aa小信号放大_晶体管参数09_29ok

1、交作业交作业:1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-721LLL并联电容为C电感线圈的总电感 (忽略回路互感的影响) 电感线圈 的匝数电感线圈 的匝数1N2N1L2L21NNN11LNpLN01)(0210CLL010201()0LLC1020011CLC令变换前后的谐振频率不变 LCCL11110谐振时阻抗串并互换 22212222011121()abPdbLLLLLCZQ rrp Rp ZrrLCr由中间抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高 倍。21p由高抽头向中间抽头转换时，等效阻抗降低 倍2p2112121211CCCCCCCCUUpT电容分压式部分接入,阻抗变比折合关系电

2、流折合关系21;SSSSRRIpIp112 2SSSSI R =I R22能量守恒几种常见的部分接入的并联谐振回路的接入系数如下：几种常见的部分接入的并联谐振回路的接入系数如下： (a) (b) (c) LLp/1LMLp/ )(1有互感有互感：)/(211CCCp)/(2122CCCpLLp/11LC2R0UUTC1( b )LC2R0UUTC1( b )LR1UTC1C2( e )U1LR1UTC1C2( e )U1LCR0UUT( a )IILL1LCR0UUT( a )IILL1LR1UC2C1( c )UTL1LR1UC2C1( c )UTLR1UC2C1( c )UTL1R1UT(

3、 d )U1LCL1R1UT( d )U1LCL11L2L1N2N1U2ULRC1NN1NNN1N( f )2Rp R2RR / p （抽头到回路）（回路到抽头）电阻的折算：电阻的折算：电导的折算：电导的折算：2gp g （抽头到回路）2ggp（回路到抽头）阻抗的折算：阻抗的折算：2Zp Z2ZZ / p （抽头到回路）（回路到抽头）/TUUpTUU p电压源的折算电压源的折算：（回路到电源）（回路到电源）（电源到回路）（电源到回路）（电源到回路）（电源到回路）电流源的折算：电流源的折算：TIpI/TIIp（回路到电源）（回路到电源）LLLRRCCCRn161212122L等效到两端的电阻RL

4、=L等效到输入端的电阻 RL=LLLRNNRNNRn2212212116 如要求Ls， 则16(N1/N2)2 RL=Rs。 所以125.01621LsRRNN1.5.7.3 1.5.7.3 双调谐耦合谐振回路的频率特性：双调谐耦合谐振回路的频率特性：设初次级具有相同的参数，即设初次级具有相同的参数，即121212;MLLL CCC GGG CC初次级具有相同的参数，即初次级具有相同的参数，即12;LLLQQQ12= = 广义失谐广义失谐令令MC+CC12SMIVG 1+jj C V2101MV Gjj C V11112SMVIGVj CVj CVVj L222210MVGVj CVj CVV

5、j L列出列出2个节点方程个节点方程2222222222112MSMSMMj C Ij C IVCGjCGjG联立求解可得联立求解可得22222214SIVVG于是有于是有MCG定义耦合因子定义耦合因子求出求出V V2 2的极大值的极大值全谐振时 02max2SIVG222222max2 (1-155)(1)4VV于是求得归一化抑制比为于是求得归一化抑制比为MMLCCCQkGGC耦合因子耦合因子1时时，谐振曲线是双峰曲线，还出现谐振曲线是双峰曲线，还出现凹坑，这种情况称为凹坑，这种情况称为强耦合强耦合221凹坑的幅度凹坑的幅度200.70.707BW221LffQ 高频放大器的种类丰富，应用范

6、围非常广泛，高频放大器的类型包括宽带和窄带功率放大器、低噪声放大器(LNA)、对数放大器、运算放大器以及可变电压放大器。它们有芯片、带表面贴(SMT)封装的器件等样式，最小的RF/微波放大器是单片微波集成电路(MMIC)器件。提供MMIC放大器芯片和带封装的MMIC放大器模块的公司很多，包括ADI、Filtronic公司、Hittite微波公司、Cree 、飞思卡尔(Freescale)、 Microwave Technology公司、Mimix Broadband公司、Mini-Circuits公司和RFMD公司等。小信号小信号：信号电平处在放大器的“线性”范围内部可认为是“小”信号。“线性

