小信号谐振放大器 (2)ppt课件

1、信息工程学院信息工程学院第第2 2章小信号谐振放大器章小信号谐振放大器信息工程学院本章根本要求本章根本要求n掌握掌握: :小信号谐振放大器的电路组成、小信号谐振放大器的电路组成、原理及分析方法；原理及分析方法；n熟习放大器的噪声系数、高频集成放大熟习放大器的噪声系数、高频集成放大器的特点。器的特点。信息工程学院2.1 概述概述 在无线通讯过程中，通讯信道数多，所占频段范在无线通讯过程中，通讯信道数多，所占频段范围较宽围较宽, 任务频率也较高任务频率也较高(从几百从几百kHz到几百到几百MHz，如，如卫星通讯系统中卫星通讯系统中, 任务频率可达数任务频率可达数GHz)。同一通讯频。同一通讯频段内

2、，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接段内，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接纳 机 那 么 只 选 择 出 所 需 求 的 信 号 进 展 放 大 。纳 机 那 么 只 选 择 出 所 需 求 的 信 号 进 展 放 大 。 因此，接纳机中的放大器除了要有足够的增益因此，接纳机中的放大器除了要有足够的增益外外, 还应具有选择不同频率的信号的才干，于是便还应具有选择不同频率的信号的才干，于是便产生了各种各样的选频放大器，但无论是哪一种类产生了各种各样的选频放大器，但无论是哪一种类型的电路，它们主要由两部分组成型的电路，它们主要由两部分组成: 一部分是其中一部分是其中心器件心器件放大器

3、件。另一部分是用作选择信号的线放大器件。另一部分是用作选择信号的线性选频网络。性选频网络。 信息工程学院2.1.1 小信号调谐放大器的分析方法小信号调谐放大器的分析方法 n小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大微弱的高频信号。大微弱的高频信号。n所谓所谓“小信号是指两种情况小信号是指两种情况: 一是信号幅度一是信号幅度足够小，使得一切有源器件足够小，使得一切有源器件(晶体三极管、晶体三极管、 场场效应管或效应管或IC)都可采用二端口都可采用二端口Y参数或线性等效参数或线性等效电路模型替代电路模型替代; 二是放大器的输出信号与输入二是放大器的输出信号与

4、输入信号成线性比例关系。信号成线性比例关系。 信息工程学院2.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的主要技术参数 1. 增益增益 iopioiiouPPAiiAuuA、2. 通频带通频带 1f2f7 . 0BW通常规定通常规定: 当当 从从1降到降到0.707处时，对应的频率处时，对应的频率和和之间的频率范围称为通频带，用符号之间的频率范围称为通频带，用符号表示。表示。 3. 选择性选择性 0.70.11 . 0BWBWK4. 噪声系数噪声系数 5. 稳定性稳定性 图2-1-1 理想与实际选频特性信息工程学院2.2有源器件的高频小信号等效电路有源器件的高频小信号等效电路 n在

5、小信号放大器的分析和设计中在小信号放大器的分析和设计中, 通常是采用等效电路通常是采用等效电路法法, 即假定放大器任务于线性形状即假定放大器任务于线性形状, 把电路中的有源器把电路中的有源器件用线性等效电路来替代件用线性等效电路来替代, 以便采用经典电路实际来进以便采用经典电路实际来进展分析、计算。展分析、计算。 n根据导出的方法不同，器件的等效模型可分为两类：根据导出的方法不同，器件的等效模型可分为两类：n第一类是根据器件内部的物理构造及其物理模型所得出第一类是根据器件内部的物理构造及其物理模型所得出的模拟等效电路，其等效模型为混合的模拟等效电路，其等效模型为混合型等效电路。型等效电路。n第

6、二类是把器件等效为有源四端网络，用一些网络参数第二类是把器件等效为有源四端网络，用一些网络参数组成的等效模型，主要有组成的等效模型，主要有H 参数等效电路、参数等效电路、Y参数等效参数等效电路等。电路等。 2.2.1 BJT、FET器件的混合器件的混合型等效模型及其参数 信息工程学院 1 BJT、FET器件的混合器件的混合型等效模型及其参数型等效模型及其参数2Iceucibeubi(a) 共发射极接法beuci/bebm/ugcb/Ceb/Ceb/r/bbrcerceubicbe(b)晶体管的混合 参数模型图2-2-1 晶体管的混合 参数模型信息工程学院 1 BJT高频混合高频混合型等效模型及

