《高频电子电路设计》word版.docx

《高频电子电路设计》word版.docx

《《高频电子电路设计》word版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《高频电子电路设计》word版.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

《高频电子电路设计》word版

摘要3

1谐振电路4

1.1串联谐振回路4

1.2并联谐振回路5

2谐振放大器及其主要技术指标6

2.1谐振放大器及组成6

2.2高频小信号放大器7

2.3高频小信号放大器的主要质量指标8

3影响谐振放大器的稳定因素9

3.1影响放大器稳定的主要因素9

3.2反馈对谐振放大器的影响11

3.2.1自激11

3.2.2电磁干扰12

4谐振放大器稳定性措施13

4.1中和法13

4.2失配法15

总结与体会17

主要参考文献17

摘要

所谓谐振放大器，就是采用谐振回路（串、并联及耦合回路）作负载的放大器。

根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降，所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。

工作稳定性是指放大器的工作状态（直流偏量）、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的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、通频带变宽、谐振曲线变形等。

极端的不稳定状态时放大器自激，致使放大器完全不能正常工作。

其内部原因与反馈有关，反馈的途径有两种：

一是晶体管内部的反馈（自激），二是晶体管外部电磁干扰。

因此，根据这些影响因素提出了减少传输导纳，单向化，减少噪声与干扰等稳定电路的方法。

1谐振电路

在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。

如果我们调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。

电路达到的这种状态我们称之为谐振。

在谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。

研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害。

按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振之分。

1.1串联谐振回路

如图1.1.1:

在电阻R、电感L及电容C所组成的串联电路中，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC＝XL，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈纯电阻性，这种现象叫串联谐振。

图1.1.1串联谐振回路

当电路发生串联谐振时，电路的阻抗Z=R,电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。

当X=ωL-1/ωC=0时，即有φ=0，此时电路发生了谐振,并且通过谐振可以使有用的电信号通过，即当电路的激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值，这也是它的选择性。

同时它还必须满足一定的频带宽度。

1.2并联谐振回路

如图1.2.1:

在电感线圈L，电容器C与外加信号源相互并联的振荡电路中，当电容的大小恰恰使电路中的电压与电流同相位，即电源电能全部为电阻消耗，成为电阻电路时，叫作并联谐振。

并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率。

谐振时，电路的总电流最小，因此，并联谐振也称为电流谐振。

图1.2.1并联谐振回路

2谐振放大器及其主要技术指标

2.1谐振放大器及组成

所谓谐振放大器，就是采用谐振回路（串、并联及耦合回路）作负载的放大器。

根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；而对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。

所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。

谐振放大器有又可分为调谐放大器（通称高频放大器）和频带放大器（通称中频放大器）。

前者的调谐回路需对外来不同的信号频率进行调谐；后者的调谐回路的谐振频率固定不变。

谐振放大器组成大致有：

单调谐回路谐振放大器（原理电路图如图2.1.1）、多级单调谐回路谐振放大器、双调谐回路谐振放大器、参差调谐放大器和集中选择性放大器等。

图2.1.1单调谐回路谐振放大器

2.2高频小信号放大器

对高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管（或场效应管）的线性范围内。

这就允许把晶体管看成线性元件，因此可作为有源线性四端网络来分析。

它主要用在各种无线电接收设备及高频仪表中，其主要作用是放大微弱的高频有用信号，同时抑制无用干扰信号。

其电路如图2.2.1

图2.2.1晶体管放大器

图2.2.2y参数等效电路

电路图2.2.2为晶体管的y参数等效电路。

此等效电路不仅与晶体管有关，而且与外电路有关，

（1）

（2）

（3）

通过

（1）～（3）可得：

（4）

+

（5）

由上式说明：

输入导纳YI与负载导纳YL有关，这反映了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输导纳YRE所引起的；输出导纳YO与信号源导纳YS有关，这也反映了晶体管存在内部反馈，而这个内部反馈也是由YRE引起；晶体管的正向传输导纳越大，则放大器的增益也越大。

