小信号放大电路

null第3章 小信号放大电路第3章 小信号放大电路 在高频电路中，调谐放大器是一种最基本、最常见的电路形式。 它是由调谐回路与晶体管相结合而成的，其突出的优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收设备中。它的增益、通频带和选择性，决定了接收机的主要质量指标。第3章 小信号放大电路 接收机天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只有几十微伏到几毫伏，而接收设备内检波器的输入电压，最好能达到1伏左右。 这就是说，要求接收机对高频信号的放大能力要达到1千倍至10万倍左右，相当于60分贝至100分贝。显然，这就需要先对高频信号进行放大，必要时要用多级高频放大电路。第3章 小信号放大电路第3章 小信号放大电路 调谐放大器是高频放大器的一种。 它是指负载采用谐振回路的放大电路。接收天线所感应的信号，除了要收听的电台信号以外，还有许多不需要的无线电信号(我们把不需要的信号都称为干扰)。显然如果我们采用没有选择性的放大器进行放大，势必使所要收听的电台声音被淹没在其它电台的干扰声中。为了解决这个问题。通常在晶体管的集电极接上LC谐振回路作为选频之用。这样构成的调谐放大器不仅有放大作用，而且具有选频能力。第3章 小信号放大电路第3章 小信号放大电路也就是调谐放大器的放大能力。 放大器输出电压(或功率)与输入电压(或功率)之比，称为放大器的增益或放大倍数，用(Au/Ap)示，有时以dB数计算。 放大器增益的大小，取决于所用的晶体管、要求的通频带宽度、是否良好的匹配和稳定的工作等。第3章 小信号放大电路第3章 小信号放大电路 由于所放大的信号不只是一个载波频率，而且还包括载波两旁的边频，要使无线电信号不失真地传输，调谐放大器的通频带一定要稍宽于信号所占有的频谱宽度。所以放大器的通频带也是一个重要的指标。 第3章 小信号放大电路null放大器的通频带 第3章 小信号放大电路 放大器从各种不同频率的信号(有用的和有害的)中选出有用信号，排除干扰(有害)信号的能力，称为放大器的选择性。 选择性指标是针对抑制干扰而言的，但干扰的情况常常很复杂，有位于有用信号频率附近电台的干扰(称邻台干扰)，有某一特定频率的干扰，又有由于设备本身电子器件非线性产生的交调干扰，等等。对于不同的干扰有不同的选择性指标要求。选择性的两个基本指标是抑制比和矩形系数。第3章 小信号放大电路第3章 小信号放大电路 理想的频带放大器频率响应曲线应呈矩形，但实际的曲线形状则与矩形有较大的差异，如图所示。 显然矩形系数愈接近1，则实际曲线愈接近理想矩形，邻近波道选择性愈好，滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。通常谐振放大器的矩形系数，约在2~5的范围内。 理想的与实际的频率特性 第3章 小信号放大电路第3章 小信号放大电路 通常说明对某些特定组合频率 如中频、像频等选择性的好坏 如图所示的谐振曲线，对信号频率调谐。谐振点的放大倍数为Avo。 若有一干扰其频率为fn ，则电路对此干扰的放大倍数为Av ，用d=Avo/ Av表示放大器对干扰的抑制能力。 通常称为对干扰的抑制比(或抗拒比)，用dB表示。 说明抑制比的谐振曲线 第3章 小信号放大电路第3章 小信号放大电路 指当放大器的工作状态或条件发生变化时，其主要性能的稳定程度 。 当环境温度变化时，会引起直流偏置状态以及晶体管和电路元件的参数改变，导致放大器性能的不稳定。它常表现为放大器的增益改变，中心频率偏移，谐振曲线畸变，甚至放大器自激而完全不能工作。因此要求放大器工作稳定是十分重要的问题。第3章 小信号放大电路null第3章 小信号放大电路按频带宽度分:窄带放大器：以各种选频电路作负载，例如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载，例如高频变压器、传输线变压器等按负载 分:调谐放大器集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载单调谐放大器：输出端接调谐回路双调谐放大器：输入、输出端都接调谐回路参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同 小信号放大电路的分类: null作用：放大各种无线电设备中的高频小信号（微弱），通常是窄带放大器，以各种选频电路作负载（并联、耦合谐振回路等），所以还具有选频或滤波作用。