Chapter 3高频小信号放大器-严国萍

1、3.1概述概述3.2晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数3.3单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器3.4双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器3.5谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性3.6调谐放大器的常用电路与集成电路调谐放大器的常用电路与集成电路 谐振放大器谐振放大器3.1概述概述1、高频小信号放大器的特点、高频小信号放大器的特点 频率较高频率较高 中心频率一般在几百中心频率一般在几百kHz到几百到几百MHz频带宽度在几频带宽度在几kHz到几十到几十MHz 小信号小信号 信号较小故工作在线性范围内信号较小故工作在线性范围内(甲类放甲类放大器大器) 高频放大 f

2、s fs 本地振荡 fo 混频 fo fs = fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 2、高频小信号放大器的分类、高频小信号放大器的分类按所用的器件：按所用的器件：晶体管（晶体管（BJT)、场效应管（、场效应管（FET)、集成电路（、集成电路（IC)按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器按电路形式：单级放大器和级联放大器按电路形式：单级放大器和级联放大器按负载性质：谐振放大器和非谐振放大器按负载性质：谐振放大器和非谐振放大器谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有放谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频的作用。非谐振放大器由阻容放

3、大器和各大、滤波和选频的作用。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。种滤波器组成，其机构简单，便于集成。i0Vlog20VVAioplog10PPA1)增益：（放大系数）增益：（放大系数） 电压增益： 功率增益：分贝表示：2)通频带：通频带： 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0.707倍时，所对倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用应的频率范围称为放大器的通频带，用B=2 f 0.7表示。表示。 2 f 0.7也称为也称为3分贝带宽。分贝带宽。iVVAoVi0PPPA 3、高频小信号放大器的质量指标、高频小信号放大器的质量指标 f f

4、0 2f0.7 0.7 1 f 2f0.5 0VVAA0.5210f0PPAA为什么要求通频带？为什么要求通频带？放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号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谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必都包含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。要的信号频谱分量通过放大器。与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数回路的等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变。并且通频带愈宽，放

5、大器增益愈小。级数的增加而变。并且通频带愈宽，放大器增益愈小。3)选择性选择性从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）从各种不同频率的信号的总和（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。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。择性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。 矩形系数矩形系数按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线接近理想曲线的程度，引入曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数矩形系数”，它表示，它表示对邻道干扰的抑制能力。对邻道干扰的抑制能力。7.01.0

6、122ffKro7 . 001. 0r0.0122ffK f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 2 f 0.1, 2 f 0.01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处的带处的带宽，宽，Kr愈接近于愈接近于1越好。越好。nv0nAAdfAVf0AAVnfn 抑制比抑制比表示对某个干扰信号表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用的抑制能力，用dn表示。表示。An为干扰信号的放大倍数，为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点为谐振点f0的放大倍数。的放大倍数。 例例 Av0 = 100 An = 1 用分贝表示用分贝表示dn(dB) = 20 l

7、gdndB40dB1001100nn)(dd5)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。作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。次，进行分析和讨论。 )

8、(/)(/nosonisiF输输出出信信噪噪比比输输入入信信噪噪比比PPPPN4)工作稳定性：工作稳定性：指在电源电压变化或器件参数变化时以上三参数的稳定程度。指在电源电压变化或器件参数变化时以上三参数的稳定程度。为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。 3. 2晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数3.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）形式等效电路（网络参数等效电路）将晶体管看成四端网路为为自自变变量量和和输输出

9、出电电压压设设输输入入电电压压21VV212211VyVyIVyVyIofri2121:VVyyyyIIofri即即式中：式中：导导纳纳称称为为输输出出短短路路时时的的输输入入0112ViVIy传传输输导导纳纳称称为为输输入入短短路路时时的的反反向向0211VrVIy传传输输导导纳纳称称为为输输出出短短路路时时的的正正向向0122VfVIy导纳导纳称为输入短路时的输出称为输入短路时的输出0221VoVIy I1 V1 yi yrV2 I1 V2 yo yfV1 + + Y参数等效电路参数等效电路 把晶体管内部的物理过程用集中器件把晶体管内部的物理过程用集中器件RLC表示。用这表示。用这种物理模

