高频选频放大器

Rs2 X s2 Rp Rs Rs2 X s2 Xp Xs
Rs Xs
2 Xp
无功功率 X s R p Q 有功功率 Rs Xp
R p (1 Q 2 ) Rs 1 X p 1 2 X s Q
当Q>>1时
R p Q 2 Rs X p Xs
31
2.4 单管小信号谐振放大器
Y参数等效电路
小信号放大，工作于线性区 窄带信号
b
b I
＋
c I
＋
c
b
b I
＋ yie
c I
＋
c
b U
e －
c U
－ e
b U
e －
c yreU
b yfeU
yo e
c U
－ e
(a)
(b )
受控电流源yreUc表示输出电压对输入电流的控制作用（反 向控制）。yre越大, 表示晶体管的内部反馈越强。
解
电路等效为 :
22
2.2单谐振回路－阻抗变换
电抗的串并联转换：
2 2 R p (1 Q0 ) Rs Q0 Rs
1 Xp 1 Q2 Xs Xs 0
信号源的部分接入：
Rg'
Rg p2
2.2单谐振回路－阻抗变换
f0
1 2π LC
1 1MHz C1C2 2π L C1 C2
当S 0.1 时,BW0 .1
BW0.707
f0
Q
f0 f 99 9 .95 0 Q Q
13
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
BW0.707 f0 Q
BW0 .1
f0 9.95 Q
BW0.1 K 0.1 9.95 BW0.707
LC回路的Q越高，谐振曲线越尖锐，选择性越好， 但通频带却越窄 通频带与选择性 矛盾
Rp
ω0＝
1 LpC
Q＝Rp / 0 Lp Rp0C
1 0 L p 0 C
Z ( j ) 1 ＋j (
Lp C
Rp

特性阻抗 (谐振时, 容抗或感抗值 )
Rp 1 j
0 )Q 0
ω ω0 失谐系数 : ξ＝ ( )Q ω0 ω
10
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
BW 2 f0 Q
BW0.1 2 4 99
f0 Q
K0.1 3.15
K0.1(单谐振回路 ) 9.95
28
2.3 耦合谐振回路
电容耦合谐振回路
传输阻抗Zt的幅频特性曲线
29
2.4 单管小信号谐振放大器
小信号谐振放大器概述
线性放大器：线性模型的等效电路分析法 窄带放大：负载为谐振回路 调谐放大器和频带放大器
R 60103 QL 47.8 6 6 0 L 2 10 20010 f0 106 BW 20.92KHz. QL 47.8
25
2.3 耦合谐振回路
单谐振回路存在选择性和通频带的矛盾 解决：两个单谐振回路耦合
(a)互感耦合谐振回路 (b)电容耦合谐振回路 两种常见的耦合谐振回路
1 Z r j L C
Z( ) ( ) Z( )
Z＝ Rp 1 j (CR p ) Lp Z( ) ( )
Rp
π 2
( ) ( ) 0
π 2
π 2
Z( )