组成：放大器件+负载回路（非线性电阻）要求：（1）增益要高 （2）选择性要好 （3）工作要稳定可靠 （4）噪声要小 另外，由于小信号谐振放大器放大的信号幅度很小，电路中用于放大的器件工作在线性范围，因而它们属于线性放大器，通常采用线性模型的等效电路分析法。3.1.1 概述3.1 小信号谐振放大器分类：调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路调谐于输入有用信号的频率；后者谐振频率为固定值。null3.1.2 单调谐回路谐振放大器电路1、采用分压式稳定偏置电路； 2、T工作在甲类放大状态； 3、输出端采用并联谐振电路，起选频作用，T的集电极采用部分接入，以提高谐振回路的有载Q值； 4、信号输入与输出为实现阻抗匹配、满足最大功率传输均采用变压器耦合。一、电路和工作原理null二、主要参数分析计算1、放大器的交流小信号等效等效电路复习Y参数等效电路复习Y参数等效电路null，null2、分析计算 （1）电压增益（电压放大倍数）当输出回路谐振时， ξ=0，即为纯电导。因此，谐振时电压增益Auo为：（2）功率增益（谐振时功率放大倍数）nulla、并联谐振频率b、品质因数c、广义失谐复习并联谐振回路 LC理想，g0是L和C的损耗之和。nulla、失配损耗：如果负载失配导致输出功率减小引起的功率损耗。此时， 若谐振回路理想、无损耗，则go=0，当输出端匹配时n12goe=n22gL，输出功率最大，功率增益最大，记为APomax：b、插入损耗：由于谐振回路的接入而引起功率增益下降，称为谐振回路的插入损耗——（1－Qe/Q）2 。这样任意态下的功率增益表述为下式： null（3）选择性和通频带 选择性S：任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义 为放大器的选择性。 （4）矩形系数 矩形系数K：放大器电压增益下降至谐振时增益的0.1倍（或0.01倍）时，相应的通频带与放大器通频带之比 ，即 K越接近于1,选频特性 越好!null例3－1：单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，BJT的参数为：gie=1.1×10－3S，goe=1.1×10-4S，|yfe|＝0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，N13＝20圈， N45＝4圈， L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。 求：f0，Aou，BW0.7解：1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以gL=gie，CL=Cie85倍null练习null3.1.3 单调谐放大器的级连目的：提高增益（各级增益相乘）；改善频率选择性。一、同步调谐多级放大器（单级级连构成）电压放大倍数：Au=Au1•Au2……Aun＝ Au1n （每一级都相同）null二、参差调谐放大器 将若干个单级谐振放大器级连,但每个谐振放大器的调谐频率不同，称为参差调谐放大器。参差调谐放大器可以增加带宽，同时又得到边沿较陡峭的频率特性。因此，它用于宽带和高选择性的场合。null3.1.4 双调谐放大器（通频带宽，选择性好）临界耦合状态(η=1)时的最大电压放大倍数为：电路较复杂；调整比较困难。null3.1.5 集成电路调谐放大器使用集成宽带放大器或专用高频集成放大器构筑调谐放大器实现的为: 1、宽带放大器+集中选频滤波器 2、前置放大器+集中选频滤波器+宽带放大器null1、集成射频/中频放大器4E307 4E307的内部原理电路和引脚如下左图所示。在使用时将④与⑥、⑦与⑧短路连接，⑤与①之间接，就构成了一个典型的恒流源差动放大电路。⑦和⑧之间可以加接电阻，增大反馈，减小静态功耗。该芯片的供电电压为±8V，单端输出时，VT1和VT2的特征频率300~600MHz。右图是芯片的典型应用电路。 null+12V2、两级60MHz中频放大器 XG1590是通用型高频线性集成放大器芯片，带有自动增益控制功能。当芯片调谐在60MHz工作时，功率增益为45dB，非调谐工作时BW0.7=10MHz，当自动增益控制电压UAGC=5~7V时，控制范围达60dB，芯片采用单电源供电，最大电源电压18V。 