通信电子线路电子教案 第3章 小信号放大电路

1、第第3章章 小信号放大电路小信号放大电路按按频带宽度频带宽度分分:窄带放大器窄带放大器：以各种选频电路作负载，例：以各种选频电路作负载，例如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等波器等宽带放大器宽带放大器：采用无选频作用的电路作负：采用无选频作用的电路作负载，例如高频变压器、传输线变压器等载，例如高频变压器、传输线变压器等按按负载负载分分:调谐放大器调谐放大器集中选频放大器：集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载单调谐放大器：单调谐放大器：输出端接调谐回路输出端接调谐回路双调谐放大器：双调谐放大器：输入、输出端

2、都接调谐回路输入、输出端都接调谐回路参差调谐放大器：参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同调谐回路的谐振频率不同 小信号放大电路的分类小信号放大电路的分类: 作用：作用：放大各种无线电设备中的高频小信号（微弱），放大各种无线电设备中的高频小信号（微弱），通常是窄带放大器，以各种选频电路作负载（并联、耦通常是窄带放大器，以各种选频电路作负载（并联、耦合谐振回路等），所以还具有选频或滤波作用。合谐振回路等），所以还具有选频或滤波作用。组成：组成：放大器件放大器件+负载回路（非线性电阻）负载回路（非线性电阻）要求：要求：（1）增益要高）增益要高 （2）选择性要好）选择性要好 （3）工作要稳定可靠）工

3、作要稳定可靠 （4）噪声要小）噪声要小 另外，由于小信号谐振放大器放大的信号幅度很小，另外，由于小信号谐振放大器放大的信号幅度很小，电路中用于放大的器件工作在线性范围，因而它们电路中用于放大的器件工作在线性范围，因而它们属于线属于线性放大器性放大器，通常，通常采用线性模型的等效电路分析法采用线性模型的等效电路分析法。3.1.1 概述概述3.1 小信号谐振放大器小信号谐振放大器分类：分类：调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路调谐调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路调谐于输入有用信号的频率；后者谐振频率为固定值。于输入有用信号的频率；后者谐振频率为固定值。3.1.2 单调谐回路谐振放大器电路单

4、调谐回路谐振放大器电路1、采用分压式稳定偏置采用分压式稳定偏置电路；电路；2、T工作在甲类放大状工作在甲类放大状态；态；3、输出端采用并联谐振输出端采用并联谐振电路，起选频作用，电路，起选频作用，T的的集电极采用部分接入，集电极采用部分接入，以提高谐振回路的有载以提高谐振回路的有载Q值；值；4、信号输入与输出为实信号输入与输出为实现阻抗匹配、满足最大现阻抗匹配、满足最大功率传输均采用变压器功率传输均采用变压器耦合。耦合。一、电路和工作原理一、电路和工作原理21345CL+_Ui+_Uo+_Ui交流通路交流通路二、主要参数分析计算二、主要参数分析计算1、放大器的交流小信号等效等效电路、放大器的交

5、流小信号等效等效电路n1yfeUi+_g C LUo将将12和和45分别折算到分别折算到13端后的等效电路端后的等效电路yfeUi+_yieUiC23145CoegoegLCL+_UoLY参数等效电路参数等效电路ieieieCjgy oeoeoeCjgy LLLCjgy ）和和（忽忽略略reiemfeyCgy )(00222122211345213121回回路路的的损损耗耗为为则则下下图图中中：，设设：LCgggngngCCCnCnCNNnNNnLoeLoe 2、分析计算、分析计算（1）电压增益（电压放大倍数）电压增益（电压放大倍数） gynnUUAfeiuo210当输出回路谐振时，当输出回路

6、谐振时， =0，即为纯电导。因此，谐振时电压即为纯电导。因此，谐振时电压增益增益Auo为：为：)1()1(2121 jgUynnUnUjgUynZIUifeooifeo n1yfeUi+_g C LUo将将12和和45分别折算到分别折算到13端后的等效电路端后的等效电路（2）功率增益（谐振时功率放大倍数）功率增益（谐振时功率放大倍数）LifeLooieiiioPogUgynngUPgUPPPA22122）（，其其中中定定义义： ieLuoieLfeioPoggAgggynnPPA 2221）（a、失配损耗：如果负载失配导、失配损耗：如果负载失配导致输出功率减小引起的功率损致输出功率减小引起的功

7、率损耗。此时，耗。此时， 若谐振回路理想、无损若谐振回路理想、无损耗，则耗，则go=0，当，当输出端匹配输出端匹配时时n12goe=n22gL，输出功率最，输出功率最大，功率增益最大，记为大，功率增益最大，记为APomax：ieoefeiOPoggyPPA42maxmax b、插入损耗：由于谐振回路的接入而引起功率增益下降，称、插入损耗：由于谐振回路的接入而引起功率增益下降，称为谐振回路的插入损耗为谐振回路的插入损耗（1Qe/Q）2 。这样任意态下的。这样任意态下的功率增益表述为下式：功率增益表述为下式： 22max)1()1(4QQPPAAePoPo 功率损耗。功率损耗。下降的程度，称为失配