0
π 2

(a) 串联谐振回路的阻抗特性
(b) 并联谐振回路的阻抗特性
2
V2 RL
2
V1 RL'
2
2
V2 V1 RL RL'
图( e)'
RL ' (
V1 2 R ) RL L V2 p2
20
2.2单谐振回路－阻抗变换
求CS’和IS’
同理 : C s' p Cs , ' pI I
2 s s
2.2单谐振回路－阻抗变换
例 : 下图中电容分压式并联 谐振电路。信源内阻 Rg 5 KΩ， 负载 RL 100K，r 8，L 200H，C1 140pf， C 2 1400pf，求谐振频率 f 0和通频带 BW。
R X
2 p 2 Rp
2 p
Rp
R X
2 p
2 p
Xp
转换后电抗元件的性 质不变，即电感转换 后仍为电感，电容转 换后仍为电容。
9
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
并联谐振回路
Z( j ) 1 1 1 j (C ) Rp L p
＝ Rp 1 j (CR p ) L p
35
2.4 单管小信号谐振放大器
接入系数(折合到全回路两端)
N12 p1 N13
利用等效电路分析,可得
为了增大Av0, 要求负载电阻大。 而谐振电阻取决于回路空载Q值, 且成正比。
N 45 p2 N13
Av0与p1、p2有关, 而p1和p2会影响回路有载Q值，并进一步影响通 频带,所以p1与p2的选择应全面考虑, 选取最佳值。
类似也可得：
(a )
2 Xp
(b )
2 Rp
Z p Rp // jX p Z s Rs jX s
R X
2 p
2 p
Rp j
R X
2 p
2 p
Xp
Rs Xs
2 Xp
R X
2 p 2 Rp
2 p
Rp
R X
2 p
2 p
Xp
8
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
由Q值的定义可知：
5
2.1 小信号调谐放大器概述
2.1 小信号调谐放大器概述
问：三个放大器的通频带和选择性曲线如下，哪 个放大器的性能好
7
2.2 单谐振回路－LC谐振回路
电抗、电阻的串并联等效转换
Xs Zp (j ) Rp Xp Zs (j ) Rs
Rs2 X s2 Rp Rs Rs2 X s2 Xp Xs
单/双LC,晶体、陶瓷、声表面波滤波器
谐振系统的作用：
选择有用信号，抑制干扰
3
2.1 小信号调谐放大器概述
典型的小信号谐振放大器
共射单回路谐振放大器
2.1 小信号调谐放大器概述
主要技术指标
Vo 谐振增益： 电压增益： AVo Vi
f fo
通频带：BW0.7 选择性：BW0.1
2 2 ω ω0 0 （＋0 ） （ －0 ） 失谐系数 : ξ＝ ( )Q Q＝ Q ω0 ω 0 0
2 （－0 ） 2 当ω ω0时， Q＝ Q
0
0
Fra Baidu bibliotek
Rp Z 2 1 j 1 jQ
Rp
0
幅频特性： Rp Rp Z ＝ 2 2 2 1 1 (Q )
实际放大器的设计是要在满足通频带和选择性的前提下, 尽可能提高电压增益。
14
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
LC串联谐振回路
L r C
(1) 回路总阻抗：
Z
I
1 Z r j L C (2) 谐振频率：
LC串联谐振回路
0
1 LC
(3) 回路Q值(空载):
(4) 通频带：
Q
0 L
r
f0 BW0.7 Q
15
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
2.4 单管小信号谐振放大器
1.输入信号频率为LC谐振频率时，谐振回路呈现很大的纯电阻，放大器 增益最大（放大器增益与负载成正比） 2.信号频率偏离谐振频率，回路失谐，阻抗变小，放大器增益减小 3.放大器放大谐振频率附近的信号，抑制其他信号，为选频放大器 4.工作频率高，所以旁路电容的容量较小（相比较低频放大工作时）
32
2.4 单管小信号谐振放大器
典型线路
特点：
共射单回路谐振放大器
小信号放大 －在线性范围内工作(甲类) 并联谐振回路作为负载 －选频滤波 采用部分接入方式 －提高有载Q值，有利于阻抗匹配和调整
通频带
33
2.4 单管小信号谐振放大器
LC并联谐振回路作为晶体管 的集电极负载, 其谐振频率调谐 在输入有用信号的中心频率上。 LC回路与本级晶体管的耦合 采用自耦变压器耦合方式(部分 接入), 这样可减弱晶体管输出 导纳对回路的影响。 负载（或下级放大器）与回路的耦合采用变压器耦合方式, 这样, 既可 减弱负载（或下级放大器）导纳对回路的影响, 又可使前、 后级的直流 供电电路分开。 共射单回路谐振放大器 上述耦合方式较容易实现前、 变压器耦合输入 后级之间的阻抗匹配。 晶体管放大 单谐振回路选频输出
超外差收音机中频放大器465KHz,电视机图像中频 放大器38MHz,伴音中频放大器为31.5MHz
主要要求：
对有用信号增益高； 选择性好； 工作稳定可靠
30
2.4 单管小信号谐振放大器
晶体管混合参数等效电路
构成反馈通道，集电极负载随频率变化时，反馈也剧 烈变化，从而严重影响放大器的频率特性
--电压增益下降3dB或最大值的0.7倍时， 对应的频带宽度;要求大于信号带宽 --从各种频率信号中选出信号的能力,也 即选频电路对无用信号的抑制能力。 输出下降20dB或最大值的0.1倍时对应 的频带宽度
矩形系数：K0.1 BW0.1 / BW0.7 稳定性：温度变化时，AV0, f0，BW0.7 的稳定程度
16
2.2单谐振回路－阻抗变换
信号源内阻及负载对谐振回路的影响
等效
图(a )
图(b)
（b）图中： RT RS // RP // RL QL RT 0 L Q0
CT CS C CL
1 0 ' LCT
0
17
2.2单谐振回路－阻抗变换
(1)接入系数 p 定义为接入电压V2与回路总电压V1的比值
耦合系数
k
M L1 L2
C0 k (C C1 C0 C2 C0 ) C
26
2.3 耦合谐振回路
频率特性分析
互感耦合谐振回路
互感耦合等效电路
耦合因数
kQ

