CH01 小信号调谐放大器

1、1课程名称：高频电子线路高频电子线路(CH01)适用专业：电子系电子系任课教师：王志国王志国2014年2月2第第0101章章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)1.11.1 概述概述1.3 1.3 小信号调谐放大器小信号调谐放大器1.4 1.4 小信号集中选频放大器小信号集中选频放大器 1.2.11.2.1 并联谐振回路1.2 1.2 谐振回路谐振回路 1.2.21.2.2 并联谐振回路在复频域 上的极零点图 1.2.31.2.3 信号源内阻和负载对谐 振回路的影响和阻抗变 换关系 1.2.41.2.4 耦合谐振回路 1.3.11.3.

2、1 混合 参数等效电路 1.3.21.3.2 高频 参数等效电路y 1.3.31.3.3 单回路调谐放大器 1.3.41.3.4 多级单调谐放大器 1.3.51.3.5 双回路调谐放大器 1.3.61.3.6 参差调谐放大器 1.3.71.3.7 调谐放大器的稳定性 1.4.11.4.1 集中选择滤波器 1.4.21.4.2 多级宽带放大器多级宽带放大器3 前面我们已经提到，在无线电通信系统中，信息的传输是通过前面我们已经提到，在无线电通信系统中，信息的传输是通过载波携带基带信息载波携带基带信息来实现的。在无线电通信中，我们把低频信号加来实现的。在无线电通信中，我们把低频信号加载于高频载波之上

3、的信号处理过程叫做载于高频载波之上的信号处理过程叫做“调制调制”，完成调制任务的，完成调制任务的电路叫做电路叫做调制电路调制电路，或叫做，或叫做调制器调制器。 在模拟信息处理中，调制方式有三种：在模拟信息处理中，调制方式有三种： 振幅调制振幅调制（Amplitude ModulationAM） 频率调制频率调制（Frequency ModulationFM） 相位调制相位调制（Phase Modulation PM） 三种调制所产生的已调波如下图三种调制所产生的已调波如下图(下一页下一页)所示：所示：1.1 1.1 概述概述第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small si

4、gnal tuned amplifier)4第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)调制信号，频率：调制信号，频率：F载波，载波， 频率：频率：fc调幅波调幅波, 频带：频带：BW=2F调频波，调频波， 频带：频带：BW=2( +1)F调相波，调相波， 频带：频带：BW=2( +1)Ffmpm5第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)对实际的调幅无线通信，电磁信号的频谱如下图所示：对实际的调幅无线通信，电磁信号的频谱如下图所示：(a)(a)调幅无线电信

5、号；调幅无线电信号；(b)(b)理想特性；理想特性；(c)(c)理想输出；理想输出；(d)(d)实际特性；实际特性；(e)(e)实际输出实际输出fffff0f0fcf幅频幅频(a)(b)(c)(d)(e)相频相频0f0f 实际中，调制信号不是一实际中，调制信号不是一个单频信号，而是从个单频信号，而是从 到到 是一个频带。如图是一个频带。如图(a)所是。所是。LfHf图图1-1调幅信号和调谐放大器的特性调幅信号和调谐放大器的特性6第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 由图中，可看出：由图中，可看出： 对于理想的幅频特性对

6、于理想的幅频特性 输出信号无失真、无干扰输出信号无失真、无干扰 对于实际的幅频特性对于实际的幅频特性 输出信号有失真、有干扰输出信号有失真、有干扰 也就是说，要想使放大后的信号尽量保持原信号的各频率成分也就是说，要想使放大后的信号尽量保持原信号的各频率成分以及各频率成分之间的相位关系，并且无干扰，调谐放大器的特性以及各频率成分之间的相位关系，并且无干扰，调谐放大器的特性就必须尽量接近理想特性。就必须尽量接近理想特性。 无线电接收机的高频放大器和混频后的中频放大器都是无线电接收机的高频放大器和混频后的中频放大器都是小信号小信号选频放大器选频放大器。通常：。通常： 高频放大器：中心频率是可调的，常

7、称为小信号调谐放大器；高频放大器：中心频率是可调的，常称为小信号调谐放大器； 中频放大器：中心频率是固定的，常称为小信号谐振放大器。中频放大器：中心频率是固定的，常称为小信号谐振放大器。 小信号选频放大器，由于它的中心频率一般较高，而频带宽度小信号选频放大器，由于它的中心频率一般较高，而频带宽度相对较窄，即相对较窄，即 所以，我们把这种放大器称为所以，我们把这种放大器称为窄带放大器窄带放大器。而模拟电子技术中介绍。而模拟电子技术中介绍的电压放大器大都是的电压放大器大都是 ，所以它们是宽带放大器。，所以它们是宽带放大器。10fBW10fBW7第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（

