高频电子线路高频小信号放大器-PPT.pptx
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1、高频电子线路高频小信号放大器 接收机天线所感应得电台得高频信号就是很微弱得接收机天线所感应得电台得高频信号就是很微弱得,一般只一般只有几十微伏到几毫伏有几十微伏到几毫伏,而接收设备内检波器得输入电压而接收设备内检波器得输入电压,最好能最好能达到达到1 1伏左右。伏左右。这就就是说这就就是说,要求接收机对高频信号得放大能力要达到要求接收机对高频信号得放大能力要达到1 1千千倍至倍至1010万倍左右万倍左右,相当于相当于6060分贝至分贝至100100分贝。显然分贝。显然,这就需要先对这就需要先对高频信号进行放大高频信号进行放大,必要时要用多级高频放大电路。必要时要用多级高频放大电路。几十几十VV
2、几几mVmV1V1V左右左右高频放大和中频放大高频放大和中频放大就是高频小信号放大就是高频小信号放大器器一一、高频小信号放大器得功能、高频小信号放大器得功能1、高频高频:放大器得工作频率在几百放大器得工作频率在几百kHz几百几百MHz,必必须考虑放大器件得极间电容。须考虑放大器件得极间电容。2、小信号小信号:放大器得输入信号小放大器得输入信号小,放大器件在线性范放大器件在线性范围内工作。围内工作。3、功能功能:高频小信号放大器得功能就是对微弱高频信高频小信号放大器得功能就是对微弱高频信号进行不失真放大。号进行不失真放大。二二、高频小信号放大器的分类、高频小信号放大器的分类1.按频带宽窄分:窄带
3、放大器和宽带放大器。按频带宽窄分:窄带放大器和宽带放大器。2.按负载性质分:谐振式放大器和非谐振式放大器按负载性质分:谐振式放大器和非谐振式放大器高频小信号放大器高频小信号放大器窄频带窄频带放大器放大器宽频带宽频带放大器放大器高频小信号放大器得分类高频小信号放大器得分类本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。高频小信号放大器高频小信号放大器非谐振放大器非谐振放大器谐振放大器谐振放大器(按放大信号得频谱宽窄按放大信号得频谱宽窄)(按放大器负载得性质按放大器负载得性质)三三、高频小信号放大器得主要技术指标、高频小信号放大器得主要技术指标1、电压增益、电压增益Au
4、和功率增益和功率增益Ap:2.通频带通频带定义:放大器定义:放大器的电压增益下的电压增益下降到最大值的降到最大值的0.707倍时所对倍时所对应的宽度。常应的宽度。常用用来表示来表示10.707分贝表示分贝表示:分贝表示分贝表示:3、矩形系数、矩形系数(选择性选择性):(1)选择性:选取有用信号抑制无用信号的能力。选择性:选取有用信号抑制无用信号的能力。(2)矩形系数:表征选择性的一个参量矩形系数:表征选择性的一个参量,其定义为其定义为(3)理想放大器的频率响理想放大器的频率响应特性曲线为矩形,矩应特性曲线为矩形,矩形系数等于形系数等于1。10.7070.1(4)实际放大器与矩形有差实际放大器与
5、矩形有差异,矩形系数大于异,矩形系数大于1。10.7070.1(5)矩形系数表示实际曲矩形系数表示实际曲线接近矩形得程度。矩形线接近矩形得程度。矩形系数越小系数越小,选择性越好。选择性越好。各种无线电发射设备和接收设备主要就是由一些处理高频信号各种无线电发射设备和接收设备主要就是由一些处理高频信号得功能电路组成得功能电路组成,无论工作原理还就是实际电路无论工作原理还就是实际电路,都有各自特点都有各自特点,但但就是她们之间有些共同之处。如就是她们之间有些共同之处。如:各种高频电路基本上就是由有源各种高频电路基本上就是由有源器件、无源元件和无源网络组成得。器件、无源元件和无源网络组成得。高频电路中
