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第三章 高频小信号放大器 3.1概 述高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、雷达等接收设备中,其主要功能是从所接收的众多电信号中,选出有用信号并加以放大,而对其他无用信号、干扰与噪声进行抑制,以提高信号的质量和抗干扰能力。高频小信号放大器是指放大高频小信号(中心频率在几百千赫到几百兆赫,频谱宽度在几千赫到几十兆赫,振幅在微伏至毫伏量级的范围内)的放大器。因此,高频小信号放大器不但需要有一定的增益,而且需要有选频能力。前者由双极型晶体管(以下简称晶体管)、场效应管或集成电路等有源器件提供,后者由LC谐振回路、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器和声表面波滤波器等选频器件实现。高频小信号放大器也广泛用于其他电子设备中,如测量仪器,发射机等。 3.2高频小信号放大器的功能 3.2.1高频小信号放大器的分类高频小信号放大器主要有两类:一类是以谐振回路为负载的谐振放大器;另一类是以集中选择性滤波器为负载的集中选频放大器。谐振放大器常以晶体管等放大器件与LC并联谐振回路或耦合谐振回路构成,它又可分为调谐放大器(通称高频放大器)和频带放大器(通称中频放大器),前者的谐振回路需对外来不同的信号频率进行调谐,后者的谐振回路谐振频率固定不变。集中选频放大器是把放大和选频两种功能分开处理,放大作用由多级非谐振宽频带放大器承担,目前一般都采用集中宽频带放大器。集中选择性滤波器常用的有LC带通滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等,这些滤波器都可作为部件在专业工厂生产。因此,采用集中选频放大器线路简单、性能可靠、调整方便。小信号条件下工作的高频放大器,由于信号电压、电流幅度都很小,放大器件运用在甲类工作状态,放大电路可看作有源线性电路,因而可采用小信号等效电路来进行分析。由于高频小信号放大器的负载具有谐振特性,故采用导纳Y参数电路进行分析比较方便。 3.2.2高频小信号放大器的主要性能指标 ①谐振电压增益Au0—放大器在谐振频率上的增益,衡量对有用信号的放大能力。 ②通频带BW0.7—放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率范围。 ③选择性§抑制比: d=20lgAu0/Au(dB)§矩形系数:3、主要性能指标 ①谐振电压增益Au0—放大器在谐振频率上的增益,衡量对有用信号的放大能力。 ②通频带BW0.7—放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率范围。 ③选择性§抑制比: d=20lgAu0/Au(dB)§矩形系数:K0.1=BW0.1/BW0.7 3.3分析小信号放大器的有关知识 3.3.1串并联谐振回路的特性谐振回路也称振荡回路,是最常用的选频网络,它由电感线圈和电容器组成。简单的谐振回路有串联、并联谐振回路,以及把两个或更多个串、并联谐振回路相互耦合联接起来的耦合谐振回路。 1.串联谐振回路 串联谐振回路如图所示。图中r表示L和C的总损耗电阻,实际上,由于电容损耗比电感线圈的损耗小很多,所以r近似等于线圈的损耗电阻。 串联谐振回路的总阻抗为 在某一频率上,回路的感抗与容抗相等时,回路的总阻抗最小,此时电流与电压同相,回路发生串联谐振,由此可得串联谐振频率为 谐振时容抗与感抗数值相等,通常称它们为回路的特性阻抗,以表示,即 回路的特性阻抗与回路固有损耗电阻的比值,称为回路的固有品质因数,用 表示,即 回路的选择性回路的相频特性 通频带 当占有一定频带的信号在串联回路中传输时,由于谐振曲线的不均匀性,输出的电流或电压便不可避免地产生频率失真。为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频带。当S值由最大值1下降到0.707时,所确定的频带宽度就是回路的通频带BW0.7,则可求得串联回路的通频带为 矩形系数 为了说明实际谐振曲线接近矩形的程度,可用矩形系数来表示。串联谐振回路的矩形系数为 2. 并联谐振回路 LC并联谐振回路如图所示。图中r代表线圈L的等效损耗电阻,由于电容器的损耗很小,其损耗电阻可以略去,下面按照与串联LC回路对偶关系,直接给出并联LC回路的主要基本参数。 回路的总导纳为 回路的谐振频率 回路的特性阻抗 回路的品质因数 3.串并联谐振回路的特性比较 4.串并联阻抗的等效互换 若回路品质因数较高 ,则 可得:高Q串联电路转换为并联电路后,R2为串联电路r1的Q2倍,而X2与串联电路X1相同,基本保持不变。 5.并联谐振回路的耦合连接与接入系数 并连谐振回路作为放大器的负载时,其连接的方式直接影响放大器的性能。一般来看因为晶体管的输出阻抗低,直接接入是不适用的,会降低谐振回路的品质因数Q。通常,多采用部分接入方式,以完成阻抗变换。 定义:接入系数p为转换前的圈数(或容抗)与转换后的圈数(或容抗)的比值。由此定义我们分别可得:
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