高频电子线路阳昌汉版第2章_高频小信号放大器

r

0
阻抗幅频特性

-90º
Us 电流最大 I 0 r
.
.
阻抗相频特性
Z 0 ，回路呈纯阻性 当 f f 0 时，
f f 0 时， Z 0 ，回路呈感性 f f 0 时， Z 0 ，回路呈容性
8
品质因数:谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比 它反映谐振回路损耗的大小
12
4.回路阻抗特性
Z
1 1 2 G (C ) L Z
2 0
Z
1 Y
1 G0 j (C 1 ) 1 L
Z arctan L
C
RP
L
0
阻抗幅频特性

-90º
0
z 90º 0º
G0
C
阻抗相频特性 在谐振时，回路相移为零，阻抗最大，导纳最小，且为纯阻性 失谐时，回路有相移，且回路阻抗下降。 当 f f 0 时， Z 0 ，回路呈纯阻性 ，回路呈容性 ，回路呈感性
第 2 章 高频小信号放大器
概述
高频电路的基础知识
晶体管高频小信号谐振放大器
小信号谐振放大器的稳定性
集中选频放大器
1
2.1 概 述
一、高频小信号放大器的功能
实现对微弱的高频信号进行不失真的放大 高频: 指被放大信号的频率在几百KHz～几百MHz 小信号: 指放大器输入信号小，有源器件工作在线性 范围内，分析电路时可采用有源四端网络 分析法分析 高频小信号放大器功能的表示形式:
28.14 10 12 (F) 28.14pF
由Q0
Rp
0 L
得：
Rp Q00 L 100 2 30 106 1106 18.85(kΩ)
20
例2 下图中，L = 586 H, C = 200 PF, r = 12 , RS = RL= 100 k ，试 分析信号源及负载对谐振回路特性的影响。
2 R2 X X 1 X1 2 2 2 2 2 X2 1 X2 R2 X 2 1 1 2 Q2 R2
R2 (1 Q2 ) R1 Q2 R1
X 2 (1 1 Q 2 ) X 1 X 1
(Q 1)
结果表明:串联电路转换为等效并联电路后，电抗元件性质不变， 且在高Q时，电抗值基本不变，而并联电路的电阻为串联电路的Q2倍
7
（一）LC串联谐振回路
回路阻抗: Z r j (L
谐振频率： 0
阻抗特性:
1 LC
1 ) C
Z r 2 (L 1 ) 2 C 1 L C arctan Z Z z r
C 0
Z
特点：
Z r （谐振电阻）
（作为陷波器）
90º 0º L
2
RL u12 N12 2 2 RL u2 N2
' RL
注：（1） p 反映电压比
N1

2
U1
'
则
1 RL 2 p
26
（2）若 p 1 则 R L RL ，实现从低阻向高阻的变换， 实现阻抗匹配，同时回路品质因数大大提高
2 R X \ R1 2 2 2 2 R2 X 2
2 R2 X X1 2 2 2 R2 X 2
R2 X1 Q1 Q2 Q R1 X2
结论：串并联等效互换后Q不变。
23
2 R2 X 2 R2 1 R1 2 R2 2 2 2 R2 R2 X 2 1 Q 1 2 X2
NF ( S / N )i P P si ni ( S / N )O Pso Pno
( N F )dB 10 lg(
希望放大器本身产生的噪声越小越好，要求噪 声系数接近 1。
6
Psi Pni ) Pso Pno
2.2
高频电路的基础知识
一、LC谐振回路
主要特点： 选频、滤波作用 分为：
LC 并联谐振回路 LC 串联谐振回路
Kr 0.1 1 ，选择性越好。
Au 0.1Au时所对应的频 0 带宽度
5
4、工作稳定性： 指放大器的工作状态、晶体管参数、电路元件参 数等变化时，放大器主要性能指标的稳定程度。 一般的不稳定现象是：增益变化、中心频率偏移、通频 带变窄、谐振曲线变形等，不稳定的极端情况是放大器 发生自激，放大器不能正常工作。 5、噪声系数： 指输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值
15
6．通频带
定义:回路电压下降到最大值的 1 2 倍时所对应的频率范围， 用 2f （ BW ）表示。
0.7
0.7
U U0
1 2f 2 1 (Q ) f0