10、型的方法所涉及到的物理等效电路就是混合种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是混合参参数等效电路。数等效电路。是是基基极极电电阻阻bb 是是发发射射结结电电阻阻eb是是集集电电结结电电阻阻cb是发射结电容是发射结电容ebC是集电结电容是集电结电容cbC等效电流发生器等效电流发生器表示晶体管放大作用的表示晶体管放大作用的ebmvg)(26)(,0mVmAIggcebmm称称为为跨跨导导引起自激引起自激一部分到输入端.可能一部分到输入端.可能将输出的交流电压反馈将输出的交流电压反馈cbC系系数数降降低低晶晶体体管管的的电电流流放放大大高高频频反反馈馈, ,在在共共集集电电极极电电路路中中引引起起

11、bb3.2.2 混合混合参数等效电路参数等效电路 (物理模拟等效电路物理模拟等效电路) b rbb gbe Ic Vce gce gmVbe b Ib gbc Cbc Cbe Vbe Vbe c e b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e rbe rbc rb c与与Cb c引起的容抗相比引起的容抗相比rb c可视为开路。可视为开路。rb e与与Cb e引起的容抗相比，引起的容抗相比，rb e可以忽略（视为开路）可以忽略（视为开路）rce与回路负载比较，可视为开路。与回路负载比较，可视为开路。 混合混合等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下：等效电路中，电容，电阻并联，在一定的

12、频率下：3.2.3混合混合等效电路的简化等效电路的简化 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e 简化后的等效电路如图：简化后的等效电路如图：这是对工作频率较高时的简化电路，这是对工作频率较高时的简化电路，对工作频率范围不同时，对工作频率范围不同时，等效电路可进行不同的简化。等效电路可进行不同的简化。频率低时可忽略电容的作用。频率低时可忽略电容的作用。 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 011ie2VVIyebbbebebbbcbebbbie111)(11YrYYrCCjry)(cbebebCCjY (一一) 令令V2 =

13、0，求，求yie、yfe。简化混合简化混合等效电路，如图所示。等效电路，如图所示。 (1) 3.2.4Y参数等效电路与混合参数等效电路与混合等效电路参数等效电路参数的转换的转换(2) 012fe2VVIyIVgIebm2 eb2VgImebbb1ebebbb1eb11YrVYYrVVebbb1m21YrVgIebbbm012fe11YrgVIyV)(cbebebCCjY V1小引起小引起I小小又又 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 01VrbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIebbb

14、bbebbbebbbeb1)1()/(YrrIYrICjgIV2cbbbebcb2111VCjrYCjVIebbb2bbcbeb1YrVrCjVebbb2cbbbebbb2bbcb111YrVCjrYrVrCjIebbbcbre1YrCjyebebCjY (二二) 令令 ，求，求yre、yoe (3) 022oe1VVIyebbbbbm2cbebbb2bbcbm2cbebm2111YrrgVCjYrVrCjgVCjVgIIebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyV故故(1)、(2)、(3)、(4)中的中的Yb e可认为相同。可认为相同。ebcbCC(4)rbbgmVbebCbcCb

15、eceII2I1V1cV2ebebCjYebbbeb1YrYebbbm012fe11YrgVIyVebbbcb1YrCjebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyVebebCjY)(cbebebCCjY011ie2VVIy021re1VVIy正向传输导纳正向传输导纳输入导纳输入导纳反向传输导纳反向传输导纳输出导纳输出导纳Y参数等效电路与混合参数等效电路与混合等效电路参数的转换式等效电路参数的转换式晶体管的高频参数晶体管的高频参数1）截止频率）截止频率时时的的频频率率的的频频值值随随着着工工作作频频率率下下降降到到低低2102001,1ffffj由由于于由于由于0比比1大的多大的多,在

