选频放大器是什么,选频放大器电路及工作原理

2019-9-28 16:31 82 1

选频电路的工作原理选频电路图信号放大器一直在选频

选频放大器对一定频率或单频信号具有明显的放大效果,而对其它频率信号有较强抑制作用的放大单元。谐振放大器、有源带通滤波器等都属于这一类。频率选择放大器广泛应用于发射机的射频放大、接收机的中频放大和通信系统中的单频导频信号放大。

选频放大器不一定由LC电路组成。任何具有一定频率峰值传输特性的网络都可以作为频率选择网络,如50 Hz陷波电路由RC构成。LC频率选择通常用于高频场合。

什么是选频放大器

选频放大器,它从多种频率的输入信号中,选取所需的一种频率信号加以放大下图所示的方框图可以构成选频放大电路,其中方框K是基本放大电路,方框F是选频负反馈网络,因此,选频放大器实质上是一种具有选频作用的负反馈电路。电路的闭环益为
KF=K/(1+FK)
式中:K=UO/Ui是开环增益
F=UF/UO 是反馈系数

一般用RC选频网络实现选期,图(b)示出反馈系数F随频率f的变化曲线(频率特性),当f=fo时,则F=0。所以,对谐振频率fo来说,放大电路不存在负反馈,故KF=K,此时放大器的输出电压最大。随着频率远离fo,F就急速地增加,相应的KF也很快衰减至零,见上图C因而,偏离fo点的其它无用频率的输出电压也就很小很小了,至于KF的衰减快慢,主要是取决于反馈网络的选频特性,通常用双T电桥的RC选频网络,它在实际使用中,最常用的有两种:

等一种是非对称双T电桥如上图所示,假设电源内阻RS=0,负载RL=00,则计算公式如下:
谐振角频率ωO=1/RC-------------------------1式
品质因数Q=[1/2(1+a)]=[fo/2△fo.7]---------2式
传输系数(反馈系数)的模、幅角分别为:

---------------------3式
φ =arctg1/QY
式中:Y=σ-(1/σ)是广义失谐系数
σ=f/fo是相对失谐系数-----------------------4式
2△fo.7主为半功点的带宽
由2式可见:对固定的谐振频率fo来说,Q越大,则通频带越窄;反之Q越小,则通频带越宽,因此,Q的大小可以反应出双T网络的选择性好坏。这种双T电桥的优点是Q较大,但输入阻抗低,输出阻抗高,与放大器联接不便,由于桥臂参数不同,选用和调节也带来麻烦,只有选择性要求较高,才使用非对称双T电路,该电路的输入、输出阻抗及相角变化情况请参看最上面的图其中a通常选用(0.1-0.2)可得到较大的Q值。
第二种是对称双T电路,如下图-3所示,计算公式如下:

谐振频率:ω0=

品质因数:Q=

显然,Q与n有关,当n=1时,则Qmax=0.25,但调节不便,为了调节方便,经常选用n=0.5,相应于三只电阻数值相等;或选用n=2,相应于三只电容数值相等,由于对称双T电桥,在选择元件和调整上都比较方便,故得到广泛的应用,
传输特性不对称性的校正方法:
实际使用中,由于RS≠O和RL≠OO而且有时双T网络与放大器使用交流耦合,例图4(A)的情况,信号源(ES及RS)经CS与双T耦合,由于频率为零时,容抗1/ωCS为无限大,所以F=O;而当频率很高时,则CS、C2、C3容抗很小,此时F近似为RL/(RL+RS);由于ZS、RL不影响谐振频率,仍然在f=fo时,F=0;因此,F随频率变化的曲线如图4(B)示,由图可见,传输特性是不对称的

Z3和RL的存在不但使F的幅频特性畸变,而且也使它的相频特性产生不对称,如果在谐振点附近的相移超过π/2,加上某此附加相移的作用,在这次闭环放大电路里,就会引入正反馈而发生自激振荡。为了消除这种不良现象,在电路图4(A)的RL两端并接上电容CL,在CL的作用下可F的幅相特性得到校正见图4(B),理相校正时,应满足下式关系:
R1C1=R2C2=RLCL=RSCS
R1R2=(1+n)RLRS
如果耦合电容接于负载端,则必须在输入端1、1’并接电容CS,理想较正条件仍如上式关系
如果,双T与放大咕嘟使用直接耦合方式,则不必接入CS或CL,此时,F的振幅、相移特性的对称条件可简化为:
R1R2=(1+n)RSRL
R1C1=R2C2
必须注意:
(1)双T网络与放大器直接耦合,虽然选择性较高,但直流工作点将受到影响,调整因难;
(2)要使内阻ZS尽量减小及负载ZL尽量加大,否则会明显地降低双T的选择性,因此基本放大电路应前后接入射极跟随器或源极跟随器,以满足双T网络的要求,(3)在元伯参数有误差的影响下,,也会破坏了双T的平衡条件,使幅频、相频特性发生变化,因此双T网络的元件应按照具体要求,必须经严格选出温度特性好,工作稳定的元件,并要进行老化


