第二章 通信信号的接收 —— 高频小信号放大器

1. 第二章 通信信号的接收 ——高频小信号放大器 2．1 概述 2．2 小信号谐振放大器 2.2.1 单级单调谐放大器 2.2.2 多级单调谐回路谐振放大器 2.2.3 双调谐回路谐振放大器 2.2.4 谐振放大器的稳定性 本章小结

2. 高频电子线路 第二章 通信信号的接收 ——高频小信号放大器 2．1 概述

3. 一、高频调谐放大器的功能与分类 1.功能：放大和选频。放大是放大有用信号。选频是选择有用信号，抑制无用信号。 2.分类： 按信号大小分小信号、大信号调谐放大器； 按调谐回路个数分单调谐、双调谐放大器； 按器件分有晶体管、场效应管放大器； 按电路组态分共e、共b、共c放大器。

4. 3.高频小信号放大器主要有两种类型 • 以集成电路为主的滤波器为负载的集中选频放大器。集中选频放大器把放大和选频两种功能分开，放大作用由多级非谐振宽频带放大器完成，选频作用由LC带通滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面滤波器等完成。 • 以分立元件为主的谐振回路为负载的谐振放大器

5. 谐振放大器常由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。谐振放大器常由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。 • 它可分为调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路需调谐于需要放大的外来信号的频率上，即混频器之前的高频放大器；后者谐振回路的谐振频率固定不变，即混频器之后的中频放大器。

6. 4.高频小信号放大器的典型应用 • 高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器的典型应用之一是用在超外差接收机中的高放和中放。

7. 二、高频小信号放大器主要性能指标 • 谐振增益 • 通频带 • 选择性 • 工作稳定性 • 噪声系数NF

8. 1．谐振增益（P9） • 放大器的谐振增益是指放大器在谐振频率上的电压增益，记为Auo，其值可用分贝(dB)表示。 • Au / Auo表示相对电压增益。

9. 幅频特性曲线

10. 2．通频带（P9） • 通频带是指信号频率偏离放大器的谐振频率fo时，放大器的电压增益Au下降到谐振电压增益Auo的0.707时，所对应的频率范围，用BW0.7表示， BW0.7 = fH一fL • 一般调幅广播收音机的通频带约为8kHz;调频广播收音机的通频带约为200kHz，电视接收机的通频带则为6～8MHz。

11. 3．选择性（p10） • 放大器从各种不同频率的信号中选出有用信号抑制干扰信号的能力，称为选择性。衡量选择性有两种基本方法: 矩形系数K0.1 、 抑制比d

12. (1) 矩形系数K0.1 K0.1 = BW0.1 / BW0.7 • K0.1越接近于1，选择性越好，抑制干扰的能力越强。

13. (2) 抑制比d • 谐振增益与通频带以外某一特定频率上的电压增益的比，单位dB d=20 lg（Au0 / Au）

14. 4．工作稳定性 • 工作稳定性是指放大器的工作状态（直流偏置）、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器主要特性的稳定程度。 • 一般的不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。极端的是放大器自激。

15. 5．噪声系数NF • 是指放大器输入端的信号、噪声功率之比（信噪比）与输出端信噪比的比值。 NF =（Pi / Pni）/（P0 / Pno） NF =10 lg[（Pi / Pni）/（P0 / Pno）]

16. 2．2 小信号谐振放大器 • 前面讲到谐振放大器常由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。放大器的增益具有与谐振回路相似的谐振特性，调谐放大器频带响应在很大程度上决定于LC谐振回路的特性。

17. 2．2．01 LC并联谐振回路的选频特性与阻抗变换特性 一、LC并联谐振回路的选频特性 二、变压器和LC分压式阻抗变换电路

18. 一、LC并联谐振回路的选频特性

19. 一、LC并联谐振回路的选频特性 1. 回路总导纳Y＝RC  L + j（wC－1wL）＝GP＋jB 2. 回路谐振电导G P＝RC  L＝1 RP 电纳B＝wC－1wL 3. 谐振频率0＝1 LC或f 0＝12 LC 4. 回路两端谐振电压U AB＝U0＝I sG P ＝I s（L  RC）＝I s RP 5. 回路空载品质因数 Q 0＝0LR＝1 0CR＝LC  R＝ R 故谐振电阻RP＝L  CR＝Q 00L= Q 00C

