通信电子线路：第2章 高频小信号放大器

1、第第2 2章章 高频小信号放大器高频小信号放大器本章基本要求本章基本要求 掌握掌握: :小信号谐振放大器的电路组成、小信号谐振放大器的电路组成、原理及分析方法；原理及分析方法； 重点掌握串、并联重点掌握串、并联LCLC选频网络的幅频和选频网络的幅频和相频特性；相频特性； 熟悉高频放大器的选频放大的特点。熟悉高频放大器的选频放大的特点。2.1 概述概述 在无线通信过程中，通信信道数多，所占频段范在无线通信过程中，通信信道数多，所占频段范围较宽围较宽, 工作频率也较高工作频率也较高(从几百从几百kHz到几百到几百MHz，如，如卫星通信系统中卫星通信系统中, 工作频率可达数工作频率可达数GHz)。同

2、一通信频。同一通信频段内，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接段内，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接收机则只选择出所需要的信号进行放大。收机则只选择出所需要的信号进行放大。 因此，接收机中的放大器除了要有足够的增益外因此，接收机中的放大器除了要有足够的增益外, 还应具有选择不同频率的信号的能力。还应具有选择不同频率的信号的能力。 但无论是哪一种类型的电路，它们主要由两部分但无论是哪一种类型的电路，它们主要由两部分组成组成: 一部分是其核心器件一部分是其核心器件放大器件放大器件。另一部。另一部分是用作选择信号的分是用作选择信号的选频网络选频网络。 用对数形式用对数形式dB(分贝分贝)

3、值来表示比值值来表示比值功率增益的功率增益的dB值定义值定义ppLi(dB )101g101g101gGGPP电压增益的电压增益的dB值定义值定义Li(dB)20 lg20 lg20 lguuAAUUdBm(分贝毫瓦分贝毫瓦)定义：定义：P(dBm)= 10lgP(mW)/1mWdBW(分贝瓦分贝瓦)定义：定义：P(dBW)= 10lgP(W)/1WdBmV(分贝微伏分贝微伏)定义：定义：U(dBmV)= 20lgU(mV) /1mVdBV(分贝伏分贝伏)定义：定义：U(dBV)= 20lg U(V) /1VpLiLi(dB )(dB m )(dB m )(dB )(dBV )(dBV )uG

4、PPAUU注意：注意：两个两个dBm(dBmV)相减，结果为相减，结果为dB。dBm(dBmV)与与dB之间可以加、减，结果仍为之间可以加、减，结果仍为dBm(dBmV)关于关于dBmdBm用于表达功率的绝对值，计算公式为：如果发射功率Px为10W，则按dBm单位进行折算后的值应为：10 lg(/1)dBmPxmW10 lg(10/1)10 lg(10 1000/1)40WmWmWmWdBmdB用于表征功率的相对比值，如输出电压（功率）比输入电压（功率）增大了多少dB等。注意：注意：两个dBm相减，结果为dB。dBm与dB之间可以加、减，结果仍为dBm（-26dBm）50dB=24dBmPLP

5、i功率增益= （1）-3dB也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的一半，电压或电流是正常时的一半，电压或电流是正常时的0.707。在电声系统中，。在电声系统中，3dB的的差别被认为不会影响总特性。所以各种设备的频率范围，不加差别被认为不会影响总特性。所以各种设备的频率范围，不加说明的话都可能有说明的话都可能有3dB的出入。的出入。（2）当）当电压幅度电压幅度降至最大值的降至最大值的0.707倍倍时的位置，为时的位置，为截止频率截止频率。这时功率值恰好是这时功率值恰好是最大功率的一半最大功率的一半所以又称为是所以又称为是半功率点半功率点。用分贝表

6、示幅度正好用分贝表示幅度正好下降了下降了3dB根据电压幅度计算：根据电压幅度计算：20lg(0.707)=3dB ，根据功率计算：根据功率计算：10lg（0.5）=-3dB， 对应的频率称为上截止频率，又常称为对应的频率称为上截止频率，又常称为-3dB带宽。带宽。关于关于-3dB带宽带宽2.1.1 小信号调谐放大器的分析方法小信号调谐放大器的分析方法 小信号调谐放大器常作为选频放大器，用小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大微弱的高频信号。来放大微弱的高频信号。 由于是由于是“小信号小信号” : （1）因为信号幅度足）因为信号幅度足够小，使得所有有源器件够小，使得所有有源器件(晶体三极管、

7、晶体三极管、 场场效应管或效应管或IC)都可采用二端口都可采用二端口Y参数或线性参数或线性等效电路模型代替等效电路模型代替; （2）放大器的输出信）放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系。号与输入信号成线性比例关系。 82.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的主要技术参数 1. 增益增益iopioiiouPPAiiAuuA、2. 通频带通频带 1f2f7 . 0BW通常规定通常规定: 当当 从从1降到降到0.707处时，对应的频率处时，对应的频率和和之间的频率范围称为之间的频率范围称为通频带通频带，用符号，用符号表示。表示。 -3dB带宽-6dB带宽0.70.72BWf

