任务 2.2 集成中频放大器

四川信息职业技术学院 ·电子工程系

任务 2.2 集成中频放大器

2.2.1 2.2.1 集成中频放大器集成中频放大器

2.2.2 2.2.2 放大电路的噪声放大电路的噪声


本讲导航本讲导航教学内容教学内容

2.2.1 集成中频放大器2.2.2 放大电路的噪声

教学目的 1. 理解陶瓷滤波器的特性及优缺点，理解压电陶瓷片等效电路和电路符号，理解声表面波滤波器基本结构、符号及工作原理

2. 了解几种内部噪声，了解降低噪声系数的措施


教学重点教学重点

教学难点教学难点

陶瓷滤波器、声表面波滤波器基本结构、符号和等效电路及工作原理

声表面波滤波器基本结构、符号及工作原理


2.2.12.2.1集成中频放大器集成中频放大器调谐放大器虽然有增益高、矩形系数好等优点而应用

较广，但也还存在着一些缺点：如多级放大器中因谐振回路多，每级都要调谐，故调整不方便；回路直接与有源器件相联，其频率特性会受到来自晶体管参数、分布参数变化的影响，使其不能满足某些特殊频率特性的要求，如频带很窄，或者要求通频带外衰减很大的场合。随着电子技术的不断发展和新型元器件的不断涌现，采用集中滤波和集中放大相结合的小信号高频放大器用得越来越多，它被称为集中选频式放大器。因多用于中频段，故又称为集成中频放大器。


2.2.12.2.1集成中频放大器集成中频放大器一一 .. 集成中频放大器的组成集成中频放大器的组成

集中选频放大器由两种部件组成，一部分是宽频带放大器，另一部分是集中选择性滤波器。宽带放大器多用集成宽频带放大器，它体积小，性能好，可靠性高。由于集中滤波器通常是固定频率的，所以其宽放的频带也只需比滤波器的通频带宽些就可以了。

图 (a) 中，集中滤波器接在高增益宽带放大器的后面。这里宽带放大器只是表示放大器本身的频带宽度比放大的信号频带以及集中滤波器的频带更宽一些。


2.2.1 2.2.1 集成中频放大器集成中频放大器一一 .. 集成中频放大器的组成集成中频放大器的组成

当集成选频式放大器用于接收机中放时，为了避免有用信号频率附近的干扰信号在宽带放大器中产生的非线性作用，通常将集中滤波器放在高增益放大器之前，如图 (b) 所示。若集中滤波器衰减较大时，为避免使中放噪声系数加大，可在集中滤波器前加低噪声的前置放大器，以补偿滤波器的损耗。



第二种形式第二种形式

第一种形式第一种形式



起选频作用的部件是一个具有高选择性的集中滤波器，常用的有 LC 带通滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。目前，这些滤波器已得到广泛应用。因晶体滤波器特性与陶瓷滤波器相似，下面简单介绍陶瓷滤波器和声表面波滤波器。


二二 .. 陶瓷滤波器陶瓷滤波器

在通信、广播等接收设备中，陶瓷滤波器有着广泛的应用。

陶瓷滤波器是利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，常用的陶瓷滤波器是由锆钛酸铅〔 Pb （ ZrTi ） O3 〕压电陶瓷材料（简称 PZT ）制成的。



把陶瓷材料制成片状，经过直流高压极化后，它具有压电效应。

所谓压电效应，就是指当陶瓷片受到机械力的作用而发生形变时，陶瓷片内将产生一定的电场，且它的两面出现与形变大小成正比的符号相反、数量相等的电荷；正压电效应

反之，若在陶瓷片两面之间加一定的电场，就会产生与电场强度成正比的机械形变。负正压电效应



因此，如果在陶瓷片的两面加一高频交流电压，就会产生机械形变振动，同时机械形变振动又会产生交变电场，即同时产生机械振动和电振荡。当外加高频电压信号的频率等于陶瓷片的固有振动频率时，将产生谐振，此时机械振动最强，相应的陶瓷片两面所产生的电荷量最大，外电路的电流也最大。总之，陶瓷片具有串联谐振特性，可用它来制作滤波器。



陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应”

1.1. 两端陶瓷滤波器两端陶瓷滤波器

相当于一个 LC 单调谐回路，可代替中频放大电路中的电容。

R1 很小 .