2.3高频小信号放大器的主要质量指标

对于高频小信号放大器，它有以下主要质量指标：

1.增益：

放大器输出电压（或功率）与输入电压（或功率）之比，称为放大器的增益或放大倍数，用AV（或AP）。

我们希望每级放大器的增益尽量大，使满足总增益时级数尽量少。

放大器增益的大小，取决于所用的晶体管、要求的通频带宽度、是否良好的匹配和稳定的工作。

2.通频带：

由于放大器所放大的一般都是已调制的信号，而已调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，以便让必要的信号中的频谱分量通过放大器。

放大器的通频带决定于负载回路的形式和回路的等效品质因数QL。

此外，放大器的总通频带随着放大级数的增加而变窄。

并且，通频带越宽，放大器的增益就越小，两者是互相矛盾的。

3.选择性：

放大器从含有各种不同频率的信号总和（有用的和有害的）中选出有用信号，排除有害（干扰）信号的能力，称为放大器的选择性。

选择性有两个基本指标-矩形系数和抑制比。

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）、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的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。

5.噪声系数：

在放大器中，噪声总是有害无益的，因而应力求使它的内部噪声愈小愈好，即要求噪声系数接近1。

3影响谐振放大器的稳定因素

3.1影响放大器稳定的主要因素

放大器的工作稳定性是重要的质量指标之一，放大器的输入导纳:

在前面讨论Avo时忽略了内部反馈Yre,由于晶体管不是理想的单向化元器件，存在着反向传输导纳

Yre,输出电压反馈到输入端引起了输入电流和输入阻抗变化，在某些特定的频率上，可能使放大器呈现负阻，甚至使放大器失去性能，处于自激振荡状态，这是绝对不允许的，晶体管内部负反馈对频率特性的影响如图

图3.1.1反馈导纳对放大器谐振曲线的影响

放大器的工作稳定性是指放大器的工作状态、晶体管的参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。

谐振放大器的稳定性不仅与内部反馈有关，实际上在实际的电路制作中，还要考虑反馈引起的不稳定性。

应用电路中，放大器外部的寄生反馈，都是以电磁耦合的方式出现的，引起电磁干扰必然存在发射电磁干扰的源，能接收干扰的感应装置，以及两者之间的耦合途径。

由于频率高的缘故，干扰和接收装置几乎是不可能避免的，关键是弄清楚耦合途径以及如何去截断它。

在其放大器组成的放大电路中，随着放大器的级联，总的频带明显减小，为保证一定的通频带，单级通频需加宽，单级增益就下降。

而组成的单调谐和双调谐回路不能很好的解决总增益和总带宽的问题，参差调谐电路就是其中最好的办法，必须采用各种方法是电路保持稳定。

3.2反馈对谐振放大器的影响

在放大器的反馈中，反馈的途径有两种：

一是晶体管内部的反馈，二是晶体管外部干扰。

3.2.1自激

在内部反馈中，自激是最重要的因素。

放大器的输入阻抗等效电路如图3.2.1所示：

图3.2.1放大器等效输入端回路

反馈导纳YF：

其中YF改变了回路的QL值,YF引起回路失谐。

YF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，它使回路的总电导减小，QL值增加，放大器的通频带减小，增益也因损耗的减少而增加。

即负电导

YF供给回路能量，出现正反馈，当YF=gS+yie时，则回路总电导等于0，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。

从上面的分析中，当YS+Yi=0时放大器产生自激，由式中可见放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消。

因此，放大器产生自激的条件是：

即

晶体管反向传输导纳yre愈大，则反馈愈强，上式左边值就愈小。

该值愈接近于1，放大器愈不稳定。

因此我们引入稳定系数S来表示放大器的稳定性。

根据上式可以推导稳定系数：

、

分别为yfe、yre的相角，S表示放大器能稳定工作的条件。

当满足Ys+Yi=0时，S=1时放大器自激；S<1时放大器自激加强；S>1时放大器存在潜在不稳定；只有当S>>1时内部反馈最小，放大器才工作稳定。

3.2.2电磁干扰

电磁干扰的耦合途径主要有以下几种：

1.传导耦合：

导线经过有干扰的环境，即拾取干扰信号并经导线传导到电路而造成对电路的干扰，称为传导耦合，或者叫直接耦合。

2.共阻抗耦合：

 当两个电路的电流经过一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路。

3.感应耦合：

 （a）电感应耦合-容性：

干扰电路的端口电压会导致干扰回路中的电荷分布，这些电荷产生的电场，得以部分会被敏感电路拾取，当电场随时间变化，敏感回路中的时变感应电荷就会在回路中形成感应电流，这种叫做电感应容性耦合。