8、0.50.52BWf 矩形系数0.10.10.010.010.10.010.70.70.70.722,22rrBWfBWfKKBWfBWf2.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的主要技术参数 3. 选择性选择性 抑制比00,()20lguuununAAdd dBAA抑制比，也称为抗拒比，是用来表征某些特定频率的选择性参数，即对干扰信号的抑制能力。Au0谐振频率f0的放大倍数Aun某一干扰信号的频率fn在放大器中的放大倍数。3. 选择性选择性 2.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的主要技术参数 2.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的

9、主要技术参数 4. 稳定性稳定性是指放大器的直流偏置、有源器件参数和其他电路元件参数等发生变化时，放大器主要性能的稳定程度。最常见的（中心）频率的稳定性频率的稳定性、增益的稳定性增益的稳定性、带宽的稳带宽的稳定性定性和谐振的稳定性谐振的稳定性。正弦振荡电路中的间歇振荡5. 噪声系数噪声系数 2.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的主要技术参数 是指放大器输出信噪比与输入信噪比之比，是表征放大器的噪声性能恶化程度的一个参量，用NF表示。siniFsonoPPNPP噪声（一般指热噪声）主要来源于高频放大器的外部（输入端）和内部（放大器中）。由于它是一个非常宽谱的信号，可以从几赫

10、兹到几百兆赫兹；加上我们采用的半导体器件中，电流引起的热噪是无法消除的。输入信噪功率比输入信噪功率比输出信噪功率比输出信噪功率比 噪声系数表征了信号通过系统后，系统内部噪声造成信噪声系数表征了信号通过系统后，系统内部噪声造成信噪噪 比恶化的程度。比恶化的程度。 如果系统是无噪的，相应的噪声系数为如果系统是无噪的，相应的噪声系数为1。 有噪系统的噪声系数均大于有噪系统的噪声系数均大于1。5. 噪声系数噪声系数 2.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的主要技术参数 siniFsonoPPNPP输入信噪功率比输入信噪功率比输出信噪功率比输出信噪功率比LCLC调谐回路概述调谐回路概

11、述LC谐振回路是高频电路里最常用的无源网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。利用LC谐振回路的幅频特性和相频特性，不仅可以进行选频选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声(例如在选频放大器和正弦波振荡器中)，还可以进行信号的频幅转换和频相转换频幅转换和频相转换。另外，用L、C元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路阻抗变换电路和匹配电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高频电路在本书所介绍的各种功能的高频电路单元里几乎都离不开它单元里几乎都离不开它。2.2 调谐放大电路调谐放大电路 选频网络（

12、调谐电路）作用与特性选频网络（调谐电路）作用与特性（1）作用：选取有用的频率和实现阻抗匹配。（2）频率特性：幅频特性和相频特性。v图中的f0为谐振频率，且在f0频率上的增益A(f0)达到最大，而且相移A(f0)为零。v增益从最大值A(f0)下降3dB（即0.707倍）时的上下限频率之差称为通频带。用BW0.7表示。v通频带必须大于信号的频谱宽度。2.2 调谐放大电路调谐放大电路 2.2 调谐放大电路调谐放大电路 2.2.1、选频网络的分类：1. L、C串联谐振电路（L、C、RL串联）2. L、C并联谐振电路（L、C、RL并联） 串联谐振回路的基本形式串联谐振回路的基本形式并联谐振回路的基本形式

13、并联谐振回路的基本形式2.2 LC谐振回路谐振回路谐振回路的类型及其电路构成谐振回路的类型及其电路构成串联谐振回路并联谐振回路由L、C和RL组成串联回路。其中Rs为信号源内阻，而RL为负载，r主要为电感内阻。由L、C和RL组成并联回路。其中Rs为信号源内阻，而RL为负载，Rp为电感的损耗电阻，RpQ02r。1Zrj Lj C阻抗11pYj CRj L导纳1()rjLC11()pjCRL2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析I由L、C和RL组成串联回路。其中RS为信号源内阻，而RL为负载，r主要为电感内阻。II回路中电流的计算定义：LC10谐振角频率电感、电容充放电的最大输出对应的振荡角

14、频率。谐振频率LCf210 品质因数品质因数Q：表示一个储能器件（如电感线圈、电容等）、谐振电路中所储能量储能量同每周期损耗能量损耗能量之比的一种质量指标。 元件的品质因数品质因数Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。 Q值的计算公式：值的计算公式：Q=无功功率无功功率 / 有功功率有功功率2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析定义参数：电感含内阻电感含内阻r例如：例如：Q值？rLrILIQ损耗的能量存储的能量220空载品质因数空载品质因数定义参数：CLRCRRLQe1100)(00eQ有载品质因数一般失谐指数为一般失谐指数，若电路中不为零，则电路处于失谐状态。否则0时，电路

