ch5低噪声放大器

1、高频放大器信号放大频率选择晶体管选频网络结构1、晶体管谐振回路2、晶体管集中选频滤波器高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器本地振荡器扬声器天线第五章第五章 低噪声放大器低噪声放大器特点特点:1.1.位于接收机的位于接收机的最前端最前端噪声噪声越小越好越小越好要求有要求有适当适当的的稳定稳定的增益的增益2.2.接收的信号很接收的信号很微弱且变化微弱且变化 小信号线性放大器小信号线性放大器线性动态范围大线性动态范围大增益自动控制增益自动控制3.3.通过传输线通过传输线直接和天线直接和天线或天线滤波器或天线滤波器相连相连 匹配匹配4.4.应具有应具有选频功能选频功能，抑制带外和镜象频率干扰，

2、抑制带外和镜象频率干扰本章内容：本章内容：1. 低噪声放大器的低噪声放大器的性能指标性能指标 2. 低噪声放大器的低噪声放大器的设计设计特点：特点：模型中的每个参数均对应一定的物理意义模型中的每个参数均对应一定的物理意义适用的频率范围较宽适用的频率范围较宽举例：举例：混合混合 型模型型模型1.1. 物理模型物理模型等效电路模型等效电路模型描述晶体管的两种模型描述晶体管的两种模型从模拟晶体管的物理机构出发从模拟晶体管的物理机构出发, 用集中参数元件、和受控源用集中参数元件、和受控源来表示管内的复杂关系。来表示管内的复杂关系。优点：各元件参数物理意义明确优点：各元件参数物理意义明确, 在较宽的频带

3、内元件值基本在较宽的频带内元件值基本上与频率无关。上与频率无关。缺点：随器件不同而有不少差别缺点：随器件不同而有不少差别, 分析和测量不方便。分析和测量不方便。混合混合型等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。型等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。 型等效电路bece(a)bbrbI bebrebCcbCcbrebmVgcercIVb.Vc.几十千欧以上。集电极发射极电阻，欧。电阻，约几十欧到几千折合到基极回路的等效发射结电阻：集电结电阻，约。基区体电阻，约:.10105015:ceeebcbbbrrrMkrr西门子以下。：晶体管跨导，几十毫法。集电结电容，约几十皮到几百皮法。发射结电

4、容，约mcbebgCPFC:10:2. 网络模型网络模型特点：特点：把晶体管视为一个双端口黑盒子，分析其端口参数把晶体管视为一个双端口黑盒子，分析其端口参数适用于特定频率、线性参数适用于特定频率、线性参数举例：举例：S参数参数注意：注意：应用不同的模型，分析设计低噪放的方法不同应用不同的模型，分析设计低噪放的方法不同本章重点本章重点用晶体管的混合用晶体管的混合 型模型分析、设计低噪放型模型分析、设计低噪放参数法则是从测量和使用的角度出发, 把晶体管作为一个有源线性双口网络, 用一组网络参数构成其等效电路。优点：导出的表达式具有普遍意义, 分析和测量方便。 缺点：网络参数与频率有关。 y参数等效

5、电路021121UUIy2121111UyUyI2221212UyUyI01112UUIy共发射极晶体管共发射极晶体管, , 看作一个双口网络看作一个双口网络, , 相应的参数方程为：相应的参数方程为：crebiebUyUyIcoebfecUyUyI；输出短路时的输入导纳0cUbbieUIy纳；输入短路时反向传输导0bUcbreUIy导纳；输出短路时的正向传输0cUbcfeUIy输入短路时的输出导纳0bUccoeUIyy参数等效电路与型等效电路的转换bece(a)bbrbI bebrebCcbCcbrebmVgcercIVb.Vc.Vb.yoebece(b)yieyreVce.yfeVbeVc

6、.混等效电路Y参数等效电路)(1)()(ebbebbbceebcbceceebmcceebcbebebbVVrIVVyVgVgIVVyVyIccbebbbcbmbbcbcboebcbebbbcbmcccbebbbcbbcbebbbcbebbVyyrygryygVyyrygIVyyryVyyryyI)(1)()(1)(1)(1.1)(1.1)(1.1)(1)()1 (1)(1ebbbcbcbebbbcbreebbbmcbebbbcbmfeebbbmbbcbcboecbebbbcbmbbcbcboeoebbebebbbebebbbebebcbebbbcbebieyryyyryyyrgyyrygyy