16、频率为在频率为f时时,|虽然下降到原来的虽然下降到原来的0.707但是仍然比但是仍然比1大的多大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。因此晶体管还能起到放大的作用。2）特征频率）特征频率1120ff120ffTffT00, 1所所以以由由于于当频率增高，使当频率增高，使|下降到下降到1时的频率。时的频率。电流放大系数电流放大系数与与f 的关系：的关系：TTTffffffffff或或者者,120故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。3）最高振荡频率）最高振荡频率fmax1PAcbebbbmCCrgfmax421fmax表示晶体管所能够适应的最高极限

17、频率。在此工作表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大，当频率时晶体管已经不能得到功率放大，当ffmax时时,无论使用无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。什么方法都不能使晶体管产生振荡。fffTmax:频率参数的关系频率参数的关系晶体管的功率增益晶体管的功率增益 时的工作频率时的工作频率可以证明可以证明:C4R3LFCFC3R2R1C2P1R4P2abL+R1、R2、R3为偏置电阻，决定为偏置电阻，决定工作点，工作点， LF、CF为滤波电路，负压供电为滤波电路，负压供电 C4、L组成组成L、C谐振回路谐振回路 R4是加宽回路通频带用是加宽回路通频带用 R

18、p是并联回路本身的损耗是并联回路本身的损耗所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联回路的组合。回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并联回路的所以前面分析的晶体管等效电路和并联回路的结论均可应用。结论均可应用。3.3 晶体管晶体管谐振放大器谐振放大器3.3.13.3.1单级单级单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器iLoefecVYyyViLoefereiebVYyyyyI)1(1ie2221yPLjcjgPYpLLoefereieibiYyyyyVIY(3) = (2)(4) 代入代入(1) (4)放大器的输入导纳放大器的输入导纳

19、: :) 1 (creiiebVyVyI放大器的质量指标放大器的质量指标1）电压指标电压指标ioVVVA根据电压变比关系：根据电压变比关系：ab2oVpV1cabpVVc12oVppVLoefeicYypypVVpp1212ioVVVA222212111iepLLypLjCjGppYYLoefeLoefeLoefeYypypppYypypYypyp2121211212VA2221iepLypLjCjGY所以：所以：由于：由于：所以：所以： C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic iLoefe

20、cVYyyV222ieieieoeoeoeCjgyCjgy：令令LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe1A22212222121V：所所以以；，纳纳和和输输出出电电容容分分别别是是放放大大器器的的输输出出导导和和其其中中oeoeCg输入导纳和输入电容。输入导纳和输入电容。分别是下一级放大器的分别是下一级放大器的和和ie2ie2Cg2222122221;g ieoepieoeCpCpCCggpgp令令)1(A21VLjCjgyppfe则则0Lfe21VffQ2j1gyppA：可可写写成成附附近近时时在在谐谐振振角角频频率率的的导导纳纳，当当角角频频率率式式中中分分母母视视为为并并

21、联联回回路路VA0的的失失谐谐是是工工作作频频率率对对式式中中000f,21ffffLC：是回路的等效品质因数是回路的等效品质因数gC0LQ电压增益的相关结论电压增益的相关结论的的函函数数是是工工作作频频率率 fV VA A，时时当当0 0f fi ie e2 22 22 2o oe e2 21 1f fe e2 21 1f fe e2 21 1V V0 0g gp pg gp pG Gp py yp pp pg gy yp pp pA A。1 18 80 0，1 18 80 0y y1 18 80 0f fe ef fe ef fe e而而是是的的相相差差不不是是，因因此此输输入入和和输输出

