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1、谐振回路谐振回路小信号谐振放大器小信号谐振放大器集中选频放大器集中选频放大器放大器的噪声放大器的噪声第第 2 2 章章 小信号选频放大器小信号选频放大器 调谐放大器是高频电路中一种最基本、最常见的电调谐放大器是高频电路中一种最基本、最常见的电路形式。它是高频放大器的一种。路形式。它是高频放大器的一种。高频小信号调谐放大器是由调谐回路与晶体管相结合而高频小信号调谐放大器是由调谐回路与晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应成，其突出优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收设备中。用于各类接收设备中。接收天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只接收天线所感应
2、的电台的高频信号是很微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收设备内解调器的输入电压，最有几微伏到几毫伏，而接收设备内解调器的输入电压，最好能达到好能达到1 1伏左右，这就要求接收机对高频信号的放大能力伏左右，这就要求接收机对高频信号的放大能力要达到几千倍到要达到几千倍到1010万倍左右。万倍左右。另外另外,接收天线所感应的信号，除了有要接收的电台信接收天线所感应的信号，除了有要接收的电台信号外，还有干扰信号。如果采用没有选择性的放大器进行号外，还有干扰信号。如果采用没有选择性的放大器进行放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的干扰中。放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的干扰中。为了解决这
3、个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样为了解决这个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。选频网络可以用选频网络可以用 LC LC 谐振回路组成，也可以由集中选频滤谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此得大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此得到广泛应用。到广泛应用。2.1 2.1 谐振回路谐振回路 谐振回路是高频电路里最常用的无
4、源选频网络，包括并联谐振回路是高频电路里最常用的无源选频网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。它能选出我们需要的频率分回路和串联回路两种结构类型。它能选出我们需要的频率分量量 ，滤除不需要的频率分量。，滤除不需要的频率分量。利用谐振回路的幅频特性和相频特性，不仅进行选频，而利用谐振回路的幅频特性和相频特性，不仅进行选频，而且还可以进行信号的频幅转换和频相转换。另外，用且还可以进行信号的频幅转换和频相转换。另外，用LCLC元件元件还可组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。还可组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。所以，所以，LCLC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是谐振回路虽然结构简
5、单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分。不可缺少的重要组成部分。信号源与电容和电感串接，就构成串联振荡回路。信号源与电容和电感串接，就构成串联振荡回路。一、一、并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性谐振回路谐振回路:由电感线圈和电容器组成由电感线圈和电容器组成 它具有选择信号及阻抗变换作用。它具有选择信号及阻抗变换作用。简单的谐振回路有串联、并联谐振回路。简单的谐振回路有串联、并联谐振回路。串联谐振回路适用于信号源内阻等于零或很小的情况（恒串联谐振回路适用于信号源内阻等于零或很小的情况（恒压源），如果信号源内阻很大，采用串联谐振回路将严重降压源），如果信号源内阻很大，采用串联谐振