图4(A)


图4(B)


图4(C)

二、双T电桥与放大器的连接方式

双T电桥与放大器的连接方式见下表



电路

特点

双T反馈电压UF与输入信号Ui同时加入放到放大器的输入端,Ui加到BG1的发射极,而UF加到基极,属串联电压负反馈电路,电路的闭环增益为KF=K/(1+FK),谐振时,因F=0,故KF=K=最大;严重失谐时,因FK>>1,故K=1/F≈1

UF和Ui同时加入到BG1的基极,属于并联电压负反馈电路,使用这种联接方式时,要求信号源内阻RS足够大,否则双T电桥因负载太小会明显地降低选择性,该电路的闭环增益与上述电路相同,



UF加入至基本放大电路的中间级BG1的基极,使UF比Ui多了一级放大,即UF经BG1、BG2、BG3三级放大,而Ui经BG2、BG3两级放大。电路的闭环益为KF=K/(1+K1F),谐振时因F=0,故KF=K=最大,严重失谐时,因FK1>>1,故KF=K/K1<1。因此,从减小失谐时的最小输出电压来说,它比第一类电路好。



输入信号Ui接于双T电桥并臂C3R3与地之间,使Ui既作用于BG1的输入端,又作用于BG2的输出端,使电路的闭环益变为KF=(1-F)K/(1+KF),谐振时,因F=0,故KF=K=最大;严重失谐时,因F.K>>1及F≈1,故KF=0,从严重失谐时的最小输出电压来说,这种电路最好,但调节麻烦

三、实用电路分析与调整方法
1、电路分析

图5为固定频率的晶体管选频放大电路,谐振频率是100赫,通频带小于6赫,谐振点的增益|KF|=70,它属于第一类选频放大电路,BG1、BG2组成共射放大电路,输入信号Ui与反馈电压UF分别加于两管的基极[UF先经射随器BG4再送到BG2基极],其作用是:一方面增加选频放大电路的输入电阻,另一方面可使双T的负载电阻[即BG4的输入电阻]增加,以消除输入信号源内阻RS对双T的影响,BG3也是射随器,它使双T的电源内阻减小,从而提高了电路的选择性,双T电桥为非对称型,它与放大电路交流耦合,故用CL来校正幅频相频特性的对称性。


图5

2、调整方法

为了降低对电阻精度的要求和便于调虎离山节,R2(或R3)分别用一只固定电阻R’2(或R’3)和电位器R’2(或R’3)组成,电位器数值为R2(或R3)的10-20%为宜[若固定电阻,误差是5%],然后按要求精度来选电容。


图6

调整步骤
(1)按图6电路双T网络进行粗调,信号源选频率100赫,输入电压大于2伏,然后反复调电位器R’2和R’3务必使输出电压最小,对于定点频率的双T网络,使Fmin=0.002是不因难的(即衰减54分贝)注意在图5电路中,对双T网络来说,右边为输入端,左边为输出端,另外,信号源的非线性失真要小,否则很难使Fmin=0.002.
(2)调放大器的直流工作点,
由于基本放大电路是直接耦合放大器,各级工作点彼此有牵连,所以只要调节偏置Rb1、Rb2使Ue3为6-7伏即可。
(3)调放大器的无反馈(开环)增益,从BG1基极输入信号(f=100和赫)调节输入幅度,使输出波形不失真,并求K=UO/Ui=70,若K>70,则减小Re2;反之,若K<70,可增加Rc2,直至K=70为止。
(4)双T电桥细调
拉入双T电桥,因双T已调准于f=100赫及Fmin≈0的,又因双T的输入阻抗比放大器的输出阻抗大很多,所以接入双T电桥后,对谐振点来说,负反馈为零。因此,应该不影响放大器的增益,根据这个道理,若接入双T网络后,K略小于70(因双T总有点负载效应),则说明电路是正常工作的;若接入双T网络后,K大于70,则说明双T在谐振点处引入正反馈,这时应调大R’3,使K减小至70;反之当接入双T网络后,K减小较大,则说明了双T在谐振处Fmin≠O,故引入负反馈,致使K减小,此时可适当调小R’3,务使K增大到70为止。
在调试过程中,如果发现自激现象,则应首先把自激消除后,再进行调试,有三类自激振荡1、谐振点附近的自激,因为在fo附近双T电桥产生正反馈,可调节R3使自激消除,2、在极低频率附近(约几赫)时,是由于双T网络的幅频相频特性不对称,加上极低频率时,放大器的耦合电容或旁路电容会引入附加相移,从而构成了正反馈,因此,消除这类自激振蒎,可以改用直耦放电路或将耦合电容、旁路电容的数值减少,尤其要注意双T网络与放大器的耦合电容C4的影响;3、高频自激振荡(约几十千赫)消除方法是收缩放大器的通频带,使高端增益讯速地衰减,例如图5电路中接入Cm,使BG2的负载变为R2与Cm并联,选取Cm的数值,使其在低频时,Cm不起作用,而在自激频率附近,造成了BG2的阻抗突然急剧地减小,从而使自激消除,