7、”：指非线性项在这里起的作用很小，可以忽略。高频小信号放大器的分类：所用器件不同：晶体管、场效应管、集成电路放大器。通过频谱的宽窄：窄带、宽带放大器。电路形式：单级、级联放大器。 负载性质：谐振、非谐振放大器。 谐振放大器谐振放大器用串联或并联谐振回路或耦合谐振回路作为放大器的负载。谐振回路的谐振频率(考虑晶体管影响后)位于输入信号的中心频率。信号带宽与谐振回路的通频带基本一致。放大器对信号有极大的增益，信号带宽外，增益迅速减小。谐振放大器具有很好的选频能力。性能指标性能指标 ：电压增益 ：放大器的输出信号电压(负载上的电压) 与输入信号电压之比 。 功率增益 ：负载上输出信号功率与输入信号功

8、率之 比 。VA20lg()VA dBPA10lg()PA dB1增益增益2. 通频带与选择性通频带与选择性小信号放大器的通频带与谐振回路相同，决定于回路的等效品质因数QL。通频带用三分贝带宽来描述。放大器从含有各种不同频率的信号中选出有用信号排除有害(干扰)信号的能力，称为放大器的选择性。选择性用矩形系数 或 ， 来表征0.1rK0.001rK0.01rK0.10.10.7072/ 2rKff 0.010.010.7072/ 2rKff 3. 噪声系数噪声系数 通常用信噪比信噪比来表示噪声对信号的影响，电路中某处信号功率与噪声功率之比称信噪比。信噪比越大，信号质量越好。 噪声系数噪声系数是用

9、来反映电路本身噪声大小的技术指标。其定义为输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值。噪声系数越接近于1，说明放大器的抗噪能力越强，输出信号的质量越好。4工作稳定工作稳定工作稳定性是指放大器的工作状态(直流院置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。一般的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激以致使放大思完全不能工作。1增益 2. 通频带与选择性 3. 噪声系数 4工作稳定以上四项性能指标，相互间有联系也有矛盾。如增益和稳定性，通频带和选择性以上四项性能指标，相互间有联系也有矛盾。如增益和稳定性，通频带和

10、选择性等。因此，应根据要求决定主次和取舍。等。因此，应根据要求决定主次和取舍。 2.1.2 高频晶体管小信号等效电路模型与参数高频晶体管小信号等效电路模型与参数 1.高频晶体管网络参数模型网络参数模型实质上是将晶体管看成是四端网络，用网络参数等效晶体管特性，晶体管的内部物理过程不予考虑。112212ierefeoeIy Vy VIy Vy V1122ierefeoeyyIVyyIV2110ieVIyV2210feVIyV输出短路时的正向传输导纳 1120reVIyV1220oeVIyV输入短路时的反向传输导纳 输入短路时的输出导纳 网络参数的物理含义短路导纳参数仅表示晶体管在输入端或输出端短路

11、时的参数。它们是晶体管本身的参数只与晶体管的特性有关而与外电路无关所以又称内参数。晶体管构成放大器后，由于输入端、输出端都接有外电路晶体管和有关外电路被看成一个整体，于是得到相应的放大器y参数它们不仅与晶体管有关而且与外电路有关，故又称外参数。2.高频晶体管的物理模型混合型等效电路3晶体管混合型电路参数与网络参数之间的转换cmb eb eb cb emb cIg VVj CVgj Cbb eb eb eb cIVgjCCbbb eb bb eb eb eb cb ebbIVVgVgjCCVg0cbbb eb eb cbiebbbb eb eb cVggjCCIyVggjCC0cbbmb ccf

12、ebbbb eb eb cVggj CIyVggjCC输出短路,计算yie和yfecccemb eb ebbb eb eIV gg VVggj Cbb ebbIV g 11cb ebbb eb eb cbbb eb eb ebbb eb eb cb cVVggj Cj Cggj CVggjCCj C输入短路,计算yre和yoe0bbbbb crecbbb cb eb cVIgj CyVggjCC0bb cmbbb eb ecoececbbb eb eb cVj Cgggj CIygVggjCC 1.短路电流放大系数短路电流放大系数 和和 截止频率截止频率f0ccVbII即即 时，时，Cbe，b

13、c和和rbe三者并联三者并联0cV1()11()()1()b eb eb cb eb ebbb eb eb cb eb eb cmb ecmb ebb eb eb crjCCrVIIjrCCrjCCg rIg VIjrCC001()12()cbb eb eb cb eb eb cIIjrCCjrf CC 式中式中 是低频是低频 时的电流放大系数。时的电流放大系数。0m b eg r截止频率截止频率f 定义：当定义：当 的频率，即的频率，即02002212b eb eb cfrCC12b eb eb cfrCC解上述方程得：解上述方程得： 2.特征频率特征频率fT晶体管的放大性能还用特征频率晶体

