0,X<0阻抗是容性;当
w>w0时,电压超前电流,相角大于
0,X>0阻抗
是感性;
Q
0L
1
3.回路的品质因素数
R
0CR(除R),增大回路电阻,品质因数下降,谐振时,电感和电容两端的电位
差大小等于外加电压的
Q倍,相位相反
4.回路电流与谐振时回路电流之比
1
1
N()ej()
(幅频),品质因数越高,谐振时的电流越大,比值
jQ(
0)
0
越大,曲线越尖,选频作用越明显,选择性越好
5.失谐△w=w(再加电压的频率)
-w0(回路谐振频率),当w和w0很相近时,2
0.7
21,
ξ=X/R=Q×2△w/w0是广义失谐,回路电流与谐振时回路电流之比
N(
)
1
1
2
2
1
6.当外加电压不变,
w=w1=w2时,其值为1/√2,w2-w1为通频带,w2,w1为边界频率/半功率点,广义失谐为±1
L
R
7.2
0
,品质因数越高,选择性越好,通频带越窄
07
Q
2f07
f0
2f
0.7
1
8.通频带绝对值
Q
通频带相对值
f0
Q
+
Vs
–
9.相位特性
C
arctanQ
0
arctan
Q越大,相位曲线在
w0处越陡峭
10.能量关系
0
电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量,消耗能量的只有损耗
电阻。
回路总瞬时储能
w
wL
wC
1
CQ2Vsm
2sin2
t
1
CQ2Vsm2
cos2
t
1
CQ2Vsm2
2
2
2
2
回路一个周期的损耗
wR
2π1Vsm
1
2π1
CQVsm
2
1CQ2Vsm2
2
R
0
2
回路储能
wLwC2
1
Q,所以Q
1
2π
表示回路或线圈中的损耗。
wR
2π
2
2π
每周期耗能
CQVsm
2
,是指:
回路中储存的
能量是不变的,只是在电感与电容之间相互转换;外加电动
就能量关系而言,所谓“谐振”
势只提供回路电阻所消耗的能量
,以维持回路的等幅振荡,而且谐振回路中
电流最大。
11.电源内阻与负载电阻的影响
Q0
QL
RS
RL
1
R
R
三.并联谐振回路
L
1
C
1.一般无特殊说明都考虑
wL>>R,Z
CR
1
LC
1
j
C
Rj
L
L
L
Is
反之wp=√[1/LC-(R/L)
2]=1/√RC·√1-Q2
C
R
2.Y(导纳)=CR
1
CR
1
jC
电导(G)=
电纳(B)=
C
.
与串联不同
L
L
L
L
3.谐振时B
C
1
0,p
1
回路谐振电阻Rp=
L
LC
4.品质因数
Qp
PL
1
Rp
RppC(乘Rp)
R
PCR
pL
L
CR
=QpwpL=Qp/wpC
5.当w0导纳是感性;当
w>wp时,B<0导纳是容性
(看电纳)
电感和电容支路的电流等于外加电流的
Q倍,相位相反
并联电阻减小品质因数下降通频带加宽,选择性变坏
6.信号源内阻和负载电阻的影响
Rp
1
Qp
1
QL
R
R
Qp
pLGpGsGL
pL
PL
1
p
p
Rs
RL
由此看出,考虑信号源内阻及负载电阻后,品质因数下降,并联谐振回路的选择性变坏,通频带加宽。
四.串并联阻抗等效互换
1.并联→串联
Rs
RpXp2
Xs
Rp2Xp
Q=Xs/Rs
Rp2
Xp2
Rp2
Xp2
2.串联→并联
R
≈R
Q
2
X=X
Q=R
/X
s
p
s
ps
p
3.抽头式并联电路
为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的影响,信号源或负载电阻不是直接接入回路,而是经过一些简单的变换电路,将它们部分接入回路。
+
L
+
+
+
Rp
V
P2
RL
C
P
Is
C
Rp
RL
V
+
C
L
R
V
P
VL
Is
C
L
1
-
RL
VL
-
-
—
-
-
—(a)
—
a)
b)
(b)
—
—
C1
+
RL
12RL
P
p
+
CL
RL
V
C2
RL
VL
p
VL
-
-
b)
V
a)
—
—
考虑接入后等效回路两端电阻和输出电压的变化
第三章高频小信号放大器
一.基本概念
1.高频放大器与低频放大器主要区别:
工作频率范围、频带宽度,负载不同;
低频:
工作频率低,频带宽,采用无调谐负载;高频:
工作频率高,频带窄,采用选频网络
2.谐振放大器又称(调谐)/高频放大器:
靠近谐振,增益大,远离谐振,衰减
3.高频小信号放大器的主要质量指标
1)增益:
(放大系数)
Vo
Po
Av
Vo
Ap
Po
Av
Ap
(2—3dB
20log
10log
Vi
Pi
,0.5—(-3dB)
Vi
Pi
2)通频带
1
2f07
f0
增益下降到
时所对应的频率范围为
Q
2
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
a)矩形系数Kr01
2f
2f
0.1
或Kr0.01
2
f0.01
(放大倍数下降到
0.1或0.01)
2
f0.7
0.7
K→1,滤除干扰能力越强,选择性越好
A
b)抑制比表示对某个干扰信号fn的抑制能力
dn
Av0
Av0
4)工作稳定性
Avn
Avn
不稳定引起自激
5)噪声系数
f
二.晶体管高频小信号等效电路与参数
fnf0
抑制比
1.形式等效电路(网络参数等效电路)
h参数系
输出电压、输入电流为自变量,输入电压、输出电流为参变量
zz参数系
输入、输出电流为自变量,输入、输出电压为参变量
y参数系(本章重点讨论)
输入、输出电压为自变量,输入、输出电流为参变量
输入导纳yi
I1
(输出短路)
输出导纳
I2
V0
(输入短路)
V
2
0
yo
V1
V2
1
I2
I1
正向传输导纳
yf
(输出短路)
反向传输导纳
yr
(输入短路)
V1
V20
V2
V10
yfe越大,表示晶体管的放大能力越强;y
re越大,表示晶体管的内部反馈越强。
yreyfe
yreyfe
?
?
V2
yfe
Yi
yie
YL
Yoyoe
y
Y
Av
?
y
oe
L
yoe
ies
V1
Y
缺点:
虽分析方便,但没有考虑晶体管内部的物理过程,物理含义不明显,随频率变化参考书本62页例题
2.混合π等效电路
优点:
各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。
缺点:
分析电路不够方便。
3.混合π等效电路参数与形式等效电路
y参数的转换
y
=g+jωC
ie
y=g+jωC
oe
ie
ie
oe
oe
yfe=|yfe|∠φfe
yre=|yre|∠φre
4.晶体管的高频参数
1)截止频率fβ
.
0
1j
f
f
1
放大系数β下降到β
0的
的频率
2
2)特征频率飞fT
fT
fβ
2
1,当β0
当β下降至
1时的频率
时,
fT0fβ。
0
>>1
3)最高振荡频率fmax
频率参数的关系:
fmaxfTfβ
晶体管的功率增益为
1时的工作频率
注意:
f≥fmax后,Gp<1,晶体管已经不能得到功率放大。
三.单调谐回路谐振放大器
等效变换
1.电压增益
Av0
p1p2yfe
p1p2yfe
yfe
谐振时
匹配时
GP
Gp
2
2
(Avo)max
p1goe1
p2gie2
2go1gi2
2.功率增益
APo
Po
(Avo)2gie2
Pi
gie1
Gp
0
1)如果设LC调谐回路自身元件无损耗,且输出回路传输匹配
2
2
yfe
2
p1
goe1p2gie2
那么最大功率增益为
AP0
max
4gie1goe1
Gp0
2)如果LC调谐回路存在自身损耗,且输出回路传输匹配
p12goe1
p22gie2
引入扎入损耗K1
1
1
=回路无损耗时的输出功率(P)
/回路有损耗时的输出功率(P’)=
(1
(其中
)
2
(1QL)2
QL)2A
那么最大功率增益为
A
max
yfe
(1
max此时的电压增益为
(A)
max
P0
4gie1goe1
Q0
P0
vo
Q0
3.通频带与选择性
2f0.7
f0
(通频带)
QL
Kr01>>1)
选择性无论Q值为多大,其谐振曲线和理想的矩形相差甚远,选择性差(
4.级间耦合看书76页例题
四.多级单调谐回路谐振放大器
n
1.放大器的总增益
Av
Av1Av2
Avn
Av1
2.m级放大器的通频带
1
f0
1
2f0.72m
1
2m
12f0.7
单级
QL
五.谐振放大器的稳定性
1
QL)2