6、回路将严重降低回路的品质因数，使回路的选择性变坏（通频带过宽）。低回路的品质因数，使回路的选择性变坏（通频带过宽）。谐振放大器中，谐振放大器中，LCLC并联谐振回路应用最为广泛。并联谐振回路应用最为广泛。电流源电流源并联回路两端输并联回路两端输出电压出电压根据电路分析基础知识，可以根据电路分析基础知识，可以直接给出直接给出LCLC并联谐振回路的某并联谐振回路的某些主要参数及其表达式：些主要参数及其表达式：1 1、并联谐振回路阻抗频率特性、并联谐振回路阻抗频率特性 电感电感L L、电容、电容C C和外加信号源组成的并联谐振回路。和外加信号源组成的并联谐振回路。r r是电感是电感L L的等效损耗电
7、阻，电容的损耗一般可以忽略。的等效损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。在研究并联谐振回路时，采用恒流源（外加信号源内阻很大）分析比较方在研究并联谐振回路时，采用恒流源（外加信号源内阻很大）分析比较方便，且也不考虑信号源内阻的影响。便，且也不考虑信号源内阻的影响。1)1)并联谐振回路的等效阻抗并联谐振回路的等效阻抗Z:Z:在实际应用中，通常都满足在实际应用中，通常都满足r r L L，则有，则有等效电路等效电路 采用导纳分析并联谐振回路及其等效电路比较方便采用导纳分析并联谐振回路及其等效电路比较方便 ，为些，为些引入并联谐振回路的导纳。引入并联谐振回路的导纳。并联谐振回路的导纳并联谐振回路的导纳Y
8、=1/Z=G+jBY=1/Z=G+jB当电纳当电纳B=0B=0时，回路产生谐振时，回路产生谐振2)2)谐振电阻谐振电阻R RP P（回路谐振时的等效阻抗（回路谐振时的等效阻抗 ）当当C=1/C=1/L L 时时,称并联回路谐振称并联回路谐振,此时并联谐此时并联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,可得可得:3)3)谐振频率谐振频率0 0 当当L=1/L=1/C C 时时,称并联回路谐振称并联回路谐振,此时并联谐此时并联谐振回路谐振的谐振频率振回路谐振的谐振频率0 0:当当wLr时，并联回路谐时，并联回路谐振时角频率又为多少？振时角频率又为多少？4)4)品质因数
9、品质因数Q Q（简称（简称Q Q值）值）为了评价谐振回路损耗的大小为了评价谐振回路损耗的大小,引入了品质因数引入了品质因数Q,Q,称为称为Q Q值值.Q Q值的定义值的定义:谐振回路谐振时的感抗谐振回路谐振时的感抗(或容抗或容抗)与回路等效损耗电阻与回路等效损耗电阻r r之比之比,即即Q Q与并联谐振电阻与并联谐振电阻R RP P的关系的关系:LCLC谐振回路的谐振回路的Q Q值在几十到几百范值在几十到几百范围内围内,Q,Q值越大值越大,回路的损耗越小回路的损耗越小,其选频特性就越好。其选频特性就越好。上式表明，在谐振时，并联谐振回路的谐振电阻等于感抗上式表明，在谐振时，并联谐振回路的谐振电阻
10、等于感抗值或容抗值的值或容抗值的Q Q倍。当倍。当Q Q远大于远大于1 1时，这个电阻值是很大的。时，这个电阻值是很大的。5)5)并联谐振回路阻抗频率特性并联谐振回路阻抗频率特性 可得并联谐振回路阻抗频率特性电性可得并联谐振回路阻抗频率特性电性:并联谐振回路的阻抗只有在谐振时才是纯电阻，并达到最大值。并联谐振回路的阻抗只有在谐振时才是纯电阻，并达到最大值。失谐时，并联谐振回路的等效阻抗失谐时，并联谐振回路的等效阻抗Z Z包括电阻包括电阻ReRe和电抗和电抗XeXe。谐振回路主要研究谐振频率谐振回路主要研究谐振频率0 0附近特性。由于附近特性。由于十十分接近分接近0 0 ，故可以近似认为，故可以
11、近似认为 ，并令并令 ，则，则 6)6)并联回路阻抗频率特性和相频特性并联回路阻抗频率特性和相频特性 阻抗频率特性阻抗频率特性 Q Q Q Q 值增大，曲线？值增大，曲线？值增大，曲线？值增大，曲线？Q Q Q Q 值增大，曲线变陡值增大，曲线变陡值增大，曲线变陡值增大，曲线变陡OZ RP 阻抗幅频特性阻抗幅频特性Q增大增大并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为 相频特性相频特性 O 90-90阻抗相频特性阻抗相频特性0Q Q Q Q 值增大，曲线？值增大，曲线？值增大，曲线？值增大，曲线？Q Q Q Q 值增大，曲线变陡值增大，曲线变陡值增大
12、，曲线变陡值增大，曲线变陡Q增大增大当当ww0时，回路等效阻抗中的电抗是容性的；时，回路等效阻抗中的电抗是容性的；当当w L2时,可忽略RL分流，可证明电容分压分压器阻抗变换电路电容分压分压器阻抗变换电路(设设C1、C2无耗无耗)当RL 1/C2,可忽略RL分流C1RLRLC2+例例3 图中，线圈匝数图中，线圈匝数 N12=10 匝匝,N13=50 匝匝,N45=5 匝匝,L13=8.4 H,C=51 PF,Q=100,Is=1 mA,RS=10 k,RL=2.5 k,求求Qe、BW0.7、UoIsCUo123+RLRs54=250 k=250 k 解：将Is、RS(1-2两端)、RL(4-5
