高頻電路李第2章4

1、2.2 小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器v放大器（晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成芯片）放大器（晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成芯片）v濾波器濾波器 放大器 濾波器 有用信有用信號(hào)號(hào)v小信號(hào)選頻放大器可分為兩類：一類是以調(diào)諧回路為負(fù)載的小信號(hào)選頻放大器可分為兩類：一類是以調(diào)諧回路為負(fù)載的調(diào)諧放大器，另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器。調(diào)諧放大器，另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器。v調(diào)諧放大器常由晶體管等放大器件與調(diào)諧放大器常由晶體管等放大器件與LC并聯(lián)諧振回路或耦并聯(lián)諧振回路或耦合諧振回路構(gòu)成。合諧振回路構(gòu)成。v集中選頻放大器把放大和選頻兩種功能分開，放大作用由寬集中選頻放大器把放大和選頻兩種功能分開，

2、放大作用由寬頻帶放大器承擔(dān)，選頻作用由晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲頻帶放大器承擔(dān)，選頻作用由晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等承擔(dān)。表面波濾波器等承擔(dān)。 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)可以測(cè)量；可以測(cè)量； 晶體管采用晶體管采用Y Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路晶體管的等效參數(shù)模型與諧振回晶體管的等效參數(shù)模型與諧振回路之間常以并聯(lián)方式出現(xiàn)路之間常以并聯(lián)方式出現(xiàn) I1 I2 + + U1 U2 _ _ 二端口網(wǎng)絡(luò) 二端口 網(wǎng)絡(luò) 2.2.1 晶體管的晶體管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 b e c bIcIbUcU則對(duì)于晶體管來(lái)講，其可以看作是如下圖所示的二端口網(wǎng)絡(luò)：則對(duì)于晶體管來(lái)講，其可以看作

3、是如下圖所示的二端口網(wǎng)絡(luò)：coebfeccrebiebUyUyIUyUyI0cUbbieUIy輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納 0bUcbreUIy反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納 0cUbcfeUIy0bUccoeUIy正向傳輸導(dǎo)納正向傳輸導(dǎo)納 輸出導(dǎo)納輸出導(dǎo)納 晶體管的晶體管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 b c yie e befeUyyoe bIcIbeU+ - cU+ - 忽略反相傳輸導(dǎo)納的忽略反相傳輸導(dǎo)納的Y Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路ieieieCjgyoeoeoeCjgyfefefeyy|rerereyy|由于晶體管結(jié)電容的存在，由于晶體管結(jié)電容的存在，Y Y參數(shù)一般是一個(gè)復(fù)數(shù)。因此參數(shù)一般是一個(gè)復(fù)數(shù)。

4、因此Y Y參數(shù)的輸入導(dǎo)納以及輸出導(dǎo)納一般表示成直角坐標(biāo)的形式，而參數(shù)的輸入導(dǎo)納以及輸出導(dǎo)納一般表示成直角坐標(biāo)的形式，而正向傳輸導(dǎo)納與反向傳輸導(dǎo)納通常寫成極坐標(biāo)的形式，即：正向傳輸導(dǎo)納與反向傳輸導(dǎo)納通常寫成極坐標(biāo)的形式，即：2.2.2 單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路直流偏置由直流偏置由R R1 1、R R2 2 、R Re e來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)C C1 1 、C Ce e為高頻旁路電容。為高頻旁路電容。電路原理圖電路原理圖v交流等效電路交流等效電路 的原則：的原則：大電容作為短路處理；大電容作為短路處理；大電感作為開路處理；大電

5、感作為開路處理；電源作為地處理；電源作為地處理；找出晶體管的直流或者交流接地點(diǎn)；找出晶體管的直流或者交流接地點(diǎn)；交流等效電路交流等效電路v交流等效電路交流等效電路 的原則：的原則：大電容作為短路處理；大電容作為短路處理；大電感作為開路處理；大電感作為開路處理；電源作為地處理；電源作為地處理；找出晶體管的直流或者交流接地點(diǎn)；找出晶體管的直流或者交流接地點(diǎn)；交流等效電路交流等效電路Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路進(jìn)一步等效的進(jìn)一步等效的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路gp表示電感線圈的等效并聯(lián)損耗電導(dǎo)表示電感線圈的等效并聯(lián)損耗電導(dǎo)2oe1oeCp