8、Small signal tuned amplifier)小信号谐振中频放大器小信号谐振中频放大器技术要求：技术要求： 1.增益：增益： 由对接收机灵敏度的要求而定。要求接收机灵敏度高的，则放由对接收机灵敏度的要求而定。要求接收机灵敏度高的，则放大器的增益就要高，灵敏度要求低的，增益也就可低些。但不管增大器的增益就要高，灵敏度要求低的，增益也就可低些。但不管增益大小，都必须是稳定的，因此，这里的增益指的是稳定性增益。益大小，都必须是稳定的，因此，这里的增益指的是稳定性增益。增益有功率增益和电压增益。如下所示：增益有功率增益和电压增益。如下所示：i0Vlog20VVAioplog10PPA 电压

9、增益： 功率增益：分贝表示：iVVAoVi0PPPA 8第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 2. 2.通频带：通频带： 放大器的电压增益下降到谐频增益放大器的电压增益下降到谐频增益AV0的的0.707（即（即1/ ）倍时，）倍时，所对应所对应 的频率范围称为放大器的通频带，用的频率范围称为放大器的通频带，用 表示。表示。2 f 0.7也称为也称为3 3分贝带宽，或称为半功率点带宽，如下图所示。分贝带宽，或称为半功率点带宽，如下图所示。7 . 02 fBW2BWfAv/AvoAp/Apo0f1BWf0.7幅频0f10.

10、5功频9第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，即让必要的信号一定频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，即让必要的信号频谱分量通过放大器。频谱分量通过放大器。 放大器的通频带决定于负载放大器的通频带决定于负载谐振回路，回路的形式和回路谐振回路，回路的形式和回路的等效品质因数的等效品质因数Q。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加

11、而改变。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。改变。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。 3.3.选择性：选择性： 从各种不同频率信号的总和（有用的和无用的）中从各种不同频率信号的总和（有用的和无用的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性，选择性选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性，选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。常采用矩形系数和抑制比来表示。 为什么要求要有一定的通频带？为什么要求要有一定的通频带？ 矩形系数矩形系数： 为了表示实际曲线接近理想曲线（为了表示实际曲线接近理想曲线（矩形矩形）的程度，引入）的程度，引入“矩形矩形系数系数”，它表示对邻道干扰的抑制能

12、力，它表示对邻道干扰的抑制能力， Kr 表示：表示：为讨论方便，相对增益用为讨论方便，相对增益用S表示，即表示，即 S=AV/AV0 （1-1）描述放大器选择性能。描述放大器选择性能。10第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)7.01.01022rffK 2 f0.1, 2 f0.01分别为放大倍数下降至分别为放大倍数下降至0.1和和0.01处的带宽，处的带宽，Kr 愈愈接近于接近于 1 越好。越好。0.10.12BWf7 . 02 fBW图图1-2放大器的通频带和矩形系数放大器的通频带和矩形系数 f AV/AVo 2f

13、0.1 2f0.7 理 想 0.1 0.7 1 实 际 10.7070.1抑制比抑制比 表示对某个干扰信号 fn 的抑制能力，用dn表示：v0nvnAdA7 . 001. 0r0.0122ffK（1-2）11 4. 4. 工作稳定性：工作稳定性： 是指在电源电压、器件参数或温度等变化时，以上三参数的稳是指在电源电压、器件参数或温度等变化时，以上三参数的稳定程度以及中心频率稳定性、温度稳定性等。定程度以及中心频率稳定性、温度稳定性等。 为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，如限制每级增益，为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，如限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和方法或失配方法等。选择内

14、反馈小的晶体管，应用中和方法或失配方法等。第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)其中其中 AVn 为中频放大器对某一个干扰信号为中频放大器对某一个干扰信号 fn 的放大倍数，的放大倍数，Av0 为谐振点为谐振点 f0 的放大倍数。的放大倍数。例如：例如： Av0 = 100，AVn = 1，则用分贝表示，则用分贝表示dn(dB) = 20 lgdn ，得得nn(dB)dB100d1001d40f0fnAVf12第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)