13、两端)均折算到并联谐振回路1-3两端13IsCUo+RLRsRpL13=40.6 kIsCUo+RLRsRpL1313IsCUo+ReL13Re=Rs/Rp/RL=30.6 k BW0.7=f 0/Qe=103 kHz 例例 1 1 设一放大器以简单并联振荡回路为负载设一放大器以简单并联振荡回路为负载,信号中心信号中心频率频率f fs s=10MHz,=10MHz,回路电容回路电容C C=50 pF,=50 pF,(1)(1)试计算所需的线圈电感值。试计算所需的线圈电感值。(2)(2)若线圈品质因数为若线圈品质因数为Q Q=100,=100,试计算回路谐振电阻及回试计算回路谐振电阻及回路带宽。
14、路带宽。(3)(3)若放大器所需的带宽若放大器所需的带宽B B=0.5 MHz,=0.5 MHz,则应在回路上并联多则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求大电阻才能满足放大器所需带宽要求?解解 :(1)(1)计算计算L L值值,可得可得 将将f f0 0=f=fs s=10 MHz=10 MHz代入代入,得得 (2)(2)回路谐振电阻和带宽回路谐振电阻和带宽回路带宽为回路带宽为 (3)(3)求求满满足足0.5 0.5 MHzMHz带带宽宽的的并并联联电电阻阻。设设回回路路上上并并联联电电阻阻为为R R1 1,并并联联后后的的总总电电阻阻为为R R1 1R R0 0,总总的的回回路路
15、有有载载品品质因数为质因数为Q QL L。由带宽公式由带宽公式,有有此时要求的带宽此时要求的带宽B B=0.5 MHz,=0.5 MHz,故故回路总电阻为回路总电阻为 需要在回路上并联需要在回路上并联7.97 k7.97 k的电阻。的电阻。以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器称以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器称为小信号谐振放大器或小信号调谐放大器。为小信号谐振放大器或小信号调谐放大器。作用：选出有用频率信号并加以放大，而对无作用：选出有用频率信号并加以放大，而对无用频率信号予以抑制。用频率信号予以抑制。构成：小信号放大器构成：小信号放大器LCLC谐振回路谐振回路2.2 2.2 小信号谐
16、振放大器小信号谐振放大器 高高频放大器与低频放大器的主要区别：频放大器与低频放大器的主要区别：二二者的工作频率范围和所需要通过的频带宽度有所不者的工作频率范围和所需要通过的频带宽度有所不同，所以采用的负载也不相同。同，所以采用的负载也不相同。低频放大器的工作频率低，但整个工作频带宽度很宽，低频放大器的工作频率低，但整个工作频带宽度很宽，例如例如20-20kHz20-20kHz，高低频率的极限相差达，高低频率的极限相差达10001000倍，所以它们倍，所以它们都是采用无调谐负载，例如电阻、有铁心的变压器等。都是采用无调谐负载，例如电阻、有铁心的变压器等。调频放大器的中心频率一般在几百千调频放大器
17、的中心频率一般在几百千HzHz至几百兆至几百兆HzHz，但，但所需要通过的频率范围和中心频率相比往往得很小的，或所需要通过的频率范围和中心频率相比往往得很小的，或者只工作于某一频率，因此一般都是采用徒步网络组成谐者只工作于某一频率，因此一般都是采用徒步网络组成谐振放大器或非谐振放大器。振放大器或非谐振放大器。什么是谐振放大器？什么是谐振放大器？n 采用调谐回路作为负载的放大器。采用调谐回路作为负载的放大器。根据谐振回路的物性，谐振放大器对于靠近谐振频率的根据谐振回路的物性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；而对于远离谐振频率的信号，增益信号，有较大的增益；而对于远离谐振频率的信号
18、，增益迅速下降。迅速下降。n 因此，谐振放大器不仅具有放大作用因此，谐振放大器不仅具有放大作用n 还具有选频或滤波的作用。还具有选频或滤波的作用。分类分类按放大信号的强弱：按放大信号的强弱：n1 1）大信号谐振放大器：用于高频功率放大）大信号谐振放大器：用于高频功率放大n2 2）小信号谐振放大器：用于电压放大）小信号谐振放大器：用于电压放大按选频方式（小信号）按选频方式（小信号）n1 1）分散选频：单调谐、双调谐）分散选频：单调谐、双调谐n2 2）集中选频：由集成宽放和集中滤波器构成。）集中选频：由集成宽放和集中滤波器构成。对对高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体高频小信号放
19、大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管的纯属范围内。管的纯属范围内。这就允许把晶体管看成线性元件，因此可用等效电路来分析。这就允许把晶体管看成线性元件，因此可用等效电路来分析。晶体管在高频小信号运用时，它的等效电路主要有两种形式：晶体管在高频小信号运用时，它的等效电路主要有两种形式：Y Y参数等效电路参数等效电路 混合混合 等效电路等效电路一、一、晶体管的晶体管的Y Y参数等效电路参数等效电路对小信号对小信号对小信号Y参数通过仪器测量，或查手册，或由混合参数通过仪器测量，或查手册，或由混合型等效电路求取型等效电路求取输出端交流短路时的输入导纳输出端交流短路时的输入导纳输出端交流短路时的正
