第1章 小信号调谐放大器-14

1、小信号调谐放大器小信号调谐放大器 第一章第一章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 1.1 概述概述 1.2 谐振回路谐振回路 1.3 晶体管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路 1.4 晶体管单回路谐振放大器晶体管单回路谐振放大器 1.5 谐振放大器的级联谐振放大器的级联 1.6 小信号集中选频放大器小信号集中选频放大器 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 1.4 晶体管单回路谐振放大器晶体管单回路谐振放大器 * 小信号谐振放大器分类：小信号谐振放大器分类： 按谐振回路可分为：单调谐放大器、双调谐放大器及参 差放大器等； 按晶体管连接方法区分有：共基极、共发射极、共集电 极单调谐放大器等；

2、 本节仅分析共发射极单调谐放大器的工作原理及其主要 性能指标。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 一、单调谐放大器的电路组成及特点一、单调谐放大器的电路组成及特点 图图1.4.1 单调谐放大器单调谐放大器 C1为耦合电容， C2为旁路电容, 输入电压为Ui， 晶体管输入电流Ib， 集电极电流Ib 。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 二、电路性能分析二、电路性能分析 图图1.4.2 单调谐放大器等效电路单调谐放大器等效电路 图中： U01 为晶体管输出 到负载的电压； Ui1 为输入电压。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 图图1.4.3 单调谐放大器原理性电路等效图单调谐放大器原理性电路等效

3、图 上图中采用Y参数等效电路分析集电极部分电路，具体参数含义如下： 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 1. 单调谐放大器的电压增益单调谐放大器的电压增益 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 (a) (b) 图图1.4.4 单调谐回路折算到单调谐回路折算到LC回路两端时的等效负载电路回路两端时的等效负载电路 22 12 010122 22 12 010122 1.4.4 ; ; ii ii NN gggg NN NN CCCC NN 从图可以看出 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 小信号调谐放大器

4、小信号调谐放大器 图图1.4.3 单调谐放大器原理性电路等效图单调谐放大器原理性电路等效图 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 2. 单调谐放大器的功率增益单调谐放大器的功率增益 0 2 11 1 22 1 2 2 222 220 11 1 2 12 2 000 m 1.4.3 o p i iii fei i oabiiu ipi i i ii puu P A P PU g N yU gNN N PUggA Ng GNg g g gg AAA 在此讨论谐振时的功率增益： 由图可知， 其中，为本级放大器的输入端电导； 为下一级晶体管的输入电导或输出端负载。 若采用相同的晶体管或在阻抗匹配的情况下有

5、：， 可得：，若 012 ax 012 2 0 max 012 ; 2 4 i fe p i fe p i gg y G g g y A g g ：晶体管输出导纳；：晶体管负载电导。 ，且忽略回路损耗 有其中： 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 22 22 22 222 22 12 012 1 1 2 1 2 , o oabiabii i p o o i i NIN PU gUgg NN NN gg NN Gk P K P abg g oo1 若考虑后，引入插入损耗有： 回路无损耗时的输出功率 回路有损耗时的输出功率 不考虑时，负载上所获得的功率为： 其中，I 为I 等效到端的电流；为本级放大

6、器的输入端电导； 为下一级晶体管的输入电 2 2 2 122 22 12 012 2 o abii ip p IN PU gg N NN ggG NN G 导或输出端负载。 而考虑时有 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 0 0 0 0 22 0 12 0012 22 2 22 12 012 1 22 12 11012 0 1 1 1 11 1 1 , L L p ip ip oL Lo i QQ LQ Q L Q QQ LGNN LggG NN NN ggG P NN PNN gg NN K K 且 可见，与 故 00 2 2 0 max 0120 2 000 max 0 012 1 4 1

7、2 LL fe L P i fe L puu i QQ QQ y Q A g gQ y Q AAA Qg g 有关，越小，则差损越小，考虑插损后， 匹配时的最大功率增益为： 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 3）放大器的通频带）放大器的通频带 0 0.7 23 u u A A f BWfdB 随随 而而变变化化的的曲曲线线，叫叫做做放放大大器器的的； 而而放放大大器器电电压压增增益益下下降降到到最最大大增增益益的的1 12 2时时，对对 应应的的频频率率范范围围为为，可可用用、 谐谐振振曲曲线线 通通频频带带或或带带 宽宽表表示示。 2 0 0 0.70 0.7 00 000 0.7 0 0