6、 C 2oe1oegp g 2L2Lgp g 2L2LCp C oeoeoejYgCLLLjYgCpoeLGgggpoeLCCCC放大器輸出電壓放大器輸出電壓12febe12febe12febeo2o0112j1j()(1j)jp p Y Up p Y Up p Y UUp UfGCGCGGQLLfCGLGQ001012fLC進(jìn)一步等效：進(jìn)一步等效：諧振頻率諧振頻率品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)1電壓增益電壓增益 與諧振電壓增益與諧振電壓增益uA0uAoo12feibe02(1j)uUUp p YAfUUGQf諧振電壓增益諧振電壓增益12fe0up p YAG負(fù)號(hào)表示放大器的輸出電壓與輸入電壓之間反相，但由

7、于負(fù)號(hào)表示放大器的輸出電壓與輸入電壓之間反相，但由于Yfe是復(fù)數(shù)，有一個(gè)相角是復(fù)數(shù)，有一個(gè)相角fe，因此，一般來(lái)說(shuō)，放大器輸出電，因此，一般來(lái)說(shuō)，放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差18012fe00uup p YAAG諧振電壓的模諧振電壓的模2放大器的通頻帶放大器的通頻帶相對(duì)電壓增益相對(duì)電壓增益00121juuAfAQf200121()uuAAfQf通頻帶通頻帶00.70.72fBWfQ 3矩形系數(shù)矩形系數(shù)理想的諧振放大器的諧振曲線應(yīng)該是矩形，即對(duì)頻率在通頻帶理想的諧振放大器的諧振曲線應(yīng)該是矩形，即對(duì)頻率在通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)完全放大，對(duì)頻率在通頻帶

8、范圍外的信號(hào)完全抑制。范圍內(nèi)的信號(hào)完全放大，對(duì)頻率在通頻帶范圍外的信號(hào)完全抑制。為了衡量實(shí)際諧振放大器的諧振曲線與理想矩形之間的差別，我為了衡量實(shí)際諧振放大器的諧振曲線與理想矩形之間的差別，我們使用矩形系數(shù)這個(gè)指標(biāo)，定義為們使用矩形系數(shù)這個(gè)指標(biāo)，定義為0.10.10.7BWKBW單調(diào)諧諧振放大器單調(diào)諧諧振放大器0.10.10299BWffQ 0.10.10.79910BWKBW理想的矩形系數(shù)為理想的矩形系數(shù)為1單調(diào)諧諧振放大器的選擇性較差單調(diào)諧諧振放大器的選擇性較差例：下圖所示電路，下標(biāo)電容為高頻旁路電容或者耦合電容。已例：下圖所示電路，下標(biāo)電容為高頻旁路電容或者耦合電容。已知工作頻率為知工作

9、頻率為f0=10MHz，L1.5H，Q0100，N1/N2 =4，晶體管在工作條件下測(cè)得的，晶體管在工作條件下測(cè)得的Y參數(shù)如下：參數(shù)如下：yie(2.8j3.5)mS，yre0，yfe（36-j27）mS，yoe（0.2+j2）mS Ce R3 R1 R2 C Cb N1 V1 C Uccb C4 R4 V2 C R1 UO Ui N2 （1）畫出放大器高頻等效電路，其中晶體管用）畫出放大器高頻等效電路，其中晶體管用Y參數(shù)等效電路表示；參數(shù)等效電路表示；（2）求諧振時(shí)的電壓增益振幅）求諧振時(shí)的電壓增益振幅Au0；（3）為了增加放大器的通頻帶，應(yīng)該放大器如何改動(dòng)？（不影響）為了增加放大器的通頻帶

10、，應(yīng)該放大器如何改動(dòng)？（不影響中心頻率）中心頻率）解：解：(1) 高頻等效電路高頻等效電路 c L ifeUyyoe iU+ yie C gp N1 oU+ N2 yie e b （2）諧振時(shí)的電壓增益振幅：）諧振時(shí)的電壓增益振幅： sLQgp318105 . 110102100116600sgpgggieoep6931752003182131000693364/1|0gypAfeu（3）在）在LC回路并聯(lián)電阻可以實(shí)現(xiàn)增加通頻帶?；芈凡⒙?lián)電阻可以實(shí)現(xiàn)增加通頻帶。 161000693454/1|0gypAfeu【例例2.3】 單調(diào)諧放大器如圖所示，下級(jí)采用與本級(jí)相同的電路，單調(diào)諧放大器如圖所示，