14、管的放大性能还用特征频率fT表示。表示。 fT是是 时的频率时的频率.1 解之得解之得:ffT120 当当0远远大于远远大于1时时ffT002|1ff 于是01fjf 共射阻态共射阻态高频电流高频电流放大倍数放大倍数0Tff2/|1 ()Tffff工作 ff工作若：/|/TTffffff工作工作例例:MRF571， ， ，计算 时的 。=8000 MHzTf0=1001000 MHzf工作|/8Tff工作ff工作解：当晶体管共射组态时，工作于远大于当晶体管共射组态时，工作于远大于 的工作频率时，的工作频率时，电流放大倍数的模值与电流放大倍数的模值与fT的关系式的关系式(出厂参数有出厂参数有fT

15、和和0 0)f02|1ff 最高振荡频率 :晶体管功率增益 时的工作频率, 表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。在此频率工作时，晶体管已得不到功率放大。一般当工作频率大于最高振荡频率时，无论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。 maxf1PA maxTfffmaxf表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。实际工作频率应小于等于最高振荡频率的1/31/4。max124mbbb eb cgfr C C可以证明高频晶体管各频率参数的大小关系CCU1bR2bRTeRiu+ +- -ou+ +- -cR(a)低频放大电路1C2CeC图2-7 一级中放y参数等效电路 /2Lp2ie22111()yGj Cp

16、 ypj L由图由图2-7 b可得到：可得到： bie1ire1cIyVyVcfe1ioe1ccLIyVyVV y 所以所以 fe1bie1ireioe1L()yIy VyVyy放大器的输入导纳为放大器的输入导纳为 bre1fe1iie1oe1LiIyyyyyyV(2-21) /2Lp2ie22111()yGj Cp ypj LbiiIyV/2Lp2ie22111()yGj Cp ypj L (2-22) 图中图中电压放大电压放大倍数的定义倍数的定义: ioVVAVVA/ccioe1fe1cLIV yV yV y 1TcV先求先求的集电极电压的集电极电压，由右图可知，由右图可知fe1ic/oe

17、1LyVVyy 恒等变形可得恒等变形可得fe1i22o2c/11oe1L12fe1i2/1oe1L()()pyVppVp VVppyyp p yVpyy 12fe112fe12/221oe1Li1oe1p2ie21()oVVp p yp p yApyyVp yGj Cp yj L/2Lp2ie22111()yGj Cp ypj L通过并联谐振通过并联谐振回路电压回路电压VP中转中转12fe122p1oe12ie21Vp p yAGj Cp yp yj Loe1ie222oeoeieieygj Cygj C实际晶体管的等效参数显容性实际晶体管的等效参数显容性12fe12222p1oe2ie21o

18、e2ie21Vp p yAGp gp gjCp Cp Cj L22p1oe2ie2221oe2ie2gGp gp gCCp Cp C令令12fe112fe1012fe112111VLp p yp p yAQfgj Cgjj Lfp p ygj当当0ff时时 12fevop p yAg(2-28) 2vovo011; 1 21vvLAAAjAfQf定义谐振放大器定义谐振放大器的归一化抑制比的归一化抑制比 012fLC谐振谐振频率频率0LCQg有载品有载品质因数质因数02LfQf广义广义失谐失谐12fe112fe112fe1011121VLp p yp p yp p yAgjQfgj Cgjj L

19、f2222012212200221221111LoeiepoeiepppoeieppQL p gp gGp gp gLGGGQp gp gGG202211;pieLoeQGp gQpg调整接入系数调整接入系数求电压增益最大值求电压增益最大值 12fe111Vp p yAgj201221poeLieQGp gQpg020VAp令令 302221240pieLQGpp gQ02212pLoptieQGQpg将将p1带入带入2-28式式24022201piefeLVoeQG pp gyQAgg将将p2带入带入2-28式式24011021poefeLVieQG pp gyQAgg010VAp令令 30

20、111240poeLQGpp gQ0112pLoptoeQGQpg将将p1opt p2opt带入带入2-28式式00212feLVMaxoeieyQAQg g谐振时功率增益谐振时功率增益Ap21iiiePV goPiPAP输出部分输出部分谐振时谐振时212222222221feiooieabieieoeLpp yVPV gV p gpgp yy2122211feiepieoeLpp p ygAgp yy并联回路和输出都谐振时并联回路和输出都谐振时2212222212211feieiepovooepieieiep p yggAAp gGp ggg2p2ie21LpyGj Cp yj L12121

