnnLfBWBWQ100.7LfBWQ24/39展宽调谐放大电路的通频带:参差调谐多级单调谐放大电路的特点–调节简单、增益高、通频带不宽、稳定性下降参差调谐–各级分别调谐在不同频率上–双参差调谐（成对调谐）–三参差调谐第三节：小信号谐振放大电路25/39展宽调谐放大电路的通频带:参差调谐第三节：小信号谐振放大电路0f1f2ff2f1f()vAf0ff()vAf10(11/2)LffQ20(11/2)LffQ424M00.72LfBWQ424mmM41/00.7221mmLfBWQf1f226/39展宽调谐放大电路的通频带:参差调谐第三节：小信号谐振放大电路单调谐级联双参差调谐级联级数42（相当于4级放大）BW0.7(f0/Q)0.431.1227/39电路形式:宽带放大器+特种滤波器宽带集成放大电路为电路提供足够高的电压增益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集中选频小信号谐振放大器第三节：小信号谐振放大电路集中选择滤波器宽带集成放大电路iu0u28/39无源滤波器–高阶LC滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器有源滤波器–滤波网络和加有反馈的放大器件共同组成集中选择滤波器第三节：小信号谐振放大电路29/39由压电陶瓷材料构成主要特点具有较大电感量电容量较小等效Q值比常规LC滤波器高很多陶瓷滤波器第三节：小信号谐振放大电路0CqLqCqr()a()b12sqqfLC000112qpsqqqCffCCCLCC30/39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三端陶瓷滤波器的工作频率：几百kHz到几十MHz主要缺点–工艺一致性差，频响曲线离散性大，–通频带窄陶瓷滤波器第三节：小信号谐振放大电路()a()b31/39声表面波滤波器工作原理何谓声表面波–声表面波是指一种能量集中在弹性体表面附近传播的波声表面波的激励:–压电基片(石英晶体、陶瓷等)作为导声体，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“叉指换能器”，由它激励﹑检测﹑控制声表面波。第三节：小信号谐振放大电路压电基片输入电信号负载AB吸声材料32/39声表面波滤波器工作原理第三节：小信号谐振放大电路交变信号uS作用于叉指换能器A声表面波B叉指换能器电信号负载。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，由此实现选频作用。下限频率受基片厚度限制，上限频率由叉指电极线宽决定。传播逆压电效应压电效应33/39声表面波滤波器特点–体积小、重量轻、工作频率高（中心频率在5MHz1GHz之间）–通频带宽、频响曲线一致性好、制造简单应用：通信﹑电视﹑卫星和宇航中心频率与通频带–压电晶体材料–叉指换能器的指条数目、疏密和长度等结构参数第三节：小信号谐振放大电路34/39集成宽带放大电路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第三节：小信号谐振放大电路3647215V15V1k1kivov750.1F2.2F0.1F2.2F35/39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电源产生耦合，通常采用去耦电路第三节：小信号谐振放大电路36/39总结小信号谐振放大电路的技术指标–谐振增益–通频带（3dB、20dB）–矩形系数–稳定性–噪声系数–单谐振回路的矩形系数是一个定值，与回路参数无关。–Q增，回路的选择性提高，3dB带宽也变窄00000.7022/HLHLfffQfffQBWfffQ•矩形系数0.70.1BWDBW0.70.10.1BWDBW0.109.9/BWfQ37/39保持Q不变时，随着级联级数的增加，通频带将按(21/n-1)1/2倍减小若要求级联后的通频带保持单级放大电路的通频带宽度，必须展宽每级放大电路的通频带总结1：多级单调谐回路谐振放大电路第三节：小信号谐振放大电路1/11/00.70.72121nnnLfB