高频小信号调谐放大器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.2,高频小信号调谐放大器,高频小信号调谐放大器的电路组成：,晶体管,和,LC,谐振回路。,2.2.1,晶体管高频等效电路,参数等效电路）。,另一是形式,等效电路（,）等效电路。,一是物理模拟（混合,2.2,一、混合,型等效电路,图,2.2.1,晶体管高频共发射极混合,型等效电路,；,基区体电阻,约,发射结电阻,折合到基极回路的等效电阻,约,几十欧到几千欧；,2.2.1,：发射结电容,约,10,皮法到几百皮法；,：集电结电阻,约,10k,10M,；,：集电结电容,约几个皮法；,：晶体管跨导,几十毫西门子以下；,各参数有关的公式如下：,其中,:,是发射极静态电流,是晶体管低频短路电流,是晶体管特征频率。,放大系数,2.2.1,注意,:,各参数均与静态工作点有关。,另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图,2.2.2,图（,a,）所示，图,(b),是简化等效电路。,图,2.2.2,晶体管高频共基极等效电路及其简化电路,2.2.1,二、参数等效电路,双口网络即具有两个端口的网络，如图,2.2.3,所示。,参数方程是选取各端口的电压为自变量,电流为应变量,其方程如下,图,2.2.3,双口网络,2.2.1,其中,四个参量均具有导纳量纲，即,所以参数又称为短路导纳参数,即确定这四个参数时必须使某一个端口电压为零,也就是使该端口交流短路。,2.2.1,图,2.2.4,共发射极接法的晶体管参数等效电路,2.2.1,如共发射极接法的晶体管,如图,2.2.4,所示,相应的参数方程为,式中，,分别称为输入导纳、反向传输导纳,正向传输导纳和输出导纳。,其中,图,2.2.4,共发射极接法的晶体管参数等效电路,三、参数与混合 参数的关系,2.2.1,2.2.2,单管单调谐放大器,一、电路组成及工作原理,图,2.2.5,高频调谐放大器的典型线路,（,a,）原理电路 （,b,）交流通路,1,、各元件的作用,构成晶体管的分压式电流反馈直流偏置电路，,以保证晶体管工作在甲类状态。,2.2.2,电容,C,B,、,C,E,对高频旁路，电容值比低频放大器中小得多。,LC,振荡回路作为晶体管放大器的负载，为放大器提供选频回路。振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配。,2.2.2,图,2.2.5,高频调谐放大器的典型线路,（,a,）原理电路 （,b,）交流通路,2,、简单工作原理,信号由输入端的高频变压器引入，晶体管放大器的负载为部分接入的振荡回路，该回路对输入信号频率谐振，即 。此时，回路呈现的阻抗最大，而对其它频率的阻抗很小，因而输入信号频率的电压得到放大，而其它频率信号受到抑制。同时振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配，以提供晶体管集电极所需要的负载电阻，从而在负载（下一级晶体管的输入）上得到最大的电压输出。所以，,振荡回路的作用是实现选频滤波及阻抗匹配。,二、电路性能分析,1,、放大器的小信号等效电路及其简化,图,2.2.6,单管放大器的小信号,（,a,）小信号等效电路 （,b,）简化电路,2.2.2,图中设,得到的小信号等效电路如下图所示。其中,其中,2.2.2,由图知：,所以,2,、电路性能分析,（,1,）电压放大倍数（增益）,2.2.2,谐振电压放大倍数（增益）,式中负号表示输出电压和输入电压之间的相位相差,。,同时，由于,是复数，其相角为 故放大器在回路谐振时，,。当工作频率较低时，,和,相位才相差,，即输出电压,和输入,电压,反相位。,谐振电压放大倍数（增益）的振幅值,2.2.2,和输入电压,之间,，而是,的相位差并不是,输出电压,结论：,电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数有关：,（,A,）为了增大,应选取,大,小的晶体管。,（,B,）为了增大,要求负载电导小,如果负载是下,小。,一级放大器,则要求其,（,C,）回路谐振电导,越小,越大。而,取决于,值,与,成反比。,回路空载品质因数,（,D,）,与接入系数,有关,但不是单调递增或,单调递减关系。由于,还会影响回路有载品质因数值,而,又将影响通频带,所以,的选择应全面考虑,选取,最佳值。