15、 5. 5. 噪声系数：噪声系数： 放大器的噪声性能可用噪声系数表示放大器的噪声性能可用噪声系数表示： NF越接近越接近1越好越好 在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。用，因此要求它的噪声系数应尽量小。)()(nosonisiF输出信号噪比输入信号噪比P/PP/PN 以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾一对矛盾,通频带和选择性是一对矛盾通频带和选择性是一对矛盾,因此应根据需要综合考虑。因此应根据需要综合考虑。1

16、3 我们知道小信号调谐放大器是一种窄带放大器，目前，我们知道小信号调谐放大器是一种窄带放大器，目前，对于对于窄带放大器窄带放大器多是由多是由选频网络和宽带放大电路选频网络和宽带放大电路（分立元件分立元件或集成电路，集成宽带放大器我们将在或集成电路，集成宽带放大器我们将在1.41.4节中讨论节中讨论）组成）组成的的。这里。这里所谓所谓选频选频就是选出需要的频率分量和滤除不需要的就是选出需要的频率分量和滤除不需要的频率分量，目前，用于选频的器件或电路有以下几种：频率分量，目前，用于选频的器件或电路有以下几种：1.2 1.2 谐振回路谐振回路第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Sm

17、all signal tuned amplifier)单谐振回路单谐振回路耦合谐振回路耦合谐振回路选频网络选频网络谐振电路（由谐振电路（由L、C组成）组成）各种滤波器各种滤波器LC集中滤波器集中滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器RC滤波器滤波器14 1.2.1 1.2.1 并联谐振回路并联谐振回路第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)srCCPRsIVV（a）(b)PLsL图图1-3 并联谐振回路并联谐振回路sI15第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Sm

18、all signal tuned amplifier)1. 串、并联阻抗的等效变换串、并联阻抗的等效变换图图1-4 串、并联阻抗的等效变换串、并联阻抗的等效变换)(jZP)(jZSsrPRSXPX（a）（b） 在实际中经常需要将电阻、电抗的串联形式转换成电阻、在实际中经常需要将电阻、电抗的串联形式转换成电阻、电抗的并联形式。反之也如此。图电抗的并联形式。反之也如此。图14是串联到并联的转换。是串联到并联的转换。16第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)由图由图1-4容易写出容易写出 和和 的表达式的表达式PYSY)/(1

19、/1SSSSjXrZYPPPjXRY/1/1(1-3)(1-4)等效变换前后，不管是串联还是并联，导纳应该相等，即等效变换前后，不管是串联还是并联，导纳应该相等，即Ys=Yp ,也也就是：就是：)/(1SSjXrPPjXR/1/1将等式左边复数的实部和虚部分开写，并令等式两边的实部与虚部将等式左边复数的实部和虚部分开写，并令等式两边的实部与虚部分别相等，得到分别相等，得到串串 并：并：22()/PSSSRrXr22()/PSSSXrXX(1-5)(1-6)17222/()SPPPPrX RRX第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned ampli

20、fier) 用同样方法，也可得到用同样方法，也可得到)/(222PPPPSXRXRX并 串： 下面我们具体看一下电感、电容的串、并转换：下面我们具体看一下电感、电容的串、并转换： 电容：电容：将将 ， 代入（代入（1-5、6）式，得）式，得SXC /1SCrr 22)1 (CCCCPQrQrR221CPSSCQCCCQQc是电容的品质因数是电容的品质因数实际实际Cp 1，所以，有LQLLPrQR2QL是电感的品质因数是电感的品质因数实际实际LpLs18第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)Q 对于串联对于串联R、L、C

21、谐振回路的品质因数我们在谐振回路的品质因数我们在电路电路课程中课程中知道，谐振时，知道，谐振时， 为：为： 这里这里 为电感的串联电阻；为电感的串联电阻；r /LQr 那么对于图那么对于图13（b）所示的）所示的R、L、C并联谐振回路，它的品并联谐振回路，它的品质因数又等于什么呢？质因数又等于什么呢？即 利用串、并联转换公式，利用串、并联转换公式，R、L、C并联谐振回路的品质因数可并联谐振回路的品质因数可由串联谐振回路品质因数导出，即在谐振时：由串联谐振回路品质因数导出，即在谐振时：22/r /QRLQRLLQPPPPCRLRQ/ 有一个概念必须清楚：一个谐振回路，不管是由串联回路等效有一个概