20、向传输导纳输出端交流短路时的正向传输导纳输入端交流短路时的反向传输导纳输入端交流短路时的反向传输导纳输入端交流短路时的输出导纳输入端交流短路时的输出导纳Y Y参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。Y Y参数的优点：没有涉及晶体管内部的物理过程，适用于参数的优点：没有涉及晶体管内部的物理过程，适用于任何四端（三端）器件。任何四端（三端）器件。晶体管的混合晶体管的混合等效电路等效电路优点：优点：各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。缺点：缺点：分析电路不够方便。分析电路不够方便。若工作在截若工作在截止频率，晶止频率，晶
21、体管是否还体管是否还能起到放大能起到放大作用？作用？晶体管的高频参数晶体管的高频参数1.截止频率截止频率共发射极电路的电流放大系数随工作频率的上升而下降。共发射极电路的电流放大系数随工作频率的上升而下降。晶体管的高频参数晶体管的高频参数12.特征频率特征频率 当当f fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。可以粗略计算在某工作频率可以粗略计算在某工作频率f f的电流放大系数。的电流放大系数。晶体管的高频参数晶体管的高频参数3.最高振荡频率最高振荡频率fmaxf f
22、max后，后，Gp1，晶体管已经不能得到功率放大。晶体管已经不能得到功率放大。由于由于晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自激振荡器的必要条件，所以激振荡器的必要条件，所以也不能使晶体管产生振荡。也不能使晶体管产生振荡。晶体管的高频参数晶体管的高频参数通常，为使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体管的实通常，为使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体管的实际工作频率应等于最高振荡频率的际工作频率应等于最高振荡频率的1/31/31/41/4二、单调谐回路谐振放大器二、单调谐回路谐振放大器 高频小信号放大器的电路分析包括：高频小信号放大器的电
23、路分析包括：1）多级分单级多级分单级2）静态分析静态分析3）动态分析动态分析4）整合系统几个基本步骤。整合系统几个基本步骤。1 1、放大电路及其等效电路、放大电路及其等效电路 多级分单级多级分单级前级放大器是本级放大器的信号源；前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器的负载。后级放大器是本级放大器的负载。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC其简化规则其简化规则：交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。结论：结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻
24、，提供静态工作点；为偏置电阻，提供静态工作点；静态分析静态分析Rb1Rb2ReVCC画出直流等效电路画出直流等效电路45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC其简化规则：其简化规则：有交流输入信号，所有直流量为零；有交流输入信号，所有直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路L、C保留）保留）动态分析动态分析3254Tr1Tr2CLyLT输入回路输入回路输出回路输出回路晶体管晶体管11)画出交流等效电路画出交流等效电路32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输入回路输出回路输出回路晶体管晶体管32154yieyoeyre
25、vceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-2)画出交流小信号等效电路，画出交流小信号等效电路，负载和回路之间采用了变压器负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数耦合，接入系数 晶体管集、射回路与振荡回路晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数之间采用抽头接入，接入系数 出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即y yrere=0=0。把晶体管集电极回路和负载把晶体管集电极回路和负载 折合到振荡回路两端折合到振荡回路两端由此，可得放大器等效回路的谐振频率为由此，可得放大器等效回路的谐振频率为回路的有载品质因数为回路的有载品质因数