7、其参数型等效模型及其参数 图图2-2-1(a)为为BJT的共发射极接法的共发射极接法, 根据晶体三极管根据晶体三极管的物理构造及物理过程可得其小信号高频混合的物理构造及物理过程可得其小信号高频混合型等效型等效模型如图模型如图2-2-1(b)所示。所示。 ebmC/ugi(2-2-1) mgeb/uCi式中式中, 表示表示对对的控制才干的控制才干, 称为正向传输电导或跨导。称为正向传输电导或跨导。 mg)mV(26)mA(Eebcebcm/Iuiuig(2-2-2) 信息工程学院 2 FET的高频混合的高频混合等效模型及其参数等效模型及其参数 图2-2-2 场效应管的混合 参数模型信息工程学院G

8、SuDi 它表示栅它表示栅源电压源电压对漏极电流对漏极电流场效应管的放大才干。场效应管的放大才干。 其值普通比其值普通比BJT小一个数量级。小一个数量级。 的控制才干的控制才干,反映了反映了dsr称为交流短路时的漏极输出电阻称为交流短路时的漏极输出电阻, 定义为定义为:0ddsQDdsdsgsuiuiur (2-2-4) 信息工程学院2.2.2 混合混合型参数与型参数与Y 参数的关系参数的关系 图2-2-3 晶体管的Y参数模型信息工程学院),(CEBEBuufi ),(CEBECuufi CECEBBEBEBBddduuiuuiiCECECBEBECCddduuiuuii(2-2-6) (2-

9、2-7) ceCECbeBECcuuiuuiiceCEBbeBEBbuuiuuii(2-2-8) (2-2-9) 信息工程学院be1uu ce2uu bii 1c2ii 由于由于 ，故有 212111b1uYuYii222121c2uYuYii1I1U2I2U11Y1U22Y21Y简化Y参数等效电路由于由于re12YY,它对电路的稳定性它对电路的稳定性影响较大，因此在设计电路时影响较大，因此在设计电路时将采取措施减小或消除其影响将采取措施减小或消除其影响.因此，分析电路时可采用简化因此，分析电路时可采用简化Y参数等效电路参数等效电路信息工程学院011112UUIY称为输出短路时的输入导纳称为输

10、出短路时的输入导纳 012212UUIY 称为输出短路时的正向传输导纳称为输出短路时的正向传输导纳 021121UUIY 称为输入短路时的反向传输导纳称为输入短路时的反向传输导纳 022221UUIY 称为输入短路时的输出导纳称为输入短路时的输出导纳 信息工程学院)(1ebebbbebebie11/CjgrCjgYY)(1ebebbbcbre12/CjgrCjYY)(1ebebbbmfe21/CjgrgYY)(1)ebebbbcbbbmcboe22/CjgrCrgjCjYY (2-2-11) 信息工程学院晶体三极管的晶体三极管的4个个Y参数都是复数，为了计算方便，参数都是复数，为了计算方便，可

11、表示为可表示为 rererefefefeoeoeoeieieieyYyYCjgYCjgY (2-2-12) 信息工程学院 由于晶体管在高频运用时由于晶体管在高频运用时, 其放大特性与任务频率其放大特性与任务频率有关有关, 因此常援用晶体管的频率特性参数来阐明它的高因此常援用晶体管的频率特性参数来阐明它的高频特性。频特性。 fTf (1) 截止频率和特征频率和特征频率jCCrjrgIIU1)(10cbebebebm0bc/Cebm0/rg是晶体管低频运用时的共射极电流放大系数是晶体管低频运用时的共射极电流放大系数 )(21cbebeb/CCrf信息工程学院当当值下降到值下降到0dB时所对应的频率

12、称为特征频率时所对应的频率称为特征频率, 用符号用符号Tf表示表示 fCCgf0cbebmT)(2/jj1)1(1)1 (0000ff)1 (0信息工程学院2.3 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 n小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大微弱的高频信号。微弱的高频信号。 n所谓所谓“小信号是指两种情况小信号是指两种情况: n一是信号幅度足够小，使得一切有源器件一是信号幅度足够小，使得一切有源器件(晶体三晶体三极管、极管、 场效应管或场效应管或IC)都可采用二端口都可采用二端口Y参数或线参数或线性等效电路模型替代性等效电路模型替代; n二是放大器的输

