高频电子线路第2章

第2章小信号选频放大电路小信号选频放大电路处于接收机什么位置？起何作用？小信号选频放大电路如何构成？有哪些类型？如何分析小信号选频放大电路？如何计算增益、带宽等参数？2.1LC谐振与阻抗变换电路LC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。LC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。LC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、并联变换等效变换的原则是等效变换前的电路与等效变换后的电路阻抗相等22ppppppss2222ppppppjjjjRXRXRXRXRXRXRX等效变换前后回路的品质因数应该相等psspRXQRXps21RRQ2sp21QXXQ2ps1RQRps211XXQ当Q值较大(10)时2psps,RQRXX串联电路变换成等效的并联电路后，Xp与Xs性质相同，大小基本不变，而Rp是Rs的Q2倍2.1.2串、并联谐振回路的基本特性1．串联谐振回路电感L和电容C串联形成回路，rL为电感线圈的损耗电阻，电容损耗可以忽略1)串联谐振回路阻抗的谐振特性s1jLZrLCsss1jLUUIZrLC谐振频率00112fLCLC或谐振时sminLZrsmaxLUIrsmaxs000smax0s1jjjjjjCLLLUUIQUCCrLUUILQUr回路的品质因数0011LLLLLQrCrrC谐振时，串联谐振回路电容和电感的电压幅度比端口电压大Q倍。1)串联谐振回路阻抗的谐振特性sss021j1jeLLZrQrZ002Q广义失谐2ss1,arctanLZr000时，回路呈容性(相角为负值)时，回路呈感性(相角为正值)时，回路阻抗最小并呈纯电阻性smin1LLZrQC2)串联谐振回路的谐振曲线与通频带max00111j1jIIQ2maxmax11IIIIarctan信号偏离谐振回路的谐振频率时，谐振回路的幅频特性下降为最大值的(≈0.7)时对应的频率范围，称为通频带，用BW0.7表示。1/200.70.72fBWfQ谐振回路的品质因数越大，通频带越窄2．并联谐振回路LrLCCIC.Ir.rpIL.L(a)(b)(c)(d)+-U.I.ff0BW0.711/2Q1Q2Q1Q20U/Umax|Zp(ω)|φp(ω)2π02π|Zp(ω)|φp(ω)感性容性p0pppp00p0p1111121j1j1j1jrYCQZrLrLrrppp2,arctan1rZp0pp0rCQCrrLL2max11UU00.7fBWQ0max0psspmaxss00jjjjjjCLICUCrIQIrUIIQILL谐振时ppmaxLZrQCmaxspUIr0011,2fLCLC00回路呈感性回路呈容性02.1.3回路的部分接入与阻抗变换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换前后回路元件功率相等222213451312s12s13ssLL,UUUUIUIURRRR，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454512121213131313UNUNppUNUN，折合到谐振回路后的电阻和电流源ssLL2212s1s11RRRRppIpI，2230211131220102432022213201212111()()IUCCpUCCICCUILLpUILLLL2．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变换前后回路元件功率相等222223134313s23s13ssLLUUUUIUIURRRR，，接入系数ssLLs1s221211RRRRIpIpp，，折合到谐振回路后的电阻和电流源121212CCCCCLLL221ZZpYpY或p外接电路两端的电压回路两端的电压与外电路相连的那部分电抗回路参与分压的同性质总电抗ssIpI一般关系【例2.1】图2.9(a)所示为LC并联谐振回路的应用原理图。信号源和负载以变压器方式接入回路。已知线圈绕组的匝数分别为N12=10，N13=50，N45=5，L13=10mH，回路固有品质因数Q0=100，C=100pF，Rs=10kW，Is=1mA，Cs=100pF，RL=2kW。试求实际回路的品质因数QL、通频带BW0.7和谐振时的输出电压Uo。图2.9解：将图2.9(a)等效为图2.9(b)，各等效元件的参数计算如下451212131311510NNppNN，22s1ss1sss2ss212s1s211j(j)510250(k)1004(pF)5YpYCpCRRRRpCpC因为所以2LL22102200(k)RRp回路的等效总电感不变仍为L13，而回路的等效总电容CΣ为s1004104(pF)CCC回路的实际谐振频率为061213114.935(MHz)22101010410fLC回路电感本身的等效损耗并联电阻为66p0010024.93510101031000()rQL等效后的回路谐振电阻sLp////250//200//3124.24(k)RRRr有载品质因数3L6601324.241078.224.935101010RQL通频带600.7L4.9351063.11kHz78.2fBWQ谐振时的输出电压33o2o2s21s11024.24100.485(V)510UpUpIRppIR【例2.2】某接收机输入回路的简化电路如图2.10所示。