22、出之之间间一一个个相相角角是是一一个个复复数数，它它也也有有的的相相位位差差。此此外外号号表表明明输输入入和和输输出出有有 - - o of fe e1 18 80 00 0相相位位差差才才是是V V和和V V，当当频频率率较较低低时时，i io o成成反反比比。导导成成正正比比，和和回回路路的的总总电电与与晶晶体体管管正正向向传传输输导导纳纳f fe ev vo og gy yA A0Lfe21VffQ2j1gyppA因为有载因为有载goLCQ，所以，所以Q QL L不能太低，否则增益不能太低，否则增益A AV V较低。较低。 单调谐回路放大器单调谐回路放大器谐振谐振电压增益电压增益2）功率

23、增益功率增益放大器的输入功率放大器的输入功率谐振时谐振时：Pio0上获得的功率上获得的功率输出端负载输出端负载ie2gP(：）；ioPPPA1ie2iigvP 2ie222ife12ie222abogpgVypgpVP1221222fe2221PoggyppAieieVoieieggAg：故故。体体管管的的输输入入导导纳纳分分别别是是本本级级和和下下一一级级晶晶和和ie21gieg goe a b P1yfe vi gie2 P1goe 2 P1 P2 P2gie2 2 a b GP yfevi gie1 Vi ）（：dblgA10AdbPoPo表表示示时时用用ie222oe121Pogpgp

24、A ：匹匹配配条条件件为为忽忽略略回回路路本本身身的的损损耗耗G G p poeiefeoeieiefeieioggygpgpgygpppp12212221222221(max)maxPo44A：故最大功率增益为故最大功率增益为 goe a b P1yfe vi gie2 P1goe 2 P1 P2 P2gie2 2 a b GP yfevi gie1 Vi pieoeggpgp22221g1222fe2221PoggyppAieieg的的作作用用不不能能忽忽略略，考考虑虑到到在在实实际际情情况况下下GpGp，21221212max14144)(gGpggyQQggyKggyAieoefeOL

25、ieoefelieoefePo式式中中：为为回回路路有有载载品品质质因因数数LgQL01为为回回路路空空载载品品质质因因数数POLGQ01为为回回路路的的插插入入损损耗耗21/1OLlQQK3）放大器的通频带放大器的通频带做做放放大大器器的的谐谐振振曲曲线线随随f f而而变变化化的的曲曲线线，叫叫VoVAA20VoV211AAffQL 由由于于LLVoVQfffQA07 . 007 . 0f212,21A：故故则则如如果果。通通频频带带越越窄窄；反反之之越越宽宽可可见见：品品质质因因数数越越高高，CfffCfQCggCLgALLVo7.07.0000004221Q与与通通频频带带的的关关系系：

26、CfyppgyppfefeVo7.021214A故故：0Lfe21VffQ2j1gyppAfefe2 21 1V0V0g gy yp pp pA A当当 和和 为定值时（电路定了，其值也定了，带宽增益乘积为定值时（电路定了，其值也定了，带宽增益乘积为常数）决定于为常数）决定于 与与 ，因此选择管子时应选取，因此选择管子时应选取 大的，大的，应减少应减少 ，但但 也不能取的太小，因为不稳定的电容的影响也不能取的太小，因为不稳定的电容的影响大。大。CfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo224CyfAfeV227.00设设 P1、P2 =1带宽增益乘积为一常数

27、带宽增益乘积为一常数feyCC02 fCCfey3、 对于宽带而言，要使对于宽带而言，要使 尽量大，因为频带很宽，谐尽量大，因为频带很宽，谐振曲线不稳定是次要的，对于窄带放大器，振曲线不稳定是次要的，对于窄带放大器， 尽量大，使尽量大，使谐振曲线稳定（不会使通频带改变，以至引起频率失真）。谐振曲线稳定（不会使通频带改变，以至引起频率失真）。2 、为了获得高增益，宽频带，除了选用、为了获得高增益，宽频带，除了选用 较大的晶体较大的晶体管外，应该尽量减小谐振回路的总电容管外，应该尽量减小谐振回路的总电容 ，但是这样会导致，但是这样会导致系统的稳定性变差。系统的稳定性变差。1、当、当 确定，确定，p