21、212222222122222222222221214141feiepieoeiefeoeieoeieoeiep pygAggp gp gyp g p gg ggp gp g令令12222oepiep gPp g2222141411fepPpoeiePygGPAg ggP222210411411fePLpoeiePyPQAg gQP212211feiepiep p ygAggj Cj L222210411411fePLpoeiePyPQAg gQP241PPPP201LQQ2112max14fepooeieyAg gvo11vAAj谐振放大器的归一化抑制比与单调谐回路有相同表达式 故3dB通频

22、带也与单调谐回路有相同表达式 00.7070.7072LfBfQ 000.707012LCfQfLgg(1-119)00.70712fe12fevo0.7072222LCgCfQp p yp p yAgCf12fevo0.70722p p yAfC20.10.10.70721019.952rfKf 选择性(矩形系数)也与单调谐回路有相同表达式 例2.1 如图2-9所示单谐振回路放大器， 已知晶体管的y参数，求1)放大器工作中心频率2)谐振时电压增益 3) 放大器带宽3411213245131301.1 10,1.1 10,0.08,25,6=16,20=4,1.5,12.Q100ieoefei

23、eoegs gs ysCpF CpFLNNLNLHCpF L； 中，圈圈, 中，圈的012fLC解： 1) 工作中心频率12113160.820NpN22122oeieCCp Cp C4521340.220NpN 600134 10pGSQL 2241221.48 10poeiegGp gp gS023pLGQQg21feVop p yAg00.7072LffQ2)谐振时电压增益3) 放大器带宽851.37 MHz31.68MHz当单级放大器的增益不能满足要求时当单级放大器的增益不能满足要求时,即可采取多级放大器。即可采取多级放大器。其中每一级可调谐在同一个频率上，称为其中每一级可调谐在同一个

24、频率上，称为同步调谐放大器同步调谐放大器;也也可以调谐在不同的相近的频率点上可以调谐在不同的相近的频率点上,称为称为参差调谐放大器参差调谐放大器.总增益的模总增益的模 |Av|=|Av1|*|Av2|*|Av3|Avn | 2.38若各级放大器是完全相同的单级放大器若各级放大器是完全相同的单级放大器,则则1nvvAA220.707202111nnnLnoAfQAf若各级放大器是完全相同的若各级放大器是完全相同的单级放大器，归一化抑制比单级放大器，归一化抑制比3dB带宽：令带宽：令f0.7代表代表An/An0=0.707时的频率偏移时的频率偏移,则有则有220.70702112nLfQf 解上式

25、得解上式得1100.707122121nnnLfBfBQ (2.41) n是大于是大于1的正整数的正整数, 称为级联放大器缩小因子。具体数值见称为级联放大器缩小因子。具体数值见表表2.1所示。所示。121n表表2.1 带宽缩小因子带宽缩小因子121n按矩形系数的定义可得按矩形系数的定义可得10.10.110.70721001221nrnfKf表表2-2 矩形系数与级数的关系矩形系数与级数的关系当级数当级数n增加时增加时,矩形系数有所改善，级数越多，矩形系数有所改善，级数越多，Kr0.1变化越缓慢。变化越缓慢。即当即当n趋于无穷时趋于无穷时,Kr0.1也只有也只有2.56。可见这种改善是有限度的

26、。可见这种改善是有限度的。随着级联级数的增加，增益变大，通频随着级联级数的增加，增益变大，通频带却变窄，通常需要大的增益又需要足带却变窄，通常需要大的增益又需要足够的通频带，参差调谐放大器就是为了够的通频带，参差调谐放大器就是为了解决这个矛盾而提出的。解决这个矛盾而提出的。多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为解决上述矛盾，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

27、频带，这种放大路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这种放大器称为双调谐放大器。器称为双调谐放大器。 双调谐双调谐放大器放大器等效等效电路电路 为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，则得到如图为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，则得到如图b所示所示的效电路，这是一个典型的互感耦合双调谐回路的效电路，这是一个典型的互感耦合双调谐回路 考虑到两个回路的参数相同，可得到考虑到两个回路的参数相同，可得到 12fevv2222(1)4p p YAAGLKQLp2 fQfKM L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路的耦合程度，称为

28、回路表示回路的耦合程度，称为回路耦合系数耦合系数。 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 12fev021p p yAG2222v02(1)4vAA12fev0Max 12p p yAG；17 . 0BW1双调谐放大器较常使用的是双调谐放大器较常使用的是临界耦合，谐振曲线表示为临界耦合，谐振曲线表示为: 44LP22244()fQfP0.7LBW2fQ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: 0.10.10.7BW103.16BWK (1) 场效应管在正常工作时，栅极电流很小场效应管在