6、使用得元器件与在低频电路中使用得元器件基本相高频电路中使用得元器件与在低频电路中使用得元器件基本相同同,但就是注意她们在高频使用时得高频特性。但就是注意她们在高频使用时得高频特性。高频电路中得元件主要就是电阻高频电路中得元件主要就是电阻(器器)、电容、电容(器器)和电感和电感(器器),她们都属于无源得线性元件。她们都属于无源得线性元件。高频电路中完成信号得放大高频电路中完成信号得放大,非线性变换等功能得有源器件主非线性变换等功能得有源器件主要就是二极管要就是二极管,晶体管和集成电路。晶体管和集成电路。高频电路中得无源组件或无源网络主要有高频振荡高频电路中得无源组件或无源网络主要有高频振荡(谐振
7、谐振)回路、回路、高频变压器、谐振器与滤波器等。她们完成信号得传输、频率选高频变压器、谐振器与滤波器等。她们完成信号得传输、频率选择及阻抗变换等功能。择及阻抗变换等功能。第二节第二节 高频电路得基础知识高频电路得基础知识一一、滤波器得分类、滤波器得分类按频率特性分按频率特性分:低通、高通、带通、带阻低通、高通、带通、带阻按所用器件分按所用器件分:有源滤波器、无源滤波器有源滤波器、无源滤波器按处理信号分按处理信号分:模拟滤波器、数字滤波器、模拟滤波器、数字滤波器、抽样数字滤波器。抽样数字滤波器。二二、LC串并联谐振回路得特性串并联谐振回路得特性当电感元件工作在高频时当电感元件工作在高频时当电感元
8、件工作在高频时当电感元件工作在高频时,线圈得有效电阻将会明线圈得有效电阻将会明线圈得有效电阻将会明线圈得有效电阻将会明显变大显变大显变大显变大,且随工作频率升高而增加。且随工作频率升高而增加。且随工作频率升高而增加。且随工作频率升高而增加。(一一)电感线圈得高频特性电感线圈得高频特性 高频电路中电感元件得损耗不能忽略高频电路中电感元件得损耗不能忽略,等效电路等效电路中应考虑损耗电阻中应考虑损耗电阻在无线电技术中通常不就是直接用等效电阻在无线电技术中通常不就是直接用等效电阻r r,而就是引入线圈而就是引入线圈得品质因数这一参数来表示线圈及回路得损耗性能得品质因数这一参数来表示线圈及回路得损耗性能
9、,品质因数品质因数定义为无功功率与有功功率之比。定义为无功功率与有功功率之比。(二二)电容线圈得高频特性电容线圈得高频特性:损耗电阻小可忽略损耗电阻小可忽略LQ0Lr0Lg0电感电感电感得两种等效电路电感得两种等效电路(三三)LC串联谐振回路串联谐振回路LCr0等效电路等效电路(1)阻抗:阻抗:(2)谐振频率:谐振频率:(3)空载品质因数:空载品质因数:+-(4)串联负载后:串联负载后:LCr0rL阻抗阻抗:有载品质因数:有载品质因数:+-LCLC串联谐振回路串联谐振回路(7)频率特性频率特性:(5)回路电流:回路电流:(6)谐振电流:谐振电流:模:模:幅频特性幅频特性相角:相角:相频特性相频
10、特性品质因数越大品质因数越大,曲线越尖锐曲线越尖锐,通频带越小通频带越小,选择性越好选择性越好LCr等效电路等效电路+-12大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流LC串联谐振回路得补充内容串联谐振回路得补充内容:一、阻抗一、阻抗:1、电抗、电抗:2、阻抗模的幅频特性:、阻抗模的幅频特性:时,阻抗模最时,阻抗模最小。故小。故LC串联谐振串联谐振回路常用来消除噪声,回路常用来消除噪声,也称陷波器。也称陷波器。二、通频带公式二、通频带公式:由通频带定义:由通频带定义:10.707注注:此通频带定义同
