第1章 小信号调谐放大器-14

1、小信号调谐放大器小信号调谐放大器 第一章第一章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器1.1 概述概述 1.2 谐振回路谐振回路1.3 晶体管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路1.4 晶体管单回路谐振放大器晶体管单回路谐振放大器1.5 谐振放大器的级联谐振放大器的级联1.6 小信号集中选频放大器小信号集中选频放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器1.4 晶体管单回路谐振放大器晶体管单回路谐振放大器 * 小信号谐振放大器分类：小信号谐振放大器分类： 按谐振回路可分为：单调谐放大器、双调谐放大器及参差放大器等； 按晶体管连接方法区分有：共基极、共发射极、共集电极单调谐放大器等； 本节仅分析共发射

2、极单调谐放大器的工作原理及其主要性能指标。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器 一、单调谐放大器的电路组成及特点一、单调谐放大器的电路组成及特点 图图1.4.1 单调谐放大器单调谐放大器 C1为耦合电容，C2为旁路电容, 输入电压为Ui，晶体管输入电流Ib，集电极电流Ib 。小信号调谐放大器小信号调谐放大器二、电路性能分析二、电路性能分析图图1.4.2 单调谐放大器等效电路单调谐放大器等效电路图中：U01 为晶体管输出到负载的电压；Ui1 为输入电压。小信号调谐放大器小信号调谐放大器图图1.4.3 单调谐放大器原理性电路等效图单调谐放大器原理性电路等效图上图中采用Y参数等效电路分析集电极部分电路

3、，具体参数含义如下：小信号调谐放大器小信号调谐放大器1. 单调谐放大器的电压增益单调谐放大器的电压增益小信号调谐放大器小信号调谐放大器(a)(b)图图1.4.4 单调谐回路折算到单调谐回路折算到LC回路两端时的等效负载电路回路两端时的等效负载电路221201012222120101221.4.4;iiiiNNggggNNNNCCCCNN从图可以看出小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器小信号调谐放大器图图1.4.3 单调谐放大器原理性电路等效图单调谐放大器原理性电路等效图小信号调谐放大器小

4、信号调谐放大器2. 单调谐放大器的功率增益单调谐放大器的功率增益02111221222222201112122000m1.4.3opiiiifeiioabiiuipiiiiipuuPAPPU gNyUgNNNPUggANg GNgggggAAA在此讨论谐振时的功率增益：由图可知，其中，为本级放大器的输入端电导；为下一级晶体管的输入电导或输出端负载。若采用相同的晶体管或在阻抗匹配的情况下有：，可得：，若012ax01220max012;24ifepifepiggyGg gyAg g ：晶体管输出导纳；：晶体管负载电导。，且忽略回路损耗有其中：小信号调谐放大器小信号调谐放大器22222222222

5、1201211212,ooabiabiiipooiiNINPUgUggNNNNggNNGkPKPabggoo1若考虑后，引入插入损耗有：回路无损耗时的输出功率回路有损耗时的输出功率不考虑时，负载上所获得的功率为：其中，I 为I 等效到端的电流；为本级放大器的输入端电导；为下一级晶体管的输入电22212222120122oabiiippINPUggNNNggGNNG 导或输出端负载。而考虑时有小信号调谐放大器小信号调谐放大器00002201200122222212012122121101201111111,LLpipipoLLoiQQLQQLQQQLGNNLggGNNNNggGPNNPNNggN

6、NKK且 可见，与故00220max01202000max00121412LLfeLPifeLpuuiQQQQyQAg gQyQAAAQg g有关，越小，则差损越小，考虑插损后，匹配时的最大功率增益为：小信号调谐放大器小信号调谐放大器3）放大器的通频带）放大器的通频带00.723uuAAfBWfdB随随 而而变变化化的的曲曲线线，叫叫做做放放大大器器的的；而而放放大大器器电电压压增增益益下下降降到到最最大大增增益益的的1 12 2时时，对对应应的的频频率率范范围围为为，可可用用、谐谐振振曲曲线线通通频频带带或或带带宽宽表表示示。2000.700.7000000.7000.712121,1222