26、为为了减小晶体管及负载以谐振回路的影响为了减小晶体管及负载以谐振回路的影响,除应选用除应选用Y Yoeoe 、Y Yieie小的小的晶体管外，还应选择小较大的匝比晶体管外，还应选择小较大的匝比n1 1、n2。2 2、电压增益、选择性和通频带、电压增益、选择性和通频带电压增益电压增益归一化电压增益的幅频特性为归一化电压增益的幅频特性为O1.0 f0.7070.1BW0.7BW0.1单级单调谐放大器的性能：单级单调谐放大器的性能：n谐振频率：谐振频率：通频带：通频带：矩形系数矩形系数：其中：其中：C C为等效的回路总电容。为等效的回路总电容。其中：可见其矩形系数远大于其中：可见其矩形系数远大于1
27、1，选择性较差。，选择性较差。其中：其中：Q Qe e为回路的有载品质因数。为回路的有载品质因数。O1.0 f0.7070.1BW0.7BW0.1O O1.01.0 f f0.7070.7070.10.1BWBW0.70.7BWBW0.10.1O O f f1.01.0BWBW0.10.1=BWBW0.70.7 通频带通频带BWBW0.70.7通常通频带与选择性矛通常通频带与选择性矛盾，用矩形系数盾，用矩形系数K K 0.10.1综综合评价合评价 K K 0.10.1越接近越接近1,1,选择性越好选择性越好 选择性选择性 BWBW0.10.1：BWBW0.1 0.1 越小，选择性越好越小，选择
28、性越好 通带增益通带增益 A Auouo单调谐放大器的级间耦合网络形式单调谐放大器的级间耦合网络形式单调谐放大器的级间耦合网络形式单调谐放大器的级间耦合网络形式三、多级单调谐回路谐振放大器三、多级单调谐回路谐振放大器每级谐振回路均调谐在同一频率上每级谐振回路均调谐在同一频率上 各级谐振回路调谐在不同频率上各级谐振回路调谐在不同频率上 同步调谐放大器同步调谐放大器 参差调谐放大器参差调谐放大器 若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器A Av v1 1A Av v2 2A Av vn n总电压放大倍数总电压放大倍数1 1、同步调谐放大器
29、、同步调谐放大器O O f f1.01.00.7070.707级级数数增增多多级数越多，则谐振增益越大，级数越多，则谐振增益越大，选择性越好，通频带越窄。选择性越好，通频带越窄。总通频带窄于各级的。总通频带窄于各级的。2 2、双参差调谐放大器、双参差调谐放大器ff0f2f1总幅频特性更接近于矩形，总幅频特性更接近于矩形，选择性比单调谐放大器好选择性比单调谐放大器好总通频带可宽于各级的。总通频带可宽于各级的。四、调谐放大器的稳定性四、调谐放大器的稳定性1、调谐振放大器不稳定的原因、调谐振放大器不稳定的原因1 1）Y Yre re0 0，从而，从而引起内部反馈。引起内部反馈。2 2）谐谐振振回回路
30、路阻阻抗抗特特性性剧剧烈烈变变化化的的特特性性更更使使这这种种内内反反馈馈随随频频率率变变化化而而剧剧烈烈变变化化，使使放放大大器器的的频频率率特特性性发发生生变变化化，增增益益、通通频频带带、选选择择性性等等都都发发生生变变化化，导导致致放放大大器器工工作作不不稳稳定定。严严重重时时会会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。3 3）频率越高，回路）频率越高，回路Q Q值越大，放大器工作越不稳定。值越大，放大器工作越不稳定。以上分析时，假定以上分析时，假定Y Yrere0 0，即输出电路对输入端没有影响，即输出电路对输入端没有影响，放大器工作于稳定状态。放
31、大器工作于稳定状态。2、提高调谐振放大器稳定性的方法、提高调谐振放大器稳定性的方法选用选用Y Yrere（或（或 C Cbcbc ）小的晶体管）小的晶体管从电路上消除内反馈的影响从电路上消除内反馈的影响中和法中和法失配法失配法1 1）中和法）中和法这种方法简单，但是由于这种方法简单，但是由于CNCN是固定的，因而它只能在一个频率上是固定的，因而它只能在一个频率上起到较好的中和作用，而不能中和一个频率，且不易调节。起到较好的中和作用，而不能中和一个频率，且不易调节。中和法是通过外接电容中和法是通过外接电容C CN N以抵消以抵消C Cbcbc的反馈。的反馈。2 2）失配法）失配法增大负载导纳YL