8、0.7 1 2 1 21 ,12 2 21 Q4 2 u u L uL uL L L A A Qf f AQff BWf AfQ CCf C gf C f LggQ f 由由于于 如如果果：则则故故： 可可见见：品品质质因因数数越越高高，通通频频带带越越窄窄；反反之之越越宽宽。 其其中中，； 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 4）放大器的增益带宽积）放大器的增益带宽积 定义放大器的增益带宽积为：定义放大器的增益带宽积为： 0 0 0.7 00.7 1212 00 22 0.7 12 0 2 2 4 2 4 2 P L fefe uu P fe u Cf C GgCf Qff yy N NN N

9、 AA NGNCf y N N GBPABW NC 又， 故有增益带宽积为： 0 u GBPABW 可见增益带宽积是一个常数，它取决于电路参数。可见增益带宽积是一个常数，它取决于电路参数。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 5）单调谐放大器的选择性）单调谐放大器的选择性 以以矩矩形形系系数数来来分分析析： 0.1 0.1 0.70 0.1 0 2 0 0.1 2 0.1 0.1 0.7 21 ,0.10.1 22 1 2101 2 1019.951 2 u r u L L r fA k fAQf f f f Q f k f 如果则如果则 其中其中 故矩形系数：故矩形系数： 所以单调谐回路放大器

10、的矩形系数远大于1，故其邻道选 择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 例2 在下图中, 已知工作频率f030MHz, Vcc=V, Ie=2mA。晶 体管采用3DG47型高频管。其参数在上述工作条件和工作频 率处的数值如下： gie=1.2mS,Cie=12pF；goe=400S,Coe=9.5pF；|yfe|=58.3mS, fe=-22；|yre|=310S, re=-88.8,回路电感L=1.4H, 接入 系数1=1, 2=0.3, 0=100, 负载是另一级相同的放大器负载是另一级相同的放大器。 求谐振电压增益振幅u0和 通频带BW,并求回路电容 是多

11、少时, 才能使回路谐振？ 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 6 66 00 22 12 -6-62-3 -3 3 12 0 3 2626 0 2 1 11 37.9 10 100230 101.4 10 37.9 10400 100.31.2 10 0.55 10 0.3 58.3 10 32 0.55 10 11 20 (230 10 )1.4 10 p oeie f e u o p gs QL ggn gn g n n y A g CpF L CCn C s 所以 从而， 又 且 2 2 222 12 209.50.3129.4 eie oeie n CCnn CpF C C 小信号调谐放

12、大器小信号调谐放大器 2 0 3 00 12 0 612 3 1 1 1 0.55 10 222 3.14 20 10 4.38 230 1020 10 6.85 0.55 10 1.15 L L L L Q Q gC QBW gQc C Q g MHz K 由于，可得 回路插入损耗： 回路无损耗时的输出功率 回路有损耗时的输出功率 要进一步增大电压增益, 可采用多级放大器。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 本节涉及内容： 1.5.1 多级单调谐放大器多级单调谐放大器 1.5.2 调谐放大器稳定性调谐放大器稳定性 1.5 谐振放大器的级联谐振放大器的级联 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 一

13、、电压增益一、电压增益 12 12 uuum muuum AAA AA AA 、如果放大器有级，各级的增益为如果放大器有级，各级的增益为 则总增益为则总增益为 m m 二、通频带二、通频带 m 2 00 2 0.7 0 1 A 2 1 m m mu u m mu L AA A AA Qf f 如如果果各各级级放放大大器器的的增增益益相相同同, ,则则有有： 1.5.1 多级单调谐放大器多级单调谐放大器 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带 1 0 0.7 2 0 2 0.7 0 11 221 2 2 1 m m m m mL L Af f AQ Qf f

14、1 21 m X 可可见见通通频频带带变变窄窄, ,成成为为带带宽宽缩缩减减因因子子 上面的分析表明上面的分析表明: 为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的 X倍。 当每级通频带加宽X倍时,每级的增益都会降低为原来 的1/X。 0.7 (2)mf 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 三、选择性三、选择性(以矩形系数为例以矩形系数为例) 0 1 0 0.1 1 0.1 0.1 1 0.7 0.1 (2)1001 2 1001 : 2 21 u u m m L m m r m m A A f f Q f k f 根根据据定定义义 : :当当时时 故故 结论结论:单调谐回路特点是电路简单单调

15、谐回路特点是电路简单,调试容易调试容易,但选择性差但选择性差,增增 益和通频带的矛盾比较突出。益和通频带的矛盾比较突出。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 例1 某中频放大器的通频带为MHz, 现采用两级或三级相同 的单调谐放大器, 两种情况下对每一级放大器的通频带要求各 是多少？ 解: 根据选择性讨论可知, 当n=2时, 因为 1 6 2 0.7 2 6 6 0.7 12 6 6 0.7 13 1 0 0.1 216 10 6 10 11.8 10 21 3 6 10 11.8 10 21 (2)1001 Z Z m m L BWBW BWH n BWH f mf Q 所以，要求每一级带宽为

