[信息与通信]收音机中的信号放大.ppt

任务2 收音机中的信号放大 (小信号谐振放大器）,学习目标：,1.了解小信号谐振放大器在收音机中的作用.掌握小信号谐振放大器的原理 2.会计算放大器的增益和通频带 3.能根据放大器的频率特性曲线对放大器的工作情况进行判断 4.能识别中频放大器的电路图，能正确安装和调试中频放大器 5.能对放大器在实际应用中出现波形失真、工作不稳定、增益或通频带不满足要求现象进行判断和处理,例题,本章小结,2.1 收音机采用什么放大器放大信号,2.2 晶体管高频参数等效电路,2.3 单调谐回路放大器,2.4 双调谐回路放大器,2.5 小信号调谐放大器的稳定性,2.6 集中选频放大器,2.1 收音机采用什么放大器放大信号,收音机中的信号放大电路： 高频小信号谐振放大器,在小信号调谐放大器中，所谓“小信号”，主要是强调输入信号的幅度较小，以保证放大器的晶体管工作在线性状态。,1.何谓“小信号”,2.关于“谐振”,所谓“调谐”，则是指放大器的负载为调谐回路（如LC调谐回路等）。,3.小信号调谐放大器的结构,放大,选频,2.1.1.高频小信号谐振放大器概述,小信号调谐放大器具有放大和选频双重功能,2.1.2.高频小信号谐振放大器在收音机中的作用和地位,高频放大器,频率可调，增益低，主要起选频作用,中频放大器,频率固定，增益高，选择性好，主要起放大作用,也可采用谐振回路,高频放大器在在收音机中主要起选频作用，中频放大器在整机中主要起放大作用,2.1.3 谐振放大器的主要技术指标,1.增益,电压增益：,放大器输出压与输入电压之比，称为放大器的增益。 放大器的增益要求是根据输出信号必须达到的幅度和 输入信号幅度的大小来确定的。 收音机的总增益主要由的中频放大器提供。,分贝表示：,2.通频带,放大器的电压增益下降到最大值的0.707（即 ）倍 时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用 表示，如图所示。 也称为3dB分贝带宽。,说明：放大器的通频带必须满足信号传输的要求，否则，信号传输后会产生失真。 调幅收音机：BW=6.4kHz 调频收音机：BW=20kHz,3.选择性,从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性，选择性常采用矩形系数来表示。,矩形系数定义为电压增益下降到0.1时的带宽与下降到0.7时的带宽之比，用Kr表示。 Kr愈接近于1越好。,矩形系数,4.稳定性,高频小信号谐振放大器的稳定性是指在电源电压变化时，增益、通频带、选择性三个参数的稳定程度。为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配法等。,噪声对信号质量的影响程度通常用信号功率Ps与噪声功率Pn之比，即信噪比来说明。,5.噪声系数,越接近1越好。在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。,以上这些技术要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。,2.1.4 谐振放大器的分析方法,分析方法：等效电路法参数等效电路,问题：什么是等效电路法？,线性放大器通用的分析方法,2.2.1 晶体管等效模型,2.2 晶体管高频参数等效电路,把晶体管视为二端网络，根据两端口的电流和电压列网络方程。,2.晶体管网络参数模型,1.晶体管物理参数模型,用电阻、电容、受控源等元件模拟晶体管内部的物理 过程。,输入端口,输出端口,1.晶体管Y参数方程,晶体管的二端口共有四个变量，即输入电流 、输入电压 、输出电流 、输出电压 。选 和 为自变量， 和 为因变量，则二端口网络的Y参数方程为：,2.2.2 晶体管高频参数等效电路,四个Y参数,问题：四个Y参数分别有何意义？