13、出信号与输入信号成线性比例关二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系。系。 信息工程学院“等效电路法的主要步骤等效电路法的主要步骤n用用“等效电路法分析小信号调谐放大器，可分为三等效电路法分析小信号调谐放大器，可分为三个主要步骤：个主要步骤：n首先是认识电路，包括认清电路的组态共射电路首先是认识电路，包括认清电路的组态共射电路等、各元器件的作用，这是电子线路读图的根底；等、各元器件的作用，这是电子线路读图的根底；n其次分析电路的直流通路其次分析电路的直流通路(直流偏置直流偏置)和交流通路，以和交流通路，以便了解电路的实践功能；便了解电路的实践功能；n最后在画出交流等效电路如最后在画出交流等

14、效电路如Y参数等效电路的根参数等效电路的根底上，根据定义计算放大电路的各参数，以此分析放底上，根据定义计算放大电路的各参数，以此分析放大器的电路特性、技术性能和频率呼应等。大器的电路特性、技术性能和频率呼应等。 信息工程学院2.3.1 晶体管调谐放大器 2.3.1.1 单调谐放大器 CCU1bR2bRTeRiu+ +- -ou+ +- -cR(a)低频放大电路1C2CeC1bR2bRbC1TeRCCU1L1CeCiu+ +- -1bR2bR2TeRou+ +- -2L123452n1nTr1Tr2(b)调谐放大器eCbC图2-3-1 小信号电压放大器信息工程学院调谐放大器的根本原理调谐放大器的

15、根本原理 b1R2bReR图图b中中、等组成直流偏置等组成直流偏置 bCeC电路，电路，、为旁路电容。为旁路电容。 2交流分析：在交流等效电路中，由于晶体管的输入、交流分析：在交流等效电路中，由于晶体管的输入、输出导纳与调谐回路并联，使回路值降低，回路谐振输出导纳与调谐回路并联，使回路值降低，回路谐振频率也改动。为使电路获得最大的功率增益，还要求放频率也改动。为使电路获得最大的功率增益，还要求放大器前后级之间阻抗匹配。大器前后级之间阻抗匹配。 1直流任务形状的分析方法直流任务形状的分析方法 3交流等效电路交流等效电路信息工程学院Y参数等效电路参数等效电路 1T1L1C图2-3-1b 单调谐放大

16、器交流通路iu+ +- -2Tou+ +- -2L1 12 23 34 45 52n1nTr1Tr2信息工程学院1ToeY1T2T图图2-3-1中中Tr2一次侧采用部分接入的方式，以减小一次侧采用部分接入的方式，以减小对回路的影响，而对回路的影响，而与与之间的信号传送之间的信号传送的的输出导纳输出导纳那么采用变压器互感耦合。那么采用变压器互感耦合。 Pg1T是是集电极调谐回路损耗电导，集电极调谐回路损耗电导， 1n是初级回路自耦变压器的接入系数，是初级回路自耦变压器的接入系数，2n是一次、二次侧之间变压器耦合的接入系数是一次、二次侧之间变压器耦合的接入系数 2ieY1T/LY将下一级放大器的输

17、入导纳将下一级放大器的输入导纳和回路导纳都等效为和回路导纳都等效为集电极回路的等效负载导纳集电极回路的等效负载导纳信息工程学院iUie1Ycre1UYife1UYoe1YcUbIcI/LY(c)1(1ie2221p21/LYnLjCjgnY图2-3-2 单调谐放大器等效电路 信息工程学院ife1UYnG/C(e)2o/onUU311L图2-3-2 单调谐放大器等效电路 信息工程学院1. 放大器的输入导纳放大器的输入导纳 由图由图2-3-2 b可得到：可得到： iUie1Ycre1UYife1UYcUbIcI1Cpg1L1n2ie22Ynoe1Y/LY(b)123c1rei1iebUYUYILc