两个谐振频率：两个谐振频率：

qf112

1

CL

pf

01

0112

1

CC

CCL

CL

f p12

1

fp 略大于 fq


当信号频率 f < fq 时，陶瓷片相当于一个电容；当 f = fq 时，陶瓷片相当于短路；当 fq <f < fp 时，陶瓷片相当于一个电感；当 f = fp 时，陶瓷片相当于开路；当 f > fp 时陶瓷片又相当于一个电容。

ff q f p

X

感性

区

容性区

容性区

O

电抗特性曲线


2.2. 三端陶瓷滤波器三端陶瓷滤波器

实物图：实物图：相当于一个双调谐回路，可代替中频放大电路中的中频变压器


3.3. 四端陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器

两端陶瓷滤波器的通频带较窄，选择性较差。为此，可将不同谐两端陶瓷滤波器的通频带较窄，选择性较差。为此，可将不同谐振频率的陶瓷片进行适当的组合连接，就得到性能接近理想的四振频率的陶瓷片进行适当的组合连接，就得到性能接近理想的四端陶瓷滤波器。端陶瓷滤波器。

四端陶瓷滤波器符号


3.3. 四端陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器L

L

1

2

(a) (b)

陶瓷滤波器的工作频率可从几百千赫到几百兆赫，带宽可以做得很窄，其等效 Q 值约为几百，它具有体积小、成本低、耐热耐湿性好、受外界条件影响小等优点。已广泛用于接收机中，如收音机的中放、电视机的伴音中放等。陶瓷滤波器的不足之处是频率特性的一致性较差，通频带不够宽等。


四端陶瓷滤波器举例四端陶瓷滤波器举例

fq2

X

O

f

K

O

460 465470

fq1

fp2

fp1f/kHz


四端陶瓷滤波器举例：四端陶瓷滤波器举例：将将 LL11 、、 LL22一串一并置于电路中，适当选择其频率，可得一串一并置于电路中，适当选择其频率，可得到较理想的滤波特性。如要求滤波器通过到较理想的滤波特性。如要求滤波器通过（（ 465±5465±5 ）） KHzKHz的信号，可使的信号，可使 LL11的串联谐振频率的串联谐振频率 ffq1q1 ＝＝465KHz465KHz，，并联谐振频率并联谐振频率 ffp1p1 ＝（＝（ 465+5465+5 ）） KHzKHz；；使使LL22的并联谐振频率的并联谐振频率 ffp2p2 ＝＝ 465KHz465KHz，，串联谐振频率串联谐振频率 ffq2q2 ＝＝(465-5)KHz(465-5)KHz。。这样对这样对 465465KHzKHz的信号，的信号， LL11串联谐振呈串联谐振呈低阻抗状态，而低阻抗状态，而 LL22并联谐振而呈高阻状态，故信号不会受并联谐振而呈高阻状态，故信号不会受衰减和分流而直接通过滤波器。而对（衰减和分流而直接通过滤波器。而对（ 465+5465+5 ）） KHzKHz的的信号，信号， LL11并联谐振呈高阻状态，使信号强烈衰减而不能通并联谐振呈高阻状态，使信号强烈衰减而不能通过；对（过；对（ 465-5465-5 ）） KHzKHz的信号，的信号， LL22因串联谐振而呈低阻因串联谐振而呈低阻状态，故状态，故 LL22对其信号的分流作用很大，使输出端对（对其信号的分流作用很大，使输出端对（ 465-465-55 ）） KHzKHz信号为短路状态而无法输出。这就使电路具有了信号为短路状态而无法输出。这就使电路具有了

很好的带通和带阻特性。很好的带通和带阻特性。


三三 .. 声表面波滤波器声表面波滤波器 ((SAWF)SAWF)

声表面波滤波器具有工作频率高、通频带宽、选频特性好、体积小和重量轻等特点，并且可采用与集成电路相同的生产工艺，制造简单，成本低，频率特性的一致性好，因此广泛应用于各种电子设备中。



它是以石英、铌酸锂或锆钛酸铅等压电晶体为基片，经表面抛光后在其上蒸发一层金属膜，通过光刻工艺制成两组具有能量转换功能的交叉指型的金属电极，分别称为输入叉指换能器和输出叉指换能器。



当输入叉指换能器接上交流电压信号时，压电晶体基片的表面就产生振动，并激发出与外加信号同频率的声波，此声波主要沿着基片的表面与叉指电极垂直的方向传播，故称为声表面波，其中一个方向的声波被吸声材料吸收，另一方向的声波则传送到输出叉指换能器，被转换为电信号输出。



由此可见，在声表面波滤波器中，信号经过电 - 声、声 - 电两次转换，且由于基片的压电效应，使得当输入信号频率与叉指换能器固有频率相同时，激发的声波最强，信号传输效率最高；如果输入信号的频率与其固有频率不同，则激发的声波弱，信号传输效率低，偏差越大效率越低，可见叉指换能器具有选频特性。显然，通过两个叉指换能器的共同作用，使声表面波滤波器的选频特性较为理想。声表面波滤波器的中心频率、通频带等性能与压电晶体基片的材料，以及叉指电极的几何形状和指条数目有关。