已知C1=5pF，C2=15pF，Rs=75W，RL=300W。为了使电路匹配，即负载RL等效到LC回路输入端的电阻R′L=Rs，线圈初、次级匝数比N1/N2应该是多少？图2.10RsLRN1N2LRC2C1RLL图2.10例2.2图解：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Ｌ两端的电阻为212LLLL221116CCRRRRpCR″L等效到输入端的电阻为22211L1LLL2216NNRpRRRNN如要求R′L=Rs，则21Ls216NRRN所以有s12L0.12516RNNR2.2小信号谐振放大器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。调谐放大器常由晶体管等放大器件与LC并联谐振回路或耦合谐振回路构成。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的Y参数网络方程bbeceierecbecefeoeIYUYUIYUYU晶体管的Y参数等效电路cebiebe0UIYUbecoece0UIYUYoe=goe+jωCoe，goe、Coe分别称为输出电导和输出电容Yie=gie+jωCie，gie、Cie分别称为输入电导和输入电容cecfebe0UIYUbebrece0UIYU正向传输导纳反向传输导纳2.2.2单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器及其等效电路ReCeLaC1R2V1R1CL23415UCCV2(a)V1CL23514YL(b)1rT2rTL2C35YL14YoeYfeUbe.＋－Yiec＋－bUbe.e(c)Uo.L2C3514goeYfeUbe.＋－Coe(d)Uo.CLgL12113NpN45213NpN取Yre=0p1YfeUbe.g'oeC'oe13LCgpg'LC'L(e)p1YfeUbe.GΣLC＋－U'o.(f)Σ31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222oeoeoe1oe1oe1oejjYgCpYpgpC222LLL2L2L2LjjYgCpYpgpC22poeLp1oe2LGggggpgpg22poeLp1oe2LCCCCCpCpC放大器输出电压12febe12febe12febeo2o0112j[1j()](1j)jppYUppYUppYUUpUfGCGCGGQLLfCGLGQ0010221oe2L1122()fLCLCpCpC1．电压增益与谐振电压增益uA0uAoo12feibe02(1j)uUUppYAfUUGQf谐振电压增益12fe012fe00uuuppYAGppYAAG负号表示放大器的输出电压与输入电压之间反相，但由于Yfe是复数，有一个相角∠φfe，因此，一般来说，放大器输出电压与输入电压之间的相位并非正好相差180°2．放大器的通频带相对电压增益00121juuAfAQf200121()uuAAfQf通频带00.70.72fBWfQ3．矩形系数理想的谐振放大器的谐振曲线应该是矩形，即对频率在通频带范围内的信号完全放大，对频率在通频带范围外的信号完全抑制。为了衡量实际谐振放大器的谐振曲线与理想矩形之间的差别，我们使用矩形系数这个指标，定义为0.10.10.7BWKBW单调谐谐振放大器0.10.10299BWffQ0.10.10.79910BWKBW理想的矩形系数为1单调谐谐振放大器的选择性较差【例2.3】单调谐放大器如图2.13所示，下级采用与本级相同的电路，放大器的中心频率f0=465kHz，通频带BW0.7=15kHz。已知晶体管在中心频率及工作点上的Y参数为：gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55μS，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略去Yre的影响；调谐回路的电感线圈N13=120匝，L13=586μH，Q0=150。试确定回路其他参数并计算放大器的增益。p1YfeUbe.g'oeC'oe13LCgpg'LC'L(e)p1YfeUbe.GΣLC＋－U'o.(f)Σ31解：1)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。3030.746510311510fQBW3601118.9(S)3124651058610GQLp3600113.9(S)15024651058610gQL(2)确定接入系数p1和p2为了使输出功率尽量高，则要求电路满足匹配条件221oe2ieppgpgg则有221oe2iep112131oep245132ie22()0.411200.4149220.121200.12142GpgpggGpNNpgGgpNNpg(3)确定回路外接电容C232602222o