22、念必须清楚：一个谐振回路，不管是由串联回路等效变换为并联回路，还是由并联回路等效变换为串联回路，它的变换为并联回路，还是由并联回路等效变换为串联回路，它的 值值的大小是相同的。的大小是相同的。Q19第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)2. 2. 并联谐振回路的阻抗、谐振频率和品质因数并联谐振回路的阻抗、谐振频率和品质因数 由图由图1-3（b）很容易写出并联谐振回路的导纳，为：）很容易写出并联谐振回路的导纳，为：)/1(/1LCjRYPP， 为信号的角频率为信号的角频率 当导纳的虚部为零时，得谐振频率为：当导纳的虚部为零

23、时，得谐振频率为：(1-12) 谐振回路的阻抗为：谐振回路的阻抗为：PYZ/1(1-13)1/LCjRP1/(叫做广义失谐叫做广义失谐,它表示失谐量值的大小。它表示失谐量值的大小。000001111()1()PPPPRRRjCjjQRjLL20第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 因此因此 可简化如下：可简化如下：0000002)()(QQQ(1-15)所以， ZjRP1/()21/(QjRP(1-14) 的模为：的模为：Z22)2(1/1/)(QRRZPP(1-16) 的相位：的相位：Z(1-17) 由由 的模和相位

24、可画出它的幅频特性和相频特性曲线，如图的模和相位可画出它的幅频特性和相频特性曲线，如图1-5所示。图中给出了当所示。图中给出了当Q变化时，幅频特性和相频特性曲线的变化趋变化时，幅频特性和相频特性曲线的变化趋势。势。Z0 ( ) ( 2/)arc tgarc tg Q 21第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)02.:00|PZRZ当时， 减小，呈感性为纯阻性最大，时当ZRZP|00:.1003.:|PZR Z 当时，减小， 呈容性PR09090感性容性增大Q增大Q图1-5 并联谐振回路等效阻抗与频率的关系22第01章 小

25、信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 以上推导，是在假定电感的以上推导，是在假定电感的Q值很大，值很大，r、L串并转换时，串并转换时，L值值转换前后的值相同，转换前后的值相同，Rp近似为近似为r的的Q平方倍的情况下得出的。平方倍的情况下得出的。 当上述条件不满足时，就必须考虑当上述条件不满足时，就必须考虑 r 对谐振频率等的影响。实对谐振频率等的影响。实际上，在实际的并联谐振回路中，都是由际上，在实际的并联谐振回路中，都是由r、L串到并转换后再与串到并转换后再与C并联而形成的。此时，并联谐振回路的导纳为：并联而形成的。此时，并联谐振回路的导纳为：22222

26、2220p1/(r+)r/r() /r() rr +()r +()1LCPYj Lj CLj LLj CLjCLL，谐振时，电纳应为零。我们令，令回路的谐振频率为。 可得2222222222220r()r +()r +()1r1r()rppppppppppLLLCCLLLCLLCLCLLCL23第01章 小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)2 222000022222002220002rr111rrr11)L/CpppLLQCLCLL=1-( 另外，谐振时，另外，谐振时，Yp的实部就是谐振电阻，其值为的实部就是谐振电阻，其值为22222r()()= r+

27、r = r(1+Q )rrPLLR24第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)3. 3. 并联谐振回路的谐振曲线和通频带并联谐振回路的谐振曲线和通频带02|/|1/ 1 ( 2/)SV VSQ 通常，令， 即叫做相对幅频特性曲线，或叫做选择性曲线。 请看图请看图1-3。SVIZ回路电压： 0SPVIR谐振电压： 011211V VjjQ相对电压： /(1-18)( 2)arc tg Q 叫做相频特性曲线(1-20)(1-19)25第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned a

28、mplifier)求通频带：求通频带：定义：定义：22|1/ 1 (/)1/ 2BwSQ BW 求得：0/BWQrad sfQHz求矩形系数：求矩形系数：定义：定义：0.1220.1|1/ 1 (/)0.1BWSQ BW 0.10.10.199/99K/999.95BWQBWBWBW所以求得：求得：(1-21)(1-22)26第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 对于下图对于下图R、L、C并联谐振回路，在并联谐振回路，在电路电路课程中我们课程中我们知道，在复平面上，它的复阻抗知道，在复平面上，它的复阻抗 Z(s) 可用

29、运算法直接写出：可用运算法直接写出： 1.2.2 1.2.2 并联谐振回路在复平面上的极零点图并联谐振回路在复平面上的极零点图CsIRLV211( )1111sZ sCsCssRsLRCLC(1-23)27第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)212112()()ssCssCspsp式中，式中， 为谐振角频率；为谐振角频率； s 为复数频率，简称复频率；为复数频率，简称复频率； 为并联谐振回路的为并联谐振回路的衰减系数衰减系数，在小信号调谐，在小信号调谐放大器中，主要是利用放大器中，主要是利用R、L、C的谐振特性来选择有

