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高频小信号放大器概述

2019-09-12 11:32 次阅读

高频小信号放大器通常是指接收机中混频前的放大器和混频后的中频放大器。由于来自接收天线的信号既有中心频率很高(几百kHz到几百MHz)而频谱宽度相对较窄(几kHz到数十MHz)的已调有用信号,又有不同中心频率的已调无用信号和干扰信号,因此要求高频放大器应具有一定形状的频率选择特性。射频放大器和中频放大器选频特性的区别在于前者的选频电路需对不同接收信号的中心频率进行调谐(故又称为高频调谐放大器),而后者选频电路的中心频率是固定不变的(故又称为高频频带放大器)。无论是调谐放大器还是频带放大器,都应对位于中心频率处的带内有用信号进行均匀放大,而滤除带外的无用信号。

实现选择性放大的基本方法是采用谐振回路(LC串、并联及其耦合回路)做放大器的负载,通过调谐回路的谐振频率并利用回路的滤波特性来达到选频放大的目的。所以这种选频放大器也通常称为谐振放大器。此外,对于中心频率固定的频带放大器,还可用配有集中滤波器的带宽放大器来实现,从而构成各种非调谐的选频放大器。其中,常用的集中滤波器有声表面波滤波器、石英滤波器和陶瓷滤波器等。由于这种结构简单,性能优良,有便于集成,所以目前得到了广泛应用。

通常,对高频小信号放大器提出以下几方面要求。

·增益

为了提高接收微弱信号的能力,要求高频放大器有足够的电压增益或功率增益。比如对于远程接收机,从天线上收到的信号强度一般为微伏量级,而解调器所需的信号电压要求在1V以上,所以放大器的电压增益必须高于120dB。高增益需要靠高放和中放多级放大器来实现,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可能少。但由于噪声、频带宽度和自激问题的约束,使每级放大器的增益有一定的限制。

在通信接收机中,由于对远地台和近地台的接收距离不同,因此天线上收到的信号强度有很大差异。这就要求高放和中放的增益能自动可调,即在接收远台弱信号时有较大的增益,以保证有高的接收灵敏度;在接收近台强信号时其增益能自动减小,以防止放大器过载。

·通频带和选择性

由于高频放大器的输入信号一般都为已调信号,有用信号的频率分量对称地或不对称地分布于中心频率的两侧,因此放大器必须具有一定宽度的通频带,以便让信号中的各频率分量得到均匀的放大。通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍(即1/)时,所对应的频率范围为高频放大器的通频带,用表示。

在均匀放大有用信号的同时又能有效地抑制频带以外的无用信号,这是对高频放大器提出的选择性要求。具有理想选择性的放大器,其幅频特性曲线应呈矩形。但实际的曲线往往偏离矩形,如下图所示。为了衡量实际选择性接近理想矩形的程度,通常引用参数,它定义为

式中,为相对放大倍数下降到0.1的带宽,显然,矩形系数越小,选择性越好,其抑制邻近无用信号的能力就越强。

·稳定性

电路稳定是放大器正常工作的首要条件。不稳定的高频放大器,当电路参数随温度等因素发生变化时,会出现明显的增益变化、中心频率偏移和频率特性畸变,甚至发生自激振荡。由于高频工作时,晶体管内反馈和寄生反馈较强,因此放大器很容易自激。所以,必须采取多种措施来保证电路的稳定性,如合理的设计电路、限制每级的增益和采取必要的工艺措施等。

·噪声系数

为了提高接收机的灵敏度,必须设法降低放大器的噪声系数。高频放大器由多级组成,降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声。因此,在设计前级放大器时,要求使用低噪声器件,合理的设置工作电流等,使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。

以上这些要求,相互间既有联系又有矛盾,比如提高增益会使通频带变窄、稳定性较低。因此,实际中应根据具体情况分清主次综合考虑,使放大器总体性能指标满足系统要求。

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