15、处于谐振状态。R=Rs+RL+r2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析广义失谐系数 广义失谐是表示回路失谐大小的量，其计算公式为： 当 0即失谐不大时,或者说Qe较大时，近似对称；oooo1oeLLXCQRRR0022eefQQf = 0时，LC网络谐振，即 = 0 ； 0时， 0 ；越大，偏差越大； 0时， Q2R01R02o R01R02|Z|广义失谐系数 )1 ()1()(jRCLjRjZ21)( RZ阻抗大小与的关系：2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析22Z 0 0 |Z|ReQ eQ 阻抗的频率特性相频特性：Zarctg 0 时，Z 0 时，Z 0幅频特性：221

16、|()ZRLC = 0 时，|Z|最小，为R2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析arctgA 区分：区分：相频特性：Aarctg 0 0 时，A 0Qe增大，幅频特性曲线和相频特性曲线均变陡峭幅频特性：201)(IIeQ eQ 0( )/ ()II( )A0 0 22 = 0 时，I（）最大b.电流的频率特性2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析22Z 0 eQ eQ 0 22（1） 0 时，Z 0( )AZIU电流超前电压（2） 0 时，Z 0，A 0电流滞后电压ZIU（3） = 0 时，Z = A = 0电流、电压同相ZIUb.电流的频率特性谐振时，回路电流达到最大I0。

17、与此同时，电抗元件上产生的电压分别为：电感两端电压：电感两端电压：rRRVILjIjVLssL0000)(2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析)()()(0000jVjQRLjjVjVsesLrRRRLs同理电容两端电压：同理电容两端电压：)()()(0000jVjQCRjVjjVsesC)()()(0000jVjQCRjVjjVsesC说明谐振时，电感和电容的电压大小相等，但相位相反。电抗元件电压和为零。电抗元件电压和为零。与信号源电压的相位关系如图所示：)(0jVC)(0jVL)(0jVs2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析)()()(0000jVjQRLjjVjVse

18、sL通频带BW0.7公式的推导201)(II当1时，00707. 02)(III此时，角频率分别为H或L（fH或fL），且Qe较大。ffffffQffffQffffQeee000020200)()(当Qe较大时，近似fH - f0=f0 - fL=f。且f f000.70002 ()21eeef ffBWfQQQf fff eQfBW07 . 02.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析区别：rRrRQrRRLQLsLse100由：其中rLQ00Q0为回路元件的固有品质因数，取决于L中的固有损耗r。2.2.1、串联谐振网络分析、串联谐振网络分析回路中的总阻抗回路中的总阻抗电感电感L中的线圈

19、内阻中的线圈内阻r1. 并联谐振回路并联谐振回路I由L、C和RL组成并联回路。其中Rs为信号源内阻，而RL为负载，Rp为电感的损耗电阻，RpQ02r。2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析1. 并联谐振回路并联谐振回路I由L、C和RL组成并联回路。其中Rs为信号源内阻，而RL为负载，Rp为电感的损耗电阻，RpQ02r。II回路中电流的计算定义：LC10谐振角频率谐振频率LCf2102.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析引入参数：LCRCRLRQeeee00)(00000epQLRrLQ有载品质因数空载品质因数一般失谐指数品质因数与串联谐振的表达式正好相反。)/(LpseRRRR

20、 2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析品质因数品质因数Qe2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析LCRCRLRQeeee00Q值的计算公式：值的计算公式：Q=无功功率无功功率 / 有功功率有功功率22022ppppVRVCLQCRVVLRRLC并联谐振网络，谐振频率为0Q Q0 0变了！？变了！？)/(LpseRRRR 11ooeoeeoooCBL CRGRR L失失谐谐时时的的电电纳纳谐谐振振时时的的电电导导 与前面串联谐振网络的分析基本一致，只是与前面串联谐振网络的分析基本一致，只是Qe的内涵不同。的内涵不同。广义失谐系数广义失谐系数 2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐

21、振网络分析)(00eQ一般表达式：一般表达式：)1(1)(LCjRjYe由回路得：通过代入前面的定义关系得：)(1)(1)(0000000eejQVLRjVjV上式改写为：幅频特性：相频特性：201)(VVarctgv)/(LpseRRRR )1(1)()(LCjRRjIjVees)()()(jYjIjVs2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析111()( )( )sLY jjCRRrjLGjB2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析可以得到实部和虚部的表达式：22211)(rLrRRGLs232222( )CrL CLBLr真实情况分析：真实情况分析：2.2.2、并联谐振网络分