 （b）磁感应耦合:

干扰回路中的电流产生的磁通密度的一部分会被其他回路拾取，当磁通密度随时间变化是就会在敏感回路中出现感应电压，这种回路之间的耦合叫做磁感应耦合。

4.辐射耦合:

辐射源向自由空间传播电磁波，感应电路的两根导线就像天线一样，接受电磁波，形成干扰耦合。

干扰源距离敏感电路比较近的时候，如果辐射源有低电压大电流，则磁场起主要作用；如果干扰源有高电压小电流，则电场起主要作用。

4谐振放大器稳定性措施

4.1中和法

此种方法起着消除Yre的反馈作用。

它是在晶体管的输入端和输出端之间引入一个外加的反馈电路即中和电路，由于Yre中包含电导分量和电容分量，因此外部反馈电路也包括电阻分量Rn和电容分量CN两部分，并要使通过Rn、CN的外部反馈电流正好与通过Yre所产生的内部反馈电流相位差为180°，从而互相抵消，变双向器件为单向器件。

通常是在输出回路与晶体管基极之间接入一个电容来实现中和作用，该电容亦称中和电容。

线路如图4.1.1：

CN为外接电容，

图4.1.1中和法的原理图

当电桥平衡时，cd两端的回路电压

不会反映到ab两端，即输出不影响输入，变双向器件为单向器件。

电桥平衡时，两对边阻抗之比相等，

因此外接电容：

由于yre与w有关，故中和法只能在一个频率上完全中和。

接收机中常用的中和电路如图4.1.2：

图4.1.2接收机中常用的中和电路

图中的CN就是中和电容，通过相应的反馈可以互相抵消。

4.2失配法

此方法是指信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗相匹配。

由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。

因此失配法是用牺牲增益换来提高放大器的稳定性。

根据前面分析可知放大器等效输入导纳为:

要使放大器输入导纳Yi等于晶体管短路输入导纳Yie，即使后项为零，则必须加大YL′。

晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，因此失配法一般采用共发-共基级

联放大器实现，如图4.1.3：

因为共发电路中输入、输出阻抗较高，共基电路中输入阻抗低，输出阻抗高，而共基的输入阻抗是共发的负载，所以YL大。

图4.1.3共发一共基级联放大器

又因为共发的Yoe较小，对BG2来说：

BG1的输出导纳就是它的信号源内导纳Ys，而Ys（Yoe）小则BG2输出导纳Y0就只和共基极晶体管BG2本身有关，而不受它的输入电路的影响。

所以复合管的输入和输出导纳基本上不再互相依赖，可把它看成单向器件。

但是这两种方法各有优缺点，中和法的优点是电路简单，增益不受影响；其缺点是只能在一个频率上完全中和，不适合宽带。

失配法的优点是性能稳定，能改善各种参数变化的影响以及频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；其缺点是增益较低。

总结与体会

通过这次高频课程设计谐振放大器的稳定性分析，使我更加熟悉和了解了谐振放大器稳定性的工作原理，掌握了谐振放大器的主要性能指标，以及影响谐振放大器稳定性的因素和解决不稳定性的措施。

从而提高了自己的分析解决问题的能力，以及设计能力和创新的精神。

同时也使我对待课程设计有了一些深刻感知。

我认为：

首先，我们要认真对待课程设计，提前做好准备工作，例如：

在图书馆查找一些相关的资料和上网搜索一些相关的知识。

其次，在设计过程中，我们要充分利用课本上的知识和老师讲过的内容，同时还应和同学相互交流各自的见解。

再次，通过这次课程设计，使我们更加巩固了课本上的知识，，了解到了高频电路的稳定性和怎样提高电路的稳定性等专业方面的知识，这就为以后更深入的学习奠定了一定的基础。

总而言之，此次课程设计，让我学到很多的东西，同时也培养了我独立思考问题的能力和获取知识的能力。

所以，在以后的学习中，我会把握住更多这样的机会的。

主要参考文献

1李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.6

2裴昌幸电视原理与现代电视系统西安电子科技大学出版社2004.6

3张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11

（注：

本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。

请预览后才下载，期待您的好评与关注！

）