7、rgryygyyrygryygyrCjgrCjgryyyyryyy指标指标0.5m GaAs FET0.8m Si Bipolar电电 源源 电电 压压3.0V1.9V电电 源源 电电 流流4.0mA2.0mA频频 率率1.9GHZ1.9GHZ 噪声系数噪声系数NF2.8dB2.8dB 增益增益Gain18.1dB9.5dBIIP311.1dBm3dBmInput VSWR1.51.2Output VSWR3.11.4隔隔 离离21dB21dB低噪放（低噪放（LNA）高频、小信号、线性、选频放大器高频、小信号、线性、选频放大器5.1 5.1 低噪声放大器指标低噪声放大器指标（1 1）低功耗）低

8、功耗移动通信的必然要求移动通信的必然要求（2）工作频率）工作频率取决于晶体管的特征频率取决于晶体管的特征频率TfCgccgfmmT2)(2与工作点有关与工作点有关取决于半导体工艺取决于半导体工艺低电源电压低电源电压小的静态电流小的静态电流跨导跨导 小小mg低噪放（低噪放（LNALNA）指标分析）指标分析增益要增益要适中适中增益小增益小可降低可降低后级对系统噪声系数的影响后级对系统噪声系数的影响增益大增益大后级易产生非线性后级易产生非线性失真失真增益增益取决于取决于mg跨导跨导 由工作点决定由工作点决定负载负载LNA的的负载形式负载形式LC谐振回路谐振回路 Q值、谐振阻抗值、谐振阻抗集中参数选频

9、滤波器集中参数选频滤波器注意阻抗匹配注意阻抗匹配（5）自动增益控制）自动增益控制根据接收信号的强弱自动控制增益根据接收信号的强弱自动控制增益信号弱，增益大信号弱，增益大信号强，增益小，以防信号强，增益小，以防后级非线性失真后级非线性失真（4）增益）增益衡量衡量指标指标：三阶互调截点：三阶互调截点IIP3、增益、增益1dB压缩点压缩点（8）隔离度和稳定性）隔离度和稳定性引起不稳定引起不稳定的原因的原因正向正向传输传输压控电流源压控电流源m b eg v反向反向传输传输极间电容极间电容()b cCC 失配法失配法采用采用共射共基共射共基（共源共栅）（共源共栅） 组合连接组合连接改进措施改进措施 中

10、和法中和法用用中和电容中和电容抵消抵消 由由 引起的反向传输引起的反向传输()b cCCb cCNC输入输入（7 7）线性范围）线性范围共射放大器共射放大器原理图原理图 BiBQIBEQV基极基极偏置偏置VBEQ 决定基极偏置电流决定基极偏置电流 IBQ集电极电源集电极电源 VCC负载电阻负载电阻 RL共同决定共同决定工作点工作点QBQICQICCLVR输入信号输入信号为为 , , svsBEQBEvVvmVqkTVT26当当 ( ) 时时smTVV晶体管可用其晶体管可用其等效电路等效电路代替代替输出电流输出电流公式公式sBEvkTqCQvkTqSCeIeIi5.2.1 5.2.1 双极型晶体

11、管共射小信号等效电路双极型晶体管共射小信号等效电路理解电路中理解电路中各元件的物理意义各元件的物理意义从从两个两个层次上加强对等效电路的理解层次上加强对等效电路的理解理解晶体管作为理解晶体管作为放大器的本质放大器的本质注意两点注意两点电路中的所有电路中的所有参数均与工作点参数均与工作点Q有关有关 该电路是该电路是交流交流小信号小信号等效电路等效电路 混合混合 型等效电路型等效电路一个一个电压控制的电流源电压控制的电流源 正向传输正向传输cm b eig v放大器的放大器的输入输入阻抗，电阻和电容阻抗，电阻和电容 、()b er r()b eCC放大器放大器输出输出电阻电阻 （很大）（很大）or

12、ce极限极限工作频率工作频率 由等效电路中的电容引起由等效电路中的电容引起 TfCgccgfmmT2)(2反向反向传输器件传输器件C引起放大器引起放大器不稳定不稳定晶体管作为晶体管作为放大器的本质放大器的本质采用晶体管的采用晶体管的等效电路模型等效电路模型设计、分析低噪声放大器设计、分析低噪声放大器电路电路组成组成：晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分：晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分 典型电路典型电路Q晶体管晶体管 Q偏置电阻偏置电阻 、 、1bR2bReR输入匹配输入匹配网络网络1T负载负载：选频回路：选频回路LC交流旁路交流旁路电容电容 、ECBC负载电阻负载电阻LR晶体管、负载部分