18、c1oei1fecYUUYUYI所以所以 )(iLoe1fe1reiie1bUYYYYUYI放大器的输入导纳为放大器的输入导纳为 L1oe1fe1re1ieibiYYYYYUIY(2-3-4) )1(1ie2221p21/LYnLjCjgnY信息工程学院2. 电压增益 )1(1ie2221p21/LYnLjCjgnY (2-3-1) 由图由图2-3-2 c中中 由电压放大倍数的定义有由电压放大倍数的定义有: iouUUA(2-3-5) 1TcU先求先求的集电极电压的集电极电压/Lcfei1oeccYUYUYUI，由图，由图2-3-2 c中中 /L1oeifecYYUYU(2-3-6) 信息工程

19、学院根据变压器电压变换关系，由图根据变压器电压变换关系，由图2-3-2 a 可得可得 sIsYiUie1YcUbIcI1Cpg1L2L1n2nie2YoUcre1UYife1UYoe1Y（a）12345/oU)(/L1oeifecYYUYU)(1/L1oeife12c12/o1oYYUYnnUnnUnU于是，于是， )(/Le1o1fe12iouYYnYnUUAo2/o1UnUo21/o1cUnnUnU (2-3-8) L1eo21fe121YYnYnn信息工程学院求电压增益的方法之二也可以将图也可以将图2-3-2 b 等效为图等效为图2-3-2 e ，从图中得到，从图中得到 ife1UYnG

20、/C(e)2o/onUU311L)1(11ife11o2/oLCjGUYnUnU)1(1ife121oLCjGUYnnUPLe1f211/e1f21iou211)1(ffjQGYnnLCjGYnnUUA“号表示共射极放大器的反相作用号表示共射极放大器的反相作用 信息工程学院7 . 0BWPf7 . 0BWPfPff 思索到在调谐放大器中，思索到在调谐放大器中， 通频带通频带与调谐放大器中心与调谐放大器中心通常满足关系式通常满足关系式: ， 这时将这时将时晶体管的时晶体管的Y参数表示为参数表示为: 任务频率任务频率e ie ie iCjgYeoeoeoCjgYP2ie221oe21ggngnG1

21、2e i221eo21/CCnCnC/1P21CLfGCQ/PL当当Pff 时时 2e i221eo21pfe21ef21uogngngynnGynnA(2-3-12) 信息工程学院3. 通频带与选择性通频带与选择性 单调谐放大器单调谐放大器随频率随频率f而变化的曲线如图而变化的曲线如图2-3-3(a)所示，所示，称为放大器的谐振曲线称为放大器的谐振曲线(幅频特性幅频特性)2uou11AA0.7071fpf2ff7 . 0BW令令21，可得到单，可得到单调谐放大器的通频带为调谐放大器的通频带为:LP7 . 0BWQf图2-3-3 单调谐放大器的频率特性信息工程学院由回路的有载质量因数由回路的有

22、载质量因数 GCQ/PL 可得到可得到: 7 . 0/P/P7 . 0BW2BWCfCG7 . 0BWuoA由此可得到放大器通频带由此可得到放大器通频带与与之间的关系之间的关系 7 . 0/fe21uoBW2CynnA(2-3-16) efy1n2n/C当晶体管参数当晶体管参数且回路参数且回路参数、及及也确定时也确定时: 一定一定常数 2BW/fe217 . 0uoCynnA (2-3-17) 信息工程学院4. 功率增益 1e i212e2oioP0gUgUPPAi在满足在满足1LQ条件时条件时 将全部参数折合并等效为一个典型将全部参数折合并等效为一个典型的的LC并联回路并联回路, 只是一种工

23、程近似，假设不满足这个条件，只是一种工程近似，假设不满足这个条件，这种等效折合将带来较大误差。这种等效折合将带来较大误差。 0oPiP当电路谐振时当电路谐振时，图，图2-3-2 e 所示等效电路中只留下所示等效电路中只留下与输入与输入之比，为放大器的功率增益之比，为放大器的功率增益 总电导总电导G ，放大器保送到下一级放大器的功率，放大器保送到下一级放大器的功率鼓励功率鼓励功率1ee2i2u021e i2fe2e i2221iggAGgygnn (2-3-18) 信息工程学院Pgeo21gn当回路本身固有损耗当回路本身固有损耗时，配匹的条件是：时，配匹的条件是： e2i22L22eo21gng

