第 2 章小信號(hào)選頻放大器

1、高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)退出第第 2 2 章章 小信號(hào)選頻放大器小信號(hào)選頻放大器 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 ：2.1 諧振回路諧振回路2.2 小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器2.3 集中選頻放大器集中選頻放大器2.4 故障排除故障排除高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)【目的和要求】【目的和要求】l掌握并聯(lián)諧振回路的主要性能；l掌握常用的阻抗變換電路及其應(yīng)用；l了解不同形式的濾波器及其應(yīng)用；l熟悉單調(diào)諧回路放大器電路組成及工作原理；l掌握其增益、通頻帶、選擇性的計(jì)算方法；l了解放大電路、諧振回路等故障診斷的方法。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)【重點(diǎn)和難點(diǎn)】n并聯(lián)諧振回路的主

2、要性能、常用的阻抗變換電路及其應(yīng)用n單調(diào)諧回路放大器增益、通頻帶、選擇性的計(jì)算n單調(diào)諧回路放大器等效電路的變換過(guò)程 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n在無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中，往往會(huì)遇到所接收到的有用信號(hào)很弱，而這樣的有用弱信號(hào)又往往與干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入到接收機(jī)中。所以在接收端，我們希望將有用的弱信號(hào)選擇出來(lái)并進(jìn)行放大，而對(duì)其他無(wú)用的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。n小信號(hào)選頻放大器就是這樣一種常用的選頻放大器，它可以有選擇地對(duì)某一頻率的信號(hào)進(jìn)行放大。n小信號(hào)選頻放大器所謂的“小”是指放大器的輸入信號(hào)小，而用于放大的有源器件（晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）則是在線(xiàn)性范圍內(nèi)工作，即放大不產(chǎn)生失真。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退

3、出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.1 諧振回路諧振回路n諧振回路具有選頻作用，當(dāng)輸入信號(hào)含有不同的頻率分量時(shí)，經(jīng)過(guò)諧振回路只選出特定的頻率分量，而對(duì)其他頻率分量則會(huì)產(chǎn)生不同程度的抑制作用。n在本節(jié)中，我們將對(duì)LC諧振回路的基本特性進(jìn)行分析。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性n諧振回路是由電感和電容元件所組成的振蕩回路，按照電感、電容與外接信號(hào)源連接方式的不同，可分為串聯(lián)諧振回路和并聯(lián)諧振回路，前者適用于低內(nèi)阻電源，而后者則適用于電源內(nèi)阻較大的情況。n在諧振放大器中，LC并聯(lián)諧振回路應(yīng)用廣泛，我們將重點(diǎn)分析并聯(lián)諧振回路的基本特性。 高頻電子線(xiàn)路高頻

4、電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1并聯(lián)諧振回路的基本原理并聯(lián)諧振回路的基本原理n并聯(lián)諧振又稱(chēng)為電流諧振。圖2-1a為并聯(lián)諧振回路，它由電感線(xiàn)圈L、電容C與電流源組成，r為電感線(xiàn)圈的等效損耗電阻，為并聯(lián)諧振回路兩端輸出電壓；n圖2-1b為圖2-1a的變換電路，圖2-1a中L、r的串聯(lián)支路變換為圖2-1b中的L、RP的并聯(lián)支路，RP為并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)的諧振電阻，其值比r值大很多。此時(shí)暫不考慮信號(hào)源內(nèi)阻。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖圖2-1 并聯(lián)諧振回路及其變換電路并聯(lián)諧振回路及其變換電路 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè))1(/1)/1)(CLjrCLCjLjrCjLjrIUZs

5、o當(dāng) 回路產(chǎn)生諧振，阻抗最大且為純阻性CL1CrLRZpLCf21prCLrCrLQpp1諧振阻抗諧振阻抗為：諧振頻率諧振頻率為：品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)為：ppf2（r 很小時(shí)） 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖圖2-2 并聯(lián)諧振回路等效阻抗與角頻率的關(guān)系曲線(xiàn)并聯(lián)諧振回路等效阻抗與角頻率的關(guān)系曲線(xiàn) 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)并聯(lián)諧振回路的幾個(gè)特性：并聯(lián)諧振回路的幾個(gè)特性：n1）并聯(lián)諧振回路的諧振條件為C-1/L=0，此時(shí)諧振頻率為 。n2）并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，即 時(shí)，回路阻抗為純電阻，且其值最大。n3）當(dāng) 時(shí)，并聯(lián)諧振回路處于失諧狀態(tài)，即非諧振狀態(tài)，此時(shí)回路的等效阻抗由電阻R

6、和電抗X兩部分組成，當(dāng)時(shí) ，電抗X為容性； 時(shí)，電抗X為感性。LCf212PPPPPP 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2)2(1ppQRZpp2jQ1R Z)1(/1)/1)(CLjrCLCjLjrCjLjrIUZso阻抗阻抗（在諧振頻率附近）（r 很小時(shí)）p)2arctan(pQ幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)幅頻特性幅頻特性)2arctan(pQ2)2(1ppQRZ相頻特性相頻特性p頻偏0即諧振時(shí)，阻抗最大且為純電阻，00回路呈容性，相移最大負(fù)值趨于o900回路呈感性，相移最大正值趨于o90 r 越小則Q越大，Rp就越大，幅頻特性曲線(xiàn)更尖

