高频电子线路-高频小信号放大器ppt课件

1、第3章 高频小信号放大器u主要内容主要内容u概述概述u高频小信号放大器的目的高频小信号放大器的目的u高频电路的根本知识高频电路的根本知识u晶体管高频小信号谐振放大器晶体管高频小信号谐振放大器u小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性晶体管高频小信号谐振放大器晶体管高频小信号谐振放大器1. 晶体管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路2. 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器3. 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器第一节第一节 概述概述u高频放大的必要性高频放大的必要性u无线信号无线信号无线信道无线信道有衰减有衰减u远间隔传输远间隔传输间隔越远间隔越远衰减越大衰减越

2、大u接纳设备接纳到的高频电平接纳设备接纳到的高频电平只需微伏级只需微伏级高频小信号放大器主要运用于接纳设备中的高频放大器和中频放大器中第一节第一节 概述概述u对高频小信号放大器的要求对高频小信号放大器的要求u信号不失真信号不失真u放大器任务在线性区，可以运用二端口网络放大器任务在线性区，可以运用二端口网络分析分析u信号频谱信号频谱输入与输出完全一样输入与输出完全一样u选频滤波作用选频滤波作用u信号频谱宽度信号频谱宽度有限有限u噪声、干扰噪声、干扰全频范围全频范围u目的：提取有用信号，抑制无用信号目的：提取有用信号，抑制无用信号有源放大元件选频网络晶体管、场效应管、集成运放 LC谐振 晶体、陶瓷

3、、声外表波等固体滤波器3.1 概述概述u高频小信号放大器的分类高频小信号放大器的分类u按器件：按器件：u晶体管、场效应管、集成运放晶体管、场效应管、集成运放u按负载性质：按负载性质：u谐振、非谐振谐振、非谐振u按信号频谱：按信号频谱：u宽频带、窄频带宽频带、窄频带u低频中低频中没有窄带放大器的概念没有窄带放大器的概念u通讯中通讯中运用窄带放大器运用窄带放大器本章主要以窄带高频小信号放大器为主高频小信号放大器的目的高频小信号放大器的目的1 中心频率中心频率 F0调谐放大器的任务频率调谐放大器的任务频率普通为几百普通为几百KHz几百几百MHz 调谐放大器的主要目的调谐放大器的主要目的 选择有源器件

4、和计算谐振回路参数的根据选择有源器件和计算谐振回路参数的根据高频小信号放大器的目的高频小信号放大器的目的2 增益增益电压增益电压增益 (Au) ：放大器输出电压与输入：放大器输出电压与输入电压之比电压之比功率增益功率增益(AP) ：放大器输出功率与输入功：放大器输出功率与输入功率之比率之比ouiuAu输出电压输入电压opiPAP输出给负载的功率输入功率高频小信号放大器的目的高频小信号放大器的目的3 通频带通频带 B放大器的电压增益下降到最大值的放大器的电压增益下降到最大值的 倍时倍时所对应的频带宽度。常用所对应的频带宽度。常用 B 或者或者 2f0.7 表示。表示。输入信号的频率在通频带内的信

5、号正常放输入信号的频率在通频带内的信号正常放大大通频带外的信号不能正常放大，即电压增通频带外的信号不能正常放大，即电压增益小，可近似以为不能经过放大器益小，可近似以为不能经过放大器124 矩形系数矩形系数 Kr0.1矩形系数表征放大器选择性好坏的一个矩形系数表征放大器选择性好坏的一个选择性：表示选取有用信号，抑制无用信选择性：表示选取有用信号，抑制无用信号的才干号的才干理想：理想：矩形矩形 高频小信号放大器的目的高频小信号放大器的目的7 . 01 . 01 . 022ffKr 高频小信号放大器的目的高频小信号放大器的目的5 任务稳定性任务稳定性指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路指放大器的直流

