小信號調(diào)諧放大器概述教案

1、一、概述在任務(wù)1-1中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過采用調(diào)幅方式的無線廣播接收機的組成方框圖，這里重新列出如圖2-1-1所示。在超外差式接收機中，高頻放大器通常由一級或多級小信號諧振放大器組成，用于前置放大天線上感生的微弱高頻電信號，因此又將其稱為高頻小信號諧振放大器，具有通頻帶寬、增益平坦、線性放大、可調(diào)諧等特點。在GSM、TD-SCDMA手機及數(shù)字彩色電視機中，又將其稱為低噪聲放大器，用LNA表示。圖2-1-1采用調(diào)幅方式的無線廣播接收機的組成方框圖1高頻小信號放大器的功能所謂“高頻”，是指被放大信號的頻率在數(shù)百千赫茲至數(shù)百兆赫茲；所謂“小信號”，是指放大器輸入信號?。ㄍǔＵ穹?00mV以下），可以認

2、為放大器的晶體管（或場效應(yīng)管）是在線性范圍內(nèi)工作，因此可將其視為線性元件，在分析電路時將其等效為二端口網(wǎng)絡(luò)。圖2-1-2高頻小信號放大器輸入/輸出波形示意圖高頻小信號放大器的功能是實現(xiàn)對微弱高頻信號進行不失真地放大。從能量轉(zhuǎn)換角度看，放大是指利用高頻微弱信號去控制放大電路，將直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流能量；而從信號頻譜角度看，放大器輸入信號頻譜與放大后輸出信號的頻譜是完全相同的，如圖2-1-2所示，放大后信號幅度增加，但周期并沒有變。2高頻小信號放大器的分類高頻小信號放大器是通信設(shè)備中常用的功能電路，依據(jù)不同的標準，可得表2-1-1所示的分類列表。由各種濾波器（如LC集中選擇性濾波器、石英晶體濾波

3、器、聲表面波濾波器、陶瓷濾波器等）和阻容放大器組成非調(diào)諧的各種窄帶和寬帶放大器，因其結(jié)構(gòu)簡單，性能良好，又能集成化，已被廣泛應(yīng)用。本章重點討論晶體管單級窄帶諧振放大器。表2-1-1高頻小信號放大器的分類分類標準主要類型說明器件晶體管、場效應(yīng)管、集成電路放大器通頻帶寬帶放大器和窄帶放大器頻帶寬窄是指相對頻帶的大小，即通頻帶與其中心頻率的比值。寬帶放大器的相對頻帶較寬（往往在0.1以上），窄帶放大器的相對頻帶較窄（往往小到0.01）。負載性質(zhì)諧振放大器和非諧振放大器所謂諧振放大器，就是采用諧振回路（LC串并聯(lián)諧振回路及耦合回路）作負載的放大器。根據(jù)諧振回路的特性，諧振放大器對于靠近諧振頻率的信號，

4、有較大的增益；對于遠離諧振頻率的信號，增益迅速下降。所以，諧振放大器不僅有放大作用，而且也起著濾波或選頻的作用。電路形式單級放大器和多級放大器3高頻小信號放大器的主要性能指標(1)電壓增益與功率增益 電壓增益等于放大器輸出電壓與輸入電壓之比，即 (2-1-1)若以分貝表示，有 (2-1-2)在使用高頻小信號諧振放大器時，一般將放大器調(diào)諧在有用信號的中心頻率f0上，此時放大器的電壓增益將達到最大值，稱為諧振電壓增益，用表示，用于衡量放大器對有用信號的放大能力。所謂“調(diào)諧”放大器，是指放大器的集電極負載為調(diào)諧回路（如LC調(diào)諧回路），這種放大器對諧振頻率f0的信號具有最強的放大作用而對其它頻率遠離f

5、0的信號，放大作用很差。功率增益等于放大器輸出功率與輸入功率之比，即 (2-1-3)若以分貝表示，有 (2-1-4)(2)通頻帶 通頻帶的定義是放大器的電壓增益下降到最大值的（約0.707）倍時，所對應(yīng)的頻帶寬度。通頻帶常用fbW表示，并取fbW=2f0.707（如圖2-1-3所示）。2f0.707也稱為3分貝帶寬。圖2-1-3高頻小信號放大器的通頻帶由于高頻小信號放大器一般用于接收機前置放大具有一定頻帶寬度的已調(diào)制信號，所以放大器必須要求有一定的通頻帶，以便讓信號中的有用頻譜分量通過。 與諧振回路相同，放大器通頻帶決定于回路的形式和等效品質(zhì)因數(shù)QL，并且通頻帶愈寬，放大器的增益愈小，即增益和

6、通頻帶是相互矛盾的。此外，多級放大器的總通頻帶隨著級數(shù)的增加而變窄。(3)選擇性 從各種不同頻率信號（含有用信號和無用干擾信號）中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性，用矩形系數(shù)Kr和抑制比dn來表征。 矩形系數(shù)Kr 理想的頻帶放大器應(yīng)該對通頻帶內(nèi)的頻譜分量有相同的放大能力，而對通頻帶以外的頻譜分量完全抑制，即不予放大。所以，理想的頻帶放大器的頻率響應(yīng)曲線應(yīng)是矩形，如圖2-1-4虛線所示。但是，實際放大器的頻率響應(yīng)曲線與矩形有較大的差異，如圖2-1-4實線所示。為了表示實際曲線形狀接近理想矩形的程度，引入“矩形系數(shù)”，用Kr0.1或Kr0.01表示，其定義分別為 (2-1-5)

7、(2-1-6)式中，2f0.707表示放大器的通頻帶；2f0.1 、2f0.01分別為放大器電壓增益下降至最大值的0.1和0.01倍時所對應(yīng)的帶寬。顯然，Kr愈接近于1，放大器的選擇性越好。 圖2-1-4放大器的頻率響應(yīng)曲線抑制比dn抑制比dn表示放大器對頻率為fn的干擾信號的抑制能力，其定義為 (2-1-7) 式中，為放大器對頻率fn的干擾信號的電壓增益，為放大器工作在諧振頻率f0（有用信號中心頻率）時的諧振電壓增益。顯然，抑制比dn值越大，放大器的選擇性越好。圖2-1-5放大器對fn的抑制能力(4)工作穩(wěn)定性工作穩(wěn)定性是指放大器的直流偏置（工作電源電壓）、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)生變化時，放大器主要性能的穩(wěn)定程度。一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變化、選擇性變化等。不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。 為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，如限制多級放大器的單級增益、選擇內(nèi)反饋小的晶體管、應(yīng)用中和或失配方法等。 (5)噪聲系數(shù)NF放大器在工作時不但要受到外界無用信號的干擾外，放大器本身也會產(chǎn)生無用信號，即所謂的噪聲，它是由于放大器中的元器件內(nèi)部載流子的不規(guī)則運動而引起的。對于放大器來說，總是希望放大器本身產(chǎn)生的噪聲越小越好。噪聲系數(shù)NF用于表征放大器的抗噪