实物图：实物图：


均匀叉指换能器声振幅均匀叉指换能器声振幅————频率特频率特性曲线性曲线


所示为电视接收机中使用的声表面波滤波器的幅频特性。可见它具有符合要求的幅频特性，具有很好的选择性和较宽的频带宽度，但由于内部多次电声转换，因此，插入损耗较大。为了补偿这种损耗，通常在其前面加一级预中放电路。


• 当输入信号的频率ｆ等于换能器的频率当输入信号的频率ｆ等于换能器的频率 ff00 时，输出振时，输出振幅最大，故幅最大，故声表面波滤波器声表面波滤波器有选频作用。有选频作用。

R s

U s

R L

发端换能器收端换能器

＋

－

非均匀叉指换能器


声表面波滤波器应用实例（声表面波滤波器应用实例（ TA7680AP TA7680AP 图像中频放大器的应用电路图像中频放大器的应用电路））

• VV11 是预中放部分，起前置放大作用是预中放部分，起前置放大作用• ZZ11 为为 SAWFSAWF 起集中选频作用起集中选频作用• TA7680APTA7680AP 为彩电图像中频放大器为彩电图像中频放大器 ICIC

由高频调谐器 IF OUT 端输出的图像中频信号经 C1 加至预中放管 V1 的基极。 R2,R3 是 V1 的偏置电阻， R6 是 V1 发射极负反馈电阻。 L2 是匹配电感， R5 是阻尼电阻，它们与 V1 输出电容和 Z1 的输入分布电容共同组成中频宽带并联谐振回路。选频放大后的信号由 V1 集电极输出，经 C3 耦合加至声表面波滤波器 Z1 。预中放电路的供电电源退耦电路由 R4,C2 组成。声表面波滤波器 Z1 的输出端接有匹配电感 L3 ，它与 Z1 的输出分布电容组成中频谐振回路，可减少插入损耗，提高图像的清晰度。声表面波滤波器输出的中频信号，经 C4 耦合，从集成电路IC1 （ TA7680AP ）的 7 脚和 8 脚输入到集成块内部的图像中频放大器。由图像中放输出的信号，经视频检波、视频放大后从 15 脚输出彩色全电视信号。


2.2.2 2.2.2 放大电路的噪声放大电路的噪声外部噪声外部噪声噪声电阻热噪声噪声电阻热噪声

内部噪声内部噪声晶体管噪声晶体管噪声

一 . 电阻热噪声 ( 白噪声 )

自由电子热运动起伏噪声电流起伏噪声电压


二二 .. 晶体管噪声晶体管噪声

热噪声散弹噪声闪烁噪声热噪声散弹噪声闪烁噪声三三 .. 噪声系数噪声系数 NNFF

定义为输入信噪比与输出信噪比的比值定义为输入信噪比与输出信噪比的比值

NNFF== （（ PPsi si / / PPnini ）） // （（ PPsoso / / PPnono ））

NNFF 用以说明放大电路的噪声性能，用以说明放大电路的噪声性能， NNFF 越小，越小，则放大电路本身所产生的噪声越小，其噪声性能也越好。则放大电路本身所产生的噪声越小，其噪声性能也越好。


四、降低噪声系数的措施四、降低噪声系数的措施 • １、选用低噪声器件和元件１、选用低噪声器件和元件

在放大或其他电路中，电子器件的内部噪声起着重要作用。在放大或其他电路中，电子器件的内部噪声起着重要作用。因此，改进电子器件的噪声性能和选用低噪声的电子器件，就因此，改进电子器件的噪声性能和选用低噪声的电子器件，就大大降低电路的噪声系数。大大降低电路的噪声系数。

• 对晶体管而言，应选ｒｂ（ｒｂｂ对晶体管而言，应选ｒｂ（ｒｂｂ′′）和噪声系数ＮＦ小的）和噪声系数ＮＦ小的管子（可由手册查得，但ＮＦ必须是高频工作时的数值）。除管子（可由手册查得，但ＮＦ必须是高频工作时的数值）。除采用晶体管外，目前还广泛采用采用晶体管外，目前还广泛采用场效应管场效应管做放大器和混频器，做放大器和混频器，因为场效应管的噪声电平低，尤其是最近发展起来的因为场效应管的噪声电平低，尤其是最近发展起来的砷化镓金砷化镓金属半导体场效应管属半导体场效应管，它的噪声系数可低到，它的噪声系数可低到 0.50.5 ～～ 11 ｄＢ。在ｄＢ。在电路中，还必须谨慎地选用其他能引起噪声的电路元件，其中电路中，还必须谨慎地选用其他能引起噪声的电路元件，其中最主要的是电阻元件。宜选用结构精细的最主要的是电阻元件。宜选用结构精细的金属膜电阻金属膜电阻。。