1 2
可得出
2f 0.7
f0 Q
结论：通频带与Q成反比，Q越高，回路选择性越好， 但通频带越窄。
16
7．负载与信号源内阻对回路影响
14
U 常用的谐振曲线为归一化谐振曲线，即为 U0
1 2f 2 1 (Q ) f0
Q1 Q2
Q2 > Q1
在谐振点,Δ f=0，U/U0=1。随着|Δ f|的增大， U/U0将减小。 对于同样的偏离值Δ f，Q越高，U/U0衰减就越多，谐振曲线就越 尖锐，即回路两端电压衰减越快，对外加信号的选频作用越显著， 即选择性越好 结论：Q值越高，谐振曲线就越尖锐，回路选择性越好
RS Us
.
L r
C
RL
R0
[解 ]
1. 计算无 RS、 RL时回路的固有特性：f0、Q0、RP、BW0.7
L Q0 /r r C
L R p R0 Cr
0 L
21
2. 计算有 RS、 RL时回路的特性：f0、Q、RP、BW0.7
RS Us
.
L r
C
RL
由于L、C基本不变，故谐振频率 f0 ＝465kHz不变
Rp Rs / / R0 / / RL 41.5kΩ
QL Rp
0 L
24
f 0 465kHz BW0.7 19.4kHz QL 24
22
二、串并联阻抗的等效互换
等效互换前的电路与等效互换后的电路阻抗相等 等效互换的原则： R2 ( jX 2 ) R2 X 22 R22 X 2 R1 jX 1 2 j 2 2 R2 jX 2 R2 X 2 R2 X 22
解决方法：可用阻抗变换电路。
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（一）变压器阻抗变换电路
+
M C N1
+
u1
-
N2
RL
u2
-
设变压器为无耗的理想变压器，则等效到初级回路的电阻 RL'上所消 耗的功率应和次级负载RL上所消耗功率相等，即
2 u12 u2 RL RL
或
设接入系数 p
N1 2 RL ( ) RL N2 N U
.
谐振电阻
R p R0 Q Q
. .
L C
. . . . U0 并联谐振回 I . U 0 I s R0 jQ I IC 0 j0C I s R0 jQ I s s L0 1 路中的电流 j 0 L j 0 L j 0 C
.
结论：谐振时电感和电容中的电流幅值为外加电流源的Q倍
考虑Ｒs和ＲL后的并联谐振回路，如图所示。
谐振频率
f0
回路谐振电阻 R p Rs // R0 // RL R R 1 1 有载品质因数 QL 0 L 0 Lg 0 L( g s g 0 g L ) （考虑Ｒs和Ｒ ）
（不考虑Ｒs和ＲL）
1 不变 2π LC
回路导纳
Y G0 jB
G0 Cr L
1 Cr 1 j (C ) Z L L
B C 1 L
10
2.回路谐振特性
1 Cr 1 j (C ) Z L L
Y G0 jB
（1）谐振条件： 当回路的电纳等于0时（即虚部为0），回路呈谐振状态 （2）谐振阻抗： 谐振电阻：
I s R0 U0 f f f f 1 Q 2 ( 0 )2 1 Q 2 ( 0 )2 f0 f f0 f
当f在
f 0 附近时，
f ( f f 0 )( f f 0 ) f f 0 2 f0 f ff 0 f0
f 为失谐量
U0 U 2f 2 1 (Q ) f0
1、电压增益与功率增益
电压增益 功率增益
u 输出电压 Au o ui 输入电压
Po 输出给负载的功率 Ap Pi 输入功率
1
2、通频带
定义：放大器的电压增益下降到最大值的 2 倍时所对 应的频带宽度。常用 2△f0.7(或BW0.7)表示。
BW0.7 f 2 f1 2f0.7
24
三、阻抗变换电路
信号源内阻或负载直接并联在LC回路两端，该接法存在的问题：
（1）谐振回路的Ｑ值大大下降 （2）信号源和负载电阻常常是不相等的，即阻抗不匹配， 当两者相差 较多时，负载上得到的功率可能很小 （3）信号源内阻或负载不一定是纯电阻，可能还包括电抗 部分如果考虑信号源输出电容和负载电容，会影响回路 的谐振频率。
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LC串并联相比较
18
LC串并联相比较
19
例1
已知LC并联谐振回路的电感L在 f 30MHz 时测得 L 1uH, Q0 100 试求谐振频率 f0 30MHz 时的C和 并联谐振电阻 Rp
由f 0 1 2 LC ，得：
解：
C
1 1 (2 f 0 ) 2 L (2 30 106 ) 2 110 6
G0