第7章高频谐振放大器

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1、第第7章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 7.1 小信号选频放大器小信号选频放大器7.2 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器7.1 小信号选频放大器小信号选频放大器 7.1.1.LC谐振回路小信号选频放大器谐振回路小信号选频放大器 高频振荡回路是高频电路中应用最广的无高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络源网络,也是构成高频放大器、也是构成高频放大器、振荡器以及各振荡器以及各种滤种滤波器的主要部件波器的主要部件,在电路中完成阻抗变换、在电路中完成阻抗变换、信号选择等任务信号选择等任务,并可直接作为负载使用。并可直接作为负载使用。1.LC并联谐振回路的基本特性并联谐振回路的基本特性(1)谐

2、振频率、谐振电阻、品质因数和通频带谐振频率、谐振电阻、品质因数和通频带LrCCIC.IR.R0IL.L0B11/2Q1Q2Q1Q20/2/2感性Q2Q1Q1Q2容性Z(a)(b)(c)(d)U.0|zp|/R0I.图图7.1 并联谐振回路、并联谐振回路、幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 (a)并联谐振回路并联谐振回路;（b）等效电路）等效电路;（c）幅频特性幅频特性;（d）相频特性相频特性并联谐振回路的并联阻抗为并联谐振回路的并联阻抗为 CjLjrCjLjrZp11)(7 1)定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率0,令令Zp的虚部为零的虚部为零,

3、求解方程的根就是求解方程的根就是0,可得可得CrrLQQLC00201111式中式中,Q为回路的品质因数为回路的品质因数,有有 当当 时时,。回路在谐振时的阻抗最大回路在谐振时的阻抗最大,为一为一电阻电阻RP1QLC10CQLQCrLRP00（7 2）jRQjRZjQCrLZPppp121)(1000（7 3）（74）并联回路通常用于窄带系统并联回路通常用于窄带系统,此时此时与与0相差不大相差不大,式式（7 3）可进一步简化为（）可进一步简化为（74）式中式中,=-0。对应的阻抗模值与幅角分别为对应的阻抗模值与幅角分别为2201)2(1PPpRQRZ（7 5）QfBWZjZffpp0217.0

4、0)(21)(得通频带宽度为令arctan)2arctan(0QZ（7 6）QIIICL（7 7）IL.IC.0I.U.图图7-2表示了并联振荡回路中谐振时的电流、表示了并联振荡回路中谐振时的电流、电压关系。电压关系。例例 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,信号信号中心频率中心频率fs=10MHz,回路电容回路电容C=50 pF,(1)试计算所需的线圈电感值。试计算所需的线圈电感值。(2)若线圈品质因数为若线圈品质因数为Q=100,试计算回路谐振电阻试计算回路谐振电阻及回路带宽。及回路带宽。(3)若放大器所需的带宽若放大器所需的带宽B=0.5 MHz,则

5、应在回路上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并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?解解 (1)计算计算L值。值。由式由式(7 2),可得可得CfCL20220)2(11将将f0以兆赫兹以兆赫兹(MHz)为单位为单位,以皮法以皮法(pF)为单位为单位,L以以微亨（微亨（H）为单位，）为单位，上式可变为一实用计算公式上式可变为一实用计算公式:CfCfL20620225330101)21(将将f0=fs=10 MHz代入代入,得得07.5L (2)回路谐振电阻和带宽。由式回路谐振电阻和带宽。由式(7 2)kLQR8.311018.31007.510210046700回路带宽为回路带

6、宽为 kHzQfB1000 (3)求满足求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。带宽的并联电阻。设回路上并设回路上并联电阻为联电阻为R1,并联后的总电阻为并联后的总电阻为R1R0,总的回路有载总的回路有载品质因数为品质因数为QL。由带宽公式由带宽公式,有有200LLQBfQ此时要求的带宽此时要求的带宽B=0.5 MHz,故故回路总电阻为回路总电阻为kRRRkLQRRRR97.737.637.637.61007.5102200016701010 需要在回路上并联需要在回路上并联7.97 k的电阻的电阻。（2）信号源和负载的接入方式）信号源和负载的接入方式N1N2(a)LSCSLN1N2(b)1）变压