16、：所以，要求每一级带宽为： 同理当时，要求每级带宽为：同理当时，要求每级带宽为： 级带宽为：级带宽为： 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 1 0.1 0.1 1 1001 21 n n n nn BW K BW 有有 表1列出了n0.1与的关系。 表表1 单调谐放大器矩形系数与级数的关系单调谐放大器矩形系数与级数的关系 级数n12345678910 矩形系 数Kn01 9.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56 从表中可以看出从表中可以看出, 当级数增加时当级数增加时, 放大器矩形系数有所改放大器矩形系数有所改 善善, 但这种改善是有一定限度的但这

17、种改善是有一定限度的, 最小不会低于最小不会低于2.56。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 一、引起小信号调谐放大器不稳定的因素一、引起小信号调谐放大器不稳定的因素 放大器的输入导纳Yi 晶体管的内部反馈对放大器的有害影响晶体管的内部反馈对放大器的有害影响 1.使放大器调试困难使放大器调试困难 由于 的存在，这给放大器的调试带来了很多不便。 re y 图图1.5.1 计算计算Yi的等效电路的等效电路 1.5.2 调谐放大器稳定性调谐放大器稳定性 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 图图1.5.1 计算计算Yi的等效电路的等效电路 (1) (2) fe biebrec ccb oeL cfebo

18、ec fere b cbiie cLc boeL i ie fere re oe y Iy Uy U IUU yY Iy Uy U y y I UIYy IY U UyY Y y y y y y 根据上图可得：根据上图可得： 由 的两个关系式得：由 的两个关系式得： 将表达式带入 式，得：将表达式带入 式，得： 可见放大器输入导纳 包括两部分：可见放大器输入导纳 包括两部分： 晶体管输入导纳；晶体管输入导纳； 输出电路通过反馈导纳作用，在输入电路产生的等效导纳输出电路通过反馈导纳作用，在输入电路产生的等效导纳 L Y ； 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 放大器的输出导纳Yo 图图1.5.2

19、放大器输出的等效电路放大器输出的等效电路 re bsbbbc sie biebrec fere bcooe cfeboec ies s y IYUIUU Yy Iy Uy U y y UIYy Iy Uy U yY Y 根据戴维南定理可得：根据戴维南定理可得： 由 的两个关系式得：由 的两个关系式得： 将表达式带入 式，得:将表达式带入 式，得: 上式表明，放大器输出导纳和信号源内阻也有关。上式表明，放大器输出导纳和信号源内阻也有关。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 由于内反馈作用，放大器的输入与输出导纳分别与负载 及信号源导纳有关。 fere b iieieF boeL FFF FF y

20、y I YyyY UyY Ygjb gb 其中，和分别为电导部分和电纳部分。其中，和分别为电导部分和电纳部分。 2.使放大器工作不稳定使放大器工作不稳定 在实际中的在实际中的yre的存在会导致自激的产生，是不稳定的原因。的存在会导致自激的产生，是不稳定的原因。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 gs L C yieYF YSYi gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电 导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也 因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反 馈。当gF=gs+gie（回路原有电导）则回路总电导g=0，QL ， 放大器失去放大性能，处于自激振荡工

21、作状态。 自激产生的原因自激产生的原因 图图1.5.3 晶体管内部负反馈晶体管内部负反馈 对频率特性的影响对频率特性的影响 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 二、解决小信号调谐放大器不稳定的办法二、解决小信号调谐放大器不稳定的办法 中和法 消除yre的反馈 失配法 使gL或gs的数值增大，从而使输入和输出回路与晶 体管匹配。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 (1) 中和法： 中和法是在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的 外部反馈电路（中和电路）, 以抵消晶体管内部参数yre的反馈 作用, 达到中和的目的。 图图1.5.4 中和原理中和原理 图中yn表示了用来抵消反馈影响的外加导纳。 小

22、信号调谐放大器小信号调谐放大器 1 1 1 0 0 0 0, ren ren o ie reonorenren o renren i i U U y I Yy U y I IyUy Uyyy U yyy 完全中和时，等效反向传输导纳等于 ： 根据 参数定义式： 输入端短路时，上无电流通过 ，得 若完全中和，则有：即 小结：小结： 1中和法不能在一个频段中和法不能在一个频段 满足实际要求满足实际要求； 2这样一个电阻、电容网这样一个电阻、电容网 络设计和调试都很复杂络设计和调试都很复杂。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 电桥平衡时，CD两端的回路电压 不会反映到AB两端, 即对应两边阻抗之比相等。 0 V 111 222 1 1 bc Nb cb c N C LLN CCC LLN C A L1 L2 B Cbc CN Vi + + D C B A Vi CN + Vo Cbc C