7、1Q42uuLuLuLLLAAQffAQffBWfAfQCCf Cgf CfLggQf 由由于于 如如果果：则则故故：可可见见：品品质质因因数数越越高高，通通频频带带越越窄窄；反反之之越越宽宽。其其中中，；小信号调谐放大器小信号调谐放大器4）放大器的增益带宽积）放大器的增益带宽积 定义放大器的增益带宽积为：定义放大器的增益带宽积为：000.700.7121200220.7120224242PLfefeuuPfeuCf CGgCfQffyyN NN NAANGNCfyN NGBPABWNC 又，故有增益带宽积为：0uGBPABW可见增益带宽积是一个常数，它取决于电路参数。可见增益带宽积是一个常数

8、，它取决于电路参数。小信号调谐放大器小信号调谐放大器5）单调谐放大器的选择性）单调谐放大器的选择性以以矩矩形形系系数数来来分分析析：0.1 0.10.700.10200.120.10.10.721,0.10.1221210121019.9512uruLLrfAkfAQffffQfkf 如如果果则则其其中中故故矩矩形形系系数数： 所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。小信号调谐放大器小信号调谐放大器 例2 在下图中, 已知工作频率f030MHz, Vcc=V, Ie=2mA。晶体管采用3DG47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：

9、gie=1.2mS,Cie=12pF；goe=400S,Coe=9.5pF；|yfe|=58.3mS, fe=-22；|yre|=310S, re=-88.8,回路电感L=1.4H, 接入系数1=1, 2=0.3, 0=100,负载是另一级相同的放大器负载是另一级相同的放大器。 求谐振电压增益振幅u0和通频带BW,并求回路电容是多少时, 才能使回路谐振？ 小信号调谐放大器小信号调谐放大器666002212-6-62-3-33120326260211137.9 10100230 101.4 1037.9 10400 100.31.2 100.55 100.3 58.3 10320.55 1011

10、20(230 10 )1.4 10poeiefeuopgsQLggn gn gn n yAgCpFLCCn Cs所以从而，又且2222212209.50.3129.4eieoeienCCnn CpFCC小信号调谐放大器小信号调谐放大器2030012061231110.55 10222 3.14 20 104.38230 1020 106.850.55 101.15LLLLQQgCQBWgQcCQgMHzK由于，可得回路插入损耗：回路无损耗时的输出功率回路有损耗时的输出功率 要进一步增大电压增益, 可采用多级放大器。小信号调谐放大器小信号调谐放大器 本节涉及内容： 1.5.1 多级单调谐放大器多

11、级单调谐放大器 1.5.2 调谐放大器稳定性调谐放大器稳定性 1.5 谐振放大器的级联谐振放大器的级联 小信号调谐放大器小信号调谐放大器一、电压增益一、电压增益1212uuummuuumAAAAA AA、如如果果放放大大器器有有 级级，各各级级的的增增益益为为则则总总增增益益为为m m二、通频带二、通频带m20020.701A21mmmuummuLAAAAAQff如如果果各各级级放放大大器器的的增增益益相相同同, ,则则有有：1.5.1 多级单调谐放大器多级单调谐放大器 小信号调谐放大器小信号调谐放大器根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带100.72020.7011221221mmmmmL

12、LAffAQQff 121mX 可可见见通通频频带带变变窄窄, ,成成为为带带宽宽缩缩减减因因子子上面的分析表明上面的分析表明: 为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的 X倍。 当每级通频带加宽X倍时,每级的增益都会降低为原来 的1/X。0.7(2)mf小信号调谐放大器小信号调谐放大器三、选择性三、选择性(以矩形系数为例以矩形系数为例)0100.110.10.110.70.1(2)100121001:221uummLmmrmmAAffQfkf 根根据据定定义义 : :当当时时故故结论结论: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,但选择性差但选择性差,增增

13、益和通频带的矛盾比较突出。益和通频带的矛盾比较突出。小信号调谐放大器小信号调谐放大器例1 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？解: 根据选择性讨论可知, 当n=2时, 因为1620.72660.712660.713100.1216 106 1011.8 102136 1011.8 1021(2)1001ZZmmLBWBWBWHnBWHfmfQ 所以，要求每一级带宽为：所以，要求每一级带宽为：同理当时，要求每级带宽为：同理当时，要求每级带宽为：级带宽为：级带宽为：小信号调谐放大器小信号调谐放大器10.10.11100

