《射频模拟电路》课件：2-6 小信号调谐放大器总结.ppt

1、电路电路上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器1 1、放大器的输入导纳放大器的输入导纳 Yi ？0rey ieiyY LoefereieibiyyyyyVIY2、放大器的电压增益、放大器的电压增益= ？上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器iVVVA/02、放大器的电压增益、放大器的电压增益= ？上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器12120121fefeVLp p yp p yAQfgj Cgjj Lf

2、1221feVp pyAgj1222221221221()feVPoeieoeiep p yAGp gp gjCp Cp CjL120feVP P yAg3、放大器的功率增益、放大器的功率增益上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器22221222210|41()4(1)1|41(1)4(1)1fePPPoeiePfePLoeiePyPgGAggPgyPQggPQ失配损耗插入损耗失谐状态的程度对功率的影响谐振时的最大功率增益4 4、放大器的其他性能指标、放大器的其他性能指标 ：上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器LQf

3、f07 . 027.01.01.022ffKrLQff01.0992991.0rKLC10121200.70722fefevp p yp p yAgCf001LCQLgg000.70700.7072222LCf CgCffQf1200.70722fevp p yAfC 5 5、高频小信号调谐放大器的稳定性高频小信号调谐放大器的稳定性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器LoefereieiyyyyyYFieiyyY0isYy振荡的临界条件为：5 5、高频小信号调谐放大器的稳定性高频小信号调谐放大器的稳定性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放

4、大器高频小信号调谐放大器放大器不稳定1SK 1SK 1SK 510SK 2()()|1cos()sieoeLSfereferegggGKyy稳定性系数放大器稳定的临界状态放大器稳定2221021|2ppyCggKfereSresfeVCKyA00|25 5、高频小信号调谐放大器的稳定性高频小信号调谐放大器的稳定性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 提高放大器稳定性的措施提高放大器稳定性的措施(1)中和法 5 5、高频小信号调谐放大器的稳定性高频小信号调谐放大器的稳定性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 提高放大

5、器稳定性的措施提高放大器稳定性的措施(2)失配法 信号源内阻与负载不相等称为失配状态。ieLoefereieiyyyyyyY第二章第二章 射频电子系统中的射频电子系统中的放大器设计放大器设计2.1 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 总结与习题讲解总结与习题讲解 （2.1.12.1.7）1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头） 一、一、 对高频头的主要性能要求对高频头的主要性能要求 1. 噪声系数小、 功率增益高、 放大器工作稳定 噪

6、声对图像来说, 表现为不规则的雪花样点状的干扰。 电视机整机输出信噪比的好坏, 主要取决于调谐器高放级噪声系数的大小。 多级放大器总的噪声系数可以表示为 式中, NF1、NF2等为各级噪声系数，AP1、AP1等为各级功率增益。可见, 提高调谐器的功率增益对于减少整机噪声十分重要。 一般要求高频头的功率增益20 dB, 噪声系数低于8 dB。 .11213121ppFpFFFAANANNN1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头） 2. 具有足够的通频带宽度和良好选择性 高频调谐器应该具有从接收天线感应得到的各种电磁信号中选取所需要的频道信

7、号、抑制干扰的能力。因此要求它有合适的通频带和良好的选择性。一般要求高频调谐器镜频抑制比(IMR)大于40 dB, 中频抑制比(IFR)应大于50 dB。彩色电视机除了希望通带不要太宽外, 为了减少彩色失真, 还希望频率特性通带内增益变化较平稳。1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头） 3. 与天线、 馈线有良好的匹配关系 高频头的输入阻抗就是馈线的终端负载阻抗。而各种负载线都有一定的特性阻抗ZC (它只与传输线材料、结构形状及尺寸有关, 而与终端负载、传输线的长度、始端信号源电动势无关)。如果负载阻抗ZL=ZC, 则由天线送来的功率将