32、，使回路总导纳增大，导致输出回路失配，输出电压减小，从而减小内反馈。失配法以牺牲增益为代价。在设计小信号谐振放大器时，失配法以牺牲增益为代价。在设计小信号谐振放大器时，通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。3、集成调谐放大器、集成调谐放大器uo MC159013485627AGCVCCui 是一个双端输入、双端输出的全差动式电路。是一个双端输入、双端输出的全差动式电路。带宽为带宽为10MHz10MHz。内反馈很小，内反馈很小，且具有工作频率高、不易自激等优点且具有工作频率高、不易自激等优点电源去耦滤波器电源去耦滤波器隔直耦合，实现单端输入隔直耦
33、合，实现单端输入单端输出单端输出u uo o C C2 2L L1 1L L2 2+12VRLMC1590L L3 313485627AGCC C3 3C C4 4u ui i 输入、输出回路均调谐在信号的中心频率上。输入、输出回路均调谐在信号的中心频率上。2.3 2.3 集中选频放大器集中选频放大器组成：集成宽带放大器组成：集成宽带放大器 集中选频滤波器集中选频滤波器由多级差分放大电路组成由多级差分放大电路组成 常用的有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器常用的有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。和声表面波滤波器等。一、集中选频滤波器一、集中选频滤波器1 1）利于电路和设备的微型化，便于大
34、量生产；）利于电路和设备的微型化，便于大量生产；2 2）可提高电路和系统的稳定性，改善系统性能；）可提高电路和系统的稳定性，改善系统性能；3 3）使电路和系统的设计更加简化。）使电路和系统的设计更加简化。（1）晶体滤波器（第四章再介绍）晶体滤波器（第四章再介绍）（2）陶瓷滤波器）陶瓷滤波器（3）声表面波滤波器）声表面波滤波器高频电路中常用的集中选频滤波器：高频电路中常用的集中选频滤波器：优点：优点：1、陶瓷滤波器陶瓷滤波器 某些陶瓷材料某些陶瓷材料(如常用的锆钛酸铅如常用的锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3)Pb(ZrTi)O3)经直流经直流高压电场极化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这高压电场
35、极化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这些陶瓷材料称为压电陶瓷材料。些陶瓷材料称为压电陶瓷材料。1 1）等效电路和晶体谐振器相同；）等效电路和晶体谐振器相同；2 2）Q Q值较晶体小得多值较晶体小得多(约为数百约为数百)，但比，但比LCLC滤波器的高；滤波器的高；3 3）串、并联频率间隔也较大。）串、并联频率间隔也较大。因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，但选择性稍差。因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，但选择性稍差。具有压电效应具有压电效应 当陶瓷片发生机械变形时，当陶瓷片发生机械变形时，其表面会产生电荷，两极间产生其表面会产生电荷，两极间产生电压；而当陶瓷片两极间加上电电压；而当
36、陶瓷片两极间加上电压时，它会产生机械变形。压时，它会产生机械变形。C Co o 压电陶瓷片的固定电容压电陶瓷片的固定电容L L1 1 机械振动时的晶体的等效质量机械振动时的晶体的等效质量C Cq1q1 机械振动时的等效弹性系数机械振动时的等效弹性系数R R1 1 机械振动时的等效阻尼机械振动时的等效阻尼阻抗频率特性阻抗频率特性串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率 20 20 达达100 k100 k 当外加交变电压的频率等于陶瓷片固有频率时，机械振动幅当外加交变电压的频率等于陶瓷片固有频率时，机械振动幅度最大，陶瓷片表面产生电荷量的变化也最大，在外电路中产度最大，陶瓷片表面产生电荷
37、量的变化也最大，在外电路中产生的电流也最大，其作用类似于串联谐振回路。生的电流也最大，其作用类似于串联谐振回路。由两个陶瓷片组成由两个陶瓷片组成由九个陶瓷片组成由九个陶瓷片组成例例如如 陶瓷片的陶瓷片的Q Q值比一般值比一般LCLC回路的大，将各陶瓷片的串并联回路的大，将各陶瓷片的串并联谐振频率配置得当时，四端陶瓷滤波器可获得接近矩形的谐振频率配置得当时，四端陶瓷滤波器可获得接近矩形的幅频特性。幅频特性。陶瓷滤波器的优缺点陶瓷滤波器的优缺点优点：体积小、成本低、受外界影响小。优点：体积小、成本低、受外界影响小。缺点：频率特性较难控制，生产一致性较差，缺点：频率特性较难控制，生产一致性较差，BW