22、析、并联谐振网络分析在高Qe的情况下，且；可以得到实部和虚部的表达式：0p2211)(LrRRGLs32221( )L CLBCLL根据前面的实部和虚部关系式根据前面的实部和虚部关系式22211)(rLrRRGLs232222( )CrL CLBLr2211)(LrRRGLs由实部与上图进行比较，得到：等效为3个电阻个电阻并联的形式，得到关系式：221LrRprQrLrLRp2022022在高在高Q情况下，情况下，L、r串联支路与串联支路与L、Rp并联支路可互换。并联支路可互换。2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析实部分析：实部分析：谐振时，虚部为零B()0；回路呈纯电阻，得到222

23、00200111 ()1 ()prrLCLLQLC10其中，0为回路自然谐振角频率，Q0为L的固有品质因数。 上面的分析表明，上面的分析表明，r的存在，造成了并联谐振回路的谐振的存在，造成了并联谐振回路的谐振角频率不等于角频率不等于0，且，且p10时，两者会十分接近。时，两者会十分接近。2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析虚部分析：虚部分析：232222( )CrL CLBLr品质因数品质因数Qe2.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析LCRCRLRQeeee00 Qe值越大，幅频特性曲线和相频特性曲线均变陡峭。 近似认为曲线是对称的。 Qe越大，选频网络的选择性则越好。 Qe

24、越大选择性（矩形系数）随I()减小而减小。eQ 0 |ZeQ ( )V0 22Q1Q2R01R02o R01R02|Z|Q1Q22.2.2、并联谐振网络分析、并联谐振网络分析根据一般表达式：根据一般表达式：)1 (11)1(1)(jRRjRLCjRjYeeee221)()1 (1)(eeRZjRjZ阻抗大小与阻抗大小与的关系：的关系： 当当 = = 0 0谐振时，谐振时， Z(0)最最大大，Y(0)最最小小。 当当Re越大，越大，Z0越大，越大，Y0越小，越小， 电流恒定时，电压越大，选电流恒定时，电压越大，选择性越好。择性越好。22Z 0 eQ 阻抗的频率特性阻抗的频率特性相频特性：Z-ar

25、ctg 0 0时，Z0，Z呈容性L22.2.3、并联谐振网络耦合与接入系数、并联谐振网络耦合与接入系数2.2.3、并联谐振网络耦合与接入系数、并联谐振网络耦合与接入系数电感分压的比例系数n=10:1，次级负载输出功率和初级线圈负载输出功率。II、电感分压器的部分接入III、电容分压器的部分接入由等功率得到：2212LVVRR22121112121211VCCVVVCCC CCC22121LCCRRn RC 当R1/(C2)2.2.3、并联谐振网络耦合与接入系数、并联谐振网络耦合与接入系数2.2.3、并联谐振网络耦合与接入系数、并联谐振网络耦合与接入系数电容分压的比例系数n=3:1，次级负载输出

26、功率和初级线圈负载输出功率。III、电容分压器的部分接入 使信号源或负载，不直接并入谐振回路两端，使信号源或负载，不直接并入谐振回路两端，而是以而是以“部分接入部分接入”方式与回路相连。方式与回路相连。谐振回路的选频性能得到提高。谐振电阻 Re00RQRCL“部分接入”电路的分析：2.2.3、并联谐振网络耦合与接入系数、并联谐振网络耦合与接入系数2.2.3、并联谐振网络耦合与接入系数、并联谐振网络耦合与接入系数IV、定义接入系数p：p=转换前的圈数（或容抗）转换后的圈数（或容抗）=n1得到通式：21LLRRp 推广得到：2LLgp g ggIpI 21LLXXp 1ggUUp 1 1、0p10

27、RR Q在时， 2.3晶体管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路 在小信号放大器的分析和设计中在小信号放大器的分析和设计中, 通常是采用等效电路法通常是采用等效电路法, 即即假定放大器工作于假定放大器工作于线性状态线性状态, 把电路中的把电路中的有源器件用线性等效有源器件用线性等效电路来代替电路来代替, 以便以便采用经典电路理论来进行分析、计算采用经典电路理论来进行分析、计算。 器件的等效模型可分为两类：器件的等效模型可分为两类： 第一类是根据器件内部的物理结构及其物理模型所得出的模第一类是根据器件内部的物理结构及其物理模型所得出的模拟等效电路，其等效模型为拟等效电路，其等效模型为混合混

28、合型等效电路型等效电路。 第二类是把器件等效为有源四端网络，用一些网络参数组成第二类是把器件等效为有源四端网络，用一些网络参数组成的等效模型，主要有的等效模型，主要有H 参数等效电路参数等效电路、Y参数等效电路参数等效电路等。等。 2.3.1BJT、FET器件的混合型等效模型及其参数 2.3.1、 BJT、FET器件的混合器件的混合型等效模型及其参数型等效模型及其参数2Iceucibeubi(a) 共发射极接法rbc相关参数： 基极电阻 发射结电阻 集射电极电阻 基集电极电阻 bbrb ercercbr 2.3.1、 BJT、FET器件的混合器件的混合型等效模型及其参数型等效模型及其参数2Ic