8、完全为负载所吸收, 这时只有从天线向高频头传输的入射波, 没有反向传输的反射波。如果ZLZC, 则在馈线终端将会产生反射波, 这样不仅使信号功率不能完全被高频头所接收, 而且由于原入射波形成的电视信号与经反射后再次入射的电波形成的电视信号之间有一定的时延, 从而使荧屏上显示的图像产生重影。 为了便于匹配, 调谐器输入、输出阻抗均设计为75 , 正好与电视机拉杆天线或共用天线分支器插孔的等效阻抗相同, 采用特性阻抗为75 的同轴电缆线直接相连就可以匹配。4. 高放级应设有自动增益控制电路 一般要求自动增益控制范围应达到20 dB以上, 以保证当天线输入电平, 在一定范围内变化时, 视放输出电压基

9、本保持幅度稳定。1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）二、为了收看不同频道的电视信号, 根据需要能改变(切换)信号的频道 , 即所谓高频调谐。 调谐的方法有两种: 机械调谐 (改变LC回路的电感值) 电子调谐 (改变LC回路的电容)机械调谐 ； 开关式高频头，转盘式高频头电子调谐: 高频头的各调谐回路中的可变电容器件都采用变容二极管替代。变容二极管实质上就是一个结电容Cj随外加反向偏压变化范围比较大的PN结晶体二极管。2CB14变容管1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）变容

10、管2CB14使谐振回路频率最大变比为45. 262121)(2110NMMNNMjjjjCCLCLCffCCLCCCCCLf1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）68. 15 .52881MHzMHzN 以电视VHF频段为例, 其最低频道中心频率为52.5 MHz, 第12频道中心频率为219 MHz, 其比值为4.17, 显然2CB14变容管不能满足覆盖VHF全波段的要求。 假若再考虑分布电容的影响, 则变容管改变谐振回路变比还要小于2.45。 因此, 需将VHF范围内的12个频道划分为两个波段, 15频道为低频段, 612频道为高

11、频段。采用电子开关切换电感线圈, 以便得到高、低两个频段。 低频段(15频道)频率变比为则变容管电容覆盖系数NC1=N21=2.82。高频段(612频道)频率变比为则变容管电容覆盖系数NC2=N22=1.64。这样, 2CB14就都能满足频率覆盖的设计要求。28. 11712192MHzMHzN1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）l电子开关电子开关该电路要求开关二极管正向导通电阻小于1 , 以确保导通时的短路作用, 要求其反向电阻大, 并且反向结电容很小(小于1 pF), 以保证截止时的交流开路作用。1、实际电路举例l例一：高频调谐

12、器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头） 三、三、输入回路l电视机高频调谐器的输入回路应具有以下作用: 频道选择(选台) 和阻抗匹配, 既要与高放输入端匹配, 又要与天线馈线实现阻抗匹配 抑制中频干扰和邻频道信号干扰 对于天线的强输入信号给予一定的衰减等。1、 选频电路l选频电路用来完成选频及阻抗匹配两个任务, 它是输入电路中的主要电路。 为了满足选频的要求, 选频电路通常都是由电感和电容组成的单调谐的谐振回路。常用基本选频电路结构形式如图所示。 1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）1、实际电路举例l例一：

13、高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）sssRLLLRnnnR22212221)()(RS=？iiRCCCR2221)(Ri=？谐振电路总电感为: L=L1+L2谐振电路总电容为:iiCCCCCCC2121)(选频电路本身损耗为 R0=0LQ0阻抗匹配阻抗匹配1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）LCf210此电路的选择性用有载品质因数QL表征:BfQL0,一般取B=8 MHz。插入损耗的存在造成了电视机噪声系数增大和灵敏度降低。选频电路本身存在损耗电阻R0, 因此在信号的传输系统中插入它以后, 必

14、然要增加一些功率损耗。插入损耗用分贝表示为)()1lg(10)1 (2020dBQQAQQALL选频电路的插入损耗选频电路的插入损耗1、实际电路举例中频吸收电路中频吸收电路l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）四、中频抑制电路四、中频抑制电路为了提高高频头对中频干扰信号的抑制能力, 通常在输入回路中加入中频吸收电路, 或称为中频抑制电路。1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）三、高三、高 频频 放放 大大 器器高频放大器的主要任务是放大高频电视信号, 它的增益、 噪声系数等主要指标对整机性能