7、器阻抗变换电路）变压器阻抗变换电路)(2112NNnnUU)(2112NNnInI)(21222211NNnZnIUnIUZLL图图7-3 变压器阻抗变换电路变压器阻抗变换电路（7 8）（7 9）2)电感分压阻抗变换电路电感分压阻抗变换电路 L1 N1 M U1 L2 N2 ZL U2 LZ+-+LLZUZU.22.21 或 LLLZnZUUZ22.2.1（7-10）图7-4 电感分压阻抗变换电路式中，式中，当，当ZL远大于远大于L2时，满足：时，满足：.2.1UUn 2212212NNNMLMLLn（7-11）式中，式中，N1和和N2分别为电感分别为电感L1和和L2线圈的线圈的匝数，匝数，n

8、为相应的匝数比。为相应的匝数比。3）电容分压阻抗变换电路 LZLZU1C2C1U2+-+LLLZnZUUZ22.2.1当ZL 远大于 时，满足 21C.1211.2UCCCU121CCCn即：图7-5 电容分压阻抗变换电路（7-12）LCR0UUT(a)LC2R0UUTC1(b)LR1UC2C1(c)LR1UTC1C2(e)U1R1UT(d)U1LCUTIIL图7 6 几种常见抽头振荡回路 002221QjRpZpZT（7 13）对于图对于图7 6（b）的电路）的电路,其接入系数其接入系数p可以直接用可以直接用电容比值表示为电容比值表示为 2112121211CCCCCCCCUUpT（7 14

9、）pIIT（7 15）定义接入系数：定义接入系数：p=1/n对于图对于图7-6（a）的）的电路有：电路有：谐振时的回路电流谐振时的回路电流IL和和IC与与I的比值要小些的比值要小些,而不再而不再是是Q倍。倍。由由RiLCRLRiTLCRLIIT图图 7 7 电流源的折合电流源的折合 RUIRQULUITTTL00及及 例例 2 如图如图7 8，抽头回路由电流源激励抽头回路由电流源激励,忽略回路忽略回路本身的固有损耗本身的固有损耗,试求回路两端电压试求回路两端电压u(t)的表示式及回的表示式及回路带宽。路带宽。pQIIQRRUUIILTL00（7 16）可得可得 C2C12000 pF500R1

10、2000 pF10 HLi Icos 107tI1 mAu1(t)图图 7 8 例例2的抽头回路的抽头回路 解解 由于忽略了回路本身的固有损耗由于忽略了回路本身的固有损耗,因此可以认为因此可以认为Q。由图可知由图可知,回路电容为回路电容为pFCCCCC10002121 谐振角频率为谐振角频率为 sradLC/10170电阻电阻R1的接入系数的接入系数200015.012211RpRCCCp等效到回路两端的电阻为等效到回路两端的电阻为 回路两端电压回路两端电压u(t)与与i(t)同相同相,电压振幅电压振幅U=IR=2 V,故故 sradQBLRQtVtpututVtuLL/10520100200

11、010cos)()(10cos2)(500717输出电压为输出电压为 回路有载品质因数回路有载品质因数 回路带宽回路带宽 SISRSC13LLROUC4325131+-SRSISCLRC【例【例73】图】图7-9（a）所示为）所示为LC并联谐振回路的应用并联谐振回路的应用原理图。信号源以电感分压方式接入回路；负载以变压原理图。信号源以电感分压方式接入回路；负载以变压器方式接入回路。已知线圈绕组的匝数分别为器方式接入回路。已知线圈绕组的匝数分别为N12=10，N13=50，N45=5，L13=10H，回路固有品质因数，回路固有品质因数Q0=100，C=100pF，RS=10K，IS=1mA，CS

12、=100pF，RL=2k。试求实际回路的品质因素。试求实际回路的品质因素QT、通频带、通频带BW0.7和和谐振时的输出电压谐振时的输出电压U0。（a）（b）图图 7 9 例例3的的LC谐振回路谐振回路25010)1050()(22121321SSSRNNRnR解：解：(K)pFCnCUnUnIISSSS4100)51(1,2210.2.01.2002)550()(22451322LLLRNNRnR(K)回路本身的谐振电阻为：K回路考虑信号源内阻和负载效应时的等效谐振电阻用RT表示，则：K6.31101001010100126130CLQRP1.286.31/200/250/PLSTRRRR回路

13、的等效总电感不变仍为L13，而回路的等效总电容CT为：1044100STCCC(pF)CQLQCrLRP00此时，回路的等效品质因素，即实际品质因素称为有载品质因此时，回路的等效品质因素，即实际品质因素称为有载品质因素用素用QT表示，则：表示，则：6.90101010104101.28612313LCRQTTT回路的实际谐振频率为：回路的实际谐振频率为：MHz51010410102121126130TCLf：实际回路的通频带为：实际回路的通频带为 KHz2.556.90105607.0TQfBW谐振时的输出电压为：谐振时的输出电压为：56.0101.28105101113321.2.02.0T