30、用的频率信的谐振特性来选择有用的频率信号，一般总有号，一般总有 。01/LC1/2RC 由由Z(s)的表达式可以看出的表达式可以看出, Z(s)有一个零点（有一个零点（s为零为零,Z(s)等于零）等于零）,有两个极点有两个极点 ， （s等于等于 或或 ，Z(s)等于无穷大）。等于无穷大）。2p1p1p2p22221002222200pjjpjj (1-24)(1-25)零点、极点在复平面上的分布如图零点、极点在复平面上的分布如图1-61-6所示。所示。28第01章 小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)可以看出，222spjjjj 11111( )() 2

31、2()jZ sCspjCsp 求谐振复阻抗求谐振复阻抗： 代入代入Z(s)的表达式，得出的表达式，得出sjj01111()22Z sjRCRCjjCC求通频带：求通频带：通频带的定义与时域上的定义相同，即通频带的定义与时域上的定义相同，即Z jZ jCspCsp0 01 11 1( () )1 11 11 11 1= = ( () )/ /( () ) = = =( () )2 2- -2 2- -2 21111|22spsp即 |或 29第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)Ljj1pjBW2mIeRo右图为并联谐振回

32、路的极零点图。右图为并联谐振回路的极零点图。2p11222BWRCRC前面已知，谐振时前面已知，谐振时QRC01BWRCQ所以极零点法在多级参差放大器的设极零点法在多级参差放大器的设计中，对于确定各级放大器的带计中，对于确定各级放大器的带宽、中心频率、增益等技术参数宽、中心频率、增益等技术参数是比较方便的。是比较方便的。图图1-6Z(s)的极零点图的极零点图1sp(1-26)由图中可以看出：由图中可以看出：30第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 串联谐振回路和并联谐振回路一样，也具有选频作用。串、串联谐振回路和并联谐

33、振回路一样，也具有选频作用。串、并联谐振回路的对偶关系见表并联谐振回路的对偶关系见表1-1。通频带通频带谐振频率谐振频率谐振条件谐振条件恒流源恒流源恒压源恒压源激励源激励源电路形式电路形式并联谐振回路并联谐振回路串联谐振回路串联谐振回路电路名称电路名称LCS1002011PPQSQfBW0PQfBW0SLr Cbc，则，则 yie = j Cbe70iebbb eb cbbb eb cb eb cb eb cbbb eb c2b eb cbbb eb eb cbbbb1111()1)()()1()11()()1()()b eb eb eb eb eb eb eb eb eb eb eyrrjC

34、CrrrrjCCjCCrjCCrrrjCCjCCrrrCjCCr rrr22b cbb22222b eb cbbbbb eb cbbb eb cbb22222b eb cbbbb)()()()()()j()()b eb eb eb eb eb eb eb eCrrCCrrrrCCrrrCCr rCCrrrr当不忽略当不忽略rb e时，输入导纳有如下形式：时，输入导纳有如下形式：第01章 小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)71第01章 小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)求 yfef e0c eb ecVyIV已知

35、1()bb eb eb cVIjCC1()b eiebebcVyjCC()iemcmb eb eb eb cygIgVVjCC()iemfeb eb cygyjCC得bebcbb22 222 2bebcbebc()1()1()mmbbbbggCCrjCCrCCr当当 rbb = 0，则，则 yfe = gm72第01章 小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)当不忽略当不忽略rb e时，正向传输导纳有如下形式：时，正向传输导纳有如下形式：b eb cb eb cb eb c1()1()1()b eb eb ebbeieb eb erjCCrVIVyjCCrr

36、jCCb eb c()1b ecmb emb eieb erIgVgVyjCCrb eb cb bb eb cb bb eb cb bb bb eb cb b2222b bb bb eb cb bb eb cb b1()1()11()1(1)()j()1()1b efemb eb eb emb emb emb eb erygrjCCrrjCCrgrjCCrrrgrgCCrrrCCrCCrrr当当 rbb = 0，则，则 yfe = gm73第01章 小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 求求yoe，yre：令令 即，将即，将b、e极端路极端路0beV求求