29、eucibeubi(a) 共发射极接法 发射结结电容 集电结结电容 受控电流源beCbcCmbeg U相关参数： (1) BJT高频混合高频混合型等效模型及其参数型等效模型及其参数其中，受控电流源大小为：其中，受控电流源大小为：Cmb eig umgb euCi式中式中, 表示表示对对的控制能力的控制能力, 称为正向传输电导或跨导。称为正向传输电导或跨导。 mgm0b eE(mA) 26(mV)bgiuI在分析小信号谐振电路时，常采用在分析小信号谐振电路时，常采用Y参数等效电路进行计算。参数等效电路进行计算。b e026()(1)b ebEumVriI因为低频时，因为低频时，(2) Y 参数模

30、型参数模型Y参数模型参数模型以输出电压以输出电压U2和输入电压和输入电压U1为自变为自变量，输入电流量，输入电流I1和输出电流量和输出电流量I2为参变量的模型。为参变量的模型。),(CEBEBuufi),(CEBECuufiCECEBBEBEBBddduuiuuiiCECECBEBECCddduuiuuiiceCECbeBECcuuiuuiiceCEBbeBEBbuuiuuii(2) Y 参数模型参数模型上述函数在工作点上述函数在工作点（UBE，UCE）处的）处的全微分表达式为：全微分表达式为：用纯交流量表用纯交流量表示表达式中的示表达式中的变化量，改为：变化量，改为：be1uu ce2uu

31、bii 1c2ii 假设假设 ，故有Y参数均为复数参数均为复数(2) Y 参数模型参数模型cebeb1UYUYIIreiecebec2UYUYIIoefe0ceUbebieUIY称为输出短路时的称为输出短路时的输入导纳输入导纳 0beUcebreUIY 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 ceCEBbeBEBbuuiuuii(2) Y 参数模型参数模型0ceUbecfeUIY 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 0beUcecoeUIY 称为输入短路时的称为输入短路时的输出导纳输出导纳 ceCECbeBECcuuiuuiicebeb1UYUYIIre

32、iecebec2UYUYIIoefe(2) Y 参数模型参数模型 由晶体管的Y参数等效电路图可知，它是一个双向器件，Yre 是其内部反馈，影响电路的稳定性，可能引起自激。因此在电路设计时，应减小或者消除Yre012beUcebreUIYY 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 (2) Y 参数模型参数模型)(1ebebbbebebie11CjgrCjgYY)(1ebebbbcbre12CjgrCjYY)(1ebebbbmfe21CjgrgYY)(1)ebebbbcbbbmcboe22CjgrCrgjCjYYY参数与高频混合参数与高频混合型等效模型参数的变换关系型等效模型参数

33、的变换关系类型类型优点优点缺点缺点混合型等效电路物理意义清楚，且各元件参数在很宽的频率范围内是常数元件较多，电路较复杂，元件较多，电路较复杂，各元件参数不易测量Y参数等效电路通用性，电路较简单，电路较简单，电路方便分析电路方便分析参数与工作频率有关，计算麻烦，物理意义不明确Y Y参数等效网络参数等效网络网络参数等效电路网络参数等效电路2.3.3、 晶体管的频率参数晶体管的频率参数1）截止频率）截止频率2001,1ffffj由于由于 由于由于0比比1大的多大的多,当频率为当频率为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

34、作因此晶体管还能起到放大的作用。用。随着工作频率增高而下降，设其随着工作频率增高而下降，设其值为中频时值为中频时0的的0.707倍时的频率倍时的频率为为f 。电流放大系数电流放大系数f 的大小的大小由混合由混合型等效电路模型型等效电路模型ebcbeb)(21 rCCf cbebebmc1/j CVVgI )/1/1/(cbebebbeb CjCjrIV ebcbeb0)(j1 rCC b e0mrg2.3.3、 晶体管的频率参数晶体管的频率参数由于由于0比比1大的多大的多,当频率为当频率为f时，时，|虽然下降到原来的虽然下降到原来的0.707，但，但是仍然比是仍然比1大的多大的多,因此晶体管还

35、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1120ff120fffT当频率继续增高，使当频率继续增高，使|下降到下降到1时的频率。时的频率。由于01，所以fT = 0 f2.3.3、 晶体管的频率参数晶体管的频率参数电流放大系数电流放大系数与与f 的关系：的关系：TTTffffffffff或者或者,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。当当 f f 时，时，值估算值估算2.3.3、 晶体管的频率参数晶体管的频率参数3）最高振荡频率）最高振荡频率fmax1PAcbebbbmCCrgfmax421fmax表示晶体管