该电路是应用于某雷达系统的中频放大器，整个电路的功率增益约为80dB，带宽为1.5MHz。 null3、30MHz射频放大器 高频集成放大器A703组成的30MHz射频放大器，电源电压为12V，消耗功率110mW。变压器T1初级匝数为10圈，次级匝数为10圈；T2初级匝数为12圈，次级匝数为1圈，线径为#22，磁芯是T44—10型。该电路主要特性指标为：电压增益35dB，功率增益37dB，带宽1MHz，噪声系数6dB。 null3.2 小信号调谐放大器的稳定性 在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待,但是实际上三极管的高频小信号模型是双向传输的。 yre的影响将在小信号谐振放大器中产生两个问题： 其一是影响小信号谐振放大器的谐振频率，特别是当输入端也接有谐振回路时， yre中的电容成分会引起放大器的频率特性发生明显的畸变，使得多级调谐放大器调整变得很困难。 其二是yre中的电导成分会引起放大器自激，使放大器不稳定。 3.2.1 谐振放大器的输入导纳Yi及稳定性分析null一、 输入导纳null稳定工作的条件： gF +gie+ gs>0null3.2.2 提高放大器稳定性的方法（1）选择高频性能好的三极管。 通常Cbc (即C)越小越好。（2）中和法。在晶体管外部接一个中和电容CN来抵消内部反馈有害的影响。如果中和电路使 和 相等，此时，正反馈的影响被抵消。起到使放大器稳定工作的作用。null组合放大电路：采用共射——共基级联电路 VT2管的Cb‘c不构成正反馈，而VT1管由于负载阻抗很小，导致该级增益很低，VT1和VT2之间处于严重失配状态，也不会构成自激振荡。（3）失配法。 是一种通过适当降低放大器的增益，提高放大器的稳定性的方法。null3.3 集成宽带放大器 宽带放大器是一种线性放大器，属于模拟集成电路的范畴，与模拟电子线路课程中的运算放大器没有本质的区别。但是，随着现代通信技术的发展，对宽频带放大器频带宽度的要求越来越高，从低频段0Hz直流开始，一直延伸到几百MHz甚至GHz，如此宽的频带范围，对集成电路的制造提出了很高的要求，而且在集成芯片的使用上，有时还要增加许多用于展宽频带的电抗补偿电路。 F733是通用型的集成宽带放大器，国外同类型号为LM733、μA733，其封装形式和主要功能相同。该芯片在没有外接频率补偿的条件下，能够放大0Hz~120MHz的电压信号，改变增益调节端G1、G2的连接方式，可以提供10、100、400三种增益供选用。输入与输出可以采用单端方式，也可以采用双端（平衡）方式。 null F733的内部原理电路如图所示。电路由差动输入级VT1、VT2，中间差动放大级VT3、VT4，输出差动级VT5、VT6和偏置电流源共四部分组成，三级放大器均采用差动放大电路，其中输入级R3~R6四个电阻用来调节增益，当⑨—④脚短路时，电压增益为300~500；⑨—④断开，③—⑩短路时，电压增益为90~110；③④⑨⑩四个管脚均开路时，电阻全部参与反馈，电压增益为9~11。null 由两片宽带集成运算放大器构成的高增益低噪声弱信号放大电路如图所示，图中C2、C3、C4是高频补偿电容，必须经过仔细的调整，以保证通频带内增益平坦的程度和上限频率。L1的取值范围是6.8~8.2H，它对下限频率有一定的补偿作用。输出信号取自于CX2501B的②脚，也可以从③脚输出，此时需要在③和⑥脚之间接一个18~22H的电感。该电路的主要技术指标是：电压增益；带宽为0.5~80MHz；输出噪声幅度20mV。null本章小结 通信系统中使用的小信号放大器分为两类，一类是谐振放大器，谐振放大器都是选频的窄带放大器，并联谐振回路、耦合谐振回路和各种固体滤波器是其负载。谐振放大器的主要参数除了电压放大倍数（增益）、输入阻抗、输出阻抗外，通频带和选择性是有别于其它放大器的重要的参数。另一类是宽带放大器，实用中的宽带放大器多为集成放大器。 分离元件的谐振放大器通常采用y参数等效电路来分析计算，单管单调谐放大器和单管双调谐放大器的分析计算是本章的重点，这一章要注意计算公式的灵活应用。 小信号放大器能否稳定工作是电路和调整中必须考虑的问题，但是稳定性涉及的问题比较多，计算只能为电路调整指一个方向，需要根据实际情况进行仔细地调整。 集成宽带放大器+集中选频滤波器是目前小信号放大器的方向。宽带放大器也存在稳定工作的问题，当频率比较高时，需要认真考虑阻抗匹配问题。