15、有极其重要的影响。 对高放级的要求是: (1) 因为整机的噪声系数主要由高放级决定, 因此要求高放级的噪声系数尽可能小, 一般应小于5 dB。 故要求采用噪声系数小于3 dB的晶体管。 (2) 有较高而稳定的功率增益, 且要求对不同频道的增益比较均匀。高放级增益约20 dB以上, 频道之间的增益差应小于10 dB。 (3) 具有良好的选择性和足够宽的通频带。要求幅频特性-3 dB带宽大于8 MHz, -6 dB带宽小于18MHz。 (4) 具有自动增益控制作用, 高放级的增益可控范围应大于20 dB。 1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高

16、频头）双调谐电路具有较理想的双峰频率响应曲线。双调谐电路具有较理想的双峰频率响应曲线。高频放大器原理电路1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）R1R4R3R2C5C1,C2 ,L1C3,C4 ,L2阻抗匹配阻抗匹配Cb机械调谐器高频放大器1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）电子调谐式高频放大器C1,L1, VDT1C2,L2, VDT2C3C3,L3VD,R1,R21、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）高频放大器基

17、本上是一个窄带放大器(中心频率与通频带之比大于10), 因此它的负载都采用选择性好、接近理想矩形曲线的双调谐电路。 以图(a)为例, 忽略偏置元件和中和元件, 即得到交流等效电路。 绘出晶体管Y参数高频等效电路如图所示。1、实际电路举例QQQCLCL2102211,1121LLMk 22101gYppAfeul例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头） 21LLMk 1、实际电路举例l例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）例一：高频调谐器（频道选择器）（高频头）l四、四、 高放级的功率增益高放级的功率增益 可见, 耦合双回路当=1和1时, 它们谐振曲线的

18、峰值是相同的, 都达到了输出的最大值Umax, 或者说, 在此峰值时满足了最大功率传输和阻抗匹配条件。 因此, 双调谐回路高频放大器的最大功率增益就等于晶体管的最大功率增益。ieoefepieoefeLLoefeLggyPPAgUPUgygggUygUP44)(212max211212212221、实际电路举例例例2、双栅场效应管双栅场效应管放大电路放大电路双栅双栅N沟道沟道MOS场效应管场效应管,。双栅场效应管与普通三极管双栅场效应管与普通三极管比较比较, 具有下面三个突出优点具有下面三个突出优点:(1) 场效应管线性范围宽、场效应管线性范围宽、AGC控制灵敏控制灵敏, 控制范围大。控制范围

19、大。(2) 两个栅极均能控制沟道电两个栅极均能控制沟道电流流, 使用方便。使用方便。 高频电视信高频电视信号从号从g1栅极输入栅极输入, 控制输出控制输出, AGC电压从电压从g2栅极输入栅极输入, 控控制场效应管内导电沟道的大制场效应管内导电沟道的大小小, 从而实现对增益的控制。从而实现对增益的控制。(3) 噪声小。噪声小。 1、实际电路举例例例2、双栅场效应管双栅场效应管放大电路放大电路R7,R8,R9,R10,C14R11L9C11,C15R6、R5、 C121、实际电路举例例例2、寻呼机的射频放大电路寻呼机的射频放大电路l图中两个晶体管组成共射共基极级联电路图中两个晶体管组成共射共基极

20、级联电路。例例3：超外差收音机中频放大器电路图：超外差收音机中频放大器电路图1、实际电路举例例例4：收音机中放级电路图：收音机中放级电路图1、实际电路举例l高频放大器设计与制作高频放大器设计与制作2、实际电路设计举例l 放大电路可以说是模拟信号处理电路的基本单元，尤其对高频接收机与发射机而言。在接收机里，放大电路要将从天线所输入的V单位的小信号加以放大，在发射机方面，功率放大电路也要将信号放大至以W为单位的信号级别。 高频放大电路所要求的特性高频放大电路所要求的特性 对于有用频带的功率增益要高 在直流放大和低频放大电路中，增益(Gain)一般是指电压增益；而在高频电路中，增益一般常用功率增益来