36、所能够适应的最高极限频率。在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，当此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大，当f fmax时时,无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。无论使用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:2.3.3、 晶体管的频率参数晶体管的频率参数2.4小信号调谐放大器 小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大微弱的高频信号。大微弱的高频信号。 所谓所谓“小信号小信号”是指两种情况是指两种

37、情况: 一是信号幅度足够小，使得可采用二端口一是信号幅度足够小，使得可采用二端口Y参参数或线性等效电路模型代替数或线性等效电路模型代替; 二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系。关系。 2.4单调谐放大器单调谐放大器的等效电路分析1、认识电路2、画出交流通路3、参数等效变换、化简合并电路元件1、认识电路Rb1、 Rb2为基极偏置电阻以共射单谐振放大器为例Re是射极电阻，用来稳定工作点Ce1、Ce2均为高频旁路电容单调谐放大器的等效电路分析调谐放大器交流通路调谐放大器交流通路Yie2实际上是下一级电路的输入复导纳。发射结实际上是下一级电路的输入复导纳

38、。发射结的结电阻和结电容。的结电阻和结电容。12N是初级线圈的是初级线圈的1、2端匝数，端匝数，45N次级线圈的匝数。有接入系数：次级线圈的匝数。有接入系数： 13N是是1、3端的匝数，端的匝数，13121NNp 13452NNp 主要中间量主要中间量1Toey1T2T图中图中Tr2初级初级采用部分接入的方式，以减小采用部分接入的方式，以减小对回路的影响对回路的影响，而，而与与之间的信号传递之间的信号传递的的输出导纳输出导纳则采用变压器互感耦合。则采用变压器互感耦合。 0g1T是是集电极调谐回路损耗电导集电极调谐回路损耗电导Rp的倒数的倒数 主要中间量主要中间量Tr2Y参数等效电路图参数等效电

39、路图iyoyLY等效输入复导纳等效输入复导纳iyoy放大器等效输出复导纳放大器等效输出复导纳LY放大器等效负载（复导纳）放大器等效负载（复导纳）2iey1TLY将下一级放大器的将下一级放大器的输入导纳输入导纳和回路导纳和回路导纳都等效等效为为集电极回路的集电极回路的等效负载复等效负载复导纳导纳 （L1的的1、2端）端）2L012ie22111()Ygj Cp ypj L LY主要中间量主要中间量oyiybieirecIy Uy U由上图得到关系：,cLcIY U 最后可得：refebiieioeLy yIyyUyY输入导纳受负载输入导纳受负载改变的影响改变的影响晶体管参数晶体管参数分析分析yi

40、：LYfecioeLyUUyY cfeioecIy Uy UrefebiieioeLy yIyyUyY结论结论1：高频放大器的输入导纳不仅与其晶体管的高频放大器的输入导纳不仅与其晶体管的y参数有关，参数有关，还与放大器的（等效）负载还与放大器的（等效）负载 YL 有关有关。多级时，多级时，后级的参数变化后级的参数变化，都会引起前面各级的输都会引起前面各级的输入导纳的改变入导纳的改变。分析分析yi：LY分析分析yo：Is=0reciiesy UUyy cfeioecIy Uy U代入到代入到得到：creooefeciesIyyyyUyy输出导纳受源内输出导纳受源内阻的影响阻的影响结论结论2：高频

41、放大器的输出导纳不仅与其晶体管的高频放大器的输出导纳不仅与其晶体管的y参数有关，还参数有关，还与放大器的信号源内阻与放大器的信号源内阻ys有关有关。多。多级时，级时，前级的参数变化，都会引起后面各级的输前级的参数变化，都会引起后面各级的输出导纳的改变出导纳的改变。Is=0oy单调谐放大电路简化后的等效电路单调谐放大电路简化后的等效电路输出网络的阻抗变换输出网络的阻抗变换13121NNp 13452NNp 根据和1sfeiIp y U 21oeoeyp y 2222ieieyp y又因为：222111oeoeoeoeoeoeygj Cp yp gjp C222222222222ieieieiei

42、eieygj Cp yp gjp C02oUUp oey2ieyoey131ygj Cj L其中，22122oeoiegp ggp g22122oeieCp CCp C20130001300130111112oPgLRQ rQLf Q LQ rr11213,pNN13452NNp 00LQr代入00131LCQgL g其中的关系式有：其中的关系式有：1eRg有载品质因数有载品质因数2.电压增益由图得到由图得到 由电压放大倍数的定义有由电压放大倍数的定义有: iouUUA1002feip y UUUpy 12oui131fep p yUAUgjCL “”号表示共射极放大器的反相作用号表示共射极放