24、ngn由式由式2-3-18可得最大功率增益为：可得最大功率增益为： e1ioe2feimaxomaxP04ggyPPA2-3-19 fefeYy 其中，其中， 实践电路中，回路本身固有损耗实践电路中，回路本身固有损耗Pg不容忽略，因此实践不容忽略，因此实践功率增益可表示为功率增益可表示为 1ie2ie2L1oe21fe1211ee2i2uP)(ggYynynnggAAi(2-3-20) 信息工程学院谐振时谐振时01ie2ie20u1ie2ie22ie221oe21p1fe121P0)(ggAgggnyngynnA1ee2i2uPiggAAie12ie222fe2221)01 (ggGynn22

25、22ie221oe2122ie221oe212ie1oe22211ie1oe2fe11)()(44Ggngngngnggnnggy信息工程学院令令2ie221oe21gngnq ，称为失配系数。，称为失配系数。 p2ie221oe21gGgngn0且谐振时且谐振时，222p21ie1oe2fep11)()1 (44GgGqqggyAscmax0P2PL21ie1oe2fe)1 ()1 (44AQQqqggy2pLc)1 (QQ 称为回路的插入损耗，称为回路的插入损耗， 2s)1 (4qq 称为失配损耗。称为失配损耗。 信息工程学院例例2-3-1 解解: 设设reY的影响暂不思索的影响暂不思索,

26、 那么回路总电导为那么回路总电导为: e i22eo21pgngngG110.4(0.3)21.5=1.54 (mS) 由知参数，可得到谐振时的电压增益为由知参数，可得到谐振时的电压增益为: 1154. 1583 . 0ef21uoGynnA回路总电容为回路总电容为 35108 . 0)10302(116262P/LCpF 回路外接电容应为回路外接电容应为 通频带为通频带为: 2 . 72BWuo/ef217 . 0ACynn MHz 4 .2412)3 . 0(5 . 9352ie22eo21/CnCnCCpF 信息工程学院5. 计算接入系数的思索计算接入系数的思索 1n2n、的设计有多种思

27、索，的设计有多种思索， 在功率配匹条件下，在功率配匹条件下， 由功率配匹的条件由功率配匹的条件 L22eo21gngnPL22Peo21PL1ggnggnQQ由上述两式可解得由上述两式可解得 ) 1(2LPeoP1QQggn) 1(2LpLP2QQggn信息工程学院6. 多级单调谐放大器的级联 un2u1u,AAA nA 假设一个放大电路由假设一个放大电路由n级放大器级联而成，各级的电压级放大器级联而成，各级的电压， 那么总放大倍数那么总放大倍数 为为: 增益分别为增益分别为uun2u1unuAAAAA 假设假设n级放大器通频带一样、增益一样，级放大器通频带一样、增益一样， 即有即有 un2u

28、u1AAA nnuonu)1 (jAAPff n0u0nuAA当当即即(=0)时，时，n级放大器总放大倍数级放大器总放大倍数:，谐振，谐振曲线表示为曲线表示为 nnuonun)1 (1jAA信息工程学院多级放大器谐振特性及通频带n2PPn)2(11ffQ令令707. 0n 求得求得: 1n/1PPn/1n7 . 0BW1212)BW(Qf式中，式中，PP1BWQf是单级放大器的通频带是单级放大器的通频带 图2-3-4 多级放大器的谐振曲线信息工程学院2.3.1.2 双调谐放大器 多级放大器级联时，虽然电压放大倍数添加较多，通频多级放大器级联时，虽然电压放大倍数添加较多，通频带却变窄，选择性虽有

29、所改善，但与理想矩形相比，仍带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为处理上述矛盾，晶体管集电极回路采用双相差较大。为处理上述矛盾，晶体管集电极回路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这种放大器称为双调谐放大器。带，这种放大器称为双调谐放大器。 图图2-3-5所示是一种常用的双调谐放大电路。所示是一种常用的双调谐放大电路。 信息工程学院其中其中54e3b21RRCRCRR、等是直流偏置电路等是直流偏置电路 图2-3-5 双调谐放大电路信息工程学院1T1L1C图2-3-5 双调谐放大电路交流通路iu+ +-