14、STSRnnIRInUnUV通过本例分析可知，当通过本例分析可知，当LC并联谐振回路接入信号源和负载后，信号并联谐振回路接入信号源和负载后，信号源的内阻抗和负载阻抗会对谐振回路的性能产生影响，使回路的实源的内阻抗和负载阻抗会对谐振回路的性能产生影响，使回路的实际等效谐振电阻变小、回路的实际品质因素下降和回路的谐振频率际等效谐振电阻变小、回路的实际品质因素下降和回路的谐振频率发生变化等。但经过阻抗变换电路后再接入，则只要适当选择接入发生变化等。但经过阻抗变换电路后再接入，则只要适当选择接入系数（如本例中的系数（如本例中的n1和和n2），就能降低这种影响，同时也能满足设），就能降低这种影响，同时也

15、能满足设计的要求。计的要求。2.单谐振回路选频放大器单谐振回路选频放大器1)晶体管晶体管Y参数等效电路模型参数等效电路模型Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.输出短路时的输入导纳；输入短路时的反向传输导纳；输出短路时的正向传输导纳；输入短路时的输出导纳。ieieieCjgy.rerereyy.fefefeyy.oeoeoeCjgy.图图 7 10 Y参数等效电路参数等效电路2）单级单谐振回路选频放大器）单级单谐振回路选频放大器 +UCC 3 5 C 2 RL Uo RB1 1 4 CB Ui T RB2 RE CE 图711 单调谐放大电路 1 5 +T C 2

16、 Ui RB RL Uo -3 4 -（a）交流通路 C Ui GB gie Cie yfeUi goe Coe 2 GL Uo 3 4-（b）y参数等效电路参数等效电路UiGB gie Cie C GP L13 -（c）折算后的等效）折算后的等效LC谐振回路谐振回路 +1 5 +1nUyife21ngoe21nCoe22nGLoUn2 图712 单调谐放大器的等效电路由图得：2221nGngGGLoePT 21nCCCoeT（7-17）（7-18）中心频率（谐振频率）f0 （7-19）有载品质因素QT （7-20）通频带BW0.7 （7-21）TCLf130021213001311LGGCL

17、CGQTTTTTTTQfBW07.0 谐振电压增益谐振电压增益因为谐振时回路呈纯阻，所以因为谐振时回路呈纯阻，所以，则：则：（7-22）UOA.TifeGnUyUnU1.02.0TmTfeiOUOGnngGnnyUUA2121.3）集成电路单谐振回路选频放大器）集成电路单谐振回路选频放大器（共射、共基组合）（共射、共基组合）AGC C5 C6 C1 2 7 ui 1 5 uOC2 L1 MC1590 C4 L2 RL 3 6 C3 图图713 集成电路单调谐放大器集成电路单调谐放大器Lc+12V频率高，不易自频率高，不易自激，稳定性好。激，稳定性好。4）多级单谐振回路选频放大器的特点）多级单谐

18、振回路选频放大器的特点 可以证明多级单谐振回路选频放大器的增益可以证明多级单谐振回路选频放大器的增益A和通频带和通频带BW0.7分别为：分别为：nAA1217.07.0nBWBW（7-23）（7-24）5）参差调谐选频放大器）参差调谐选频放大器 A(f)ui uO T1 f01 T2 f02 f f f O f01 f0 f02 （a）高频通路 （b）幅频特性曲线 图714 双参差调谐放大器 合 成曲线7.0000121BWffff7.0000221BWffff（7-25a）（7-25b）7.1.2 小信号集中选频滤波器 陶瓷谐振片 图图 7 15 陶瓷滤波器电路陶瓷滤波器电路 1)陶瓷滤波器1.集中选频滤波器 图7-16 声表面波滤波器的结构和幅频特性 2)声表面波滤波器 通频带宽、频率高、理想滤波特性体积小、稳定性好 图 7 16(a)中的声表面波滤波器的传输函数为0020002sin2sin)(2sin2sin)exp()(NjHNxvjjH（7 26）（7 27）图7-17 一种用于通信机中的表面波滤波器特性2.集中选频放大器 C 预预 1 3 L2 中中 中中 L1 放放 放放 2 4 L3 SAWF 图图718 由由SAWF构成的集中选频放大器构成的集中选频放大器