谐振放大器的稳定性分析终结版

目录

摘要1

第一章谐振2

第一节谐振定义2

第二节谐振回路2

一串联谐振3

二并联谐振3

第二章谐振放大器电路4

第三章工作稳定性5

第四章谐振放大器工作不稳定的原因9 第一节失配法10

第二节中和法12

第三节减少噪音系数与干扰15

心得体会16

参考文献17

摘要

用LC谐振回路作为选频网络构成的选频放大器称为谐振放大器或调谐放大器，其用来从众多的微弱信号中，选出有用信号加以放大并对其他无用频率信号予以抑制，它广泛应用于通信设备的接收机中。

由于谐振放大器大多采用晶体管作为放大器件，而晶体管集电极和基极

，其值虽然很小（只有几个PF），但高频工作时仍能之间存在结电容C

be

使放大器输出和输入之间形成反馈通路（称为内反馈），再加上谐振放大器中LC谐振回路阻抗的大小及性质随频率变化剧烈，使得内反馈也随频率而剧烈变化，致使谐振放大器工作不稳定。一般情况下，内反馈会使谐振放大器的增益频率特性曲线变形，增益、通频带和选频性发生变化，严重时反馈某个频率上满足自激条件，放大器产生自激振荡，即失去放大性能，不能正常工作。本设计针对谐振放大器的稳定性做了详细分析，给出了克服自激振荡的方式，并加以说明。

关键词：谐振放大器；稳定性：自激振荡。

第一章谐振

第一节谐振定义

所谓谐振，按电路理论，它是正弦电压加在理想的(无寄生电阻)电感或电容串联电路上。当正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电路的阻抗为零，电路电流达到无穷大；如果正弦电压加在电感和电容并联电路上，当正弦电压频率为某一值时，电路的总导纳为零,电感、电容元件上电压为无穷大。前者称为串联谐振，后者称为并联谐振。

谐振的现象是电流增大和电压减小，越接近谐振中心，电流表电压表功率表转动变化快，但是和短路得区别是不会出现零序量。电学谐振指的是电磁学物理量的强度在一个中值上下进行波动，也是类似运动学的谐振。

第二节谐振回路

由电感L和电容C组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号，而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤出，为此就需要有一个选择电路，即谐振电路。

谐振电路有串联谐振和并联谐振之分。

一串联谐振

由电感L和电容C串联而组成的谐振电路称为串联谐振电路。

i N

图一串联谐振电路

如图当X=ωL-1/ωC=0时，即有φ=0，此时我们就说电路发生了谐振。并且通过谐振可以使有用的电信号通过，即当电路的激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值，这也是它的选择性。同时它还必须满足一定的频带宽度。

二并联谐振

由电感L和电容C并联而组成的谐振电路称为并联谐振电路。

图二并联谐振电路

并联谐振频率和串联谐振的相同。

第二章谐振放大器电路

谐振放大器组成的电路大致有单调谐回路谐振放大电路、双调谐回路谐振放大电路、参差调谐放大电路和集中选择性放大电路等。

谐振放大电路，通常是指负载具有谐振特性（或选频特性）的放大电路。该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。

其中小信号谐振放大电路通常有两种组成方法：一种是将单级谐振放大电路级联起来，构成多级放大电路；另一种是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，称为集中选频放大电路。小信号谐振放大器的种类很多：按谐振回路区分，有单调谐放大器，双调谐放大器和参差调谐放大器：按晶体管连接方法分有共基极，共基电极，共发射极放大极等；按作用区分可分为调谐放大器，和频带放大器。图1.1为小信号单调谐共射极调谐放大器的电路原理图。

图三小信号单调谐共射极调谐放大器的电路原理图

第三章工作稳定性

放大器的工作稳定性是重要的质量指标之一，放大器的输入导

纳

在前面讨论 A vo 时忽略了内部反馈 Y re ，由于晶体管不是理想的单向化元器件，存在着反向传输导纳Yre,输出电压反馈到输入端引起了输入电流和输入阻抗变化，在某些特定的频率上，可能使放大器呈现负阻，甚至使放大器失去性能，处于自激振荡状态，这是绝对不允许的，晶体管内部负反馈对频率特性的影响如图

放大器的工作稳定性是指放大器的工作状态、晶体管的参数、带你路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。在一般的情况下，不稳定的现象有各种，如痛频带变窄、谐振曲线变形等，自激是最极端的一种现象，我们要实施一定措施解决它。

在放大器的反馈中，反馈的途径有两条：一是晶体管内部的反馈，二是晶体管外部干扰。

在内部反馈中，自激是最重要的原因。放大器的输入阻抗等效电路图如图

图五放大器的输入阻抗等效电路图

反馈导纳 BF ，其中 g F 改变了回路的 QL 值 , b F 引起回路失谐。g F是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，它使回路的总电导减小，Q L 值增加，放大器的通频带减小，增益也因损耗的减少而增加。即负电导g F供给回路能量，出现正反馈，当g F = gs +gie 则回路总电导 g = 0 ，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。

产生自激的条件

从上面对的分析中，当 Y s + Y i = 0 时放大器产生自激，由式中可见放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消。因此，放大器产生自激的条件是

即 (3.1)

晶体管反向传输导纳 y re 愈大，则反馈愈强，上式左边值就愈小。该值愈接近于 1 ，放大器愈不稳定。因此我们引入稳定系数 S 来表示放大器的稳定性。根据（3.1）式可以推导稳定系数

、分别为 y fe 、 Yre 的相角， S 表示放大器能稳定工作的条件。当满足 Y s + Y i = 0 时， S = 1 放大器自激； S < 1 时放大器更自激； S > 1 时放大器存在潜在不稳定；只有当S > >1 时内部反馈最小，放大器才工作稳定。

谐振电压增益 A vo 与稳定系数 S 的关系

(1)当工作频率 f 0 远小于特征频率 f T 时， y fe = | y fe

| 即 j fe = 0

(2)反馈导纳

即

(3) g s + g ie = g oe + = g (3.2)

当 P 1 =P 2 =1 时将以上条件代入稳定系数 S 公式 (3.2) 得

(3.3)