输出电流I2的幅频特性曲线
27

输出电流I2的幅频特性曲线 ＜1，松耦合，通频带窄，峰值小 ＞1，强耦合，出现双峰，谐振时出现凹陷，越大，凹陷越大，带 宽更大，但通带内曲线起伏对信号有影响。当凹陷处值小于0.707时 失去应用价值 ＝1，临界耦合，接近理想曲线，最佳工作状态
幅频特性和相频特性曲线
12
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
谐振曲线、通频带、选择性和矩形系数K0.1
回路电压 : V I s Z
S |V |



谐振时： V 0 I s Rp
1 1 2 2 1 (Q )


|V | 0


Z Rp

1 2
0
1 Q 当S 时, 1, ξ 2 Δω 2 ω0
ω0 L 2π 106 200106 Q0 157 r 8
C1 p 0.091 C1 C2 5 103 Rg' 2 604kΩ 2 p 0.091 Rg
24
Rp rQ0 8 1572 197KΩ
2
2.2单谐振回路－阻抗变换
R Rg'//Rp //RL 60KΩ
第二章 高频选频放大器
通信工程
高频选频放大器：窄带 本章主要内容
小信号调谐放大器
接收设备 窄带高频小信号放大 → 谐振回路
高频功率放大器
发送设备 丙类谐振功率放大器 丁类谐振功率放大器
2
2.1 小信号调谐放大器概述
作用：
选频+放大
电路组成：
谐振系统＋放大器
谐振系统的形式：
U p 2 U 1
1 C j C 2 1 C2 I k j C I k
图(d) 电容分压式
CC 总电容 : C 1 2 C1 C2
p
C1 C1 C2
19
2.2单谐振回路－阻抗变换
(2)负载阻抗的部分接入
R L吸收功率: R 'L吸收功率:
图(e )
相位特性：
＝ arct g
0
11
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
Z Rp 1 (Q 2
0
)2
Q↑
＝ arctg( Q
2
0
)
谐振时， - 回路纯电阻，为最大值RP - 回路端电压达最大值； - 电感和电容交换能量，与 信号源没有能量交换
0时，回路呈感抗 0时，回路呈容抗
图(a) 自耦变压器 .
图(b)变压器.
N2 p N1
18
2.2单谐振回路－阻抗变换
j ( L M ) I U k 2 2 p j ( L L 2 M ) U I 1 k 1 2
L2 M L1 L2 2 M
图(c)电感分压式
若M 0
p
L2 L2 L L1 L2