37、 yoe求求yoe和和yre简化混合简化混合参数等效电路参数等效电路bbrebCcbCcerb emg VceVbeVb eVbbeccIbI短路短路0bcco eVyIV已知74第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)1ceceb ecb emceb cVVVIg Vrj C11ceceb eb emceb cb cVVVg Vrj Cj C()ceceb eceb cmb cVrVj CVgj C11111bbceb eb ebbbbb eb eb cbbb erjCVVrrjCjCjCrjC先求先求75第第0101章

38、章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)将将 Vbe 代入代入 Ic 式，得式，得111cebbb ebbb e bbb cb e bbrVVrjCrjCjCr1()b c bbceb eb cbbj CrVjCCr(1)cemb ccceb c bbceb eb cbbb ccej C rVgj CIVj CVjCrCr221()ceb c bbb c bbmceceb cceb eb cbbVC rj C r gVj CVrjCCr76第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amp

39、lifier)2211()cb c bbb c bbmoeb cceb eb cbbceIC rj C r gyj CrjCCrV求求 yre0bbcr eVyIV11()b eb c bbbcebbb eb cbbbbj CrVIVrjCCrr 1()b cceb eb cbbj CVjCCr77第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)由上式可以看出，当由上式可以看出，当 Cbc =0 时，时，0rey1()b cbreb eb cbbcejCIyjCCrV由上式可写出由上式可写出78 1. y参数是频率的函数。参数是频

40、率的函数。 第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 2. rbb 、Cb c、Cb e 使得晶体管的高频性能变差。使得晶体管的高频性能变差。 3. y参数只能用于小信号工作状态。参数只能用于小信号工作状态。 y参数的特点：参数的特点： 4. y 参数与工作点有关。参数与工作点有关。 79第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 晶体管的单向化晶体管的单向化: 由由y参数可以看出，当参数可以看出，当 Cbc 很小、很小、 rbc 很大时（在实际很大时（

41、在实际工作中，对高频电路系统，总是选用这样的高频晶体管），它们工作中，对高频电路系统，总是选用这样的高频晶体管），它们的影响就可以忽略，因此可以认为反向传输导纳的影响就可以忽略，因此可以认为反向传输导纳yre0，晶体管，晶体管只有正向信号传输，而没有反向信号传输。对这样的晶体管，就只有正向信号传输，而没有反向信号传输。对这样的晶体管，就是单向化的晶体管。是单向化的晶体管。图图1-14（c）简化）简化y参数等效电路参数等效电路80第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 1.3.3 晶体管单回路调谐放大器晶体管单回路调谐放大

42、器1.放大电路及等效电路放大电路及等效电路图图1-15 单回路调谐放大器单回路调谐放大器CCVieyoey2iyoeI2iybVoeIoeg2igoeC2iC1bfep y VTCTG81第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)参数折合：参数折合：为了分析方便，通过接入系数为了分析方便，通过接入系数p1、p2把晶体管的输出参数和负把晶体管的输出参数和负载都折合到载都折合到 LC 回路两端。回路两端。 晶体管晶体管T的参数折合的参数折合: 112211oeoebfeoeoeoeoeIp Ip y Vgp gCp C，负载参数

43、折合负载参数折合:22222222iiiigp gCp C，谐振回路：谐振回路： L、C、Gp这里这里Gp是回路本身的损耗电导，称为是回路本身的损耗电导，称为 LC回路的空载电导，与空载回路的空载电导，与空载Q相对应。相对应。参数折合后的等效电路如图参数折合后的等效电路如图1-15（c）所示。）所示。82第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)合并同类元件：合并同类元件：按电阻、电容、电感、电流源和电压源等分类按电阻、电容、电感、电流源和电压源等分类合并。合并。回路总电容：回路总电容：回路总电导：回路总电导：回路总电感：回

44、路总电感：22122ToeiCp Cp CC22122ToeipGp gp gGL回路激励源：回路激励源：11()oeoebfeIp Ip y V 由上述四个元件组成的并联谐振回路如图由上述四个元件组成的并联谐振回路如图1-15（d）所示。这）所示。这个等效电路在前面我们已经作了详细分析。其特性如下：个等效电路在前面我们已经作了详细分析。其特性如下：(1-42)(1-43)83调谐放大器的谐振频率：调谐放大器的谐振频率：第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)0221221122()ToeifLCLCp Cp C回路的有载

45、品质因数：回路的有载品质因数：0220012222012202212211()11TLTToeipPPoeipoeiPPCQGLGL p gp gGGLGp gp gGQp gp gGG回路的空载品质因数：回路的空载品质因数：0001PPCQGLG（1-45）（1-46）(1-44)84第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 电压增益电压增益定义：定义：0()()ViVAV输出到负载上的电压放大器的输入电压这里这里 ibVV前面分析已知，并联谐振回路端阻抗前面分析已知，并联谐振回路端阻抗1(1)TZGj210(1)feV