30、-2Tou+ +- -2L123452n1nTr1Tr262C信息工程学院Y参数等效电路典型的双回路等效电路典型的双回路等效电路 图2-3-6 双调谐放大器等效电路 信息工程学院LLL21CCC21LC1P2P1Pie2222oe1211CnCCnCCie2221oe2121gngnGGG)(1PL21LLLGQQQ为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数一样，即为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数一样，即:p1g2pg那么得到如图那么得到如图2-3-6 b所示的效电路，这是一个典型的所示的效电路，这是一个典型的、互感耦合双调谐回路互感耦合双调谐回路 (未思索未思索信息工程学院(1) 电压放大

31、倍数电压放大倍数 由图由图2-3-6 b，并根据电路分析实际列出以下方程，并根据电路分析实际列出以下方程: /cU1G/cI/oU1L2LC/C2GM(b)ife1/cUYnIo2/o1UnUc1/c1UnU2o/2/c22o2/c/1ife1)1()(0)()1(nULjCjGULjMjnULjMjULjCjGUYn (2-3-31) 信息工程学院思索到两个回路的参数一样，可得到思索到两个回路的参数一样，可得到 2)1 (221fe21ujGYnnjA2222fe21uu4)1 (GYnnAALKQpL2ffQLMK 式中式中, 是回路耦合因数是回路耦合因数, 是回路的相对是回路的相对表示回

32、路的耦合程度，称为回路耦合系数。表示回路的耦合程度，称为回路耦合系数。 失谐失谐, 当一次、二次侧回路谐振当一次、二次侧回路谐振( =0)时时, 放大器电压增益放大器电压增益 2fe21u01GynnA信息工程学院双调谐放大器谐振特性曲线和电压放大倍数的普通表达式双调谐放大器谐振特性曲线和电压放大倍数的普通表达式分别为分别为 22222u0u4)1 (1AAGynnAfe21u021 =1 时时 当当=1时，称为临界耦合，双调谐放大器已到达匹配。时，称为临界耦合，双调谐放大器已到达匹配。 当当1时，时， 称为强耦合，称为强耦合， 放大器谐振曲线为双峰。放大器谐振曲线为双峰。 信息工程学院双调谐

33、放大器谐振曲线 1707. 01fpf图2-3-7 双调谐放大器谐振曲线017 . 0BW1信息工程学院(2) (2) 通频带与选择性通频带与选择性 双调谐放大器较常运用的是临界耦合，这时的谐振曲线为双调谐放大器较常运用的是临界耦合，这时的谐振曲线为: 44PLu0u42)2(42ffQAALP7 . 02BWQf令令 = 0.707，得通频带为，得通频带为: 同样可得矩形系数为同样可得矩形系数为: 16. 3BWBW7 . 01 . 01 . 0K信息工程学院3 多级双调谐放大器 nnAAA)()(u0u1nu44u0un)42()(nAA根据上式，根据上式， 可求得可求得n级双调谐放大器的

34、通频带为级双调谐放大器的通频带为: LP4/1n7 . 0212)BW(Qfn4/112n称为通频带减少系数。称为通频带减少系数。 信息工程学院2.3.2 场效应管调谐放大器场效应管调谐放大器 (1) 场效应管在正常任务时，栅极电流很小场效应管在正常任务时，栅极电流很小(A级级)，所以场效应，所以场效应管的输入阻抗很高，普通在管的输入阻抗很高，普通在107以上。以上。 (2) 场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的输出电阻比晶体管的输出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较输出电阻比晶体管的输出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较大，

35、有利于提高伐谐回路的大，有利于提高伐谐回路的Q值，提高伐谐放大器的选择性。值，提高伐谐放大器的选择性。 图2-3-9 共源极放大器信息工程学院2.3.3 调谐放大器的稳定性 2.3.3.1谐振放大器不稳定的缘由 cUreY前面分析小信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的前面分析小信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的0reY0reY。但在实践运用中，晶体管的反向传输导纳。但在实践运用中，晶体管的反向传输导纳，放大器的输出电压，放大器的输出电压可经过可经过反响到输入端，使输入反响到输入端，使输入电流发生变化。电流发生变化。 图2-3-13 小信号谐振放大器输入,输出回路等效电路信息工程学院如