14、121nnnnnBWKBW有有 表1列出了n0.1与的关系。 表表1 单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 从表中可以看出从表中可以看出, 当级数增加时当级数增加时, 放大器矩形系数有所改放大器矩形系数有所改善善, 但这种改善是有一定限度的但这种改善是有一定限度的, 最小不会低于最小不会低于2.56。 小信号调谐放大器小信号调谐放大器一、引起小信号调谐放大器不稳定的因素一、引起小信号调谐放大器不稳定的因素 放大器的输入导纳Yi 晶体

15、管的内部反馈对放大器的有害影响晶体管的内部反馈对放大器的有害影响 1.使放大器调试困难使放大器调试困难 由于 的存在，这给放大器的调试带来了很多不便。 rey图图1.5.1 计算计算Yi的等效电路的等效电路1.5.2 调谐放大器稳定性调谐放大器稳定性 小信号调谐放大器小信号调谐放大器图图1.5.1 计算计算Yi的等效电路的等效电路(1)(2)febiebrecccboeLcfeboecferebcbiiecLcboeLiieferereoeyIy Uy UIUUyYIy Uy Uy yIUIYyIY UUyYYyy yyy 根据上图可得：根据上图可得：由 的两个关系式得：由 的两个关系式得：将

16、表达式带入 式，得：将表达式带入 式，得：可见放大器输入导纳 包括两部分：可见放大器输入导纳 包括两部分：晶体管输入导纳；晶体管输入导纳；输出电路通过反馈导纳作用，在输入电路产生的等效导纳输出电路通过反馈导纳作用，在输入电路产生的等效导纳LY；小信号调谐放大器小信号调谐放大器 放大器的输出导纳Yo 图图1.5.2 放大器输出的等效电路放大器输出的等效电路rebsbbbcsiebiebrecferebcooecfeboeciessyIYUIUUYyIy Uy Uy yUIYyIy Uy UyYY 根根据据戴戴维维南南定定理理可可得得：由由 的的两两个个关关系系式式得得：将将表表达达式式带带入入

17、式式，得得: :上上式式表表明明，放放大大器器输输出出导导纳纳和和信信号号源源内内阻阻也也有有关关。小信号调谐放大器小信号调谐放大器 由于内反馈作用，放大器的输入与输出导纳分别与负载及信号源导纳有关。ferebiieieFboeLFFFFFy yIYyyYUyYYgjbgb其中，和分别为电导部分和电纳部分。其中，和分别为电导部分和电纳部分。2.使放大器工作不稳定使放大器工作不稳定在实际中的在实际中的yre的存在会导致自激的产生，是不稳定的原因。的存在会导致自激的产生，是不稳定的原因。小信号调谐放大器小信号调谐放大器gsLCyieYFYSYi gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导

18、性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。当gF=gs+gie（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。自激产生的原因自激产生的原因 图图1.5.3 晶体管内部负反馈晶体管内部负反馈 对频率特性的影响对频率特性的影响小信号调谐放大器小信号调谐放大器二、解决小信号调谐放大器不稳定的办法二、解决小信号调谐放大器不稳定的办法中和法 消除yre的反馈失配法 使gL或gs的数值增大，从而使输入和输出回路与晶 体管匹配。小信号调谐放大器小信号调谐放大器(1) 中和法： 中和法是在晶体管的输出端与

19、输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路）, 以抵消晶体管内部参数yre的反馈作用, 达到中和的目的。 图图1.5.4 中和原理中和原理图中yn表示了用来抵消反馈影响的外加导纳。小信号调谐放大器小信号调谐放大器1110000,renrenoiereonorenrenorenreniiUUyIYyUyIIyUy UyyyUyyy完全中和时，等效反向传输导纳等于 ：根据 参数定义式：输入端短路时，上无电流通过，得若完全中和，则有：即小结：小结：1中和法不能在一个频段中和法不能在一个频段满足实际要求满足实际要求；2这样一个电阻、电容网这样一个电阻、电容网络设计和调试都很复杂络设计和调试都很复杂。小信号调谐放大器小信号调谐放大器 电桥平衡时，CD两端的回路电压 不会反映到AB两端,即对应两边阻抗之比相等。0V11122211bcNb cb cNCLLNCCCLLNC A L1 L2 B Cbc CN Vi + + D C BAViCN+VoCbcCDL1L2图图1.5.5 放大器中和电路及等效电路放大器中和电路及等效电路(a) 放大器中和电路(b