6、偏置、晶体管参数、电路元器件参数等发生变化时，放大器主要元器件参数等发生变化时，放大器主要性能的稳定程度性能的稳定程度主要不稳定景象：主要不稳定景象：增益变化增益变化中心频率偏移中心频率偏移通频带变化通频带变化谐振曲线变形谐振曲线变形自激自激最坏情况最坏情况 高频小信号放大器的目的高频小信号放大器的目的6 噪声系数噪声系数 NF表征放大器性能好坏的一个参量表征放大器性能好坏的一个参量输出信噪功率比输入信噪功率比nosonisiFPPPPN/nosonisiFPPPPN/lg10)dB(3.2 晶体管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路uy参数等效电路参数等效电路u适宜于窄频带小信号放大器

7、适宜于窄频带小信号放大器u混合混合等效电路等效电路u适宜于宽频带小信号放大器适宜于宽频带小信号放大器u 在分析高频小信放大器时，采用参在分析高频小信放大器时，采用参数等效电路进展分析是比较方便的，数等效电路进展分析是比较方便的，以以y参数等效电路为主。参数等效电路为主。y参数等效电路参数等效电路u一个晶体管可以看成二端口网络二端口二端口网络网络u1u2i1i22121111UyUyI2221212UyUyI0|2111UUIY0|12112UUIY0|21221UUIY0|12222UUIY四个参数均具有导纳量纲四个参数均具有导纳量纲第三节 晶体管高频小信号谐振放大器一，晶体管高频小信号等效电

8、路一，晶体管高频小信号等效电路一一y参数等效电路参数等效电路二端口网络实际：二端口网络实际：22212122121111UyUyIUyUyI1I2I1U2U1U2U1I2I11y212Uy22y121Uyu共发射极晶体管Ib.Ube.becIc.Uce.VbbeceierecbecefeoeIY UY UIY UY UYieYreUce.YfeUbe.Ib.Ube.Uce.bYoecIc.e(a)gieYreUce.YfeUbe.Ib.Ube.Uce.bgoecIc.CoeCiee(b)实践运用实践运用Y Y参数等效电路参数等效电路晶体管晶体管Y Y参数等效电路参数等效电路uYie是晶体管输出

9、端短路时的输入导纳，反映了晶体管放大器输入电压对输入电流的控制造用，其倒数是电路的输入阻抗。 yie=gie+jCieuYfe是晶体管输出端短路时的正向传输导纳，反映了晶体管输入电压对输出电流的影响，即反映了晶体管的放大才干。uYre是晶体管输入端短路时的反向传输导纳，反映了晶体管输出电压对输入电流的影响，即晶体管内部的反响作用。简化时， Yre =0。uYoe是晶体管输入端短路时的输出导纳，反映了晶体管输出电压对输出电流的作用，其倒数是电路的输出阻抗。 yoe=goe+jCoe00cecebieUbecfeUbeIYUIYU00bebebreUcecoeUceIYUIYU共射接法共射接法y参

10、数：参数：ceoebefeccerebeiebUyUyIUyUyIbIcIbeUceUbeUceUbIcIieycereUyoeybefeUy简化的共射接法简化的共射接法y参数：参数：beUceUbIcIieyoeybefeUy0rey令放大器的输入输出导纳单调谐回路谐振放大器bieirececfeioeceIy Vy VIy Vy V12Y参数方程：cLceIY V 3 是集电极与发射极之间向右看过去的回路总负载导纳。LYrefebiieioeLy yIYyVyYrefecooeceiesy yIYyVyY通常 很小，设0reyryiieooeYyYy三个方程联立解：refebieioeLy

11、 yIyVyY2、BJT的高频参数高频特性01fjf 截止频率 共射f 当 下降为低频段值 的 分之一时，所对应的任务频率称为截止频率。02021ff 通常 ，所以 处的 ，晶体管仍具有电流放大作用。f101 特征频率 Tf当 下降为1时，所对应的任务频率称为特征频率。0211Tff2001Tff 0Tff 虽然 ，无电流放大作用，但BJT能够还有电压放大作用，所以仍有功率放大。1 最高振荡频率 maxf 当功率增益为1时，所对应的任务频率称为最高振荡频率。maxTfff为使电路任务稳定，且保证一定的功率增益：max1 4 1 3ff二，单调谐回路谐振放大器图图2-14此处为此处为2级单调谐；