46、Tip p yVAGjV 可求出在窄带工况下，忽略在窄带工况下，忽略 yfe 的相移，用模量的相移，用模量 |yfe| 代替，最后得出代替，最后得出120(1)feVTip pyVAGjV 电压一一般般增增益益（1-47）当当 f = f0 ，即，即 =0 ，此时的电压增益称为，此时的电压增益称为谐振电压增益谐振电压增益，为，为1212022122fefeVTpoeip pyp pyAGGp gp g （1-48） 2. 单调谐放大器的性能指标单调谐放大器的性能指标85第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)求最佳接入系数

47、：求最佳接入系数：代入（代入（1-48）式，即代入）式，即代入AV0表达式，得表达式，得最佳最佳 p2:022(1)2PLo p tiQGQpg（1-51）由（由（1-45）式得）式得20221(1)PiLoeQGp gQpg（1-49）20222002(1)0d 2PifeLVToeVQGp gpyQAGgAApp V0d令，可求得达到最大值所需要的最佳为（1-50）将此式代入（将此式代入（1-49）式，可求得最佳）式，可求得最佳p1为为86第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)01(1)2PLo p to eQGQp

48、g最佳最佳 p1:（1-52）将将 p1opt 和和 p2opt 代入（代入（1-48）式，得）式，得AV0可能达到的最大值为可能达到的最大值为0002(1)(1)22PPfeLLVToeiQQGGyQQAGgg opt()00022(1)(1)(1)222PPPfefeLLLToeiToeiQQQGGGyyQQQGggGg g 02002(1)2(1)2fePLfeTLoeiLoeiyGQQGQQg gyQQg g （1-53）87第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 功率增益功率增益定义：定义：00()()()oP

49、PiPAAjP输出到负载上的功率放大器的输入功率一般只讨论一般只讨论AP(j 0)2212202221222200()ibiefeooibiTfeiiPVTieiePV gp p ypVjgVgGp p yggAAGgg（1-54）考虑如何提高考虑如何提高AP0 ？88第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)GP 一般不容易测得，考虑如何计算一般不容易测得，考虑如何计算AP0？ 先假定先假定 GP=0 ，得到回路无损耗时的功率增益，得到回路无损耗时的功率增益212200022122PfeiPPGieoeip p ygAAg

50、p gp g00PPAA令称为回路的插入损耗。由称为回路的插入损耗。由AP0和和AP0的表达的表达 式式可求得可求得 为为89第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)22222212212222221221222200011oeioeiPPoeiPoeiPPLTp gp gp gp gGGp gp gGp gp gGLGQGLQ由此，（由此，（1-54）式又可表示为）式又可表示为2122200220122(1)feiLPPieoeip p ygQAAgQp gp g进一步，通过阻抗匹配，即适当选择接入系数进一步，通过阻抗匹

51、配，即适当选择接入系数 p1、p2，使得，使得22122oeip gp g则可使功率增益达到最大，为则可使功率增益达到最大，为90第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)221222122200201()(1)2oeif eiLPmatPp gp gieoep pygQAAgQp g22222220210(1)14)4f eLoeief eiLoeoeieyp gQp gyQg gQg gQ可见，阻抗匹配是有利的。可见，阻抗匹配是有利的。最佳接入系数和阻抗匹配是统一的。即，将最佳接入系数代入最佳接入系数和阻抗匹配是统一的。

52、即，将最佳接入系数代入22122oeip gp g和也将使二者相等：也将使二者相等：91第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 放大器的通频带和增益带宽乘积放大器的通频带和增益带宽乘积通频带：通频带：2000(1)(1)(1)222PPPLLLoeoeoeoeQQQGGGQQQgggg=20002222(1)(1)(1)222PPPLLLiiiiQQQGGGQQQgggg=2212200220122oeipTLTTToeip gp gGGBWQC GCp Cp CC(1-56)92第第0101章章 小信号调谐放大器（小信

53、号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)增益带宽乘积（增益带宽乘积（GBP）：）：0VGBPABW1212121222f ef emTTTTTp p yp p yp p gGGCCC(1-57)3. 放大器的相对增益（选择性）放大器的相对增益（选择性）由（由（1-47）和（）和（1-48）式，可以得出放大器的相对增益为）式，可以得出放大器的相对增益为12001211(1)(1)12feVTVTfeLp pyAGSAGjjp pyj Q(1-58)93第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)一

