1.4 集中选频放大器

前面介绍了几种类型的调谐放大器，当它们组成多级放大器时，由于每一级都包含有晶体管和调谐回路，因此，线路复杂，调试不方便，频率特性的稳定性不高，可靠性较差，尤其是不能很好地满足某些特殊频率特性的要求。随着电子技术的不断发展，新型的元器件不断诞生，出现了采用集中滤波和集中放大相结合的高频小信号放大器，即集中选频式放大器。

1.4.1 集中选频放大器的组成

集中选频放大器是由宽频带放大器和集中选频滤波器组成的，它有两种形式，如图1.22所示。其中，图1.22（a）所示的集中选频滤波器接在宽频带放大器的后面，图1.22（b）所示的集中选频滤波器则置于宽频带放大器的前面。无论哪一种形式的集中选频放大器，它都由两部分组成，一部分是宽频带放大器，另一部分是集中选频滤波器。宽频带放大器一般由线性集成电路构成，当工作频率较高时，也可用其他分立元件宽频带放大器构成。集中选频滤波器则可由多节电感、电容串并联回路构成的LC带通滤波器，也可以由石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器构成。由于后面几种滤波器可以根据系统的性能要求进行精确的设计，在与放大器连接时也可以设置良好的阻抗匹配电路，使得选频特性几乎达到理想的要求，因此，这几种滤波器目前应用得很广泛。下面简单介绍陶瓷滤波器和声表面波滤波器。由于晶体滤波器的特性与陶瓷滤波器相类似，又常用于正弦波振荡器，故放在第3章中介绍。

1.4.2 集中选频滤波器

1．陶瓷滤波器

陶瓷滤波器是用具有压电性能的陶瓷，如锆钛酸铅为材料做成的滤波器。在制造时，陶瓷片的两面涂以银浆（一种氧化银），加高温后还原成银，且牢固地附着在陶瓷片上，形成两个电极；再经过高压极化后，便具有压电效应。所谓压电效应是指，当陶瓷片受机械力作用而发生形变时，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；反之，若在陶瓷片两面之间加一电场，就会产生与电场强度成正比的机械形变。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，此时外电路的电流也最大。总之，陶瓷片具有的谐振特性，可代替电路中的LC谐振回路用做滤波器。陶瓷滤波器的等效品质因数Qe可达几百，比LC滤波器高，但比石英晶体滤波器低。因此其选择性比LC滤波器好，比晶体滤波器差；其通频带比晶体滤波器宽，比LC滤波器窄。陶瓷滤波器具有体积小、易制作、稳定性好、无须调整等优点，现广泛应用于接收机和电子仪器电路中。

常用的陶瓷滤波器有两端和三端两种类型。

（1）两端陶瓷滤波器。两端陶瓷滤波器的结构示意图、图形符号及等效电路如图1.23所示。图中C0为压电陶瓷片两面银层间的静电容，L1、C1、R1分别相当于机械振动时的等效质量、等效弹性系数和等效阻尼。压电陶瓷片的厚度、半径等尺寸不同时，其等效电路参数也就不同。由等效电路可以看出，陶瓷片具有两个谐振频率，一个是串联谐振频率 fs，另一个是并联谐振频率fp，分别为：

串联谐振时，陶瓷片的等效阻抗最小，并联谐振时，陶瓷片的等效阻抗为最大。两端陶瓷片相当于一个单调谐回路。由于它频率稳定、选择性好、具有适合带宽，常把它做成固定的中频滤波器使用。如图1.24所示为某电路中用陶瓷滤波器取代射极旁路电容Ce的中频放大器。若陶瓷滤波器工作于455kHz，则对于455kHz的信号，滤波器Xe呈现的阻抗极小。此时，引入的负反馈最小，放大器增益最高；对偏离455kHz稍远的信号，陶瓷滤波器呈现的阻抗较大，放大器引入的负反馈较强，使放大器的增益减小，从而提高了中频放大器的选择性。两端陶瓷滤波器也可以根据需要，组合成不同带宽、不同选择性的四端滤波器。图1.25所示是两种四端陶瓷滤波器，图（a）所示是二单元型，图（b）所示是五单元型，当然还可以组成七单元型、九单元型等等。一般来说，陶瓷片数目越多，滤波效果越好。