12、级单调谐；R1、R2、Re：提供直流偏压；：提供直流偏压；Cb、Ce：高：高频旁路电容频旁路电容2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2iUCCV本节要求掌握：画出单调谐放大电路的高频等效电路；技术目本节要求掌握：画出单调谐放大电路的高频等效电路；技术目的的计算的的计算;一画放大器的高频等效电路首先，2级单调谐变为单级单调谐2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2iUCCVyie22L3C14R1R2CbReCe5T1iUCCV一画放大器的高频等效电路然后，画单级单调谐的交流通路yie22L3C14R1R2CbReCe5T1iUCCVT1yie2

13、2L1C354iU知识点：知识点：Vcc：交流：交流接地接地Cb、Ce：交：交流短路流短路一画放大器的高频等效电路然后，交流通路中三极管用y参数取代T1yie22L1C354iU知识点：知识点：Y参数等效电路参数等效电路;Ui=Ube; Uc即即Uce;信号源用电流源替代；信号源用电流源替代；输出电压在第二级；输出电压在第二级；yie22L1C354iUbIcIieycereUyoeyifeUysIsYoU图图2-15cU一画放大器的高频等效电路然后，简化电路yie22L1C354iUbIcIieycereUyoeyifeUysIsYoU图图2-15cU图图2-16ayie22L1C354oe

14、yifeUyoUcU知识点：知识点：令令yre=0; 即忽略后级即忽略后级对前级的反响作用对前级的反响作用单调谐放大器的等效电路VCL 23514YL(b)L2C35YL14YoeYfeUbe.YiecbUbe.e(c)思索到为保证明思索到为保证明用的单调谐放大用的单调谐放大器稳定地任务，器稳定地任务，都采取了一定的都采取了一定的措施，使内部反措施，使内部反响很小，响很小， 即即Yre=0单调谐放大器的等效电路L2C3 5YL14goeYfeUbe.Coe(d)Uo.一画放大器的高频等效电路最后，进展抽头阻抗变换知识点：知识点： yoe 用用 goe 和和 Coe并联表并联表示示; 电感有损耗

15、电电感有损耗电导导g0； yie2 用用 gie2 和和 Cie2并联并联表示表示;抽头阻抗变抽头阻抗变换；换；图图2-16bL1C3oegp21ifeUyp1oeCp210g222iegp222ieCp20pU图图2-16ayie22L1C354oeyifeUyoUcU1345213121,NNpNNp单调谐放大器的等效电路1122112222,ssbefeoeoeoeoeLLLLIp IpY Ugp gCp Cgp gCp C 4512121313,NNppNN0001gLQ阐明：阐明：CL即即Cie2单调谐放大器的等效电路0oeLoeLggggCCCC211sooYgj Cj LIUUY

16、p 导纳导纳 输出电压输出电压 二放大器的技术目的1.电压增益LjCjgY1ieoeieoeCpCCpCgpggpg222122021YUyppUifeo12由电路：LjCjgyppYyppUUAfefeiou12121gyppAgyppAfeufeu2102103.3 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器二、放大器技术目的分析二、放大器技术目的分析1电压增益电压增益 谐振时：谐振时：结论：结论：谐振时电压增益谐振时电压增益 与晶体管正向传输导纳与晶体管正向传输导纳 成正比，与回路两成正比，与回路两端总电导成反比；端总电导成反比；放大器输出电压与输入电压的相位差是放大器输出电压与输入电压的