11、样适用于并联谐振回路此通频带定义同样适用于并联谐振回路三、负载得影响三、负载得影响有载品质因数有载品质因数:空载品质因数空载品质因数:LCr0rL有载通频带有载通频带空载通频带空载通频带可见可见:负载使品质因数下降、通频带变宽、选择负载使品质因数下降、通频带变宽、选择性变差。且负载越大性变差。且负载越大,品质因数下降越严重品质因数下降越严重,故串联故串联谐振回路适宜带小负载。谐振回路适宜带小负载。例1:已知LC串联谐振回路得解:解:例2:某电感线圈L在时测得。试求与L串联得等效电阻r。解:解:(四四)LC并联谐振回路并联谐振回路(1)导纳:导纳:(3)谐振频率:谐振频率:(2)空载品质因数空载
12、品质因数:LCr0等效电路等效电路LCLC并联谐振回路并联谐振回路+-(4)谐振电阻谐振电阻RpLCr0等效电路等效电路LCR0并联等效电路并联等效电路(5)并联负载后并联负载后:有载品质因数:有载品质因数:LCR0LCR并联电路并联电路RL+-导纳:导纳:谐振频率:谐振频率:(6)频率特性频率特性:幅频特性幅频特性相频特性相频特性时,阻抗模最大,故时,阻抗模最大,故LCRLCR并联电路常作选频器并联电路常作选频器且且Q Q越大越大,曲线越尖锐曲线越尖锐,通频带越小通频带越小,选择性越好。选择性越好。(6)负载得影响负载得影响有载品质因数有载品质因数空载品质因数空载品质因数有载通频带有载通频带
13、空载通频带空载通频带可见可见:负载使品质因数下降、通频带变宽、选负载使品质因数下降、通频带变宽、选择性变差。且负载越小择性变差。且负载越小,品质因数下降越严重品质因数下降越严重,故故并联谐振回路适宜带大负载。并联谐振回路适宜带大负载。LC串并联相比较串并联相比较例例3:已知已知LC并联谐振回路得电感并联谐振回路得电感L在在时测得时测得,试求谐振频率试求谐振频率时得时得C和和并联谐振电阻并联谐振电阻解:解:例例4:已知已知LCR并联谐振回路并联谐振回路,谐振频率谐振频率,电感电感L在在试求回路谐振时得电容C,谐振电阻谐振电阻和回路得有载品质因数和回路得有载品质因数时测得时测得解解:等效电路如下等
14、效电路如下:LCR0等效电路等效电路R(2 2)例例5:LCR并联谐振回路如下图并联谐振回路如下图,已知已知谐振频率为谐振频率为,试求试求:(1)通频带通频带(2)若要增大通频带为原来得若要增大通频带为原来得2倍倍,还应并联一个多大得电阻。还应并联一个多大得电阻。解解:等效电路如下等效电路如下:LCR0等效电路等效电路R若要求通频带增大一倍若要求通频带增大一倍,则有载品质因数应减小一倍则有载品质因数应减小一倍(2)设并联电阻为设并联电阻为对应得对应得应减小一倍应减小一倍例例6:AM调幅广播得频段范围为调幅广播得频段范围为535kHz1605kHz,设计一个选频网络设计一个选频网络,其中其中L固
15、固定定,C可调可调,现有两种可调电容现有两种可调电容,C1变化范围为变化范围为12pF100pF,C2变化范围为变化范围为15pF450pF,问问:为覆为覆盖整个波段盖整个波段,应选哪个电容。应选哪个电容。解:解:可见应该选择电容可见应该选择电容C2三、串并联阻抗得等效互换三、串并联阻抗得等效互换X1r1X2R2图图2-8等效互换电路等效互换电路AABB+-将式将式2-11代入上式得:代入上式得:当当Q1时有:时有:X1r1X2R2图图2-8等效互换电路等效互换电路AABB例例1:已知已知LCR并联谐振回路并联谐振回路,谐振频率谐振频率f0=10MHz,电感电感L在在f0=10MHz时测得时测