选频放大器(frequency selective amplifier)对某一段频率或单一频率的信号具有突出的放大作用,而对其他频率的信号具有较强抑制作用的放大单元。谐振放大器、有源带通滤波器等都属于这一范畴。选频放大器广泛应用于发射机的射频放大,接收机的中频放大以及通信系统中的单频导频信号放大。

选频放大器电路及工作原理

选频放大器电路及工作原理 实际应用中的某些场合。例如收音机、电视接收机的中频放大器,信号弹的频谱集中在某一中心频率F0左右的狭小范围内,此时,放大器最好具有如图5.2-28A所示的频率响应特性。这样,在通频带内信号得到大失真放大,而通带之外的其他无用的干扰则补放大滤除,实现了对某一通带的频率信号有选择地放大。当然,实际的选频放大器不可能具有图5.2-28A的理想特性,实际特性如图B所示。 选频放大电路能够得到如图5.2-28B所示的频响,其中必定包含谐振特性网络;同时选频放大电路通常位于接收系统的前端,放大的信号幅度小;频率高,所以亦称高频小信号谐振放大器或带通放大器。 
 
1、选频放大器构成与分类 带通放大器由放大和滤波两部分组成,前者的功能是放大信号;后者的功能是选择有用信号、滤除干扰信号。 放大部分既可以是分立元件的BJT或FET放大电路,也可以是集成放大电路,不论是哪种,都必须具有足够的带宽,使其能容纳所要求的中心频率变动范围和信号频谱的有效宽度,因此,实际上都是宽带放大器。 滤波部分的电路由工作频率和所要求的选择性与带宽决定,如可选用LC滤波器,也可选用陶瓷滤波,晶体滤波器等特性滤波器。 一般都要求带通放大器具有高增益特性,所以必须采用多级放大来满足。 根据滤波器配置方式不同,带通放大器分为以下两类: 1)一种方式是每级放大都配置一个滤波器,构成一个统一的带通放大单元,几个这样的单元级联起来就是一个高增益带通放大器,这种组合方式称分散选频式。 2)第二种方式是放大、滤波两部分都相对集中,滤波器集中设置在电路某处,称集中选频式。集中滤波器通常接在放大器的前端或中间部位,这对提高选择性、抑制干扰大有益处,在更换时也比分散式方便得多;放大部分可根据需要选用不同类型的集成宽带放大功能块,其下限频率FL和上限频率FH应满足下列条件  式中为中心频率的最小值和最大值。 否则,增益会下降,选择性曲线会变形。

 2、分散选频式带通放大器 实际应用中,为了得到高增益和某一模式频率特性的带通放大吕,都是多级级联运用状态。而其中各单元电路的类型也不同,有单调谐回路、双调谐回路、双参差、三参差等谐振放大器,以下只给出单调谐放大电路与特性。 (1)单调谐回路带通放大器电路 单调谐回路带通放大器由两部分组成:一部分是以BJT或PET为核心的放大镜部分;另一部分是由LC并联谐振回路完成滤波作用,并且,放大器件与负载都与振荡回路采用部分连接,以减小外界因素变化对选频特性的不良影响。其原理电路和Y参数等效电路如图5.2-29。  
(2)单调谐回路带通放大器性能指标 1)电压增益 当回路谐振时,即当频率  对单级放大器而言,当S≥4时,谐振曲线的畸变方可忽略;对多级放大器而言,只有当S≥6时,才可认为放大是稳定的。 6)最大稳定增益 为获得放大器稳定工作,常以牺牲为代价,经济的办法是设稳定系数S为规定值的前提下,使单级电压增益达到最大,即最大稳定增益。  
这就是在一定稳定性要求下管子所能给出的最大稳定增益。
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