17、相位差是180 121ofeubep p YUAUgj Cj L01LC120feup p YAg 120feup p YAguoAfeyfe2谐振曲线谐振曲线0121200111()1()ufefeuoooLp p Yp p YAALgj CgjCLjQj LLgL0000111211()1()uoouLLLAfffAjQjQjQfff0fff 普通失谐：普通失谐：广义失谐：广义失谐：02/LQff011uuAjA2011uuAA以下图是分别用 、 和 表示的放大器的谐振特性曲线。 ff用频率表示用普通失谐表示用广义失谐表示2放大器的通频带 由 可得： 通频带：02/LQff2011uuAA

18、20.71121 (2/)LQff00.72LffQ1当当f0f0确定时，确定时，L L越低，通频带愈宽。越低，通频带愈宽。2放大器的矩形系数 由 可得： 矩形系数： 单级单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，阐明它的选择性差。这是它的一大缺陷。2010.11uuAA00.1299LffQ0.10299LfQfAu /Au010.7070.1fLf0fHBW0.7BW0.1理想实际f00.1999.95rK例1：单调谐放大电路如下页图示，：比为设输入耦合回路的电压时的参数为：工作点和工作频率为晶体管在直流回路电感，工作频率已知11,)3 . 12 . 0(,)4 .364 .26(,)3 . 0

19、08. 0(,)4 . 386. 2(7 .10, 5, 6,20,100,4,7 .105,01. 0,8 . 1,2 . 6,15452313013021msjymsjymsjymsjyMHzNNNQuHLMHzfkRuFCCkRkRkRrefereieLebebb1画出高频等效电路。画出高频等效电路。2求谐振时电容求谐振时电容C=？3忽略忽略Yre,求总的电压放大倍数求总的电压放大倍数4求带宽求带宽B0.7,矩形系数矩形系数iUU/01.0rK解：(1)高频等效电路如下：第一步：由原电路画出交流通路第一步：由原电路画出交流通路第二步：由交流通路画第二步：由交流通路画Y参数等效电路参数等效

20、电路第三步，忽略第三步，忽略Yre的化简电路的化简电路第四步：抽头阻抗变换第四步：抽头阻抗变换 L等效损耗电等效损耗电阻阻yoe=goe+jCoe , 7 . 013121NNp25. 013452NNp)(34.19107 .102103 . 1,2 . 0) 3 . 12 . 0 (63pFCmsgCjgmsjyoeoeoeoeoe)( 8 .26104107 .1021006613000kLQR2求求C：)(83.4534.197 . 031.55)(31.55104)107 .102(1)2(121221216261320130pFCCpCCCpCCpFCLfCCLfoeoe由由3求总

21、的电压放大倍数YYppUUAYUYppUieiuiie)()(210120gYppAieu210:谐振时1 . 510147. 0104 . 386. 225. 07 . 0)(147. 0012. 0037. 0098. 0500025. 0108 .261102 . 07 . 01:33210233222021jgYppAmsRpRgpgYieuLoe谐振时4求带宽B0.7,矩形系数)(95. 999)(423. 029.25107 .1029.2510147. 0104107 .102111 . 0607 . 0366130对单调谐回路均成立rLLKMHzQfBgLQ三、三、 多级单调谐

22、回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器Re1Ce1LaCb1R2V1R1C1L12345UCCV21R4Cb2R3Ce2C2L223451Re2双级单调谐放大器双级单调谐放大器一、多级单调谐谐振放大器的总电压增益一、多级单调谐谐振放大器的总电压增益假设，放大器有假设，放大器有m级，各级电压增益分别为级，各级电压增益分别为Au1, Au2, Au3 , Aum那么总电压增益那么总电压增益 Am是各级是各级电压增益的乘积。即电压增益的乘积。即假设多级放大器是由完全一样的单级放大器组假设多级放大器是由完全一样的单级放大器组成时，各级电压增益相等，那么成时，各级电压增益相等，那么m级放大器的级放大器的

23、总电压增益为总电压增益为123muuuumAAAAA1()mmuAA二、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线二、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线m级一样放大器级联时，它的谐振曲线等于各级一样放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积，总谐振曲线为单级谐振曲线的乘积，总谐振曲线为m越大曲线越锋利越大曲线越锋利220121mmmoLAAfQf级联放大器谐振曲线级联放大器谐振曲线 Au /Au010.7070f0fm1m2m3三、多级单调谐谐振放大器的通频带三、多级单调谐谐振放大器的通频带m级一样放大器级联时，级一样放大器级联时， 根据定义总通频带应根据定义总通频带应满足满足总通频带比单级放大器通频