11、下級(jí)采用與本級(jí)相同的電路，放大器的中心頻率放大器的中心頻率f0=465kHz，通頻帶，通頻帶BW0.7=15kHz。已知晶體管。已知晶體管在中心頻率及工作點(diǎn)上的在中心頻率及工作點(diǎn)上的Y參數(shù)為：參數(shù)為：gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略去，略去Yre的影響；調(diào)諧回路的影響；調(diào)諧回路的電感線圈的電感線圈N13=120匝，匝，L13=586 H，Q0=150。試確定回路其他參。試確定回路其他參數(shù)并計(jì)算放大器的增益。數(shù)并計(jì)算放大器的增益。解：解：1) 確定回路參數(shù)確定回路參數(shù)(1) 確定回路有載品質(zhì)因數(shù)、總電導(dǎo)值和電感損耗等效并聯(lián)電導(dǎo)值。

12、確定回路有載品質(zhì)因數(shù)、總電導(dǎo)值和電感損耗等效并聯(lián)電導(dǎo)值。3030.7465 103115 10fQBW3601118.9( S)31 2465 10586 10GQL p3600113.9( S)1502465 10586 10gQL (2) 確定接入系數(shù)確定接入系數(shù)p1和和p2為了使輸出功率盡量高，則要求電路滿足匹配條件為了使輸出功率盡量高，則要求電路滿足匹配條件221oe2iepp gp gg則有則有221oe2iep22()Gp gp gg112131oe0.411200.41492GpNN pgp245132ie20.121200.12142GgpNN pg(3) 確定回路外接電容確定

13、回路外接電容C232602222oe1oeie2ieoeie11200(pF)(2)(2465 10 )586 100.41183(pF)0.151423(pF)20033194(pF)CfLCp CCp CCCCC因?yàn)椋?) 計(jì)算放大器的增益計(jì)算放大器的增益312fe060.41 0.1236.8 109618.9 10up p YAG2.2.3 多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器1 1、多級(jí)單調(diào)諧放大器、多級(jí)單調(diào)諧放大器多級(jí)放大器中的每一級(jí)都調(diào)諧在多級(jí)放大器中的每一級(jí)都調(diào)諧在同一頻率上同一頻率上當(dāng)單級(jí)調(diào)諧放大器的增益或者選擇性不能滿足要求時(shí)，則當(dāng)單級(jí)調(diào)諧放大器的增益或者選

14、擇性不能滿足要求時(shí)，則將幾級(jí)放大器級(jí)聯(lián)，構(gòu)成多級(jí)調(diào)諧放大器。將幾級(jí)放大器級(jí)聯(lián)，構(gòu)成多級(jí)調(diào)諧放大器。 f0 f 1電壓增益電壓增益12nuuunAAAA每一級(jí)放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同每一級(jí)放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同12fe120() |()21nnnnunp pYAAfQGf諧振時(shí)總的電壓增益諧振時(shí)總的電壓增益120fe|nnnp pAYG2通頻帶通頻帶11012121nnnfBWBWQ 級(jí)數(shù)n1234510.640.510.430.39121n頻帶縮減因子頻帶縮減因子因此，級(jí)數(shù)越多，放大器的增益越高，但通頻帶卻變窄了。因此，級(jí)數(shù)越多，放大器的增益越高，但通頻帶卻變窄了。3矩形系數(shù)矩形系數(shù)1/0.10

15、1001nnBWfQ1/0.10.11/100121nnnnnBWKBW級(jí)數(shù)n123456Kn0.19.954.663.743.383.19 3.072.52 2、參差調(diào)諧放大器、參差調(diào)諧放大器 各級(jí)的調(diào)諧頻率不同各級(jí)的調(diào)諧頻率不同 f0 f1 f2 Au0 Au1 Au2 f0 Au=Au0 Au1 Au2 v特點(diǎn)：特點(diǎn)：有較寬的通頻帶，且在帶有較寬的通頻帶，且在帶內(nèi)頻帶特性平坦，帶外又有內(nèi)頻帶特性平坦，帶外又有較陡峭的特性。較陡峭的特性。2.2.4 調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性1. 影響調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的因素影響調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的因素bfeiiereieiboeLIYYYYYYUY

16、Y當(dāng)反向傳輸導(dǎo)納當(dāng)反向傳輸導(dǎo)納 時(shí)，反饋等效導(dǎo)納時(shí)，反饋等效導(dǎo)納 ，放大器的輸入導(dǎo)納不，放大器的輸入導(dǎo)納不等于晶體管的輸入導(dǎo)納。輸出電壓影響輸入電流，放大器輸出電路中的等于晶體管的輸入導(dǎo)納。輸出電壓影響輸入電流，放大器輸出電路中的晶體管參數(shù)晶體管參數(shù) 、 和集電極負(fù)載導(dǎo)納和集電極負(fù)載導(dǎo)納 均對(duì)放大器輸入導(dǎo)納有影響。均對(duì)放大器輸入導(dǎo)納有影響。在條件合適時(shí)，放大器的輸出電壓通過(guò)在條件合適時(shí)，放大器的輸出電壓通過(guò) 將一部分信號(hào)反饋回輸入端，將一部分信號(hào)反饋回輸入端，形成自激振蕩。形成自激振蕩。re0Y i0YfeYoeYLYreY2. 提高調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的方法提高調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的方法v選擇選擇y