（2）三端陶瓷滤波器。图1.26是三端陶瓷滤波器的结构示意图、图形符号和等效电路，图中1、3端是输入端，2、3端是输出端。

1、3端输入信号后，如果信号频率等于陶瓷滤波器的串联谐振频率，陶瓷片便产生相当于谐振频率的机械振动。由于压电效应，2、3端将产生频率为谐振频率的输出电压。三端陶瓷滤波器的等效电路相当于一个双调谐耦合回路，它可以代替中频放大电路中的中频变压器。它的优点是无须调整，因此，三端陶瓷滤波器目前在集成电路接收机中广泛使用。图1.27所示为三端陶瓷滤波器代替中频变压器的实际电路。

2．声表面波滤波器

声表面波滤波器是一种新型的电子元件，常称为SAWF（Surface Acoustic Wave Filter）。这种滤波器具有体积小、中心频率很高、相对带宽较宽、接近理想的矩形选频特性、稳定性好、无须调整等特点，广泛使用在电视接收机中。

声表面波滤波器的结构示意图和符号如图1.28所示。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形（简称叉指）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在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-电的两次转换，且由于基片的压电效应，使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。只要设计合理，用光刻技术制造，可保证有较高的精度，使用时不需调整。

如图1.29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。

1.4.3 集中选频放大器的应用

由于线性宽频带集成电路能对高频小信号提供高增益、宽频带、稳定性好的放大，可将它与选频电路相结合组成各种常用的集中选频放大器。下面简单介绍两种常用电路。

1．μPC1018集成中频放大器

μPC1018是一种广泛应用于调频（FM）、调幅（AM）的集成中频放大器。它为双列直插式16脚塑料封装，工作电压为2.5～6V。它的内部有调频、调幅分开的中频放大器，还有调幅的本振、混频及自动增益控制等电路。图1.30所示是由集成电路μPC1018构成的中频放大器，点画线框内是集成电路的内部结构框图，点画线框外是它的外围电路。

（1）调幅（AM）中频放大工作原理调幅部分由输入选频、本振混频和中频放大三个电路组成。输入选频电路由L3、C2组成，其作用是从天线接收的信号中选出需要的电台信号，经L4耦合，从16脚送入混频电路。L1、C1为本振的振荡回路，本振信号经L2耦合，从1脚送入混频电路。经混频后获得的多种频率信号从15脚输出。L5、C4和L6、C5、C6组成双调谐中频选频回路，具有较好选频特性，其谐振频率为465kHz。选出的中频信号从C5、C6连接点以电容分压部分接入方式，经14脚送入中频放大器。这种部分接入方式能实现级间阻抗匹配，减小放大器对选频回路的影响。中频放大器为线性宽频带放大器，其内部是直接耦合的多级放大器，具有高增益、稳定性好的特点。经放大后的中频信号从11脚输出，其输出负载L7、C8是一单调谐选频回路，放大器与选频回路之间也采用部分接入方式，以实现阻抗匹配，改善选频性能。最后由L8耦合，将中频信号送到二极管检波器中进行检波。

（2）调频（FM）中频放大工作原理。μPC1018集成电路的调频中放由两级中放（中放Ⅰ、中放Ⅱ）组成。调频的中频信号从2脚输入中放Ⅰ，经放大后从4脚输出，外接三端陶瓷滤波器选频。三端陶瓷滤波器等效为一个固定的双调谐选频回路，谐振频率是调频中频10.7MHz，其Q值较高，具有良好选频特性。选频后的信号从5脚送入中放Ⅱ，经放大后调频中频信号由7脚输出加到双调谐选频回路进行选频，最后将放大了的调频中频信号送入后级的鉴频器进行鉴频。为了减小中频放大器对双调谐回路的影响，放大器与选频回路之间采用了部分接入，这样一方面可以达到阻抗匹配，另一方面也可保持良好的选频性能。

2．TA7680AP图像中频放大器

TA7680AP是一块大规模集成电路，双列直插式24个引脚，内部包括图像中放和伴音中放两部分。其中，图像中频放大器是三级直接耦合的、具有自动增益控制功能的、高增益、宽频带的差分放大器。图1.31所示为彩色电视机中TA7680AP图像中频放大器的应用电路。

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VT1的基极。R2、R3是VT1的偏置电阻，R6是VT1发射极负反馈电阻。L2是高频扼流圈，R5是阻尼电阻，它们与VT1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VT1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。