20. 6. 单位谐振曲线 • 任意频率下的回路电压U与谐振时回路电压之比称为单位谐振曲线，用N(f)表示。N(f)曲线称为单位谐振曲线。 N(f)＝U U0＝1/  1＋Q02（f / f0－f 0/f）2 令＝Q0（f / f0－f 0/f）Q02（f －f 0）/ f0＝Q02f / f0为广义失谐 N(f)＝U U0＝1/ 1＋2

21. 6. 单位谐振曲线

22. 7. 通频带、选择性 • 定义单位谐振曲线上N(f)0.707所包含的频率范围为回路的通频带。 令N(f)＝0.707可得通频带 BW0.7＝2 f0.7＝f 0  Q 0 • Q 0越高，通频带越窄，谐振曲线越尖锐，回路的选择性越好。

23. 8. 信号源内阻及负载对谐振回路的影响

24. 谐振回路的总电导G ＝g s＋g p＋g L 其中g s＝1  R s，g p＝1  R p，g L＝1  R L， • 谐振回路的空载Q0值为 Q 0＝R p0L＝1 0L g p • 谐振回路的有载QL值为Q L＝1 0L G＝10L（g s＋g p＋g L） 所以 Q L＝Q 0（1+ R p R s + R p R L）

25. R s和R L越小，Q值下降越多，通频带越宽，回路的选择性越差，即信号源内阻和负载电阻对回路影响越严重。

26. 二、变压器和LC分压式阻抗变换电路 • 为减小信号源及负载对谐振回路的影响，除了增大外，还可采用阻抗变换电路，常用的阻抗变换电路有变压器、电感和电容分压电路等。

27. 1. 变压器的耦合联接 在变压器紧耦合时，负载电阻RL与等效负载R‘L的关系为 R‘L＝（N1/ N2）2 RL

28. 2. 自耦变压器的耦合联接 N1是总线圈数，N2是自耦变压器的抽头部分线圈数。 负载电阻RL折合到谐振回路后的等效电阻R‘L为:R‘L＝（N1/ N2）2 RL＝RL / n2 式中n＝N2/ N1为接入系数

29. 3. 变压器自耦变压器的耦合联接 n 1＝N12/ N13， n 2＝N45/ N13 RS和RL折合到谐振回路后的等效电阻R‘S和R‘L R‘S＝RS / n1 2， R‘L＝RL / n2 2

30. 2.2.02 晶体管Y参数等效电路 • 在分析高频小信放大器时，由于高频小信号调谐放大器的调谐回路以及下一级负载，大都与晶体管并联，因此采用Y参数等效电路进行分析是比较方便的。 • 所以在电路化简时，可将晶体管等效成一个Y参数等效电路。

31. 晶体管共射极电路

32. 取电压Ube和Uce作为自变量，取电流Ib和Ic作为应变量。根据四端网络的理论，可以得晶体管的Y参数的网络方程取电压Ube和Uce作为自变量，取电流Ib和Ic作为应变量。根据四端网络的理论，可以得晶体管的Y参数的网络方程 Ib＝yieUbe＋yreUce IC＝yfeUbe＋yoeUce • 令Uce＝0及Ube =0可得晶体管的四个Y参数

33. 晶体管输出端短路时的输入导纳 令Uce＝0，yie＝Ib／Ube|Uce＝0＝gie+ jwCie 反映了晶体管放大器输入电压对输入电流 的控制作用。其中gie、Cie分别表示晶体管 的输入电导和输入电容。

34. 晶体管输出端短路时的正向传输导纳yfe (下标“f”表示正向) 令Uce＝0， yfe＝Ic／Ube|Uce＝0 反映了晶体管输入电压对输出电流的控制 作用。在一定条件下可把它看成是晶体管 混合 等效电路的跨导gm。

35. 晶体管输入端短路时的反向传输导纳yre(下标“r”表示反向)晶体管输入端短路时的反向传输导纳yre(下标“r”表示反向) 令Ube =0，yre＝Ib／Uce|Ube＝0 反映了晶体管输出电压对输入电流的影响，即晶体管内部的反馈作用。