43、大器的反相作用 3.谐振频率当分母的虚部为零时，此时的电压增益达到最大，也就得到了该放大电路的谐振频率。0131L C谐振时的电压增益为12u0fep p yAg 3.谐振频率3.1 谐振曲线谐振曲线12oui13120000130130011111fefeueup p yUAUgjCLyp pgAjL CjQL gAj 3.2 通频带与选择性通频带与选择性 相对电压增益相对电压增益随频率随频率f而变化的曲线如图所示，而变化的曲线如图所示，称为放大器的谐振曲线称为放大器的谐振曲线(幅频特性幅频特性)2u0u11AA0.7071fpf2ff7 . 0BW令令=1 ，可得到单，可得到单调谐放大器的

44、通频带为调谐放大器的通频带为:00.7BWLfQ单调谐放大器的频率特性105由回路的有载品质因数由回路的有载品质因数 0/LQCg可得到可得到: 0.700.70BW4CgCff7 . 0BWu0A由此可得到放大器通频带由此可得到放大器通频带 与与之间的关系之间的关系 12feu00.74p p yACfefy1p2pC当晶体管参数当晶体管参数且回路参数且回路参数、及及也确定时也确定时: 一定，一定，12feu00.7BW2p p yAC 常数4.矩形系数矩形系数2uou11AA当当=0.1时，可以求得电压增益下降到最大值的时，可以求得电压增益下降到最大值的0.1倍时的频率范围倍时的频率范围2

45、f0.1 。u0.12uo0210.1991LAfQAf根据相对增益系数，根据相对增益系数，0.7021LfQf 因为因为0.10.10.72992rfKf 矩形系数远大于矩形系数远大于1，说明单调谐放大电路选择性较差。，说明单调谐放大电路选择性较差。5.多级单调谐放大器的级联un2u1u,AAA nA 假设一个放大电路由假设一个放大电路由n级放大器级联而成，各级的电压级放大器级联而成，各级的电压， 则总放大倍数则总放大倍数为为: 增益分别为增益分别为uun2u1unuAAAAA 如果如果n级放大器通频带一样、增益相同，级放大器通频带一样、增益相同， 即有即有 un2uu1AAA 0(1)un

46、AAjnun0ffn0u0nuAA当当即即(=0)时，时，n级放大器总放大倍数级放大器总放大倍数:，谐振，谐振曲线表示为曲线表示为1(1)AAjnunnnu0多级放大器谐振特性及通频带n2n0121()LfQf令令707. 0n 求得求得: 1/n1/n00.7n1(BW )2121 BWLfQ 式中，式中，10BWLfQ是单级放大器的通频带是单级放大器的通频带 多级放大器谐振特性及矩形系数由相对电压增益系数表达式，可以推导出多级放大器的矩形系数10.11100121mrmmK 级数越多，矩形系数越接近级数越多，矩形系数越接近1，单调谐放大电路选，单调谐放大电路选择性越好。择性越好。输入C30

47、.047F3AG22680T1R10R65.1kR95.6kC40.047FC50.047FR7150R1110kC60.047FR122.7kC90.047F3AG22T2C7560pFC8560pFTr13AG22T3R165.1kR131.5kR14200C100.047F0.047FC113AG22T4R175.1kR180.047FC1215V输出R1910k R205.1kC13C14560pF560pFTr215V稳压8V5.1kC13 C14560P560pF2kR32kR15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

48、放大器电路。电路。多级谐振放大器电路举例2.5调谐放大器的稳定性2.5.1谐振放大器不稳定的原因谐振放大器不稳定的原因cUreyre0y可通过可通过反馈到输入端，使输入信号反馈到输入端，使输入信号发生变化。发生变化。由于由于yre的存在，放大器可能不稳定。因为在实际应用中，的存在，放大器可能不稳定。因为在实际应用中，晶体管的反向传输导纳晶体管的反向传输导纳 。放大器的输出电压。放大器的输出电压 小信号谐振放大器输入,输出回路等效电路 由于由于yre的存在，导致放大器不稳定。的存在，导致放大器不稳定。 当输出端复导纳发生变化时，当输出端复导纳发生变化时，yre的存在使：的存在使：（1）输入端电阻

49、（电导）变化，输入端的）输入端电阻（电导）变化，输入端的Q值值变化，往往导致变差。变化，往往导致变差。（2）输入端电抗变化，输入端的回路出现失谐）输入端电抗变化，输入端的回路出现失谐或自激振荡等现象。或自激振荡等现象。因此，必须要采取措施克服反向传输导纳因此，必须要采取措施克服反向传输导纳yre的存的存在。在。2.5调谐放大器的稳定性2.5.1谐振放大器不稳定的原因谐振放大器不稳定的原因2.5.3 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 为减小内部反馈对放大器稳定性的影响，选用晶体管为减小内部反馈对放大器稳定性的影响，选用晶体管b cC小的器件小的器件，频率很高时，应选用，频率很