8、下降的程度，称为失配反映了失配时功率增益反映了失配时功率增益，称为失配系数，称为失配系数其中其中221222max)1(4)1(4PPgngnPPPAAoeLPoPo （3）选择性和通频带）选择性和通频带选择性选择性S：任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义：任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义 为放大器的选择性。为放大器的选择性。 eeouuQfBWSffQAAS07.0202707.0)2(1111 时时， （4）矩形系数）矩形系数矩形系数矩形系数K：放大器电压增益下降至谐振时：放大器电压增益下降至谐振时增益的增益的0.1倍（或倍（或0.01倍）时，相应的通频带倍）时，相应的

9、通频带放大器通频带之比放大器通频带之比 ，即，即 95.91101101.01.0)(27.01.01.0027.001.001.07.01.01.0 BWBWKQfBWSBWBWKBWBWKe，则则令令理想和实际的选频曲线理想和实际的选频曲线BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.1K越接近于越接近于1,选频特性选频特性 约好约好!例例31：单调谐回路放大器如图所示。：单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该放大器完全相同的下一设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，级放大器，BJT的参数为：的参数为：gie=1.1103S，goe=1.110-4S，| |yfe| |0.08S，

10、Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，圈，N1320圈，圈， N454圈，圈， L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。求：求：f0，Aou，BW0.7解：解：2 . 08 . 01345213121，接接入入系系数数：NNnNNn 1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以gL=gie，CL=CieMHzCLfpFCCnCnCLoe4 .3121171302221 SggngngSLQggynnALoefeou402221000211048. 1341852回回路路总总电电导导：回回路路空空载载时时的的电电导导为为：倍倍

11、、 MHzQfBWQggQLgQLgQeee37.12311307 .0000000 ，、3.1.3 单调谐放大器的级连单调谐放大器的级连目的目的：提高增益（各级增益相乘）；改善频率选择性。：提高增益（各级增益相乘）；改善频率选择性。一、同步调谐多级放大器（单级级连构成）一、同步调谐多级放大器（单级级连构成）电压放大倍数：电压放大倍数：Au=Au1Au2Aun Au1n （每一级都相同）（每一级都相同）级数n1234Bn/B11.00.640.510.43K0.19.954.663.743.1812110011001 . 01111 . 0)(7 . 01 . 0 nnnKBWBWS得得：，得

12、得：取取单单级级矩形系数：矩形系数：选择性和通频带：选择性和通频带：频带越窄。频带越窄。可以看出级数越多，通可以看出级数越多，通，单级单级12)()(12)(7 .01100 nBWBWAAAASnnnuuuu 二、参差调谐放大器二、参差调谐放大器 将将若干个单级谐振放大器级连若干个单级谐振放大器级连,但每个谐振但每个谐振放大器的调谐频率不同，称为参差调谐放大器。放大器的调谐频率不同，称为参差调谐放大器。参差调谐放大器可以增加带宽，同时又得到边沿参差调谐放大器可以增加带宽，同时又得到边沿较陡峭的频率特性。因此，它用于宽带和高选择较陡峭的频率特性。因此，它用于宽带和高选择性的场合。性的场合。fo

13、fo1fo2f|K| fs fs双参差参差fofo1fo2f|K|三参差参差合成曲线更接近于矩形合成曲线更接近于矩形3.1.4 双调谐放大器（通频带宽，选择性好）双调谐放大器（通频带宽，选择性好）临界耦合状态临界耦合状态(=1)时的最大电压放大倍数为：时的最大电压放大倍数为：级数n1234B1/B21.00.80.710.66K0.13.152.161.91. 8电路较复杂；调整比较困难。电路较复杂；调整比较困难。efeuQfBWSBWSgynnA07.047.021max02,42:2 和和3.1.5 集成电路调谐放大器集成电路调谐放大器使用集成宽带放大器或专用高频集成放大器构筑调谐放大器使

14、用集成宽带放大器或专用高频集成放大器构筑调谐放大器实现的方案为实现的方案为:1、宽带放大器、宽带放大器+集中选频滤波器集中选频滤波器2、前置放大器、前置放大器+集中选频滤波器集中选频滤波器+宽带放大器宽带放大器宽带放大器宽带放大器集中滤波器集中滤波器集集 中中滤波器滤波器前前 置置放大器放大器宽宽 带带放大器放大器VT1VT2VT31026413121198754E307uiuo+6V-6V+_11025784612111、集成射频、集成射频/中频放大器中频放大器4E307 4E307的内部原理电路和引脚如下左图所示。在使用时将的内部原理电路和引脚如下左图所示。在使用时将与与、与与短路连接，短