29、正常工作时，栅极电流很小(A级级)，所以场效应管的输入阻抗很高，一，所以场效应管的输入阻抗很高，一般在般在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，场效应管的输出电阻比晶体管的输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、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的Q值，提高调谐放值，提高调谐放大器的选择性。大器的选择性。 2.1.7 高频小信号调谐放大器的稳定性 1.放大器稳定性分析放大器稳定性分析 cVrey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

30、面分析小信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的re0y re0y。但在实际应用中，晶体管的反向传输导纳。但在实际应用中，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通过可通过反馈到输入端，使输入反馈到输入端，使输入电流发生变化。电流发生变化。 bre1fe1iie1oe1LiIyyyyyyV放大器的输入导纳为：1sssygj Cj LFieiyyYLoefereFyyyyyieieieCjgyFFFjbgy11arctg振荡的临界条件为：0isYy0refesieoeLy yyyyy()()1sieoeLrefeyyyyy y11211()(1)() 1siessieiessi

31、ejsieyygj Cgj Cj Lggjgge0110()ffQff012ssiefL CC01siesieCCQgg22arctg()()1sieoeLrefeyyyyy y22221(1)1oeLoeLoeLjoeLyygGj Cj LgGjgGe0220()ffQff012fLC2oeLCQgG设输入、输出回路相同， 12 1222()()(1)1|ferejsieoeLjjferegggGeyyee22()()(1)1|ferejsieoeLjjferegggGeyyee2()()(1)1|2sieoeLfereferegggGyy2ferearctg2feretg221121 co

32、s()211 cos()1 cos()fereferefereferetg 自激振荡条件 放大器不稳定1SK 510SK ()() 21|1cos()sieoeLfereferegggGyy2()()|1cos()sieoeLSfereferegggGKyy稳定性系数1SK 放大器稳定的临界状态1SK 放大器稳定 设 1gggies2gGgLoe122|1cos()Sferefereg gKyyTff工作|fefeyyrereCjy0090re|2021fereSyCggKreC反馈电容2221021|2ppyCggKfereS输入、输出回路都是部分接入1p2p接入系数为考察增益与稳定系数之间

33、的关系,作进一步分析.resfeVCKyA00|2稳定性系数 是与放大器的电压增益相关联的。SK12ggg电压增益 就被限定了晶体管选定后(即 和 给定)|feyreC0VA增益太高，会引起电路稳定性恶化。 若工作频率确定且SK确定120|feVp pyAg将放大器的电压最大增益表达式 带入前式 且分析特定情况,假定2.提高放大器稳定性的措施提高放大器稳定性的措施 一是从晶体管本身想办法，选取反向传输导纳一是从晶体管本身想办法，选取反向传输导纳yre小的晶体管。小的晶体管。 二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有有

34、中和法中和法与与失配法失配法。NC2C2LccUT(a)平衡条件平衡条件 cbBNA/11CLCL即即 cbBAN/CLLCNCcbC2CALBLBCDA(b)oUBLALBCDANCcbCoUiU(c)图2-12谐振回路的中和电路(1) 中和法中和法 (2) 失配法失配法 图2-13 共射共基级联放大器习题讲解习题讲解 习题习题 某晶体管在VCE=10V，IE=1mA时的fT=250MHz，又 可忽略,求该晶体管在fT=10MHz时的共发射极电路的Y参数。bbbc0cer70,C3pF,50,g10 S; 112212ierefeoeIy Vy VIy Vy Vbebcg,g习题习题晶体管组

35、成的单回路中频放大器，如图所示。已知fo=465kHz，晶体管经中和后的参数为：gie=0.4mS,Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，Yfe=36.8mS,Yre=0，回路等效电容C=200pF，中频变压器的接入系数p1=N1/N=0.35，p2=N2/N=0.035,回路无载品质因数Q0=80，设下级也为同一晶体管，参数相同。试计算： （1）回路有载品质因数 QL和 3 dB带宽 B0.7;（2）放大器谐振时的电压增益；(3) 中和电容值。（设Cbc=3 pF）3-1200022465 10202 107.37480 固有谐振电导为CfgSQ 22262361200.3555 100.0350.4 107.374 1014.6 回路总电导为goeiep gp ggS 解：根据已知条件可知,能够忽略中和电容和yre的影响。得：2222122000.35180.035142202oeieCp Cp CpF 回路总电容为C1)有载品质因数 QL02 CgLfQ 11110.3531.61510.65中和电容nb cb cNpCCCpFNNp答：品质因数QL为40.4,