,2.晶体管Y参数的物理意义,为晶体管的输出端短路时的输入导纳。它反映了晶体管输入电压对输入电流的控制能力。,为晶体管的输入端短路时的反向传输导纳。它反映了晶体管输出电压对输入电流的控制能力。,为晶体管的输出端短路时的正向传输导纳。它反映了晶体管输入电压对输出电流的控制能力,为晶体管的输入端短路时的输出导纳。它反映了晶体管输出电压对输出电流的影响。,1. Yfe反映输入端对输出端的控制作用， Yfe越大，晶体管的放大能力越强；,3. 晶体管的Y参数与频率有关，当工作频率在较宽的范围类变化时，晶体管的Y参数亦会随之而变化，因此，Y参数的获取，应注意工作条件和工作频率。,注意：,2. Yre反映输出端对输入端的反作用，这个反作用是由晶体管的内部反馈引起的，内部反馈越强， Yre越大，对晶体管的危害越大；,4. 在实际分析过程中，各Y参数可以表示为：,3.共射晶体管Y参数等效电路,1.通过收音机的是什么电信号？ 2.谐振放大器的电路结构是怎样的？ 3.谐振放大器采用什么等效电路分析？ 4.四个Y参数分别什么？有何物理意义？,负载一般由LC谐振回路构成，主要起选频作用,输入回路从天线信号中选择出有用信号输入到晶体管的基极,晶体管主要起放大作用,2.3.1 单级共射单调谐回路放大器的原理电路,小信号调谐放大器主要由输入回路、晶体管、负载三部分组成。,2.3 单级共射单调谐回路放大器,部分接入,晶体管和LC谐振回路之间采用部分接入，这样接法的好处是，调节接入系数p，可以调节放大器与回路的耦合程度，从而调节放大器的增益和通频带。,1.接入系数 p,2.小信号调谐放大器的交流等效电路,单级单调谐回路谐振放大器电路中的直流电源接地，旁路电容短路便可得到放大器的的交流等效电路，如下图所示。,部分接入,单调谐回路共发放大器就是晶体管和并联回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并联回路的结论均可应用。,2.3.2小信号调谐放大器的Y参数等效电路,小信号调谐放大器采用Y参数等效电路法进行定量分析。,1.用高频Y参数等效电路来代替晶体管，LC并联谐振回路也高频等效后得到的放大器的高频等效电路如下图所示。,晶体管,LC回路,部分接入,2.晶体管和负载与并联谐振回路间的部分接入耦合方式等效变换为完全接入方式后的高频等效电路如下图所示。,LC回路,3.放大器中晶体管单自由化后的Y参数等效电路如下图所示。,YL通常为下一级晶体管的输入导纳,4.假设负载为下一级放大器的晶体管，且型号与本级晶体管相同。,5. 将相应的同类项合并，则可得到如下图所示的高频等效电路。,简化后的谐振放大器高频Y参数等效电路,单级单调谐回路谐振放大器的重要参数,放大器回路的谐振频率为：,放大器回路的空载品质因数为：,放大器回路的有载品质因数为：,2.3.3.单级单调谐回路谐振放大器的主要技术指标,1.谐振时的电压增益,可得,Y,令,谐振时的电压增益,说明,1.调节接入系数，不改变回路参数，可以改变放大器 的增益；,2.要获得较大增益，可以选择Yfe大的晶体管和g0小 的选择回路，,3.放大器 的增益主要由晶体管决定，频率特性主要 由谐振回路决定。,谐振放大器频率特性与谐振回路相同,f 0,Au/Au0,0,f (Hz),0.707,1,BW,f 0,2.通频带,谐振放大器的通频带谐振回路的通频带,单级单调谐回路谐振放大器的通频带取决于回路的谐振频 率和有载品质因素。当 已选定时， 越高，通频带越 窄； 越低，通频带越宽。 越大，通频带越宽。,通频带与电压增益成反比,3.矩形系数,根据矩形系数的定义,矩形系数为,说明：单调谐回路谐振放大器的矩形系数远大于1,即单调谐回路谐振放大器的选择性较差。,例题,1.中波调幅收音机的工作频率？ 2.高频放大器的频率调谐范围？ 3.谐振放大器为什么采用部分接入？ 