7、銳，相移曲線(xiàn)在諧振頻率附近變化更陡峭。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2并聯(lián)諧振回路的諧振曲線(xiàn)、相位特性與通頻帶并聯(lián)諧振回路的諧振曲線(xiàn)、相位特性與通頻帶)(j11j1)1( jPPPSPSSSOQIRrCLICrLCLrICLZIUPSPRIU)(j11)(j11PPPPPPPOffffQQUU輸出電壓輸出電壓諧振時(shí)輸出電壓諧振時(shí)輸出電壓歸一化頻率特性歸一化頻率特性 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2PP2PP22PPPPo211211211ffQQQUU)2arctan()2arctan(PPPPffQQ幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性P頻偏頻偏 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退

8、出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2并聯(lián)諧振回路的諧振曲線(xiàn)、相位特性與通頻帶并聯(lián)諧振回路的諧振曲線(xiàn)、相位特性與通頻帶 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n1）并聯(lián)諧振回路在諧振時(shí)，即 、=0（f =0）時(shí)，幅值最大，相移為零。n2）當(dāng) 時(shí)，即0（f 0）時(shí)，回路呈容性，相移為負(fù)值，且最大負(fù)值趨于-90。n3）當(dāng) 時(shí)，即0（f fp，或ffs時(shí)，電抗呈容性；而當(dāng)fsffp時(shí)，電抗呈感性，其電抗曲線(xiàn)如圖2-15c所示。n所以，石英晶體濾波器在工作時(shí)，石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間的寬度通常決定了濾波器的通帶寬度。nfp、fs一般相差很少，只有幾十至幾百赫茲，所以為了增加濾波器的通帶寬度，可用外加電感與石英晶體串聯(lián)或并

9、聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3陶瓷濾波器陶瓷濾波器 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n圖2-16b為壓片陶瓷的電路符號(hào)，圖2-16c為其阻抗頻率特性曲線(xiàn)，n由圖可知，串聯(lián)諧振時(shí)，陶瓷片的等效阻抗最??；并聯(lián)諧振時(shí)，其等效阻抗為最大。n所以，若將不同頻率的壓電陶瓷片進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合連接，即可得到四端陶瓷濾波器，且諧振子數(shù)目越多，濾波器的性能就越好。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)在使用四端陶瓷濾波器時(shí)，要注意輸入、輸出阻抗必須與信號(hào)源、負(fù)載阻抗相匹配，否則其幅頻特性將變壞，通帶內(nèi)的響應(yīng)起伏增大，阻帶衰減值變小。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4聲表

10、面波濾波器聲表面波濾波器n目前應(yīng)用較為廣泛的集中選頻濾波器是聲表面波濾波器（SAWF），它是一種對(duì)頻率具有選擇作用的無(wú)源器件，它自20世紀(jì)60年代中期問(wèn)世以來(lái)就獲得了非常迅速的發(fā)展。n聲表面波是利用局部擾動(dòng)來(lái)產(chǎn)生一種通過(guò)固體介質(zhì)內(nèi)和沿表面?zhèn)魉偷牟?，其由換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換而成的，聲表面波擾動(dòng)產(chǎn)生的波動(dòng)是很小的。n換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波的；同理，它也可以將聲表面波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè) 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n聲表面波濾波器具有體積小、重量輕、中心頻率很高、相對(duì)帶寬較寬、矩形系數(shù)接近于1、特性一致性好、抗輻射能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)。n聲表

11、面波濾波器可采用與集成電路工藝相同的平面加工工藝，其制造簡(jiǎn)單、成本低、重復(fù)性和設(shè)計(jì)靈活性高，可大量生產(chǎn)，因此是一種具有很好發(fā)展前途的濾波器。n基于以上特點(diǎn)，聲表面波濾波器在電視、通信、衛(wèi)星、宇航等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.3.2 集中選頻放大器應(yīng)用舉例集中選頻放大器應(yīng)用舉例n圖2-19為用于電視機(jī)中放電路的聲表面波濾波器實(shí)用電路。n其中晶體管VT為中頻前置放大器，用以補(bǔ)償聲表面波中頻濾波器的插入損耗。輸入的中頻信號(hào)在經(jīng)過(guò)聲表面波濾波器選頻放大后送至集成中放電路，經(jīng)過(guò)具有自動(dòng)增益控制特性的中頻放大級(jí)放大后，再送至同步檢波電路。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路

