《高频电子线路》第二章

1、第一节第一节 概述概述 第二章第二章 高频小信号放大器高频小信号放大器一一.高频小信号放大器的功能与特点：高频小信号放大器的功能与特点：功能：一般用在接收机的功能：一般用在接收机的前级前级，对信号的电压进行放大。，对信号的电压进行放大。特点：信号频率较高（几百特点：信号频率较高（几百KHz几百几百MHz），可以采用谐振电路；），可以采用谐振电路； 信号的幅度很小（信号的幅度很小（uvmv级），可以采用线性模型进行分析。级），可以采用线性模型进行分析。二二.高频小信号放大器的分类高频小信号放大器的分类窄带放大器（多采用谐振放大器）窄带放大器（多采用谐振放大器）宽带放大器宽带放大器(非谐振放大器非

2、谐振放大器)三三 主要性能指标主要性能指标:电压增益，通频带，矩形系数，稳定性，噪声系数电压增益，通频带，矩形系数，稳定性，噪声系数第二节第二节 分析小信号放大器的有关知识分析小信号放大器的有关知识 一、并联谐振回路的基本特性一、并联谐振回路的基本特性 1. 1. 并联谐振回路的阻抗（导纳）特性并联谐振回路的阻抗（导纳）特性 )1(0LCjGY 220)1(11LCGYZ 2.2.谐振频率谐振频率 CL 1: 当当LC10 导纳有最小值，阻抗有最大值，此导纳有最小值，阻抗有最大值，此时称该并联谐振电路谐振，此时的时称该并联谐振电路谐振，此时的（角）频率称为谐振（角）频率。（角）频率称为谐振（角

3、）频率。3.3.品质因数品质因数 的的有有功功功功率率或或谐谐振振时时）的的无无功功功功率率（或或谐谐振振时时00RrCLQ 000/1rCL谐谐振振电电阻阻）（谐谐振振时时的的电电抗抗 ）（谐振时的电抗谐振时的电抗谐振电阻谐振电阻CLR000/1 00001rCrLQ CRLRQ0000 并联并联串联串联并联并联串联串联Q Q的意义：可以衡量谐振曲线的尖锐程度。的意义：可以衡量谐振曲线的尖锐程度。lhWffB 定义：通频带定义：通频带 QfBW0 说明说明：Q Q0 0是在没接入负载、信号源时的品质因数，是在没接入负载、信号源时的品质因数， 称为称为无载（或空载）品质因数无载（或空载）品质因

4、数。 Q QL L为有载品质因数。为有载品质因数。所以，所以，有载时，电路通频带有载时，电路通频带 , , 选择性选择性 。0QQL4.4.谐振电阻谐振电阻CLQr1 CLQR 0串联串联并联并联5 阻抗的幅频与相频特性阻抗的幅频与相频特性二二.串并联阻抗的等效变换串并联阻抗的等效变换1.等效的含义：相同的工作频率下，回路两端的阻抗相等在较理想（Q值比较大）的情况下：122rQR 12XX 三三.并联谐振回路的耦合联结与接入系数并联谐振回路的耦合联结与接入系数 在高频放大电路中，多采用谐振回路作为负载输出，后一级放在高频放大电路中，多采用谐振回路作为负载输出，后一级放大电路如果直接联接在前级的

5、负载上，会严重影响前级放大电路的大电路如果直接联接在前级的负载上，会严重影响前级放大电路的性能（前级放大电路谐振回路的性能（前级放大电路谐振回路的Q值会下降）值会下降） 从能量的传输角度来看，要求前级放大电路的输出电阻和后级从能量的传输角度来看，要求前级放大电路的输出电阻和后级放大电路的输入电阻匹配，如果直接连接很难做到，放大电路的输入电阻匹配，如果直接连接很难做到，所以在高频电路中：多级放大电路的联接，放大电所以在高频电路中：多级放大电路的联接，放大电路和负载的之间的联接要考虑阻抗变换，即要采用路和负载的之间的联接要考虑阻抗变换，即要采用部分接入的形式。部分接入的形式。（四）接入系数（四）接

6、入系数p p 1 1与与2 2重合时，重合时， 全部接到电路两端，对回路影响最明显；全部接到电路两端，对回路影响最明显；2 2从上向下滑动时，从上向下滑动时， 与回路的连接与回路的连接 ，对回路的影响，对回路的影响 ；2 2与与3 3重合时，重合时， 与回路脱离联系，对回路没任何影响。与回路脱离联系，对回路没任何影响。LRLRLR该变化过程，反映在下式中：该变化过程，反映在下式中：LLRNNR221,)( 12NNp LLRpR2,1 23R0CLN1N2RL1“部分接入部分接入”的概的概念念 接入系数接入系数P反映的是外电路（负载，后级电路）对本反映的是外电路（负载，后级电路）对本电路的影响