4.谐振放大器的电压增益主要取决于哪些因素？ 5.放大器的通频带与电压增益有何关联？ 6.单回路谐振放大器的优缺点？ 7.为保证放大器设计性能，在选择晶体管和谐振回路时应注意哪些问题？,2.2.4 多级单调谐回路放大器,单级放大器级联后形成多级放大器，两级单调谐回路谐振放大器电路如下图所示。,一、电路,二、多级单调谐回路放大器的性能参数,1.增益,如果放大器有n级，各级电压增益分别为， 则级联后的增益为各级电压增益的乘积，即,如各级放大器的增益相同，则,用分贝表示为,结论:级数n越多，总增益越大。,2.通频带,相同的n级单调谐回路谐振放大器级联时，总通频带为,多级单调谐回路谐振放大器的总通频带比单级通频带小， 级数越多，总通频带越窄。 为带宽缩减因子。,3.矩形系数,多级单调谐回路谐振放大器的矩形系数为,多级单调谐回路谐振放大器的矩形系数与级数之间的关系如前表所示。,结论：多级单调谐回路谐振放大器的电压增益随级数的增加明显增加，矩形系数也有所改善，选择性提高了，但通频带变窄了。,例题,1.多级谐振放大器有何优点？ 2.为什么收音机的中频放大器通常会采用多级放大器？ 3.如果采用多级放大器后，通频带变窄了，怎么办？,2.4 双调谐回路放大器,双调谐回路谐振放大器的原理电路如下图所示。,两个谐振回路,一、双调谐回路放大器的Y参数等效电路,双调谐回路谐振放大器的高频Y参数等效电路如图所示。,双调谐回路,晶体管,简化后的高频Y参数等效电路如下图所示。,并项后的高频Y参数等效电路如下图所示。,二、双调谐回路放大器的主要技术指标,1.电压增益,谐振时， 放大器的增益为,临界耦合,耦合因数,双调谐回路放大器谐振曲线,2.通频带,3.矩形系数,与单调谐回路谐振放大器相比，双调谐回路谐振放大器具有较好的选择性、较高的通频带，并能很好地解决增益和通频带之间的矛盾。双调谐回路放大器的调整较为困难。,1.双回路谐振放大器的优缺点？ 2.双回路谐振放大器有哪几种耦合状态？ 3.为什么双回路谐振放大器调谐较困难？,2.5 小信号调谐放大器的稳定性,一、引起小信号调谐放大器不稳定的因素,1.晶体管内部反馈对放大器的影响,晶体管反向传输导纳 使输入回路与输出回路之间互相牵连，这种互相牵连使放大器工作不稳定， 越大，反馈越强，对放大器工作稳定性的影响越大。,(1)电容耦合。导线与导线之间、导线与器件之间、器件与器件之间，均存在着分布电容。当工作频率高到一定程度时，这些电容可能会起作用，将信号从后级耦合到前级。,(3)电阻耦合。当前后级信号电流流经同一导线时，由于导线存在电阻，后级电流在导线上产生的电压会对前级产生影响。,(4)电磁辐射耦合。当工作频率达到射频(150 kHz以上)时，后级高频信号可以通过电磁辐射的方式耦合到前级。,(2)互感耦合。导线与导线之间、导线与电感之间、电感与电感之间，除分布电容外，在高频情况下，还存在互感。流经导线或电感的后级高频电流产生的交变磁场，可以与前级回路交链，产生不必要的耦合。,2.外部干扰产生的反馈对放大器稳定性的影响,二、提高小信号调谐放大器稳定性的措施,1.中和法,在放大器外部接中和电容，以抵消晶体管的内部反馈的影响，从而使放大器稳定。,问题：中和电容怎么接？选择多大电容？,晶体管的 内部反馈,CN的位置,CN的大小,中和电容CN,2.中和条件为 的中和法只有在某 一频率附近近似有效。,中和法的特点：,1.中和法在稳定增益时并未降低放大器的增益,3. 中和法对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。,4.因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。,2.失配法,当输出电路严重失配时，输出电压相应减小，反馈到输入端的信号就进一步减弱，对输入电路的影响也随之减小。