36、前所述，放大器的输入导纳是频率的函数如前所述，放大器的输入导纳是频率的函数 FYYYYYYYUIYieLoefereieibireYreY式中，第一项反映晶体管的输入导纳，第二项表示由反向式中，第一项反映晶体管的输入导纳，第二项表示由反向引入的输出回路对输入回路的影响，即由引入的输出回路对输入回路的影响，即由引入了反响。引入了反响。 传输导纳传输导纳设设 ssss1LjCjgYieieieCjgY令令 FFLoefereFjBgYYYYY当当ss1LC时时 ssgY 0FB时，时， FFgY 信息工程学院然而然而Fg与频率有关，它能够为负值，即负电导。与频率有关，它能够为负值，即负电导。 假设

37、满足假设满足0)(iesFggg，那么电路产生振荡。，那么电路产生振荡。 2.3.3.3 提高谐振放大器稳定性的措施提高谐振放大器稳定性的措施 为了减小内部反响对放大器稳定性的影响，在选用晶体管为了减小内部反响对放大器稳定性的影响，在选用晶体管cb/C小的器件，频率很高时，应选用砷化小的器件，频率很高时，应选用砷化时，应尽量选用时，应尽量选用镓器件。此外也可在电路上采取措施消除晶体管内部反响镓器件。此外也可在电路上采取措施消除晶体管内部反响作用，常用的方法是中和法以及失配法。作用，常用的方法是中和法以及失配法。 例例2-3-2 信息工程学院(1) 中和法中和法 NC2C2LccUT(a)NCc

38、bC2CALBLBCDA(b)oUBLALBCDANCcbCoUiU(c)图2-3-14中和法消除内部反馈平衡条件为平衡条件为 cbBNA/11CLCL即即 cbBAN/CLLC信息工程学院(2) 失配法失配法 例例2-3-3 图2-3-15共射共基级联放大器信息工程学院2.4 高频集成放大器高频集成放大器 2.4.1 高频集成放大器高频集成放大器的特点的特点 n(1) 电路构造与元器件参数具有对称性。在集成电路的制造工电路构造与元器件参数具有对称性。在集成电路的制造工艺中，一样元器件制造工艺一样，特性和参数的一致性好。往艺中，一样元器件制造工艺一样，特性和参数的一致性好。往往采用构造对称或元

39、件参数匹配的电路方式往采用构造对称或元件参数匹配的电路方式(如差分放大器等如差分放大器等)，利用参数补偿的原理来提高电路的性能，尤其是提高电路的高利用参数补偿的原理来提高电路的性能，尤其是提高电路的高频特性。频特性。n(2) 用有源器件替代无源器件。由于集成化的晶体管有源器件用有源器件替代无源器件。由于集成化的晶体管有源器件占用的芯片面积小，参数也易匹配，在模拟集成电路中，通常占用的芯片面积小，参数也易匹配，在模拟集成电路中，通常用晶体管或用晶体管或FET等有源器件替代电路中的电阻、等有源器件替代电路中的电阻、 电容等无源电容等无源器件。器件。n(3) 采用复合构造的电路。由于复合构造电路的性

40、能好，因此采用复合构造的电路。由于复合构造电路的性能好，因此在模拟集成电路中，常采用复合晶体管：共射在模拟集成电路中，常采用复合晶体管：共射共基组合、共共基组合、共集集共基组合或共源共基组合或共源共栅组合等复合构造电路。共栅组合等复合构造电路。n(4) 外接元件少、可靠性高。由于在半导体芯片上制造电感、外接元件少、可靠性高。由于在半导体芯片上制造电感、大容量电容及高阻值电阻等较为困难。大容量电容及高阻值电阻等较为困难。 信息工程学院2.4.2高频集成电路放大器高频集成电路放大器 2.4.2.1 高频集成选频放大电路高频集成选频放大电路 图2-4-1 MC0组成的放大器 信息工程学院2.4.2.