,2.2.2,（,2,）、放大器的频率特性,其中幅频特性表达式为,图,2.2.7,放大器的谐振曲线,2.2.2,放大器的频率特性曲线如图示。,（,3,）放大器的通频带,令 ，得到放大器的通频带为,越高，放大器的通频带越窄，反之越宽。,（,4,）放大器的增益带宽积,将,代入,得到放大器的增益带宽积为,2.2.2,（,5,）矩形系数,（,6,）、结论,A,、晶体管选定以后（,值已经确定），接入系数,不变时，放大器的谐振电压增益,只决定于回路的总,电容,和通频带,的乘积。电容,越大，通频带,越宽，则增益,越小。,B,、要想既得到高的增益，又保证足够宽的通频带，除,2.2.2,了选用 大的晶体管外，还应该尽量减小谐振回路的总,电容 。,C,、,的减小与电路的稳定性相矛盾，减小,即应该,减小外接电容,C,，但分布参数的影响将加大，会造成电路不稳定。解决的方法采用,部分接入的方式,。,例,2.2.1,在图,2.2.5,中,已知工作频率,=30MHz,cc,6,2mA,。晶体管采用,3DG47,型,NPN,高频管，其参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下：,，,，,；,；,，,；,，,；,回路电感,14H,接入系数,，,，回路,空载品质因数,100,，,负载是另一级相同的放大器。求放大器的谐振电压增益 、通频带 ，且回路电容,C,取多少时，回路谐振？,2.2.2,解,：暂不考虑,的作用（,）。,根据已知条件可得,回路总电导,电压增益为,2.2.2,回路总电容,故外加电容,C,通频带,2.2.2,2.2.3,多级单调谐回路谐振放大器,当多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上时，称为多级单调谐放大器。,n,级放大器级联，则,总电压增益的振幅值,为,：,一、,电压增益,若每一级参数均相同，则,谐振电压增益,2.2.3,所以，单位谐振函数,二、通频带,n,级放大器的通频带,由上式知，,级联的放大器级数越多，总增益,越大，,但通频带,越窄。换句话说，当多级放大器带宽,确定后，级数越多，要求每一级的带宽越宽。,2.2.3,（,放大器多级级联动画,）,例,2.2.2,某中频放大器的通频带为,6MHz,，现采用两级或三级相同的单调谐放大器，对每一级放大器的通频带要求各是多少？,解,：根据式,(2.2.25),，当,n=2,时,所以要求每一级放大器的带宽,同理，当,n=3,时，要求每一级放大器的带宽,2.2.3,三、矩形系数,n,级单调谐放大器的矩形系数为,由该表知，级联的放大器级数越多，,虽有所改善，但,效果不大。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,9.95,4.8,3.75,3.4,3.2,3.1,3.0,2.94,2.92,2.9,2.56,由以上分析知，单调谐放大器的选择性差，增益和通频带的矛盾突出。改善放大器选择性和解决其增益与通频带之间的矛盾的有效方法之一是采用参差调谐放大器。,2.2.3,矩形系数与级数,n,的关系如下表所示：,2.2.4,参差调谐放大器,一、双参差调谐放大器,所谓双参差调谐，是将两级单调谐回路放大器的谐振频率，分别调整到略高于和略低于信号的中心频率。,图,2.2.8,双参差调谐放大器的频率特性曲线,(a),双参差调谐放大器的交流通路,(,b,),双参差调谐放大器的频率特性曲线,2.2.4,两级放大器的谐振频率分别为,对于单个谐振电路而言，它是工作于失谐状态的。,相应的广义参差,失谐量分别是,参差调谐的综合频率特性与参差失谐量,有关，即与,有关。,平坦的情况。,）,(,愈大，则双峰的距离愈远，且中间,下凹愈严重。,2.2.4,理论推导表明，当,时综合频率特性曲线为单峰；,时为双峰；,为两者的分界线，相当于单峰中最,二三参差调谐放大器,三参差调谐回路，是使其中的两级工作于参差调谐的双峰状态，第三级调谐于 。,合成的谐振曲线就比较平坦。,图,2.2.9,三参差调谐放大器的频率特性曲线,由合成谐振曲线可见：利用三参差调谐电路，并适当地选择每个回路的有载品质因数 和,，就可以获得双,参差调谐所不能得到的通频带。,2.2.4,需要指出，由于参差调谐在,处失谐，故其在,倍数小。可以证明它们有如下关系：,例如，设,，则上式等于,即双参差调谐放大的谐振放大倍数等于调谐于同一频率的两级放大器的放大倍数的一半。,2.2.4,点的放大,倍数,要比调谐于同一频率的两级放大器的放大,