54、般情况：一般情况：2212122222200220122(1)fefeiiiLPVTieieieoeip p yp p ygggQAAGgggQp gp g 1 21 20221220(1)fefeLVToeipp ypp yQAGp gp gQ匹配情况：匹配情况：2200()(1)4f eLPmatoeieyQAg gQ002()(1)2feLVmatoeiyQAQg g 电压增益和功率增益的计算公式总结：电压增益和功率增益的计算公式总结：94第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)补充：选频衰减系数补充：选频衰减系数

55、s(db)下面我们以调幅广播为例介绍选频衰减系数。我国规定，各广下面我们以调幅广播为例介绍选频衰减系数。我国规定，各广播电台的播电台的 载波频率间隔：载波频率间隔： 10kHz 中频频率：中频频率： 465kHz 通频带：通频带： 10kHz 中频放大器：中频放大器： QL=f0/BW=465kHz/10kHz=46.5所以所以00220 (10)()20 g()1120 g20 g22 101()1(46.5)4651120 g20 g7()145VsVLAj fkHzdblAjfllfkHzQfkHzlldb 95第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signa

56、l tuned amplifier)我国对调幅收音机选择性（我国对调幅收音机选择性（ s）的规定如下：）的规定如下：级别级别 特级特级 一级一级 二级二级 三级三级 四级四级 s（db） 46 36 26 20 1496第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier) 1.3.4 多级单调谐放大器多级单调谐放大器 在无线通信系统中，接受机所收到的电磁信号一般是很微在无线通信系统中，接受机所收到的电磁信号一般是很微弱的，而且干扰信号多，仅有一级中频放大是不能满足增益弱的，而且干扰信号多，仅有一级中频放大是不能满足增益（60db-11

57、0db）、选择性）、选择性(14db)要求的。所以，必须采用多级要求的。所以，必须采用多级放大器。放大器。 多级放大器的级联，根据中心频率排列，可有两种方式；多级放大器的级联，根据中心频率排列，可有两种方式；同步调谐同步调谐各级调谐回路的谐振频率调在同一频率上；各级调谐回路的谐振频率调在同一频率上；参差调谐参差调谐各级调谐回路的谐振频率按一定间隔分布。各级调谐回路的谐振频率按一定间隔分布。 这里，这里，先介绍同步调谐先介绍同步调谐，参差调谐将在，参差调谐将在1.3.6小节介绍。小节介绍。1.电压增益和通频带电压增益和通频带假定，假定，n 级放大器的各级电路参数都相同，则总增益为级放大器的各级电

58、路参数都相同，则总增益为一般总增益一般总增益:()()nVVAjAj谐频总增益谐频总增益:00()()nVVAjAj设每一级的增益为：设每一级的增益为：12(1)feVTp pyAGj97第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)求通频带：求通频带：200()11()212VnVLAjAjQ2201121nBWnnLBWQ由上式可求出由上式可求出 n 级放大器的通频带级放大器的通频带BWn1102121nnnLBWBWQ (1-60)则，总相对增益为则，总相对增益为00()11()(1)(12)nVnVLAjAjjj Q(1

59、-59)98第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)上式中，上式中，BW 是单级放大器的通频带，是单级放大器的通频带，1211n 称为级联放大器带宽缩减因子。称为级联放大器带宽缩减因子。对于对于 n 级放大器，如果要求总的通频带为级放大器，如果要求总的通频带为 BWn , 则每级放大器则每级放大器的通频带的通频带 BW 必须加宽到必须加宽到121nnBWBW 在多级放大器中，矩形系数的定义与单级调谐放大器的在多级放大器中，矩形系数的定义与单级调谐放大器的定义次相同，即定义次相同，即0.10.1()nnBWKBW2. 矩形系

60、数：矩形系数：99第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大器（Small signal tuned amplifier)先求先求 (BWn)0.1 ，令，令2()0.1200.10()10.1()()1nVBWnVnLAjAjBWQ求得求得1100.1()10011001nnnLBWBWQ 由上式和（由上式和（1-60）式，得）式，得10.10.11()100121nnnnBWKBW可以看出，可以看出，n 增大，增大，K0.1 减小，选择性越好。减小，选择性越好。K0.1 和级数的关系和级数的关系如如P25表表1-3所示。所示。100第第0101章章 小信号调谐放大器（小信号调谐放大