7、程度电路的影响程度一、一、Y Y参数等效电路参数等效电路1.Y1.Y参数网络方程参数网络方程 coebfeccrebiebUyUyIUyUyI oefereieyyyyYUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.bIcI第三节第三节 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.Y2.Y参数的物理意义参数的物理意义 0 CUbbieUIy晶体管的输入导纳晶体管的输入导纳 它说明了输入电压对输入电流的控制作用。它说明了输入电压对输入电流的控制作用。0 CUbcfeUIy正向传输导纳正向传输导纳 它表示输入电压对输出电流的控制作用它表示输入电压对输出电流的控制作用0

8、 bUcbreUIy反向传输导纳反向传输导纳 它代表晶体管输出电压对输入端的反作用它代表晶体管输出电压对输入端的反作用。0 bUccoeUIy晶体管的输出导纳晶体管的输出导纳 它说明输出电压对输出电流的控制作用。它说明输出电压对输出电流的控制作用。三三.高频参数高频参数(1) (1) 截止频率截止频率 （共射截止频率）：（共射截止频率）： 下降到下降到0.707 0.707 时的频率。时的频率。 f 0 (2) (2) 特征频率特征频率 下降到下降到1 1时的频率。时的频率。 Tf (3(3）最高振荡频率）最高振荡频率 晶体管的共射极接法晶体管的共射极接法功率功率放大倍数放大倍数 下降到下降到

9、1 1时的频率时的频率 。 maxfpK第四节第四节 晶体管谐振放大器晶体管谐振放大器RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5一一.（单管）单调谐回路谐振放大器（单管）单调谐回路谐振放大器（一）放大器的等效电路及其简化（一）放大器的等效电路及其简化由于放大的信号幅度很小，所以可以用由于放大的信号幅度很小，所以可以用Y参数模型来参数模型来取代晶体管。取代晶体管。RL2LC5V(b)431高频小信号放大器高频小信号放大器交流交流等效模型等效模型 coebfeccrebiebUYUYIUYUYI cLcUYIISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.(2)

10、输出导纳YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS 0(1)输入导纳YiLoerefeiebbiYYYYYUIY 1.电压增益： iuUUA0（二）放大器的技术指标（二）放大器的技术指标 jwLjwcgyppAfeu121 gyppAfeu210其中与分别为谐振回路总电导和总电容:当谐振回路谐振的时候，电容和电感 的作用互相抵消 2 谐振频率和谐振曲线LCf210回路有载值 QL= LgwgCw001220011211)( ffQAAfNLuu谐振特性方程：3）通频带LQffBW07 . 02 4）矩形系数99227 . 01 . 01 . 0 ffKr 由于fe是复数, 有一个相角fe

11、, 所以一般来说, 谐振时放大器输出电压与输入电压之间的相位并非正好相差。 另外, 由上述公式可知, 电压增益振幅与晶体管参数、 负载电导、回路谐振电导和接入系数有关： (1) 为了增大u0, 应选取|yfe|大, oe小的晶体管。 (2) 为了增大u0, 要求负载电导小, 如果负载是下一级放大器, 则要求其ie小。 (3) 回路谐振电导e0越小, u0越大。而e0取决于回路空载值0, 与0成反比。 (4) u0与接入系数p1、p2有关, 但不是单调递增或单调递减关系。由于p1和p2还会影响回路有载值L, 而L又将影响通频带,所以p1与p2的选择应全面考虑, 选取最佳值。 实际放大器的设计是要

12、在满足通频带和选择性的前提下, 尽可能提高电压增益。 在单管单调谐放大器中, 选频功能由单个并联谐振回路完成, 所以单管单调谐放大器的矩形系数与单个并联谐振回路的矩形系数相同。由于有载Q值小于空载Q值，其通频带比单个并联谐振回路加宽。 例：在图2.3.1中, 已知工作频率f030MHz, Vcc, e mA。晶体管采用型高频管。其参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下： gie=1.2mS, Cie=12pF, goe=400S, Coe=9.5pF, |yfe|=58.3mS,fe=-22, |yre|=310S, re=-88.8,1.4H 接入系数p1, p20.3, 0100。 负载