16、得L=3 H,Q0=100,利用串并联等利用串并联等效互换求谐振电阻效互换求谐振电阻Rp解:解:LCr0RLCR0R由串并联等效互换有:由串并联等效互换有:分析问题分析问题:分析如图并联谐振回路分析如图并联谐振回路,评价其选频评价其选频性能。性能。并回答以下问题并回答以下问题:1、回路总导纳回路总导纳Y=?2、谐振频率谐振频率f=?3、谐振电阻谐振电阻R=?4、品质因数品质因数Q=?5、通频带通频带2 f0、7=?负载和信号源内阻负载和信号源内阻影响谐振回路选频性能得因素有哪些?影响谐振回路选频性能得因素有哪些?谐振频率谐振频率 有载品质因数有载品质因数 空载品质因数空载品质因数 谐振电阻谐振
17、电阻 所所以以,谐谐振振回回路路有有载载时时与与空空载载时时相相比比,回路通频带回路通频带,选择性选择性。即即,谐振回路得选频性能下降。谐振回路得选频性能下降。有载品质因数有载品质因数 空载品质因数空载品质因数 下面介绍下面介绍:并联谐振回路得耦合连接与接入系数并联谐振回路得耦合连接与接入系数因此因此,当并联谐振回路作为放大器得负载时当并联谐振回路作为放大器得负载时,其连接其连接得方式将直接影响放大器得性能。一般来看直接接入就得方式将直接影响放大器得性能。一般来看直接接入就是不适用得是不适用得,因为晶体管得输出阻抗低因为晶体管得输出阻抗低,会降低谐振回路会降低谐振回路得品质因数得品质因数Q。通
18、常。通常,多采用部分接入方式多采用部分接入方式,以完成阻抗以完成阻抗变换得要求。接入系数变换得要求。接入系数p定义为转换前得圈数定义为转换前得圈数(或容抗或容抗)与转换后得圈数与转换后得圈数(或容抗或容抗)得比值。得比值。四、并联谐振回路得耦合连接与阻抗变换四、并联谐振回路得耦合连接与阻抗变换:(一一)变压器耦合连接得阻抗变换变压器耦合连接得阻抗变换+-CL1N1L2N2RL+-CL1N1+-图2-9 变压器耦合连接的变换(a)变换前电路变换前电路(b)变换后电路变换后电路变换前有变换前有:变换后有变换后有:由等效有由等效有:定义接入系数定义接入系数:则对此电路有则对此电路有:(二二)自藕变压
19、器耦合连接得阻抗变换自藕变压器耦合连接得阻抗变换+-CN1N2RL+-CN1N2+-图2-10 自藕变压器耦合连接的变换(a)变换前电路变换前电路(b)变换后电路变换后电路变换前有变换前有:变换后有变换后有:由等效有由等效有:接入系数接入系数:(三三)双电容分压耦合连接得阻抗变换双电容分压耦合连接得阻抗变换并联变串联并联变串联:接入系数接入系数:串联变并联串联变并联:LC1C2RL图2-11 双电容分压耦合连接的变换(a)变换前电路变换前电路LC1C2RLS(b)中间转换电路中间转换电路LC1C2(c)变换后电路变换后电路五、接入系数与变换关系五、接入系数与变换关系:接入系数接入系数:变换关系
20、变换关系:例例1:1:右图等效电路中右图等效电路中计算回路得谐振频率、谐振电阻。计算回路得谐振频率、谐振电阻。解:画出等效电路如右图:解:画出等效电路如右图:谐振频率谐振频率:谐振电阻谐振电阻:例例2:电路如图所示电路如图所示,给定参数为给定参数为分析分析:计算之前要画等效电路计算之前要画等效电路,画等效电路时要注意两点画等效电路时要注意两点:(1):(1)L L为有损电感要补充损耗电阻为有损电感要补充损耗电阻(2)(2)要进行等效电路变换要进行等效电路变换 解解:等效电路如下等效电路如下:(1)求求L13(2)求求QL第三节第三节晶体管高频小信号谐振放大器晶体管高频小信号谐振放大器一一,晶体