17、 yrere較小的晶體管。較小的晶體管。v中和法中和法v失配法失配法u失配法失配法當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納很大時(shí)當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納很大時(shí)失配是指信號(hào)源內(nèi)阻與晶體管輸入阻抗不匹配，晶體管輸出失配是指信號(hào)源內(nèi)阻與晶體管輸入阻抗不匹配，晶體管輸出端負(fù)載阻抗與本級(jí)晶體管的輸出阻抗不匹配。端負(fù)載阻抗與本級(jí)晶體管的輸出阻抗不匹配。feiiereieoeLYYYYYYY這樣可以認(rèn)為輸出電路對(duì)輸入電路沒(méi)有影響這樣可以認(rèn)為輸出電路對(duì)輸入電路沒(méi)有影響失配法的典型電路是失配法的典型電路是“共射共射-共基共基”組態(tài)級(jí)聯(lián)的放大器組態(tài)級(jí)聯(lián)的放大器u 中和法中和法中和法是指通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附中和法是指通過(guò)在晶體管的輸出端

18、與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路加的外部反饋電路(稱為中和電路稱為中和電路)來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)Yre的的反饋?zhàn)饔?。反饋?zhàn)饔谩?1Nb cb c22LNCCCLNCbcCN2.3 集中選頻放大器集中選頻放大器集中選頻放大器組成集中選頻放大器組成2.3.1 集中選頻濾波器集中選頻濾波器一般常將無(wú)需調(diào)整的石英晶體濾波器、陶瓷濾波器以及聲一般常將無(wú)需調(diào)整的石英晶體濾波器、陶瓷濾波器以及聲表面波濾波器（它們都是封裝好的，作為一個(gè)單獨(dú)的器表面波濾波器（它們都是封裝好的，作為一個(gè)單獨(dú)的器件），統(tǒng)稱為集中選頻濾波器或者固體濾波器，他們的性件），統(tǒng)稱為集中選頻濾波器或者固體濾波器，他

19、們的性能都做得很好，一般應(yīng)用在窄帶濾波中。能都做得很好，一般應(yīng)用在窄帶濾波中。 1. 陶瓷濾波器陶瓷濾波器v振蕩原理基于壓電效應(yīng)以及逆壓電效應(yīng)；振蕩原理基于壓電效應(yīng)以及逆壓電效應(yīng)；v當(dāng)外加信號(hào)工作頻率與晶體或者陶瓷的機(jī)械頻率一當(dāng)外加信號(hào)工作頻率與晶體或者陶瓷的機(jī)械頻率一致時(shí)，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。致時(shí)，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。v空載品質(zhì)因數(shù)可達(dá)幾百以上，空載品質(zhì)因數(shù)可達(dá)幾百以上， 選擇性非常好。選擇性非常好。四端陶瓷濾波器的構(gòu)成和圖形符號(hào)四端陶瓷濾波器的構(gòu)成和圖形符號(hào)壓電陶瓷片等效電路壓電陶瓷片等效電路壓電陶瓷片阻抗頻率特性壓電陶瓷片阻抗頻率特性sqq12fL Cp0qq0q12fC CLCC 2. 聲表面波濾波器聲表面波濾波器聲表面波濾波器（聲表面波濾波器（urface coustic ave ilter）是利用某些晶體（如石英晶體、鈮酸鋰是利用某些晶體（如石英晶體、鈮酸鋰LiNbo3等）的壓電效應(yīng)等）的壓電效應(yīng)和表面波傳播的物理特性而制成的一種新型電和表面波傳播的物理特性而制成的一種新型電聲換能器件。聲換能器件。 聲表面波濾波器自聲表面波濾波器自20世紀(jì)世紀(jì)60年代中期問(wèn)世以來(lái)年代中期問(wèn)世以來(lái), 發(fā)展非常迅速，發(fā)展非常迅速， 它不僅不需要調(diào)整它不僅不需要調(diào)整, 而且具有良好的幅頻特性和相頻特性而且具有良好的幅頻特性和相頻特性, 其矩其矩形系數(shù)接近。形系數(shù)接近。(a) 結(jié)構(gòu)；結(jié)