13、是另一级相同的放大器。 求谐振电压增益振幅u0和通频带07，并求回路电容是多少时, 才能使回路谐振？sLwQge666000109 .37104 . 11030210011 所以 g=ge0+p21goe+p22gie=0.5510-3S从而 Au0=321055. 0103 .583 . 03321gynnef因为PFLwc20104 . 1)10302(1162620又所以ieoecncnCC2221pFCncnCCieoe4 . 9123 . 05 . 92022221 由 QL= gcw0HzcgQfBWL612307 . 01032. 4102014. 321055. 02 可得 从

14、对单管单调谐放大器的分析可知, 其电压增益取决于晶体管参数、 回路与负载特性及接入系数等, 所以受到一定的限制。如果要进一步增大电压增益, 可采用多级放大器。 二.多级单调谐回路放大器 设放大器有m级, 各级电压增益振幅分别为u1, u2, , um, 则总电压增益振幅是各级电压增益振幅的乘积, 即 mu1u2um （一）电压增益 （二）单位谐振函数 N（f）= 2200)2(11mLmmffQAA (三）放大器通频带BWm=(2f 0.7)m= 7 . 010011212BWQfmm 由上述公式可知, m级相同的单调谐放大器的总增益比单级放大器的增益提高了, 而通频带比单级放大器的通频带缩小

15、了, 且级数越多, 频带越窄。所以, 增益和通频带的矛盾是一个严重的问题, 特别是对于要求高增益宽频带的放大器来说, 这个问题更为突出。这一特性与低频多级放大器相同。 例:某中频放大器的通频带为MHz, 现采用两级或三级相同的单调谐放大器, 两种情况下对每一级放大器的通频带要求各是多少？67 . 021210612BWBW解: 当m=2时, 因为所以, 要求每一级带宽ZHBW62167 . 0103 . 912106 同理, 当m时, 要求每一级带宽ZHBW63167 . 0108 .1112106 （四）矩形系数121100117 . 01 . 01 . 0 mmmmmBWBWK附表附表:单

16、调谐放大器矩形系数与级数的关系单调谐放大器矩形系数与级数的关系 级数n12345678910矩形系数Kn01 9.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56第五节第五节 小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性 以上我们在讨论谐振放大器时, 都假定了反向传输导纳re, 即晶体管单向工作, 输入电压可以控制输出电流, 而输出电压不影响输入。实际上re0, 即输出电压可以反馈到输入端, 引起输入电流的变化, 从而可能引起放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大, 且在相位上满足正反馈条件, 则会出现自激振荡。为了提高放大器的稳定性, 通常从两个方面着手

17、。一是从晶体管本身想办法, 减小其反向传输导纳re值。 二是从电路上设法消除晶体管的反向作用, 使它单向化。 具体方法有中和法中和法与失配法失配法。一一.谐振放大器存在不稳定的原因谐振放大器存在不稳定的原因（定性分析）（定性分析）二二.放大器的稳定系数及稳定增益放大器的稳定系数及稳定增益 （定量计算）（定量计算）这部分不要求，略。有兴趣的同学自学三三.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（一）中和法（一）中和法re的大小主要取决于集电极与基极间的结电容的大小主要取决于集电极与基极间的结电容bc（由混（由混合合型等效电路图可知型等效电路图可知, bc跨接在输入、跨接在输入、 输出

18、端之间）输出端之间）中和法是在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部中和法是在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路）反馈电路（中和电路）, 以抵消晶体管内部参数以抵消晶体管内部参数re的反馈作的反馈作用。由于用。由于re的实部（反馈电导）通常很小的实部（反馈电导）通常很小, 可以忽略可以忽略, 所以常所以常常只用一个电容常只用一个电容N来抵消来抵消yre的虚部（反馈电容）的影响的虚部（反馈电容）的影响, 就可就可达到中和的目的。达到中和的目的。 为了使通过为了使通过N的外部电流和通过的外部电流和通过bc的内部反馈电流相位相的内部反馈电流相位相差差,从而能互相抵消从而能互相抵消, 通常在晶体管输出端添加一个通常在晶体管输出端添加一个反反相相的耦合变压器的耦合变压器由于由于re是随频率而变化的是随频率而变化的, 所以固定的中和电容所以固定的中和电容N只能在某一个只能在某一个频率点起到完全中和的作用频率点起到完全中和的作用, 对其它频率只能有部分中和作用对其