高频电子线路ppt讲义3高频小信号放大器

1、 高频小信号放大器的特点：高频小信号放大器的特点：放大高频小信号放大高频小信号(中中心频率在几百心频率在几百kHz到几百到几百MHz，频谱宽度在几，频谱宽度在几kHz到几到几十十MHz的范围内的范围内)的放大器。的放大器。 普通调幅无线电广播所占带宽应为普通调幅无线电广播所占带宽应为kHz，电视，电视信号的带宽为信号的带宽为Mz左右。左右。音音 频频射射 频频微微 波波MHz300KHz300单振荡回路单振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器高频小信号放大器 谐振放大器（窄带）谐振放大器（窄带）非谐振放大器（宽带）非谐振放大器（宽带）LC集中滤波器集中滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波

2、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高频小信号放大器的分类高频小信号放大器的分类有源器件有源器件谐振回路谐振回路窄带谐振放大器窄带谐振放大器宽带非谐宽带非谐振放大器振放大器滤波器滤波器宽带小信号放大器宽带小信号放大器本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。高频小信号放大器的主要质量指标高频小信号放大器的主要质量指标1) 增益（放大系数）增益（放大系数） 2) 通频带通频带3）选择性）选择性 4) 工作稳定性工作稳定性ioVVAlog20vioPPAplog101) 增益：（放大系数） 电压增益电压增益：分贝表示分贝表示：ioVVA vioPPA

3、p功率增益功率增益： 2) 通频带：3) 选择性选择性 矩形系数矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。表示与理想滤波特性的接近程度。7.01.01022ffKr7 . 001. 0r0.0122ffK f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 ：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）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。选择性常采用性。选择性常采用矩形系数矩形系数和和抑制比抑制比来表示。来表示。 抑制比抑制比：表示对某个干扰信号表示对某个干扰信号f

4、n 的抑制能力，用的抑制能力，用dn表示。表示。 n0nvvAAd f Av0 f0 A Avn fn 4) 工作稳定性：工作稳定性：指放大器的工作状态指放大器的工作状态( (直流偏置直流偏置) )、晶体管、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。性的稳定。 不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。馈引起），使放大器完全不能工作。 出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至

5、最后讨论。低频低频小信号模型小信号模型A AF FA A低频低频小信号模型小信号模型晶体管晶体管H H参数及小信号模型参数及小信号模型),(1CEBBEvifv),(2CEBCvifi CEVBBEieivh输出端交流短路时的输入电阻输出端交流短路时的输入电阻;CEVBCfeiih输出端交流短路时的正向电流传输比输出端交流短路时的正向电流传输比;BICEBErevvh输入端交流开路时的反向电压传输比输入端交流开路时的反向电压传输比;BICECoevih输入端交流开路时的输出电导输入端交流开路时的输出电导;称为输出短路时的称为输出短路时的输入导纳输入导纳；021r1VVIy012f2VVIy02

6、2o1VVIy称为输入短路时的称为输入短路时的反向传输导纳反向传输导纳；称为输出短路时的称为输出短路时的正向传输导纳正向传输导纳；称为输入短路时的称为输入短路时的输出导纳输出导纳。011i2VVIy晶体管晶体管y y参数及小信号模型参数及小信号模型LoefereieiYyyyyY2L22ce122re1ie1feVYIVyVyIVyVyIeb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm vbe二、混合二、混合等效电路等效电路体电阻是基极rbb 电阻是基射reb极间 射是)(eb结电容发CC流源等效受控电表示晶体管放大作用的ebmVg为微变跨导。mgE0eb26rI26rCeb0m

7、IgebebffrC或1三、等效电路参数的转换三、等效电路参数的转换011ie2VVIyieiejCg022oe1VVIyoeoejCgyieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe)(1cbebbbCCr)(2cbebmTCCgff)(1cbebbbCCr011ie2VVIyieieCjg012fe2VVIybbcbebm)(j1rCCg022oe1VVIyoeoejCgbbebcbj1jrCC021re1VVIymfegycbrejCycbceoejCgy)(jcbebebieCCgy)(2cbebmTCCgff1. 截止频率截止频率时所对应的频率。的下降到低频值210f02

8、/0Tf f12. 特征频率特征频率时所对应的频率。1 当当f fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。0Tff四、晶体管的高频参数四、晶体管的高频参数201ff3. 最高振荡频率最高振荡频率fmax时的最高工作频率。晶体管的功率增益1PGf fmax后，后， Gp1 不论其不论其Q值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远。值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远。 f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 可见，相对单可见，相对单

9、调谐回路，调谐回路，采用双调谐回路改善选择性和提采用双调谐回路改善选择性和提高带宽。高带宽。EndLQf0)(7 . 0f2单调L0)双调(7 . 022Qff1102(10单调）rK4210110）（ 双 调 rK)(7 . 02单调f)单调(10 r KEnd)j ()j ()j (ioVVAv)j ()j ()j ()j ()j ()j (1)-o(oo1o2io1nnVVVVVVnAAAvvv)j ()j (21Av1Av2Avn如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则nnAAAAA121vvvvv1. 增益增益ngyppAfe2

10、10v2. 通频带通频带21可求得可求得n级放大器的通频带级放大器的通频带LnQ017 . 0122单级7 . 01212nnnQgyppA110021）（Lfejv220020)(1 1nQAA Lvv220)2(1 1nQ L3. 选择性选择性（矩形系数矩形系数）220020)(1 1nQAA Lvv220)2(1 1nQ L101通频带通频带LQn017 . 0122 当级数当级数n增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改善是有限度的。善是有限度的。7.01.01022ffKr7.01.0221211012nnLQn021 . 01102End