12、退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè) 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n圖2-20為采用集成寬帶放大器FZ1和陶瓷濾波器所構(gòu)成的選頻放大器。n其中，F(xiàn)Z1為共發(fā)-共基組合電路構(gòu)成的集成寬帶放大器；n陶瓷濾波器的輸入端為采用變壓器耦合的并聯(lián)諧振回路，而輸出端則接有由晶體管構(gòu)成的射極輸出電路，并聯(lián)諧振回路調(diào)諧在陶瓷濾波器頻率特性的主諧振頻率上，濾除帶外小諧振峰對(duì)鄰近頻道產(chǎn)生的干擾，使輸入信號(hào)通過(guò)時(shí)獲得選頻放大。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè) 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.4 故障診斷故障診斷n小信號(hào)選頻放大器是無(wú)線(xiàn)電通信中接收設(shè)備的主要電路，其作用是對(duì)所選擇信號(hào)進(jìn)行放大，即放大高頻小

13、信號(hào)。n選頻放大則是指放大器將對(duì)諧振點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行最強(qiáng)的放大，而對(duì)遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行抑制。n因此無(wú)論是選頻、還是放大，對(duì)于無(wú)線(xiàn)電通信來(lái)說(shuō)都非常重要，二者一旦發(fā)生故障，則將直接影響信號(hào)的接收，所以本節(jié)我們將對(duì)放大電路、諧振回路及濾波器的故障進(jìn)行分析。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.4.1 放大電路的故障診斷放大電路的故障診斷n在放大電路的故障分析中，我們以收音機(jī)中頻放大電路為例來(lái)進(jìn)行分析。單調(diào)諧中頻放大電路在收音機(jī)中具有較為廣泛的應(yīng)用，中頻放大級(jí)的好壞將直接影響收音機(jī)的特性指標(biāo)，實(shí)際工作中，往往要求中頻放大器具有如下特點(diǎn)：n1）具有較高的增益，以保證收音機(jī)一定的靈敏度。n2）具有較

14、高的選擇性，以阻止干擾信號(hào)。n3）具有一定的頻帶寬度，以不失真地進(jìn)行工作。n4）在中頻放大器增益較高的情況下，要求其穩(wěn)定性好，不自激。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè) 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè) 中放級(jí)可能出現(xiàn)的故障包括：n1）直流工作點(diǎn)不正常，集電極電流過(guò)大。若電流增大幅度較大，就會(huì)伴有嘯叫。n故障主要原因是：穩(wěn)壓二極管內(nèi)部斷路，使集電極電流增大；中頻變壓器初、次級(jí)短路或漏電；晶體管損壞等，均可造成以上的故障現(xiàn)象。在進(jìn)行故障檢查時(shí)，首先關(guān)掉電源，然后對(duì)元件進(jìn)行在路測(cè)量，若數(shù)據(jù)不正常則需拆下元件進(jìn)行判斷。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n2）工作點(diǎn)不正常，集電

15、極電流太小，此時(shí)收音機(jī)聲音將會(huì)很小，且靈敏度降低，有時(shí)甚至根本收不到電臺(tái)。n此故障可能原因主要是：穩(wěn)壓二極管或其中一只被擊穿短路，使集電極電流變??；可調(diào)電阻接觸不好；中頻變壓器內(nèi)部燒斷；或C8、C10嚴(yán)重漏電或者短路，晶體管損壞等。n3）中頻頻率調(diào)不準(zhǔn)，也就是當(dāng)旋轉(zhuǎn)中周磁帽至最下端或最上端時(shí)，收音機(jī)仍無(wú)法達(dá)到最大音量。n出現(xiàn)此故障的可能原因是：諧振電容器變質(zhì)，電容量發(fā)生了改變。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n4）中頻嘯叫，其主要原因可能是：集電極電流過(guò)大，濾波電解電容器損壞，C8損壞或容量減小，中周外殼接地不良。n5）中放電路靈敏度低，其可能原因是：基極旁路電容器或接有發(fā)射極旁路電

16、容器電路中，當(dāng)電容量消失或失效時(shí)，交流通路被阻斷，靈敏度自然降低。同時(shí)，集電極電流偏小、晶體管老化也同樣會(huì)引起靈敏度降低。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)重要知識(shí)點(diǎn)n諧振條件 在并聯(lián)諧振回路中L-1/C=0，即容抗等于感抗。n諧振頻率 并聯(lián)諧振回路的諧振頻率：n幅頻特性曲線(xiàn) 并聯(lián)諧振回路輸出電壓的幅值與輸入信號(hào)頻率的關(guān)系曲線(xiàn)。n品質(zhì)因數(shù)Q 評(píng)價(jià)諧振回路損耗大小的參數(shù)，Q越大，損耗越小，選頻特性越好。n阻抗變換電路 當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻、負(fù)載電阻較小時(shí)，為了減小信號(hào)源和負(fù)載對(duì)回路的影響，常采用變壓器、電感分壓器和電容分壓器的阻抗變換電路進(jìn)行阻抗變換。 高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)n放大器的調(diào)諧電壓增益 放大器諧振回路的諧振頻率等于輸入信號(hào)頻率時(shí)放大器的電壓增益。n放大器的通頻帶 放大器輸出回路的 由諧振點(diǎn)最大值1.0下降為 （0.707）時(shí)所確定的頻帶寬度2f，通常用BW0.7表示。n放大器的