50、高时，应选用砷化砷化时，应尽量时，应尽量选用选用镓器件（迁移率高于硅）。此外也可在电路上采取措施消镓器件（迁移率高于硅）。此外也可在电路上采取措施消除晶体管内部反馈作用，常用的方法是中和法以及失配法。除晶体管内部反馈作用，常用的方法是中和法以及失配法。中和法中和法消除反向传输导纳消除反向传输导纳y yrere的反馈作用。的反馈作用。失配法失配法让负载电导或信号源的内电导的数值加大，让负载电导或信号源的内电导的数值加大，使输入回路或者输出回路与晶体管失去匹配。使输入回路或者输出回路与晶体管失去匹配。即以牺即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性。牲电压增益来换取放大器的稳定性。(1) 中和法中和法N

51、C2C2LccUT(a)平衡条件平衡条件为为 11ABNb cLLCC即即 cbBANCLLC原理：引入与原理：引入与UC反向的电压反向的电压UD，消除内部反馈。，消除内部反馈。fereiieoeLyyyyyYrefe0oeiesy yyyyysieyy使使y yi = yie，即实现后项，即实现后项0，则必须加大，则必须加大Y LLoeYy晶体管实现单向比，晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关只与管子本身参数有关，达到失配，提高稳定性的目的！达到失配，提高稳定性的目的！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

52、输出阻抗匹配。载阻抗不与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。路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。(2) 失配法失配法则则使使同理同理使使0oeyyiieyy对于输入导纳对于输入导纳yi，利用共基放大电路的输入电阻利用共基放大电路的输入电阻Ri很小，很小，共射放大电路的输出电阻共射放大电路的输出电阻Ro高的情况，高的情况，可以满足可以满足 导纳的条件。导纳的条件。LoeYy失配法常采用共失配法常采用共射射-共基的级联放共基的级联放大方式实现！大方式实现！fer

53、eiieoeLyyyyyYLoeYy则则使使iy1=1beibLibibrRYyR1oeceyriieyy很小，很小，很大，很大， 对于输出导纳对于输出导纳yo，共射放大电路的输出电阻（抗）很高，约等于共射放大电路的输出电阻（抗）很高，约等于rce ，ys很小；很小；共基组态的共基组态的yib很大，相当于能够满足很大，相当于能够满足 的条件。的条件。sibyy失配法常采用共射失配法常采用共射-共基的级联放大方共基的级联放大方式实现！式实现！rbfb0obibsy yyyyysibyy则则使使oy1oeCceyRr很小，（无）0obyy 级联后共射与共基放大电路的级联后共射与共基放大电路的电压增

54、益表达式基本一电压增益表达式基本一致致，但是由于共基的低输入电阻使总的电压增益下降，但是由于共基的低输入电阻使总的电压增益下降，但是增益稳定性提高。但是增益稳定性提高。级联后共基放大电路的输出电阻（抗）与共射电路一级联后共基放大电路的输出电阻（抗）与共射电路一样，都很高（样，都很高（ ），对于谐振回路的），对于谐振回路的Q值影响较小。值影响较小。失配法常采用共射失配法常采用共射-共基的级联放大方共基的级联放大方式实现！式实现！cer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

55、调整麻烦，不适于批量生产。因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有采用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。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。3. 中和法与失配法比较中和法与失配法比较2.6 场效应管高频放大器场效应管高频放大器 (1) 场效应管在正常工作时，栅极电流

56、很小场效应管在正常工作时，栅极电流很小(A级级)，所以场效应，所以场效应管的输入阻抗很高，一般在管的输入阻抗很高，一般在107以上。以上。 (2) 场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的输出电阻比晶体管的输出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较输出电阻比晶体管的输出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的大，有利于提高调谐回路的Q值，提高调谐放大器的选择性。值，提高调谐放大器的选择性。 2.6.1 场效应管共源放大器场效应管共源放大器场效应管y参数等效电路场效应管共源混合型等效电路isgs0ogdUyjCC0ir

57、sgdUyj C msgdms0ofsUygj Cggd0iosdsdsUygjCCY参数与管子参数间关系（参数与管子参数间关系（见见 Y参数定义参数定义）2.6.1 场效应管共源放大器场效应管共源放大器当考虑负载复导纳YL的表达式，场效应管的电压增益为：LLLYgj C12oui13121311fsmsp p yUAUgjCLp p ggjCL 其中，22011dsLggp gp g2212gddsLCCpCCp C2.6.2 共源共栅场效应管共源放大器共源共栅场效应管共源放大器2.6.1 场效应管共源放大器场效应管共源放大器1212uofsmsp p yp p gAgg 谐振曲线、通频带和矩形系数都与谐振曲线、通频带和矩形系数都与BJT的一样。的一样。MOS管电路管电路相对于相对于BJT具有