28、1和和p2不变时，不变时， 只取决于只取决于 和和 的乘积，电容越大，通频带越宽，的乘积，电容越大，通频带越宽， 变小。变小。讨论：讨论：fey0VAC0VA7 . 02 ffeyCVACCfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo2244）单调谐放大器的选择性单调谐放大器的选择性以矩形系数来分析：以矩形系数来分析：7 . 01 . 00.1r 22kff1 . 0AAV0V如如果果1 . 02Q11AA01 . 0LV0VffLQff021 . 01102111022k27 . 01 . 0r0.1ff：故矩形系数故矩形系数所以单调谐回路放大器的矩形系数远大

29、于所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1 1，故其邻道，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。 f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 则则4、多级单调谐回路谐振放大器、多级单调谐回路谐振放大器若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。生变化。 输 入 T1 T2 T3 CF C1 LF + Vi C3 R2 R3 CF LF R1 b L C4 C2

30、 c p2 p1 d a + Vo R5 R6 CF LF 输 出 + 1）增益增益VmVVAAA21mVmV2V1AAAA则总增益为则总增益为级，各级的增益为级，各级的增益为如果放大器有如果放大器有、m m2）通频带通频带相相同同如如果果各各级级放放大大器器的的增增益益2m20L0mmmVmffQ211AAAA 如果多级放大器是由完全相同的单级放大器组成，如果多级放大器是由完全相同的单级放大器组成，则则 A Am m= =mv1A 根据通频带的定义可以求根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带级放大器的通频带212112207 . 00mLmmffQAA12/11211mmX设设成成为为带带

31、宽宽缩缩减减因因子子, ,可可见见通通频频带带变变窄窄, ,mf)2(7 . 0上面的分析表明上面的分析表明: : 为了使总的通频带不变为了使总的通频带不变, ,每级的带宽都要增加为每级的带宽都要增加为原来的原来的X X倍。倍。 当每级通频带加宽当每级通频带加宽X X倍时倍时, ,每级的增益都会降低为每级的增益都会降低为原来的原来的1/X1/X。LmmmQfff017 . 017 . 012212)2(3）选择性选择性( (以矩形系数为例以矩形系数为例) )时时当当: :根根据据定定义义1 . 0AAV0VL0m1m1 .0Qf1100)f2(12110022k117 . 01 . 01 .

32、0mmmmrff: :故故结论结论:单调谐回路特点是电路简单单调谐回路特点是电路简单,调试容易调试容易,但选择但选择性差性差,增益和通频带的矛盾比较突出。增益和通频带的矛盾比较突出。例3-1在图中，设工作频率f =30MHz，晶体管的正向传输导纳 y fe =58.3ms， gie=1.2ms,Cie=12PF, goe=400 s, Coe=9.5pF，回路电感L=1.4 H，接入系数P1=1，P2=0.3空载品质因数Q0=100（假设yre=0） 求：1 1.单级放大器谐振时的电压增益0vA通频带2 f 0.7，谐振时回路外接电容C若R4=10 k，试计算并比较在回路中并上R4前后的通频带

33、和增益。 C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 分析：根据电压增益表达式分析：根据电压增益表达式 ，应先求出总电导，应先求出总电导g g 首先将图中的负载画出其等效电路如图所示，首先将图中的负载画出其等效电路如图所示， C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 R4 Rp L C iegp22 ieCp22 P1Coe 2 P1goe 2 gyPPAfevo21 解：因为回路谐振电阻RP=QP0L=1006.28301061.410-626kS.RG53pp10843102611 因此回路总电导g=Gp+22221