36. 晶体管输入端短路时的输出导纳 • 令Ube =0，yoe＝Ic／Uce|Ube＝0＝goe+ jwCoe • 反映了晶体管输出电压对输出电流的作用。其中，goe、 Coe分别称为晶体管的输出电导和输出电容。 • 根据以上分析，并由晶体管的Y参数的网络方程，可得晶体管Y参数等效电路

37. 晶体管Y参数等效电路

38. 高频电子线路 2.2.1 单级单调谐放大器

39. 一、基本电路与工作原理

40. 组成：晶体管、调谐回路、偏置 • 元件作用：R1、R2是放大器的偏置电阻；Re是直流负反馈电阻；C1、Ce是交流高频旁路电容；LC组成并联谐振回路，它与晶体管共同起着选频放大作用。 • 采用部分接入方式是减弱晶体管输出阻抗对谐振回路的影响和为了放大器的前后级匹配。

41. 工作原理 • 高频信号电压 互感耦合基极电压 管子be结 基极电流 管子放大作用 集电极电流 谐振回路选频 回路谐振电压 互感耦合 负载电流iL在负载上产生较大的高频信号电压 • 因为调谐回路并接在输出端且晶体管工作频率很高又工作窄带，所以用高频Y参数等效电路分析。

42. 二、电路分析 1. 直流通路 2. 交流通路（所有旁路电容交流短路、电源直接接地）

43. 3.高频Y参数等效电路 • 考虑到为保证实用的单调谐放大器稳定地工作，都采取了一定的措施，使内部反馈很小。因此，为了简化电路，常略去内部反馈的影响，即假定yre =0。

44. 单调谐放大器的输出回路Y参数等效电路 • 将Yoe用输出电导goe和输出电容Coe并联表示。 • 同样，外接负载YL可以认为是由电导g L与电容C L并联而成的。

45. Is、goe、C oe、g L、C L折算到LC并联回路两端 • I‘S＝ n1 IS＝n1 Yfe Ube ，g‘oe＝ n1 2 g oe，C‘oe＝ n1 2Coe ， g‘L＝ n2 2 g L，C‘L＝ n2 2CL • 晶体管接入回路的接入系数n 1＝N12/ N13 • 负载接入回路的接入系数n 2＝N45/ N13

46. 并项后的等效电路 将g‘oe、g‘L、g P合并 G ＝g‘oe＋g‘L＋g P 将C‘oe、C‘L、C合并 C ＝C‘oe＋C‘L＋C 导纳 Y ＝G ＋jw C ＋1/jwL 输出电压 U‘o＝－I‘s / G ＝－n1 Yfe Ube / G ＝Uo / n 2

47. 三、性能指标分析 1.电压增益 2.功率增益 3.单调谐放大器的通频带 4.单调谐放大器的选择性

48. 1. 电压增益 A u＝U0 Ube＝n 2U‘o Ube＝－n1 n 2Yfe / Y  ＝－n1 n 2Yfe / （G ＋jw C ＋1/jwL ） －n1 n 2Yfe / 〔G （1＋j2 Q Lf / f0）〕 式中有载Q L值为 Q L＝1 0L G＝0C G 谐振频率f0＝1/ 2 L C 电压增益的模A u＝n1 n 2Yfe / 〔G 1＋（2 Q Lf / f0）2〕

49. 当回路谐振时，f＝0，放大器谐振电压增益为当回路谐振时，f＝0，放大器谐振电压增益为 A uo＝－n1 n 2Yfe / G  A uo＝n1 n 2 Yfe / G  ＝n1 n 2 Yfe / （n1 2 g oe＋n2 2 g L＋g P） • 可见，电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导及接入系数有关。

50. 影响电压增益的因素 （1）为了增大A uo，应选取Yfe大、g oe小的晶体管。 （2）为了增大A uo，要求负载电导小，若负载是下一级放大器，则要求其gie小。 （3）回路谐振电导g p越小，A uo越大。而g p取决于空载Q值Q o，与Q o成反比。 （4）A uo与接入系数n1、n 2有关。