Q0
|yfe|
QL
)
(1
Q0
2go1gi2
2g2
1.稳定系数S
(其中g2=g1g2)如果S=1,放大器可能产生自激振荡;如果S>>1,放大器不会产生
yfe
0Cre
2yfe
自激。
S越大,放大器离开自激状态就越远,工作就
越稳定。
一般要求S=5~10,Av0
S0Cre
2.单向化
什么是单向化:
讨论如何消除yre(反向传输导纳)的反馈,变“双向元件”为“单向元件”的过程。
为什么单向化:
由于晶体管内存在yre的反馈,所以它是一个“双向元件”。
作为放大器工作时,yre的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。
如何单向化:
1)失配法
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匹配。
注意:
失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。
2)中和法(不做讨论)
六.放大器中的噪声
1.内部噪声的来源于特点
由元器件内部带电粒子的无规则运动产生,大多为白噪声(在整个频域内,功率谱密度均匀分布的噪声;亦即:
所有不同频率点上能量相等的随机噪声)
2.电阻热噪声
噪声电压的均方值vn
2
4kTR
fn
噪声电流的均方值in
2
4kTGfn
功率谱密度S(f)
4kTR
{其中k
1.38
1023J/K,波尔兹曼常数
T
为绝对温度(=摄氏温度+273),单位为K
R(或G)为
fn内的电阻(或电导)值,单位为Ω}
3.晶体管噪声
1)热噪声:
主要存在于(基区体电阻)内
2)散粒噪声(主要来源)
3)分配噪声
4)闪烁噪声(1/f噪声)
4.场效应管的噪声(比晶体管低得多)
白噪声
1)热噪声:
由漏、源之间的等效电阻产生;由沟道内电子不规则运动产生。
2)散粒噪声:
由栅、源之间PN结的泄漏电流引起。
3)闪烁噪声
七.噪声系数的表示和计算
1.信噪比
有用信号功率
Ps与噪声功率Pn的比值→PS/PN=S/N=SNR=信号功率/噪声功率
2.噪声系数:
Fn反映了信号经过放大后,信噪比变坏的程度
Fn
Psi
/Pni
Fn(dB)
输入信噪比与输出信噪比的比值
分贝Fn
(dB)
10lgFn
Fn1010
Pso
/Pno
输出噪声Pno
P
P
PniAp
P
放大器自身的噪声经放大
n0I
n0II
n0II
输入端的噪声经放
放大器自身的噪声
Pn0II
后在输出端呈现的功率
大后在输出端呈现
Fn
1
经放大后在输出端
Pn0I
的功率
呈现的功率
输入端的噪声经过放大
3.噪声温度T
=(F-1)T
后在输出端呈现的功率
i
n
4.灵敏度
当系统的输出信噪比给定时,有效输入信号功率P’
称为系统灵敏度,与之相对应得输入电压称为最小可检测信号
si
P’=F
(kT△f)(P’/P’)===lgP’=lgF+lg(kT△f)+lg(P’/P’)
书上116页例题
sin
n
so
no
si
n
n
so
no
5.等效噪声宽度
6.减小噪声系数的措施
选用低噪声元、器件;正确选择晶体管放大级的直流工作点;选择合适的信号源内阻Rs;选择合适的工作宽度;选用合适的放大电路;降低主要器件的工作温度
第五章高频功率放大器
一.基本概念
1.谐振(高频)功放与非谐振(低频)功放的比较相同:
要求输出功率大,效率高
不同1:
工作频率与相对频宽不同不同2:
负载不同
低频功放,采用无调谐负载;
高频功放,一般采用选频网络作为负载;新型宽带功放采用传输线作为负载。
不同3:
工作状态不同
低频功放,工作于甲类(
360度)、甲乙类或乙类(
180度)(限于推挽电路)状态;
高频功放,一般工作于丙类(<180度)(某些特殊情况下可工作于乙类)。
二.工作原理
输出功率
=Po
C
直流电源提供的直流功
率P
=Po
PoPC
P=PoPC
P(直流电源供给的直流功率)
Po(交流输出信号功率)
PC(集电极耗散功耗)
三.晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法
1.为了对高频功率放大