34、ieoegPgP 若下级采用相同晶体管时，即gie1=gie2=1.2ms 则g=0.038410-3+0.410-3+(0.3)21.210-3=0.5510-3S 325503583021.gyPPAfevo 回路总电容为PF.LfC201041)1030(21)2(162620 故外加电容C应为PFCPCPCC9.412(0.3)9.520)(2ie22oe21 通频带为MHz.ACyPPffe.354321020210358302212-3vo2170电压增益为 若若R4=10kR4=10k ，则，则 sRg344101 . 0133341065. 0101 . 01055. 0ggg

35、9 .26|21gyppAfevo7 . 07 . 022fAfAvovoMHZf17.59 .2635.43227 .0因此并上电阻因此并上电阻R4R4后增益降低，带宽加宽。后增益降低，带宽加宽。故故 而而 则则 是是不不稳稳定定的的原原因因。生生，的的存存在在会会导导致致自自激激的的产产在在实实际际中中r re ey yFieLoerefeieiYyYyyyyY3.4.1自激产生的原因自激产生的原因FFFYgjbgF改变了回路的改变了回路的QL值值, , bF引起回路失谐。引起回路失谐。3. 4谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性gsLCyieYFYSYi gF是频率的函数，在某些频率上可

36、能为负值，即呈负是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现供给回路能量，出现正反馈。当正反馈。当gF = gs + gie（回路原有电导）则回路总电导（回路原有电导）则回路总电导g = 0，QL ，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。0YyyyyYLoerefeieS1yyYyYYrefeLoeieS系统变得稳定。系统变得稳定。 变大变大, ,远离远离1 1，

37、反馈变弱，等式左边，反馈变弱，等式左边变的不稳定。变的不稳定。 变小变小, ,接近于接近于1 1，反馈变强，等式左边，反馈变强，等式左边y y 讨论：讨论：rere小大rerey y当当Ys + Yi = 0 回路总电导回路总电导g = 0 放大器产生自激。放大器产生自激。此时放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分此时放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消。表明放大器反馈的能量抵消回路损耗的能量，且也恰好抵消。表明放大器反馈的能量抵消回路损耗的能量，且电纳部分也恰好得到抵消。电纳部分也恰好得到抵消。 3.4.2放大器产生自激的条件放大器产生自激的条件因为讨论的是小信号

38、，略去直流参数元件即可用因为讨论的是小信号，略去直流参数元件即可用Y参数参数等效电路模拟。等效电路模拟。 数学分析：数学分析： Y L代表由集电极代表由集电极C向右看的回路导纳向右看的回路导纳) 3()2() 1 (LccCoeifeccreiiebYVIVyVyIVyVyI C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic 等效电路分析等效电路分析)1(1ie2221yPLjcjgPYpL还可推导稳定系数还可推导稳定系数)cos(1)(2refereLoeiesyyggggSfeS S5 51010

39、1 1S S一般要求一般要求时稳定时稳定时产生自激，时产生自激， 当当当当 为稳定系数为稳定系数定义：定义：1S SrefeLoeieSyyYyYYfefeyy0,f因因此此, ,实实际际上上：由由于于工工作作频频率率feTforeCj90yre0re，即即中中，电电纳纳起起主主要要作作用用，且且r re ey ySgGgggg2Loe1ies带带入入稳稳定定系系数数如如果果令令， re0feV021CSy2Agg则有：则有：如果如果20gyAfeV0212CyggSrefe3.4.3Avo与与S的关系的关系令接入系数P1=P2= 1 则则 讨论：讨论： (Avo)s与与f有关，有关，f (A

40、vo)s ，f yre 内反馈厉害。内反馈厉害。 选管应选选管应选 大些的为好大些的为好 (Avo)s只考虑内部反馈，未考虑外部反馈。只考虑内部反馈，未考虑外部反馈。refeCy当当S = 5时，时，re0feVO2.5)(CyAs(Avo)s是保持放大器稳定工作所允许的电压增益，称为是保持放大器稳定工作所允许的电压增益，称为稳定电压增益，为保证放大器稳定工作，稳定电压增益，为保证放大器稳定工作，Avo不允许超过不允许超过(Avo)s。 C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 由于由于y yrere的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大的存在，晶体管是