11、3.6.1 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性3.6.2 单向化单向化 所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。 此时，如果此时，如果g= gs+ gie + gF 0，即整个回路的能量消耗为，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回路电感与电容之间相互转换，回路中的等幅振

12、荡得以维持，而不需中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。外加激励。（自激振荡）（自激振荡） 如果反馈电导为负值，那么如果反馈电导为负值，那么g g= = g gs s+ +g gie1ie1+ +g gF F= 0 = 0 可能存在，即发生自可能存在，即发生自激振荡现象。激振荡现象。1.1.自激产生的原因自激产生的原因( (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例) )FFoerefeFjbgYyyyYL 此时，如果此时，如果g= gs+ gie + gF 0，即整个回路的能量消耗为，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回零，回路中储存的能量恒定，在电感与

13、电容之间相互转换，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。 为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生等幅自激振荡的条件。等幅自激振荡的条件。2. 2. 自激产生的条件自激产生的条件( (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例) ) oerefeiesisLYyyyyYYY等于回路谐振时，回路谐振时，g= gs+ gie + gF = 0= 01 refeoeiesyyYyyYL即分解为幅值和相位两个条件分解为幅值和相位两个条件1refeLoeiesyyYyyY幅值条件：n2refe21相位条件：

14、不发生自激的条件不发生自激的条件0coscos 1Loerefe1iesFiesYyyyyYgggg回路谐振时，回路谐振时，g= gs+ gie + gF 01coscos121refeoeLiesrefeLoeiesyyggggyyYyyYS或稳定系数稳定系数 如果如果S1，放大器可能产生自激振荡；如果，放大器可能产生自激振荡；如果S 1，放，放大器不会产生自激。大器不会产生自激。 S越大，放大器离开自激状态就越远，越大，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。工作就越稳定。3. 3. 稳定性分析稳定性分析LoeiesYyyY假设放大器输入与输出回路相同，假设放大器输入与输出回路相同，21;

15、 oeLiesggggg即(包括谐振回路包括谐振回路)refen221相位条件：yygggg2refeoeLiescosS2cosrefe2refe2yygreferefe2cos12yyg1coscos21refeoeLiesyyggggS 讨论如何消除讨论如何消除y yrere的反馈，变的反馈，变“双向元件双向元件”为为“单单向元件向元件”。这个过程称为单向化。这个过程称为单向化。A AF FCberbbCbcrbcrbevbercegm vbeA AF F 避免自激的做法有中和法和失配法避免自激的做法有中和法和失配法不发生自激的条件不发生自激的条件回路谐振时，回路谐振时，g= gs+ g

16、ie + gF 012re0fe2CygS“失配失配” ：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。 同理，如果把信号源导纳同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管取得比晶体管yie大得多，那大得多，那么输出导纳么输出导纳0ccosIVIYsierefeoeYyyyyoey 如果把负载导纳如果把负载导纳YL取得比晶体管取得比晶体管yoe大得多，即大得多，即YL yoe ，那么输入导纳那么输入导纳ieyFieoefereieiYyYyyyyYL1refeLoeieSyyY

17、yyYS稳定系数稳定系数 可知，当可知，当Ys yie 和和YL yoe ，稳定系数，稳定系数S大大增加。大大增加。re0fe02ACSyv失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。 失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。 典型电路典型电路ic1c1y yoeoey yieieEnd自然干扰自然干扰人为干扰人为干扰干扰与噪声干扰与噪声外部干扰外部干扰内部噪声内部噪声天电干扰天电干扰宇宙干扰宇宙干扰大地干扰大地干扰工业干扰工业干扰无线电台无线电台自然噪声自然噪声人为噪声人为噪声有热噪声有热噪声散粒噪声散粒噪声闪烁噪声

18、闪烁噪声交流哼声交流哼声感应噪声感应噪声接触不良接触不良 这种无规则运动具有起伏噪声的性质，是一种随机过程，这种无规则运动具有起伏噪声的性质，是一种随机过程，即在同一时间（即在同一时间（）内，这一次观察和下一次观察会得）内，这一次观察和下一次观察会得出不同的结果出不同的结果 放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻、谐振回路和放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻、谐振回路和电子器件内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的。电子器件内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的。ttTTTd )(1lim0nvvn随机过程的特征通常用它的平均值、均方值、随机过程的特征通常用它的平均值、均方值、频谱或功率谱来描

19、述。频谱或功率谱来描述。1. 起伏噪声电压的平均值起伏噪声电压的平均值2n20n2nn2d )(1lim)()(vvvvvttTttTTn2. 起伏噪声电压的均方值起伏噪声电压的均方值3. 非周期噪声电压的频谱非周期噪声电压的频谱起伏噪声电压是一种随机过程，其对应频谱也是随机起伏噪声电压是一种随机过程，其对应频谱也是随机过程，没有确定的描述。过程，没有确定的描述。ffSttTPtTTTd )( d )(1limlim)(002n2nvv4. 起伏噪声的功率谱起伏噪声的功率谱式中，式中，( f )称为噪声功率谱密度，单位为称为噪声功率谱密度，单位为/z。End电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下，受到热激电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下，受到热激发后，在导体内部作大小和方向都无规则的运动（热骚动）。发后，在导体内部作大小和方向都无规则的运动（热骚动）。n2n4fkTRv电阻的热噪声的功率谱密度电阻的热噪声的功率谱密度kTRfS4)(噪声电压均方值噪声电压均方值噪声电流均方值噪声电流均方值n2n4fkTGi以上各式中，以上各式中，为玻耳兹曼常数，为玻耳兹曼常数，T为电阻的绝对温度，为电阻的绝对温度，fn为电路的等效噪声带宽，为电路的等效噪声带宽，（或（或）为）为fn内的电阻