高频小信号谐振放大电路时域与频域对比分析

 0 引言

在通信电子电路中，对于微小的信号需要进行一定增益的放大。通信中的微小信号都属于高频信号，所以电路的分析都是基于期间的非线性特性进行的。非线性电路的输出中不同频率分量的信号分量较多，所以需要采用具有频率选择功能的谐振网络进行频率的选择。谐振网络频率选择的性能直接决定了谐振放大电路的性能。采用时域波形的观测以及频域不同频率的频谱进行对比分析，可以清晰地对谐振放大电路进行分析。

1 谐振放大电路概述

谐振电路原理图中的LC并联谐振回路用电阻Rc代替，就是典型的共发射极电路。它的电压放大倍数是Au=βRc／rbe(这里是其绝对值，没有考虑相位问题)。由于Rc对所有的频率分量都呈现出相同的阻值(阻抗)，故这个电路没有频率选择作用(即在很宽的频率范围内，其放大倍数是一样的)。若Rc用LC并联谐振回路代替，由于谐振阻抗的频率特性，使得在谐振频率点及左右极小的频率范围内呈现出很高的阻抗，使电路的电压放大倍数很高，而离开谐振点的其他频率范围都呈现出极低的阻抗(理想状态下可以看做为零)，使电压放大倍数接近于零，于是这个放大器就有了对某一频率有选择性的放大特性，称为谐振放大器。


2 小信号谐振放大电路的时域分析

在小信号谐振放大中，电路的输入信号中除了所需要的信号外还有不需要的信号，它们的频谱往往不同，所以用选频的方法，选取需要的频率分量，抑制不需要的频率分量。另外，其中有用信号的幅度往往也很小，处理这种信号必须具有选频和放大双重功能。小信号谐振放大器电路中晶体管集电极负载是LC并联谐振电路，其阻抗是随频率而变化的，回路谐振频率f0上的阻抗为纯电阻并且是最大的，因此谐振放大器在负载回路的谐振频率上具有最大的电压放大增益，稍离开此谐振中心频率，电压增益就会迅速减小。在分析中采用仿真软件来测试谐振放大电路的时域的输入输出波形。分析测试电路如图2所示。

在测试电路中，高频小信号选择6MHz、50mV的正弦波信号，示波器同时测试输入与输出两路信号的波形。输入输出波形如图3所示。


3 小信号谐振放大电路的时域分析

在频域分析中就是以频率作为分析的变量，分析信号中不同的频率分量构成。在频率分析中，较为重要的概念就是电路的通频带与选择性，作为谐振放大电路一方面要通过所需的频率成分，因而对其具有通频带的要求，另一方面，要抑制不需要的信号的频率成分，这种通过有效成分抑制无效成分的性质称为选择性。但在实际应用中往往要求通频带以内传输系数尽可能大，通频带以外传输系数尽可能小，这样信号失真小，抑制干扰能力强，由此可见通频带与选择性相矛盾，故用矩形系数K0．1说明。理想谐振放大器的频率特性曲线，其矩形系数K0.1应等于1，实际的谐振放大器的矩形系数总是大于1的。应用软件的傅里叶分析的频谱图如图4所示。


4 小结

在对电子线路的性能分析中，采用时域的分析方法比较简单直接，能够直观分析电路的输入输出，以及各个测试点的波形。但是时域分析不能确定电路对于不同频率的响应，也无法准确了解不同频率的信号对电路的干扰。频率分析为分析频率对电路的影响提供了直接的方法，在对现代电子线路的分析中，发挥了越来越大的作用。