38、BW不够宽，不够宽，石英晶体滤波器特性与陶瓷滤波器相似，但石英晶体滤波器特性与陶瓷滤波器相似，但Q Q值高很多，因此频值高很多，因此频率特性好，但价格较高。率特性好，但价格较高。对中频信号呈现极小的阻抗，此时负反馈最小，对中频信号呈现极小的阻抗，此时负反馈最小，增益最大。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器增益最大。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器负反馈增大，增益下降。负反馈增大，增益下降。陶瓷滤波器应用电路陶瓷滤波器应用电路2 2、声表面波滤波器、声表面波滤波器声表面波滤波器是声表面波（声表面波滤波器是声表面波（SAWSAW）器件的一种。）器件的一种。在压电固体材料表面产生和传播弹性波，
39、在压电固体材料表面产生和传播弹性波，其振幅随深其振幅随深入固体材料的深度而迅速减小。入固体材料的深度而迅速减小。功能：功能：用做滤波器、延迟线、匹配滤波器用做滤波器、延迟线、匹配滤波器(对某种高频已调信对某种高频已调信号的匹配号的匹配)、信号相关器和卷积器等。、信号相关器和卷积器等。什么是什么是SAW?SAW?声表面波滤波器优点：声表面波滤波器优点：体积小、重量轻、性能稳定、体积小、重量轻、性能稳定、特性一致性好、工作频率高（几特性一致性好、工作频率高（几MHzMHz几几GHzGHz）、通频带宽、抗辐）、通频带宽、抗辐射能力强、动态范围大等射能力强、动态范围大等工作机理：工作机理：当输入信号加
40、到发端换能器上时，叉指间便产生交变电场，当输入信号加到发端换能器上时，叉指间便产生交变电场，由于压电效应，在基片表面激起同频率的声表面波，并从发端由于压电效应，在基片表面激起同频率的声表面波，并从发端沿基片向收端传播。到达收端后，在收端换能器的沿基片向收端传播。到达收端后，在收端换能器的叉指间产生叉指间产生信号，并传送给负载。信号，并传送给负载。除一端被吸收材料吸收外，另一端的换能器将它变为电信号输除一端被吸收材料吸收外，另一端的换能器将它变为电信号输出。出。基片：基片：压电效应材料压电效应材料均匀叉指均匀叉指 SAW幅频特性幅频特性主要特性：主要特性：(1)(1)工作频率范围宽；工作频率范围
41、宽；(2)(2)相对带宽也比较宽；相对带宽也比较宽；(3)(3)便于器件微型化和片式化；便于器件微型化和片式化；(4)(4)带内插入衰减较大，带内插入衰减较大，这是这是SAWSAW器件的最突出问题，一般不低于器件的最突出问题，一般不低于 15 dB15 dB；(5)(5)矩形系数可做到矩形系数可做到 1.11.12 2。用于通信机的声表面波滤波器的传输恃性用于通信机的声表面波滤波器的传输恃性矩形系数矩形系数(图上图上40 dB40 dB与与3 dB3 dB带宽之比带宽之比)约为约为1.11.1。二、集中选频放大器应用举例二、集中选频放大器应用举例uo+6V30FZ1647105121112ui
42、 470 H 6V470 H470 H8470 H0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F0.033F625603.3 k1.2 k1 k4.7 k30 pF0.033F陶瓷滤波器选频放大器陶瓷滤波器输入端采用变压器耦合，输出端接跟随器，以实现阻抗匹配陶瓷滤波器输入端采用变压器耦合，输出端接跟随器，以实现阻抗匹配并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器的主谐振频率上，用来消除陶瓷滤波器通带以外出现的小谐振峰。4.7 k用来展LC通带并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器的主谐振频率上，用来消除陶瓷滤波器通带并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器的主谐振频率上，用来消除陶瓷滤波器通带以外出现的小
43、谐振峰。以外出现的小谐振峰。4.7 k4.7 k 用来用来展展LCLC通带通带声表面波滤波器选频放大器预中放L L1 1与分布电容并联谐振于中心频率。与分布电容并联谐振于中心频率。L L2 2、L L3 3为匹配电感，用于抵消为匹配电感，用于抵消SAWFSAWF输入、输出端分布电容的影响，输入、输出端分布电容的影响，以实现阻抗匹配。、以实现阻抗匹配。、C C1 1、C C2 2、C C3 3均为隔直耦合电容。均为隔直耦合电容。R R2 2、C C4 4为电源去耦滤波电路为电源去耦滤波电路 放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻、谐振回路和电放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻、谐振回路和电子器件
