1、第1章高频小信号调谐放大器 高频小信号调谐放大器是无线电通信设备中的重要电路 它是由晶体管和选频网络共同组成的 具有放大和选频双重功能 本章首先介绍了并联谐振回路及其选频特性 重点讨论了单调谐回路放大器的工作原理及性能指标 双调谐回路放大器的工作原理及性能指标以及小信号调谐放大器的稳定性 鉴于集成电路的迅速发展 本章还介绍了集中选频放大器的基本组成与特点 并给出了应用实例 不同的通信设备 对高频小信号调谐放大器的要求可能不同 在分析时 主要用如下参数来衡量电路的技术指标 1 1概述 1 工作稳定性2 增益 3 通频带 4 选择性5 噪声系数NF 并联谐振回路由电感线圈L 电容器 和外接信号源相
2、互并联而成 如图1 3所示 一般电容器损耗很小 可以认为电容支路只有纯电容 电感支路中 线圈本身损耗用电阻r表示 通常认为线圈的损耗就是回路的损耗 在分析电路时 往往需要把电感与电阻串联支路转换成电感与电阻并联的回路形式 当 L r时 其换算公式可近似为图1 3中所示 1 2并联谐振回路及其选频特性 1 3并联谐振电路 1 2 1并联谐振回路及其特点 1 回路导纳和谐振电导 由图1 3可知 并联回路的总导纳Y为 回路的总导纳包含电导和电纳两部分 当回路发生并联谐振时 电纳b 0 总导纳只有电导部分 称为谐振电导 用g0表示 即 由式 1 3 可知 g0与回路的损耗电阻r成正比 r越大 则g0越
3、大 可见 g0也反映了回路的损耗 亦可称为回路的损耗电导 当并联回路总导纳中的电纳b 0时 回路电压与总电流s同相 称并联谐振 这时 回路感抗与容抗相等 由此可解得并联谐振频率为 2 并联谐振频率 由式 1 4 可知 并联谐振频率是回路本身所固有的 它仅由回路的元件参数决定 而与其他因素无关 当外加信号的频率与回路的并联谐振频率相等时 回路发生并联谐振 当回路谐振时 回路感抗与容抗相等 我们把回路的感抗值 或容抗值 与回路的损耗电阻r的比值称为品质因数 用Q0表示 简称Q值 即 3 品质因数Q0 将式 1 3 代入上式 可得 可见 品质因数也能反映回路的损耗 回路的损耗越小 品质因数越高 4
4、并联谐振回路的特点 综上所述 并联谐振回路谐振时有以下特点 谐振时回路呈纯阻且阻抗最大 此时 谐振阻抗 Q0 1时 回路感抗与容抗相等 如果信号源是恒流源 则谐振时回路端电压最大 如果信号源是恒压源 则谐振时回路电流最小 且电流与电压同相 1 频率特性2 通频带在无线电技术中 常把所对应的频率范围称为该回路的通频带 并以 W表示 如图1 5所示 1 2 2并联谐振回路的频率特性及通频带 图1 4并联回路频率特性曲线 图1 5通频带 部分接入的并联谐振回路指的是在保证简单并联谐振回路的元件数值L和C不变 即回路谐振频率不变的情况下 通过改变接入系数p来调节谐振阻抗的大小 以便与信号源内阻或负载匹
5、配的回路 1 2 3部分接入的并联谐振回路 接入系数p定义为接入电压与回路两端总电压U的比值 图1 6 a 所示电路的接入系数p为 1 接入系数p 式中 M为与之间的互感 回路的总电感 如果与之间没有互感 即M 0 则 图1 6几种形式的部分接入并联谐振回路 负载电阻部分接入有两种情况 一是负载电阻接在电感线圈抽头上 如图1 7 a 所示 二是接在容抗的一部分上 如图1 7 b 所示 在分析电路时 通常将负载部分接入的电路折合成由图1 7 c 所示的等效电路来进行分析 2 负载电阻部分接入的并联谐振回路 图1 7负载电阻部分接入的并联谐振回路 如果有恒流源接到部分电抗上 如图1 9 a 或 b
6、 所示 则前面所述的等效方法也完全适用 即若将图1 9 a 或 b 转换为图1 9 c 的等效电路 则要求图 a 或图 b 电路中电源产生的功率与图 c 中电源产生的功率相等 即 3 电源部分接入并联谐振电路 图1 9电源部分接入的并联谐振回路 1 3单调谐回路放大器 1 3 1晶体管高频 参数等效电路在对工作在线性状态下的晶体管电路进行分析时 通常采用等效电路来模拟晶体管的内部工作过程 晶体管高频等效电路的建立有两种方法 一是根据晶体管内部发生的物理过程拟定模型而建立的物理参数等效电路 如常用的晶体管混合 型参数等效电路 另一种是把晶体管看作是一个有源二端口网络 先从外部端口列出电流和电压的
