小信號(hào)放大器

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1、第2章小信號(hào)放大器【本章內(nèi)容提要】本章詳細(xì)介紹了射頻放大電路中諧振回路的各種基本特性，對(duì)目前通信設(shè)備中廣泛采用的集中選頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面介紹，對(duì)射頻小信號(hào)放大器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了深入分析。【本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)與要求】本章重點(diǎn)掌握射頻放大器的結(jié)構(gòu)組成和性能特點(diǎn)，了解諧振回路的基本特性和參數(shù)，熟悉集中選頻調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性能，能看懂各種應(yīng)用電路。小信號(hào)放大器也稱為小信號(hào)諧振放大器，在通信電路中除對(duì)微弱的高頻信號(hào)（中心頻率在數(shù)百kHz至上千MHz，頻譜寬度在20kHz～20MHz的范圍）進(jìn)行放大外，另一個(gè)重要的功能就是

2、選頻。選頻功能依靠選頻網(wǎng)絡(luò)（或稱濾波器）來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電路構(gòu)成可分為分散選頻和集中選頻兩大類：前者為分立元件電路，選頻網(wǎng)絡(luò)分散在各級(jí)放大器之中；后者由固體濾波器件組成。在分散選頻小信號(hào)諧振放大器中，根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的不同又分為單調(diào)諧放大器、雙調(diào)諧放大器及參差調(diào)諧放大器3類。2.1諧振回路在諧振回路中，如果能通過(guò)簡(jiǎn)單的串、并聯(lián)方法將同類電抗元件合并，最后簡(jiǎn)化成只有一個(gè)電感和電容組成的諧振回路，稱為單調(diào)諧回路。對(duì)于單調(diào)諧回路，根據(jù)電感、電容與信號(hào)源之間的串、并聯(lián)關(guān)系，可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振兩種回路，它們是通信、廣播電路

3、中不可缺少的重要網(wǎng)絡(luò)，其主要作用是選頻。2.1.1串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振回路如圖2-1所示，圖中R是回路損耗電阻，主要是電感L的銅線損耗。如果電路接入負(fù)載，則負(fù)載R、L將成為串聯(lián)回路中能量消耗的主要部分。V是外加電壓。串聯(lián)諧振電路的信號(hào)源宜用電壓源，因?yàn)楹銐涸吹膬?nèi)阻接近零。在圖2-1中，信號(hào)電壓V的頻率是變化的，感抗jωL和容抗1/(jωC)也是變化的，隨著工作頻率f的變化，回路會(huì)呈現(xiàn)不同的電抗特性。f0=2.1.1串聯(lián)諧振電路當(dāng)外加信號(hào)頻率正好等于串聯(lián)回路的特有諧振頻率時(shí)，感抗等于容抗（大小相等，方向相反，相差

4、180°），二者的作用相互抵消，使得回路呈純阻狀態(tài)，電流達(dá)到最大值。這種狀態(tài)就是串聯(lián)回路的諧振狀態(tài)。若外加信號(hào)的頻率不等于（大于或小于）回路的諧振頻率時(shí)，回路對(duì)所加頻率信號(hào)的失諧，呈感性阻抗或容性阻抗。1．回路阻抗及回路的電流方程回路復(fù)阻抗為（2-1）2.1.1串聯(lián)諧振電路回路電流矢量為（2-2）式中，是回路的最大電流；為廣義失諧，或稱相對(duì)失諧。電流矢量I的幅模與相角分別為（幅頻特性）（2-3）ψ(ω)=－arctanζ（相頻特性）（2-4）2.1.1串聯(lián)諧振電路2．回路諧振及諧振頻率由式（2-2）可見(jiàn)，

5、當(dāng)外加信號(hào)電壓的頻率變化到某一頻率f0時(shí)，若滿足ω0L=就有ω0=即f0=（2-5）此時(shí)有ζ=0，I=Imax=V/R，回路獲得最大的電流，此時(shí)整個(gè)LC電路好像不存在電感L和電容C，而僅有等效串聯(lián)電阻R。這就是串聯(lián)回路的諧振狀態(tài)，f0就是回路的諧振頻率，它僅取決于L和C的頻率特性，與R無(wú)關(guān)。但是諧振時(shí)的回路電阻，則與R密切相關(guān)。2.1.1串聯(lián)諧振電路3．回路的品質(zhì)因數(shù)Q品質(zhì)因數(shù)Q是諧振網(wǎng)絡(luò)一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)，它的定義是存儲(chǔ)能量與消耗能量之比。在串聯(lián)諧振回路中，電感或電容是存貯能量的，而電阻是消耗能量的，所以Q值可

6、定義為（2-6）顯然，R愈大，回路損耗的功率就愈多，回路的品質(zhì)因數(shù)就愈??；反之，若R愈小，則Q就愈大。2.1.1串聯(lián)諧振電路4．回路的選頻特性曲線整理式（2-3），得到相對(duì)關(guān)系表示，即（2-7）為了分析方便起見(jiàn)，需要求出ζ與品質(zhì)因數(shù)Q的關(guān)系。在窄帶選頻電路中，有（2-8）2.1.1串聯(lián)諧振電路將式（2-8）代入（2-7）式，可得串聯(lián)諧振回路的選頻特性方程式，即（2-9）根據(jù)式（2-9），可以畫出串聯(lián)諧振回路的幅頻特性（即選頻特性），如圖2-2所示。由圖可見(jiàn)，串聯(lián)諧振回路是一選頻電路，在ω=ω0時(shí)，回路諧振，

7、電流最大，為Imax；當(dāng)ω≠ω0時(shí)，回路失諧，電流值下降。幅頻特性曲線的陡直程度主要由品質(zhì)因數(shù)Q值的大小來(lái)決定：Q值大，曲線陡，選頻特性好，但通頻帶窄；Q值小，曲線平緩，選頻特性差，但通頻帶寬。圖2-2串聯(lián)諧振回路的幅頻特性重要提示:在外加信號(hào)頻率ω=ω0時(shí)，回路諧振，呈純阻性，此時(shí)LCR電路等效為一純電阻R，電感與電容的作用相互抵消；在外加信號(hào)頻率ω＞ω0時(shí)，網(wǎng)絡(luò)呈電感性頻率特性；而在外加信號(hào)頻率ω＜ω0時(shí)，回路呈電容性頻率特性。2.1.1串聯(lián)諧振電路5．串聯(lián)回路的通頻帶寬度BW串聯(lián)回路的通頻帶是按3dB帶

8、寬定義的。這是指，使回路電流下降3dB（即由相對(duì)值1降至0.707）時(shí)所對(duì)應(yīng)的外加信號(hào)頻率上限值與下限值的差值關(guān)系。由式（2-9）可求得=0.707=解得ζ=1根據(jù)近似式（2-8）可得通頻帶寬度BW的表達(dá)式，即BW=（2-10）由此可見(jiàn)，在回路諧振頻率f0一定時(shí)，回路損耗越大（即Q越?。芈返耐l帶就越寬。2.1.1串聯(lián)諧振電路6．串聯(lián)諧振回路的選擇性由幅頻特性可見(jiàn)，在諧振時(shí)回路電