21、表示。 例如，在图所示的电路中， 由天线所输入的信号为-30dBm(0.00lmW)，当高频放大器的功率增益为25dB时，输出信号变成为-5dBm。l 图中 高频电路的增益为功率增益(在高频放大器中，一般是以每级功率增益限制在2030dB的程度来设计。如图若输入信号为-30dBm，增益为25dB时，放大后的信号成为-5dBm。)l 2、实际电路设计举例例5、高频放大器设计与制作l产生的噪声要很小 S/N称为信噪比，常用于表示信号的品质，反映具体信号中有用信号和噪声的比率。 由于放大器在放大信号的同时，内部本身也会产生噪声，故信号在输出端较之输入端的S/N值要小，品质会变差。对于由于放大而造成信

22、号S/N变化，可以用噪声系数NF表示。理想放大器的NF为0dB。下图所示的为改善NF的例子，在噪声指数为8dB的接收机，连接前置放大器(pre-amplifier)的高频放大器。此时的前置放大器的NF为2dB，功率增益为25dB。因此，连接前置放大器後的NF可以用以下公式表示。l将数值代人此公式，可以得到连接前置放大器后的NF成为 NF=10log1.58+(6.3-1)/316=2.03dB 由此可以看出，加入前置放大器，l可以改善全体的NF，而得到高增益，低噪声的放大器。l l 改善噪声系数NF实际电路举例实际电路举例FM调谐器用高频放大器电路图本高频小信号放大器的设计要求 输入输出阻抗与

23、同轴电缆线的特性阻抗匹配，定为50。 如果所通过的频带为78M88MHz，频带宽BW成为10MHz，则中心频率为83MHz。 放大器的功率增益Ap定为20dB(100倍)以上，在放大器内所产生的噪声指数NF(Noise Figure)为3 dB以下。 2K241参数参数从这些参数可以看出：2SK241的内部是由输入阻抗很高的源极接地电路与回授电容量很小的栅极接地电路组合而成，非常适合做为高频放大的用。 FM调谐器用高频放大器电路图L1：0.8mm镀镍线，卷绕4圈内径11mm拉长至7mm。抽头为由接地算起往上方1圈处。L2：0.8mm镀镍线，卷绕3.5圈内径9mm拉长至8mm。(由於输入输出回路

24、的谐振电路为空芯线圈，可以用手卷绕。整个放大电路使用VHF放大，电路形式采用FET 2SK241GR做源极接地。) l习题讲评习题讲评l1、有一并联回路在某频段内工作，频段最低频率为535 kHz，最高频率1605 kHz。现有两个可变电容器，l一个电容器的最小电容量为12 pF，最大电容量为100 pF；另一个电容器的最小电容量为15 pF，最大电容量为450 pF。试问：l1）应采用哪一个可变电容器，为什么？l2）回路电感应等于多少？l3）绘出实际的并联回路图。l2、给定并联谐振回路的 f 0 5MHZ，C50 pF，通频带2 f 0. 7 150 kHz。试求电感L、品质因数 Q 0以及

25、对信号源频率为5.5 MHz 时的失调。又若把2 f 0 . 7 加宽至300 kHz，应在回路两端再并联上一个阻值多大的电阻。l3、如图所示。已知L0.8H，l Q 0 100， C 1 C 2 20 pF，lC i 5 pF，R i 10 k， C 0 20 pF, R 0 5 k。试计算回路谐振频率，谐振阻抗（不计 R 0和R i 时）、有载Q L 值和通频带。习题讲评 : 1-12010.121()LfQf497.5LQ L1RLC2C1RsIsL2Rp采用部分接入形式226121497.56.4 10()LPsLPPsLQGp Gp GsL GGG问题：问题：1、设计后无电路图！、设