44、（晶体管、场效应管等）内部所具有的带电微粒无规则子器件（晶体管、场效应管等）内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的。运动所产生的。2.4 2.4 放大器的噪声放大器的噪声 这种无规则运动具有这种无规则运动具有起伏噪声起伏噪声的性质。它是一种随机的性质。它是一种随机过程。过程。一、噪声的来源一、噪声的来源和特点和特点 随机过程是不可能用某一确定的时间函数来描述。但随机过程是不可能用某一确定的时间函数来描述。但是，它却遵循某一确定的统计规律，可以用其本身的概率是，它却遵循某一确定的统计规律，可以用其本身的概率分布特性来充分地描述它的特性。分布特性来充分地描述它的特性。1 1、起伏噪声电压的平均值起
45、伏噪声电压的平均值2 2、起伏噪声电压的均方值起伏噪声电压的均方值一般更常用起伏噪声的均方值来表示噪声的起伏强度。一般更常用起伏噪声的均方值来表示噪声的起伏强度。3 3、非周期噪声电压的频谱非周期噪声电压的频谱 起伏噪声是由于带电微粒的无规则运动所产生的，这样起伏噪声是由于带电微粒的无规则运动所产生的，这样所形成的噪声电压和电流可看成是无数个持续时间极短的脉所形成的噪声电压和电流可看成是无数个持续时间极短的脉冲叠加的结果。这些短脉冲是非周期的。冲叠加的结果。这些短脉冲是非周期的。上式表明：单个噪声脉冲电压的振幅频谱密度在整个频上式表明：单个噪声脉冲电压的振幅频谱密度在整个频率范围内可以看成是均
46、等的。率范围内可以看成是均等的。4 4、起伏噪声电压功率频谱起伏噪声电压功率频谱 单个脉冲的振幅频谱是均等的，则其功率谱也是均等的，单个脉冲的振幅频谱是均等的，则其功率谱也是均等的，则由各个脉冲的功率谱叠加而得到的整个噪声电压的功率谱则由各个脉冲的功率谱叠加而得到的整个噪声电压的功率谱也是均等的。因而，常用功率谱来说明起伏噪声电压的频率也是均等的。因而，常用功率谱来说明起伏噪声电压的频率特性。特性。实际无线设备中，只有位于设备通频带内的噪声才能通过。实际无线设备中，只有位于设备通频带内的噪声才能通过。由前面可知，起伏噪声的功率谱在极宽的频带内具有均匀的由前面可知，起伏噪声的功率谱在极宽的频带内
47、具有均匀的密度，因此起伏噪声也称密度，因此起伏噪声也称白噪声白噪声。这里的白噪声是指的在某一个频率范围内，这里的白噪声是指的在某一个频率范围内，S(f)保持常数。保持常数。电阻内的自由电子处于无规则的热运动状态，电子的碰撞电阻内的自由电子处于无规则的热运动状态，电子的碰撞时间很短，而电子的热运动会产生一种持续时间很短的脉冲电时间很短，而电子的热运动会产生一种持续时间很短的脉冲电流。许多电子运动就会形成噪声电流，并在电阻两端产生噪声流。许多电子运动就会形成噪声电流，并在电阻两端产生噪声电压。这种由于自由电子的热运动所产生噪声，称为电压。这种由于自由电子的热运动所产生噪声，称为电阻热噪电阻热噪声声
48、，属于起伏噪声。，属于起伏噪声。二、电阻热噪声二、电阻热噪声 电阻热噪声属于白噪声。它具有极宽的频谱，且各个频率电阻热噪声属于白噪声。它具有极宽的频谱，且各个频率分量的强度相等。分量的强度相等。在在较较长长时时间间内内，噪噪声声电电压压的的统统计计平平均均值值为为零零，但但是是其其噪噪声电压的均方值并不为零。声电压的均方值并不为零。电阻热噪声具有极宽的频谱，虽然热噪声电压的振幅频电阻热噪声具有极宽的频谱，虽然热噪声电压的振幅频谱无法确定，但功率频谱是完全确定的。理论和实践证明，谱无法确定，但功率频谱是完全确定的。理论和实践证明，在单位频带在单位频带(1Hz)(1Hz)内，电阻内，电阻R R两端
49、的两端的热噪声功率谱密度为：热噪声功率谱密度为：电阻热噪声的功率谱示意图电阻热噪声的功率谱示意图 则噪声电压的均方值为则噪声电压的均方值为 则噪声电流的均方值为则噪声电流的均方值为 则噪声电压的有效值为则噪声电压的有效值为 由线圈与电容组成的并联谐振电路所产生的噪声电压均方由线圈与电容组成的并联谐振电路所产生的噪声电压均方值为值为 放大器频带越宽，温度越高，电阻值越大，则电阻热噪放大器频带越宽，温度越高，电阻值越大，则电阻热噪声的影响也越大。声的影响也越大。电阻器的热噪声等效电路电阻器的热噪声等效电路(a)(a)热噪声电压源；热噪声电压源；(b)(b)热噪声电流源热噪声电流源 串并联电阻的噪声
50、计算串并联电阻的噪声计算将电阻看作一个噪声电压（电流）源和一个理想无噪声的电阻一串联（并联）。将电阻看作一个噪声电压（电流）源和一个理想无噪声的电阻一串联（并联）。由于电阻热噪声为一随机量，不同电阻产生的热噪声电压由于电阻热噪声为一随机量，不同电阻产生的热噪声电压(电流电流)是彼此独立、互不相关的是彼此独立、互不相关的。因此，当电阻串、并联后，其因此，当电阻串、并联后，其总噪声应按均方值叠加的规则进行计算。总噪声应按均方值叠加的规则进行计算。例如，在相同温度下，电阻例如，在相同温度下，电阻R R1 1和和R R2 2串联后，其总噪声电压串联后，其总噪声电压的均方值应为的均方值应为 通常，电容器