,（1）将两晶体管按共射-共基方式连接，做成复合管形式，使其输入和输出导纳基本上不再互相影响，,（2）加稳定电导gL。,失配法的特点：,1.以牺牲增益的方法来换取放大器的稳定性。,2.对所有频率适合,3.方法简便，生产过程中无需调整，适于大量生产。,4.性能稳定，能改善各种参数变化的影响。,3.针对外部因素采取的措施,(1)整体布局时,加大级与级之间的距离,以消除由级间分布电容与回路间互感产生的寄生耦合。,(2)使器件引脚尽量短。,(4)对强干扰源或敏感接收装置应根据其性质分别采取电场、磁场与电磁场屏蔽措施。,(3)电感器件、变压器等应采取屏蔽措施。,(5)合理选择接地点。,1.放大器不稳定的主要原因？ 2.放大器的稳定性与频率的关系？ 3.放大器的稳定性与增益的关系？ 4.提高放大器稳定性的措施？ 5.中和法的优缺点？ 6.失配法的优缺点？,谐振放大器的实际电路：,第一级中放,第二级中放,中和电容,中和电容,第一级中放复合管,第二级中放复合管,2.6 集中选频放大器,1.基本组成,集中选频器主要起选频作用，其组成如图所示。,一、集中选频放大器基本组成与特点,分立元件的谐振放大器的缺点： （1）稳定性差，工作频率难以达到很高； （2）多级放大器的回路多，调谐不方便； （3）谐振回路直接与有源器件相连，频率特性易受晶体管参数和工作点变化的影响。,2.集中选频放大器有以下特点：,(1)可选用矩形系数接近1的优质滤波器，因而放大器的选 择性好，调整也容易 。,(2)变换中心频率和带宽方便。中心频率和带宽可变的集中选频放大器组成电路如下图所示。,(4)采用集成的宽放集中选频放大器，可以缩小电路体积， 提高工作可靠性。,(3)温度稳定性好。,二、集成宽带放大器,典型的集成宽带放大器F733集成宽带放大器的内部如下图所示。,第一级差分放大器,第二级差分放大器,射极跟随器,电流串联负反馈,电压并联负反馈,二、集成宽带放大器,集成宽带放大器F733集成宽带放大器的外接电路如下图所示。,三、集中选频滤波器,陶瓷滤波器是利用陶瓷片的压电效应制成的，它的材料一般是锆钛酸铅陶瓷。陶瓷滤波器的等效电路和电路符号如下图所示。,1.陶瓷滤波器,如果用多个陶瓷片组合连接，并适当选择串臂和并臂滤波器的谐振频率，便可获得理想滤波特性的滤波器。两个陶瓷片形成的二振子三端滤波器和由多个陶瓷片形成的多振子三端陶瓷滤波器如下图所示。,二振子三端陶瓷滤波器,多振子三端陶瓷滤波器,三端陶瓷滤波器的电路符号如下左图所示。中心频率为465kHz的陶瓷滤波器的传输特性曲线如右图所示。,三端陶瓷滤波器的电路符号图,陶瓷滤波器的传输特性曲线,2.晶体滤波器,石英晶体的等效电路、电路符号、电抗频率曲线都和压电陶瓷片一样。实际使用中，晶体滤波器的工作频率比陶瓷滤波器高一些，约为几kHz到100 MHz，其稳定性也比陶瓷滤波器好。,3.声表面波滤波器,声表面波滤波器的基片材料是石英、铌酸锂、钛酸钡等压电晶体，结构示意图和电路符号如下图所示。声表面波滤波器具有较小的体积，重量轻，中心频率高，相对带宽宽，矩形系数可接近1的特点。,四、集成选频放大器实例,下图为电视机通道部分采用声表面波滤波器组成的集中选频电路。,该电路的作用是对从电视机高频头输出的频带信号选频。根据电视原理及我国的电视制式，我国电视机的中心频率为38MHz，带宽为8MHz，具体频率特性要求如下图所示。,下图为彩色电视机中由多个陶瓷滤波器组成的色度信号和伴音信号分离电路。,一、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内，常采用Y参数等效电路进行分析。 二、单级单调谐放大器的电压增益主要决定于晶体管的参数、信号源和负载，通频带主要取决于谐振回路。谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。 三、小信号谐振放大器