26、计后无电路图！2、参数一致性！、参数一致性！习题讲评 : 1-2问题：问题：1、设计后无电路图！、设计后无电路图！2、参数一致性！、参数一致性！12 有一个并联谐振回路工作于中波频段535kHz1605kHz。现有两个可变电容，一个变化范围为12pF100pF，另一个为15 pF450pF。试问： (1)应采用哪种可变电容?为什么? (2)回路电感L？ (3)为保证足够的频率刻度精度，实际的并联谐振回路应如何设计? 012fLCm axm axm inm infCfC3max3min1605 103535 10ffmaxmin9CCmaxmin100912CCmaxmin45030 915CC

27、 电容1： 电容2：习题讲评 : 1-2问题：问题：1、题目有错！、题目有错！12 有一个并联谐振回路工作于中波频段535kHz1605kHz。现有两个可变电容，一个变化范围为12pF100pF，另一个为15 pF450pF。试问： (1)应采用哪种可变电容?为什么? (2)回路电感L？ (3)为保证足够的频率刻度精度，实际的并联谐振回路应如何设计? 3max3min1605 103535 10ffmaxmin45030 915CC则可变电容的选择应满足： 电容2：xCm axm axxm inm inx3fCCfCCmaxminx939.37pF9 1CCC选择15pF450pF的可变电容是

28、恰当的，同时考虑到频率在535kHz-1605kHz波段内变化，因此选择一电容与可变电容15pF450pF并联以满足： x40pFC223 2120maxminx111179H(2) ()(21605 10) (15 40) 10LCfCC选习题讲评 : 1-3问题：问题：1、串联谐振是电压谐振！、串联谐振是电压谐振！2、求、求ZX!xZxxx1jCZr0QxZl3 串联回路如习图11所示，将11端短路，C调到100PF时谐振，电容C两端的电压为10V，如11端串接入阻抗，已知，此时C调到200pF时重新谐振，C两端电压变成2.5V。求电感L，回路空载品质因数及。26 212011253H(2

29、)(210 )100 10LfC0101000.1csVQV612001115.9100 210100 10rQC1）11端短路时，谐振：习题讲评 : 1-4习题讲评 : 1-536601132.640.111 10254.9 100.8 10LQgL600.70754.9 1021.68MHz32.64LffQ习题讲评 : 1-622121sPLppRRR10.0125P 20.0458P 输入匹配解得 习题讲评 : 1-7作业：作业：l一、填空题一、填空题l1、在单级单调谐振放大器中，谐振时的电压增益Kvo= 有载QL= ，通频带BW0.7= ，矩形系数K0.1为 。l2、n级同步单调谐振

30、放大器级联时，n越大，则总增益越 ，通频带越 ，选择性越 。l3、为了提高谐振放大器的稳定性，一是从晶体管本身想办法，即选Cbc的晶体管；二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，具体采用 法和法。作业：作业：l二、单项选择题二、单项选择题l1、单级单调谐放大器的通频带BW0.7为_。l(1)QL/f0 (2)f0/QL (3)f0/2QL l其矩形系数K0.1约为_l（1）1 （2）5 （3）10 （4）100l2、LC并联谐振回路两端并上一个电阻可以_。l（1）增加谐振电阻值 （2）提高回路品质因数l（3）提高谐振频率 （4）加宽频带l3、单级单调谐放大器的通频带BW0.7_。l(1)等于空载LC调谐回路的通频带 （2）大于空载LC调谐回路的通频带l(3)小于空载LC调谐回路的通频带 （4）以上情形都可能l4、为了展宽单调谐放大器的通频带，可以_。l（1）在负载回路两端并联电阻l（2）增大负载回路谐振电阻l（3）负载回路与晶体管之间采用阻抗变换电路l（4）降低晶体管的工作电流l第二章作业没做完的继续做！第二章作业没做完的继续做！l完成前面的作业。完成前面的作业。