7、方程 然后拟定满足方程的网络模型而建立的网络参数等效电路 如 和 参数等效电路 分析高频小信号调谐放大器的性能时 一般常用高频 参数等效电路来代替晶体管进行电路分析 参数具有导纳量纲 是导纳参数 因为高频放大器的调谐回路以及下一级负载大都与晶体管并联 因此用 参数计算比较方便 把晶体管视为二端口网络 如图 10所示 可见 二端口共有四个变量 即输入电流 输入电压 输出电流和输出电压 若选和为自变量 和为因变量 则可列出二端口网络的 参数方程如下 图1 10共射晶体管等效为二端口网络 式中四个 参数下标 表示晶体管为共射组态 若两个端口的变量用 表示 则得到的 参数方程为 式中 定义为晶体管输出
8、端短路时的输入导纳 它反映了晶体管输入电压对输入电流的控制能力 其倒数就是晶体管的输入阻抗 定义为晶体管输出端短路时的正向传输导纳 它反映了晶体管输入电压对输出电流的控制能力 越大 说明晶体管的放大能力越强 定义为晶体管输入端短路时的反向传输导纳 它反映了晶体管输出电压对输入电流的影响 即晶体管内部的反向传输作用或称晶体管内部反馈作用 越大 说明晶体管内部反馈越强 的存在给晶体管工作带来很大危害 应尽可能减小以削弱其影响 定义为晶体管输入端短路时的输出导纳 它反映了晶体管输出电压对输出电流的影响 其倒数就是晶体管的输出阻抗 由Y参数方程可画出其等效电路 如图1 11所示 图1 11共射晶体管Y
9、参数等效电路 晶体管的Y参数与频率有关 当工作频率在较宽的范围内变化时 晶体管的Y参数亦会随之变化 因此 Y参数的获取 应注意工作条件和工作频率 Y参数还是一个复数 在分析和计算时 Y参数通常可以表示为 1 放大器的工作原理 输入回路 一般由调谐回路或滤波回路构成 它把从天线信号中选择出的有用信号输入到晶体管基极 如接收机中的高频放大器的输入回路 晶体管 它是调谐放大器具有放大作用的核心部件 1 3 2单级共射单调谐回路放大器的工作原理和等效电路 负载 一般由 谐振回路构成放大器的负载 它具有选频作用 当信号在 并联谐振回路的谐振频率附近时 回路阻抗最大 放大器增益较高 反之 如果信号频率远离
10、谐振频率 则回路阻抗急剧下降 放大器增益则降低 2 放大器的Y参数等效电路 图1 14单调谐回路放大器的Y参数等效电路 图1 15简化的Y参数等效电路 图1 16单向化的简化Y参数等效电路 1 电压增益电压增益定义为 1 3 3单级单调谐回路放大器的主要技术指标 单调谐放大器的谐振曲线如图1 18所示 由放大器通频带的定义可知 当 时 可得通频带 即 2 通频带 矩形系数Kr0 1为 3 矩形系数 1 多级单调谐放大器的增益如放大器有n级 各级电压增益分别为A1 A2 An 则级联后总的增益为各级电压增益的乗积 1 3 4多级单调谐回路放大器 2 多级单调谐放大器的通频带n级相同的单调谐放大器
11、级联时 总通频带为3 多级单调谐放大器的矩形系数 1 4 1双调谐回路放大器的分析1 4 2双调谐回路放大器的主要技术指标1 电压增益 1 4双调谐回路放大器 式中 称为广义失谐 g g01 g02称耦合因素 谐振时 0 则电压增益为 由电压增益一般表达式及谐振时的电压增益表达式 可得双调谐器回路放大器谐振曲线表达式为把上式变换后得 2 通频带和选择性 1 5 1引起小信号调谐放大器不稳定的因素1 晶体管的内部反馈对放大器的有害影响2 外部干扰产生的反馈对放大器稳定性的影响 1 5小信号调谐放大器的稳定性 1 中和法2 失配法 1 5 2提高小信号调谐放大器稳定性的措施 1 6 1集中选频放大
12、器基本组成与特点 1 6集中选频放大器 图1 24集中选频放大器的组成 与分立元件的多级调谐放大器相比 集中选频放大器有以下特点 可选用矩形系数接近于1的优质滤波器 因而放大器的选择性好 调整也容易 变换中心频率和带宽方便 如图1 25所示 只要拨动开关换滤波器 从而改变中心频率和带宽 图1 25中心频率和带宽可变的集中选频放大器 温度稳定性好 分散式选频放大器中 每个滤波器都与温度敏感的晶体管相连 固而温度对滤波特性影响大 而集中选频放大器只有与滤波器相连的晶体管才对滤波性能产生影响 如果选用温度特性好的宽放电路 则温度稳定性就更好 采用集成的宽带集中选频放大器 可以缩小电路体积 提高工作可靠性 从而优化电路 1 6 2集成宽带放大器1 6 3集中选频滤波器1 繁陶瓷滤波器2 晶体滤波器3 声表面波滤波器1 6 4集中选频放大器实例