21、管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路(一一)y参数等效电路参数等效电路二端口网络理论:二端口网络理论:称为输入短路时得反向传输导纳称为输入短路时得反向传输导纳;称为输出短路时得正向传输导纳称为输出短路时得正向传输导纳;称为输入短路时得输出导纳。称为输入短路时得输出导纳。其中其中,称为输出短路时得输入导纳称为输出短路时得输入导纳;共射接法共射接法y参数:参数:简化的共射接法简化的共射接法y参数:参数:(二二)混合混合 等效电路等效电路混合混合 等效电路在低频中已介绍过等效电路在低频中已介绍过,在此在此,本节仅对高频电子线本节仅对高频电子线路所对应得频率范围得混合路所对应得频率范围得混合
22、等效电路进行说明。等效电路进行说明。图图1、3-2就是晶体管混合就是晶体管混合 等效电路。其中等效电路。其中就是发射结电阻。就是发射结电阻。当工作于放大状态时当工作于放大状态时,发射结就是处于正向偏置发射结就是处于正向偏置,所以所以数值很小数值很小,可表示为可表示为eb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm vbe由于集电结处于反向偏置由于集电结处于反向偏置,得数值很大。得数值很大。表示晶表示晶体管放大作用得等效电流源体管放大作用得等效电流源,而而,表示晶体管得放表示晶体管得放大能力大能力,称为跨导称为跨导,单位为单位为S。因为因为得值在所讨论得频率范得值在所讨论得频率范围
23、内比围内比得容抗大得多得容抗大得多,通常对等效电路进行简化时用通常对等效电路进行简化时用代替代替和和得并联电路。得并联电路。二二,单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器图图2-142级单调谐级单调谐;R1、R2、Re:提供直流偏压提供直流偏压;Cb、Ce:高频旁路电容高频旁路电容2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2放大器放大器谐振回路谐振回路负载负载放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成。放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成。本节要求掌握本节要求掌握:画出单调谐放大电路得高频等效电路画出单调谐放大电路得高频等效电路;技术指标得计算
24、。技术指标得计算。若晶体管用若晶体管用若晶体管用若晶体管用y y参数等效电路等效参数等效电路等效参数等效电路等效参数等效电路等效,信号源用信号源用信号源用信号源用 I Is s 和和和和Y Ys s等效。等效。等效。等效。变压变压变压变压器次级得负载为下一级放大器得输入导纳器次级得负载为下一级放大器得输入导纳器次级得负载为下一级放大器得输入导纳器次级得负载为下一级放大器得输入导纳Y Yie2ie2。则其等效电路如。则其等效电路如。则其等效电路如。则其等效电路如图图图图yie22L1C354图图2-15图1、4-2单级调谐放大器高放大器高频等效等效电路路信号源信号源晶体管晶体管并联谐并联谐振回路
25、振回路负负载载电电阻阻因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成并联组成,采用导纳分析比较方便。采用导纳分析比较方便。(一一)放大器得等效电路及其简化放大器得等效电路及其简化yie22L1C354图图2-15等效电路如图等效电路如图2-15:下面介绍如何画出图下面介绍如何画出图2-15及图及图2-16图图2-16(a)yie22L1C354其简化电路如图其简化电路如图2-16(a),进一步等效为图进一步等效为图2-16(b)图图2-16(b)L1C3(1)如何由图如何由图2-14得到图得到图2-15:2L3C14R1R2CbRe
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