41、2 高频宽带放大器 图2-4-3 TA7060组成的放大器图2-4-4 高频宽带集成放大器upc1651信息工程学院2.5 放大器的噪声放大器的噪声 2.5.1内部噪声的特点和来源内部噪声的特点和来源 2.5.1.1电阻热噪声电阻热噪声 内部噪声主要由电阻、谐振电路和半导体器件内部内部噪声主要由电阻、谐振电路和半导体器件内部所具有的带电粒子无规那么运动产生的。所具有的带电粒子无规那么运动产生的。 电阻内部的带电粒子自在电子在一定温度下，电阻内部的带电粒子自在电子在一定温度下，总是处于无规那么的热运动形状，产生起伏电流脉冲。总是处于无规那么的热运动形状，产生起伏电流脉冲。大量的带电粒子所产生的许

42、多个起伏电流脉冲相叠加，大量的带电粒子所产生的许多个起伏电流脉冲相叠加，就构成了电阻的热噪声电流，从而可在电阻两端产生噪就构成了电阻的热噪声电流，从而可在电阻两端产生噪声电压和噪声功率。声电压和噪声功率。 信息工程学院电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，如图如图2-5-1所示。所示。 f)( fS0nf图2-5-1 起伏噪声频谱有色噪声白噪声信息工程学院电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，1310Hz以上的频率以上的频率如图如图2-5-1所示。在直流分量不断到所示。在

43、直流分量不断到范围内，电阻热噪声的各频率分量的强度根本相等。范围内，电阻热噪声的各频率分量的强度根本相等。 起伏电流流过电阻起伏电流流过电阻R时，电阻两端会产生噪声电压时，电阻两端会产生噪声电压nu和噪声功率。和噪声功率。 假设用假设用)( fS表示噪声的功率谱密度表示噪声的功率谱密度,单位为单位为W/Hz , 那么那么KTRfS4)(虽然电阻热噪声的频谱很宽，但经过通频带为虽然电阻热噪声的频谱很宽，但经过通频带为7 . 0BW的放大器后，热噪声的频谱由放大器的带宽所确定。的放大器后，热噪声的频谱由放大器的带宽所确定。 信息工程学院假设热噪声的频谱所占等效带宽为假设热噪声的频谱所占等效带宽为n

44、f,那么电阻热噪声在那么电阻热噪声在单位频带内的热噪声电压和热噪声电流的均方值分别为：单位频带内的热噪声电压和热噪声电流的均方值分别为： n_2n4fKTRun_2n4fKTGi噪声电压的有效值为噪声电压的有效值为: n2n4fKTRu图2-5-2 电阻热噪声等效电路信息工程学院2.5.1.2 晶体管的噪声晶体管的噪声 (1) 散粒噪声散粒噪声 散粒噪声是晶体管的主要噪声。散粒噪声是晶体管的主要噪声。 由于晶体管内部载流子随机地经过由于晶体管内部载流子随机地经过PN结，即单位时结，即单位时间内经过间内经过PN结的载流子数目不同，使得经过集电结的电结的载流子数目不同，使得经过集电结的电流在平均值

45、上下作不规那么的起伏变化，其根本性质与热流在平均值上下作不规那么的起伏变化，其根本性质与热噪声类似，频谱范围也非常宽。噪声类似，频谱范围也非常宽。 其中，发射结散粒噪声电流的均方值为其中，发射结散粒噪声电流的均方值为 nE_2en2fqIi(2) 热噪声热噪声 nbb_2bn/4fKTru(3) 分配噪声分配噪声 )1 (202nc_2cnfqIi信息工程学院2.5.2 噪声系数噪声系数2.5.2.1 放大器的噪声放大器的噪声系数定义系数定义 nsPPfN电路中某一特定点的信号功率与噪声功率的比，称为电路中某一特定点的信号功率与噪声功率的比，称为或或S/N表示，放大器的噪声系数定义表示，放大器的噪声系数定义表示，即表示，即 信噪比，用信噪比，用为放大器的输入信噪比为放大器的输入信噪比(S/N)i 与输出信噪比与输出信噪比(S/N)o的比，的比，且用符号且用符号)()/()()(nosonisioifPPPPNSNSN或或 )()/(lg10)()(lg10)dB(nosonisioifPPPPNSNSN5-2-12 信息工程学院)(nisiPP)(nosoPP式中式中和和 分别为放大器的输入端信噪比和分别为放大器的输入端信噪比和输出端信噪比。输出端信噪比。 susiPniPsR输入端的信号功率输入端的信号