41、一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。单向化的方法有：单向化的方法有：中和法中和法 消除消除y yrere的反馈的反馈失配法失配法 使使G GL L或或g gs s的数值增大，因而使输入或输出回的数值增大，因而使输入或输出回路与晶体管失去匹配。路与晶体管失去匹配。中和法中和法: : 外加一个电容抵消正反馈电容的作用外加一个电容抵消正反馈电容的作用. . 失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配； 晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。 即以牺牲电压增益来

42、换取放大器的稳定性即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性3.4.4克服自激的方法克服自激的方法 电桥平衡时，电桥平衡时，CDCD两端的回路电压两端的回路电压 不会反映到不会反映到ABAB两端两端, ,即对应两边阻抗之比相等。即对应两边阻抗之比相等。(1) (1) 中和法：中和法： 在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。恰好和晶体管的内反馈互相抵消。 具体线路：具体线路： AL1L2BCbcCNVi+ BAViCN+VoCbcCDL1L20VNCCLL11bc21cb21cb21NCNNCLLCLoerefei

43、eiYyyyyYsiefereoe0yyyyyYiesyyierefeoe0yyyyY BG1 Yg Y0 yiyie YL 失配 BG2 复合管 使使Yi = yie，即使后项，即使后项0，则必须加大，则必须加大Y LoeLyy晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大。般采用共发一共基级联放大。则则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。本级晶体管的输出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路

44、的影响也原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。随之减小。使增益下降，提高稳定性。(2) 失配法失配法 ieiyY ieiyy )(oerefereryyyyyfefyy re0yy复合管复合管y参数公式：参数公式：3. 中和法与失配法比较中和法与失配法比较中和法：中和法：优点：简单，增益高优点：简单，增益高缺点：缺点： 只能在一个频率上完全中和，不适合宽带只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。生产。 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变采用

45、中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。化没有改善效果。失配法：失配法：优点：优点： 性能稳定，能改善各种参数变化的影响；性能稳定，能改善各种参数变化的影响； 频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作； 生产过程中无需调整，适于大量生产。生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。缺点：增益低。下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中频放大器下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中频放大器电路。电路。 输入 C3 0.047F 3AG22 680 T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k C4 0.047F C5 0.047F

46、R7 150 R11 10k C6 0.047F R12 2.7k C9 0.047F 3AG22 T2 C7 560pF C8 560pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 C10 0.047F 0.047F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18 0.047F C12 15V 输出 R19 10k R20 5. 1k C13 C14 560pF 560pF Tr2 15V 稳压 8V 5.1k C13 C14 560P 560pF 2k R3 2k R15 4. 谐振放大器电路举例 优点 : 1) 将选择性回路集中在一起，有利于微型化

47、。例如，采用石英晶体滤波器和线性集成电路放大器后，体积能够做得很小。 2) 稳定性好，集中滤波器仅接在放大器的某一级，因此晶体管的影响很小，提高了放大器的稳定性。 3) 通常将集中滤波器接在放大器组的低信号电平处（例如，在接收机的混频和中放之间）。这样可使噪声和干扰首先受到大幅度的衰减，提高信号噪声比。 4) 便于大量生产。集中滤波器作为一个整体，可单独进行生产和调试，大大缩短了整机生产周期。3.5 非调谐式放大器与集成电路放大器3.5.1 3.5.1 非调谐回路式放大器非调谐回路式放大器器件器件MC1590具有工作频率高，不易自激的特点，并带有自动增益控具有工作频率高，不易自激的特点，并带有

