高頻小信號放大器通常是指接收機中混頻前的射頻放大器和混頻后的中頻放大器。由于來自接收天線的信號既有中心頻率很高(幾百kHz到幾百MHz)而頻譜寬度相對較窄(幾kHz到數十MHz)的已調有用信號,又有不同中心頻率的已調無用信號和干擾信號,因此要求高頻放大器應具有一定形狀的頻率選擇特性。射頻放大器和中頻放大器選頻特性的區別在于前者的選頻電路需對不同接收信號的中心頻率進行調諧(故又稱為高頻調諧放大器),而后者選頻電路的中心頻率是固定不變的(故又稱為高頻頻帶放大器)。無論是調諧放大器還是頻帶放大器,都應對位于中心頻率處的帶內有用信號進行均勻放大,而濾除帶外的無用信號。
實現選擇性放大的基本方法是采用諧振回路(LC串、并聯及其耦合回路)做放大器的負載,通過調諧回路的諧振頻率并利用回路的濾波特性來達到選頻放大的目的。所以這種選頻放大器也通常稱為諧振放大器。此外,對于中心頻率固定的頻帶放大器,還可用配有集中濾波器的帶寬放大器來實現,從而構成各種非調諧的選頻放大器。其中,常用的集中濾波器有聲表面波濾波器、石英晶體濾波器和陶瓷濾波器等。由于這種電路結構簡單,性能優良,有便于集成,所以目前得到了廣泛應用。
通常,對高頻小信號放大器提出以下幾方面要求。
·增益
為了提高接收微弱信號的能力,要求高頻放大器有足夠的電壓增益或功率增益。比如對于遠程接收機,從天線上收到的信號強度一般為微伏量級,而解調器所需的信號電壓要求在1V以上,所以放大器的電壓增益必須高于120dB。高增益需要靠高放和中放多級放大器來實現,我們希望每級放大器的增益盡量大,使滿足總增益時級數盡可能少。但由于噪聲、頻帶寬度和自激問題的約束,使每級放大器的增益有一定的限制。
在通信接收機中,由于對遠地臺和近地臺的接收距離不同,因此天線上收到的信號強度有很大差異。這就要求高放和中放的增益能自動可調,即在接收遠臺弱信號時有較大的增益,以保證有高的接收靈敏度;在接收近臺強信號時其增益能自動減小,以防止放大器過載。
·通頻帶和選擇性
由于高頻放大器的輸入信號一般都為已調信號,有用信號的頻率分量對稱地或不對稱地分布于中心頻率的兩側,因此放大器必須具有一定寬度的通頻帶,以便讓信號中的各頻率分量得到均勻的放大。通常規定放大器的電壓增益下降到最大值的0.707倍(即1/)時,所對應的頻率范圍為高頻放大器的通頻帶,用表示。
在均勻放大有用信號的同時又能有效地抑制頻帶以外的無用信號,這是對高頻放大器提出的選擇性要求。具有理想選擇性的放大器,其幅頻特性曲線應呈矩形。但實際的曲線往往偏離矩形,如下圖所示。為了衡量實際選擇性接近理想矩形的程度,通常引用參數,它定義為
式中,為相對放大倍數下降到0.1的帶寬,顯然,矩形系數越小,選擇性越好,其抑制鄰近無用信號的能力就越強。
·穩定性
電路穩定是放大器正常工作的首要條件。不穩定的高頻放大器,當電路參數隨溫度等因素發生變化時,會出現明顯的增益變化、中心頻率偏移和頻率特性畸變,甚至發生自激振蕩。由于高頻工作時,晶體管內反饋和寄生反饋較強,因此放大器很容易自激。所以,必須采取多種措施來保證電路的穩定性,如合理的設計電路、限制每級的增益和采取必要的工藝措施等。
·噪聲系數
為了提高接收機的靈敏度,必須設法降低放大器的噪聲系數。高頻放大器由多級組成,降低噪聲系數的關鍵在于減小前級電路的內部噪聲。因此,在設計前級放大器時,要求使用低噪聲器件,合理的設置工作電流等,使放大器在盡可能高的功率增益下噪聲系數最小。
以上這些要求,相互間既有聯系又有矛盾,比如提高增益會使通頻帶變窄、穩定性較低。因此,實際中應根據具體情況分清主次綜合考慮,使放大器總體性能指標滿足系統要求。
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