24、带要小。总通频带比单级放大器通频带要小。级数越多，总通频带越小。级数越多，总通频带越小。220.7011221mmmomLAAfQf1100.70.7122121 2mmmLfffQ121mm1234510.640.510.430.39四、多级单调谐谐振放大器的矩形系数四、多级单调谐谐振放大器的矩形系数根据矩形系数的定义，可得根据矩形系数的定义，可得级数越大，矩形系数越接近级数越大，矩形系数越接近100.121001mmLffQ10.11100121mrmmKn123456K0.19.954.663.753.43.23.1第四节第四节 小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性1 、放大

25、器不稳定的缘由、放大器不稳定的缘由2 、放大器的稳定系数及稳定电压增益、放大器的稳定系数及稳定电压增益 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 由于由于 有能够构成正反有能够构成正反响，引起放大器产生自激振荡响，引起放大器产生自激振荡.1、 放大器不稳定的缘由放大器不稳定的缘由 0rey2 、 放大器的稳定系数及稳定电压增益放大器的稳定系数及稳定电压增益一、放大器的稳定系数一、放大器的稳定系数 调谐放大器等效电路 u稳定系数稳定系数S的定义的定义u输入电压输入电压 与正反响电压与正反响电压 的比值定义为稳的比值定义为稳定系数定系数uS越大，放大器越稳定越大，放大器越稳定.

26、对于普通放大器来说，对于普通放大器来说，S5就可以以为是稳定的。就可以以为是稳定的。u稳定系数与电路参数的关系稳定系数与电路参数的关系iiUSU.iU.iU21 cosiesoeLferefereggggSyy二、单调谐放大器的稳定电压增益二、单调谐放大器的稳定电压增益 稳定电压增益：不加任何稳定措施，并满足稳稳定电压增益：不加任何稳定措施，并满足稳定系数定系数S例如例如S5要求时，放大器任务于要求时，放大器任务于谐振频率的最大电压增益。谐振频率的最大电压增益。 稳定电压增益与电路参数的关系稳定电压增益与电路参数的关系放大器的等效电路放大器的等效电路 2212oeLieSPyYPyY21oeL

27、ieSyYPPyY那么 feuoeLieSyAyYyY当回路谐振时，谐振电压增益为 feuooeLiesyAgggg将稳定系数S式中的 代入上式oeLiesgggg21cofeouicoeLiUUyUPAUUyYPU21cosfeuosrefereyAS y稳定电压增益稳定电压增益结论结论:根据稳定系数的要求(S5)确定 这是没有稳定措施 的情况下，允许的最高电压增益。实践的电压增益 ，那么放大器稳定uosASuuAA00u放大器稳定的判别例题放大器稳定的判别例题u知某晶体管在任务频率为知某晶体管在任务频率为 10.7MHz时，时，yfe=(26.4-j36.4)mS；yre=(0.08-j0

28、.3)mS。能否。能否稳定稳定?u计算：计算：u这阐明用这个晶体管设计制造放大器，只需这阐明用这个晶体管设计制造放大器，只需放大器电压增益不大于放大器电压增益不大于12.52，在没有任何稳，在没有任何稳定措施条件下，放大器是稳定的。即满足定措施条件下，放大器是稳定的。即满足S5的要求。的要求。2226.436.445.0feyms36.45426.4fearctg 220.080.30.31reyms0.3750.08rearctg 3321 cos2 45 1012.525 0.31 101 cos5475feuosrefereyAS y3 、 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u消除消除yre反响作用的过程称为单向化。反响作用的过程称为单向化。u单向化的方法：中和法、失配法单向化的方法：中和法、失配法u一、中和法一、中和法u在晶