48、自动增益控制的功能。其内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路。制的功能。其内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路。 器件的输入和输出各有一个单谐振回路。输入信号器件的输入和输出各有一个单谐振回路。输入信号Vi通过隔直流电容通过隔直流电容C4加到输入端的引脚加到输入端的引脚“1”，另一输入端的引脚，另一输入端的引脚“3”通过电容通过电容C3交流接地，交流接地，输出端之一的引脚输出端之一的引脚“6”连接电源正端，并通过电容连接电源正端，并通过电容C5交流接地，故电路是交流接地，故电路是单端输入、单端输出。由单端输入、单端输出。由L3和和C6构成去耦滤波器，减小输出级信号通过供构成去

49、耦滤波器，减小输出级信号通过供电电源对输入级的寄生反馈。电电源对输入级的寄生反馈。 C1 L2 C2 Vi RL V0 C6 +12V L3 3 2 1 8 7 6 4 5 MC1590 C5 V(AGC) C3 C4 3.5.2集成电路谐振放大器集成电路谐振放大器1.由由MC1590MC1590构成的选频放大器构成的选频放大器：MC1110集成块是一种适合于放大频率高达集成块是一种适合于放大频率高达100MHz信号信号的射极耦合放大电路，其内部电路及由它制成的的射极耦合放大电路，其内部电路及由它制成的100MHz调调谐放大器的实用电路如图所示。谐放大器的实用电路如图所示。片内电路如虚线框内所

50、示，两只晶体管片内电路如虚线框内所示，两只晶体管VT1和和VT2组成共组成共集一共基组合放大电路，使电路的上限截止频率得以提高，集一共基组合放大电路，使电路的上限截止频率得以提高，且输入、输出阻抗均较高，故对外接调谐回路的影响减小。且输入、输出阻抗均较高，故对外接调谐回路的影响减小。 Re 5 9V C L1 C2 1 2 MC1110 3 4 C5 C3 L2 C4 RL V0 +5V VT1 VT2 vi C1 2.MC1110制成的制成的100MHz调谐放大电路调谐放大电路片内电容片内电容C约约30pF，跨接在，跨接在VT1的集电极与的集电极与VT2的基的基极之间，对于极之间，对于100

51、MHz以上的工作频率，以上的工作频率，C的容抗较小，的容抗较小，以构成这两极间的高频短路，使以构成这两极间的高频短路，使VT1的集电极在管内经的集电极在管内经C至至VT2的基极，形成良好的高频接地，实现共集的基极，形成良好的高频接地，实现共集共基共基（CCCB）放大对。）放大对。由由C1、C2、L1构成的回路调谐于信号频率，为了减构成的回路调谐于信号频率，为了减弱信号源对回路的影响，信号是部分接入的。弱信号源对回路的影响，信号是部分接入的。L2、C3、C4组成并联谐振回路，组成并联谐振回路，RL是负载，阻值较是负载，阻值较小，也是部分接入回路的。小，也是部分接入回路的。 ULN2204是单片调

52、频调幅收音机集成块，其内部包含中频放大器、调幅检波器、调幅混频器、调频鉴频器、AGC、AFC及音频功率放大器等电路。下图表示其中的中频放大器。 3. ULN2204 3. ULN2204集成电路中的放大器 3k T1 T2 15 16 T3 T4 T5 T6 T7 T8 2.2k 1.5k 1k 1k 3k 2.2k 1k 1.5k T9 T10 T11 VCC VC 本本 章章 小小 结结一、高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐一、高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。回路。

53、二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐，则谐振放大器的选择性愈好。振放大器的选择性愈好。三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。分析。Y参数等效电路和混合参数等效电路和混合 等效电路是描述晶体管工等效电路

54、是描述晶体管工作的重要模型。作的重要模型。Y参数与混合参数与混合 参数有对应关系，参数有对应关系，Y参数不仅与静态参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。工作点有关，而且是工作频率的函数。 四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。用部分接入方式。 五、由于晶体管内部存在反向传输导纳五、由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体，使晶体管成为双向器件，在一定频率下使回路的总电导为零，这管成为双向器件，在一定频率下使回路的总电导为零，这时放大器会产生自激。时放大器会产生自激。