13、接入晶体管、负载部分接入5.3 低噪声放大器设计低噪声放大器设计（2）画出放大器的交流通路图画出放大器的交流通路图（3）代入晶体管的小信号等效电路及参数，代入晶体管的小信号等效电路及参数， 计算放大器的各项指标计算放大器的各项指标（1）分析直流偏置，决定直流工作点，得出对应工作点的参数分析直流偏置，决定直流工作点，得出对应工作点的参数画画交流通路图交流通路图的原则：的原则： 直流电源是直流电源是交流地交流地 大电容（交流旁路电容）大电容（交流旁路电容）短路短路 大电感（扼流圈大电感（扼流圈) )开路开路 仅做偏置用的直流电阻仅做偏置用的直流电阻可不画可不画分析电路步骤分析电路步骤 画交流图画交

14、流图电源是交流地电源是交流地去掉偏置去掉偏置大电容短路大电容短路代入晶体管代入晶体管 等效电路等效电路设晶体管设晶体管为单向传输为单向传输完整电路完整电路GLCGLC对对线圈部分接入进行折合线圈部分接入进行折合交流等效电路CL2iey2p1pbadc0G参数等效电路cbeCL2iey2p1pbadc0GbVieyoeycreVybfeVycVLYCL2iey2p1pbadc0GoeCbfeVyLYoegcV集电极等效电路CL2iey2p1pbadc0GLYabVbfeVyp1oegoeC经阻抗变换后的等效电路选择回路电抗元件：选择回路电抗元件：gCLbfeVyp10VCL2p1pbadc0GL

15、YabVbfeVyp1oegoeC0V2iey22201ieLypLjCjGY222212222102121ieoeieoeoeoeoeoeCpCpCCgpgpGgCpCgpg、电压增益：1LjCjgVyppYVyppVpVpVpVVifeifeab121212020200LjCCpCpjGgpgpyppVVAieoeieoefeiov1222210222212122221021210002121ieoefefevLfevgpgpGyppgyppAffQjgyppA谐振增益为：，即回路谐振时，对应当在谐振角频率附近时：当角频率：、谐振频率及谐振增益2LCf210回路谐振频率：gCLbfeVyp

16、10V、功率增益：3路可简化成下图：谐振时，放大器等效电122202222000ieiiieieabipgVPgVgpVPPPG12201222000ieievieiieipggAgVgVPPG变化的曲线随相似，放大器谐振曲线：与并联回路fAAvv0、谐振曲线和通频带42000211211ffQffQjAALLvv022442121222121217 . 07 . 0212107 . 07 . 00000007 . 0020vACyppfCfyppgyppACfffCQCggCLgQQffffQffQfefefevLLLLL，得：时，即当sLwQGyCfAQppHLSymSypFCSgpFCm

17、SgymAIVVNPNDGMHzfprevrerefefeoeoeieieECE566007 . 0002101084. 3104 . 1103021001121003 . 014 . 18 .88310223 .585 . 9400122 . 1264733013 . 3的作用。解：设暂且不考虑振？为多少，才能使回路谐；回路电容；通频带得电压增益求：单级放大器谐振时放大器。负载是另一级相同的；回路空载品质因数，；接入系数回路电感。，；，；，；，参数是：时，其，高频管。当型；晶体管用中，设工作频率例：图MHzACyppfpFCpCpCCpFLfCCpCpCCgyppASgpgpGgvfeieo

18、eieoefevieoep35. 4224 . 920104 . 110304141:3255. 03 .583 . 01055. 0102 . 13 . 04 . 00384. 00217 . 0222216262222222121033222221通频带为：回路总电容谐振电压增益回路总电导多级单调谐回路谐振放大器。加，回路总通频带变窄带宽缩减因子，级数增通频带计算为：谐振曲线为：全相同，则若各级单谐振放大器完，则总增益、为级，各级电压增益分别假如放大器有1212212221211.1017 . 017 . 0220012121mLmmmmLmmmvmvmvvmvmvvQfffffQAAAAAAAAAAAm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？MHzffmMHzffmffmm8.11121062106212332.9121062106212221223167.067.0312167.067.0217.017.0要求每级带宽：时，要求每级带宽：时，当解：根据表表 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 9.9