• ２、正确选择晶体管放大级的直流工作点２、正确选择晶体管放大级的直流工作点晶体管放大级的噪声系数Ｎ晶体管放大级的噪声系数ＮＦＦ和晶体管的直流工作点有十分密和晶体管的直流工作点有十分密切的关系。切的关系。

• 在三极管放大电路中，在三极管放大电路中， NNFF 与工作点电流与工作点电流 IICC 有关，当有关，当 IICC约为约为 11

—1.5mA—1.5mA 时时 NNFF最小。最小。 • ３、选择合适的信号源内阻３、选择合适的信号源内阻

第一级放大器或混频器是与信号源相联的。如前所述，存在第一级放大器或混频器是与信号源相联的。如前所述，存在着最佳信号源内阻着最佳信号源内阻 ,, 当满足时，放大器的噪声系数最小。当满足时，放大器的噪声系数最小。在低频在低频工作时宜采用共发电路作为输入级，而在高频工作时宜采用共工作时宜采用共发电路作为输入级，而在高频工作时宜采用共基电路作为输入级较好。基电路作为输入级较好。


• ４、选择合适的工作带宽４、选择合适的工作带宽• 噪声电压都与通带宽度有关。接收机或放大器的噪声电压都与通带宽度有关。接收机或放大器的

带宽增大时，接收机或放大器的各种内部噪声也增大。带宽增大时，接收机或放大器的各种内部噪声也增大。因此，必须严格选择接收机或放大器的带宽，使之既因此，必须严格选择接收机或放大器的带宽，使之既不过窄，能满足信号通过时对失真的要求，又不至于不过窄，能满足信号通过时对失真的要求，又不至于过宽，以免信噪比下降。过宽，以免信噪比下降。

• ５、选用合适的放大电路５、选用合适的放大电路• 共发－共基级联放大器，共源－共栅级联放大器共发－共基级联放大器，共源－共栅级联放大器

都是优良的高稳定和低噪声电路。都是优良的高稳定和低噪声电路。在多级放大电路中，在多级放大电路中，第一级的噪声系数对总噪声系数影响最大，因此，在第一级的噪声系数对总噪声系数影响最大，因此，在要求噪声小时，第一级应采用低噪声放大电路。要求噪声小时，第一级应采用低噪声放大电路。


• ６、热噪声６、热噪声• 热噪声是内部噪声的主要来源之一，所以降低放热噪声是内部噪声的主要来源之一，所以降低放

大器，特别是接收机前端主要器件的工作温度，对减大器，特别是接收机前端主要器件的工作温度，对减小噪声系数是有意义的。对灵敏度要求特别高的设备小噪声系数是有意义的。对灵敏度要求特别高的设备来说，降低噪声温度是一个重要措施。例如，卫星地来说，降低噪声温度是一个重要措施。例如，卫星地面站接收机中常用的高频放大器就采用“冷参放”面站接收机中常用的高频放大器就采用“冷参放”（制冷至２０～８０Ｋ的参量放大器）。其他器件组（制冷至２０～８０Ｋ的参量放大器）。其他器件组成放大器制冷后，噪声系数也有明显的降低。成放大器制冷后，噪声系数也有明显的降低。

• ７、适当减少接收天线的馈线长度７、适当减少接收天线的馈线长度• 接收天线至接收机的馈线太长，损耗过大，对整接收天线至接收机的馈线太长，损耗过大，对整

机噪声有很大的影响。所以减少馈线长度是一种降低机噪声有很大的影响。所以减少馈线长度是一种降低整机噪声的有效方法。可将接收机的前端电路（高放、整机噪声的有效方法。可将接收机的前端电路（高放、混频和前置中放）直接置于天线输出端口，使信号经混频和前置中放）直接置于天线输出端口，使信号经过放大有一定功率后，再经电缆输往主中放。过放大有一定功率后，再经电缆输往主中放。


本讲小结本讲小结

22 ．．电路中的噪声主要有电阻热噪声和晶体管噪声电路中的噪声主要有电阻热噪声和晶体管噪声两种，放大电路的噪声性能用噪声系数来表征。两种，放大电路的噪声性能用噪声系数来表征。

1 ．集中滤波器主要类型有集中 LC 滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等，具有选频性能好、使用方便等特点。


本讲作业本讲作业

1. 声表面波滤波器和陶瓷滤波器各有什么特点 ?

2. 降低噪声系数的措施？

Documents

任务 2.2 集成中频放大器