15、路连接，与与之间接，就构成了一个典型的之间接，就构成了一个典型的恒流源差动放大电路。恒流源差动放大电路。和和之间可以加接电阻，增大反馈，之间可以加接电阻，增大反馈，减小静态功耗。该芯片的供电电压为减小静态功耗。该芯片的供电电压为8V，单端输出时，单端输出时，VT1和和VT2的特征频率的特征频率300600MHz。右图是芯片的典型应用电路。右图是芯片的典型应用电路。 +12VXG1590UoRL=50 uAGC39PF110pF26T2UsRs=50 T115514433887762XG159024pF110pF110pF10 H10 H10k 51k 0.002 F0.002 F0.002 F

16、2、两级、两级60MHz中频放大器中频放大器 XG1590是通用型高频线性集成放大器芯片，带有自动增益控是通用型高频线性集成放大器芯片，带有自动增益控制功能。当芯片调谐在制功能。当芯片调谐在60MHz工作时，功率增益为工作时，功率增益为45dB，非调谐工，非调谐工作时作时BW0.7=10MHz，当自动增益控制电压，当自动增益控制电压UAGC=57V时，控制范围时，控制范围达达60dB，芯片采用单电源供电，最大电源电压，芯片采用单电源供电，最大电源电压18V。 该电路是应用于某雷达系统的中频放大器，整个电路的功率该电路是应用于某雷达系统的中频放大器，整个电路的功率增益约为增益约为80dB，带宽为

17、，带宽为1.5MHz。 A703uoRL=50 +12V0.001 F200pF40pF1745pF35784T2745pFusRs=50 T13、30MHz射频放大器射频放大器 高频集成放大器高频集成放大器 A703组成的组成的30MHz射频放大器，电源电压射频放大器，电源电压为为12V，消耗功率，消耗功率110mW。变压器。变压器T1初级匝数为初级匝数为10圈，次级匝圈，次级匝数为数为10圈；圈；T2初级匝数为初级匝数为12圈，次级匝数为圈，次级匝数为1圈，线径为圈，线径为#22，磁芯是磁芯是T4410型。该电路主要特性指标为：电压增益型。该电路主要特性指标为：电压增益35dB，功率增益功

18、率增益37dB，带宽，带宽1MHz，噪声系数，噪声系数6dB。 Auyre增大增大自激自激yre=0ff0yfe对放大器幅频特性的影响对放大器幅频特性的影响3.2 小信号调谐放大器的稳定性小信号调谐放大器的稳定性 在前面对小信号谐振放大器的分在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待析中把三极管当成单向化器件对待, ,但是但是实际上三极管的高频小信号模型实际上三极管的高频小信号模型是双向传输的是双向传输的。 yre的影响将在小信号谐振放大器的影响将在小信号谐振放大器中产生两个问题：中产生两个问题：其一其一是影响小信号谐振放大器的谐振是影响小信号谐振放大器的谐振频率，特别是当输入

19、端也接有谐振回频率，特别是当输入端也接有谐振回路时，路时， yre中的电容成分会引起放大中的电容成分会引起放大器的频率特性发生明显的畸变，使得器的频率特性发生明显的畸变，使得多级调谐放大器调整变得很困难。多级调谐放大器调整变得很困难。其二其二是是yre中的电导成分会引起放大器中的电导成分会引起放大器自激，使放大器不稳定。自激，使放大器不稳定。 3.2.1 谐振放大器的输入导纳谐振放大器的输入导纳Yi及稳定性分析及稳定性分析ceb2Uyre1Uyfeyoeyie1I2I+_1U+_2UysyLsIyi称称反反馈馈导导纳纳。引引起起的的，是是由由三三极极管管内内部部参参数数由由图图可可知知：reF

20、FieLoefereiereiereieiyyyyyyyyyUUyyUUyyUUIy 1212111一、一、 输入导纳输入导纳当当o时，时， yF为一容性导纳为一容性导纳；当；当0，gi增大，当增大，当 一定时，一定时， 减小，为负反馈，减小，为负反馈， 电路稳定工作；电路稳定工作；若若gF0，gi减小，当减小，当 一定时，一定时， 增大，为正反馈，当增大，为正反馈，当gF +gie+ gs00g g g ,g g g)21(,sieFsieF000 稳稳定定工工作作时时必必须须满满足足：输输入入端端总总电电导导为为忽忽略略时时：在在谐谐振振频频率率点点FFLLmLoefereFrebbmfe

21、jbgQjggCjyyyyyCjyrgy 3.2.2 提高放大器稳定性的方法提高放大器稳定性的方法（1）选择高频性能好的三极管。）选择高频性能好的三极管。 通常通常Cb c (即即C )越小越好。越小越好。（2）中和法。）中和法。在晶体管外部接一个中和电在晶体管外部接一个中和电容容CN来抵消内部反馈有害的影响。来抵消内部反馈有害的影响。N1N2iUCb cCN1I2I如果中和电路使如果中和电路使 和和 相等，此时，正反馈相等，此时，正反馈的影响被抵消。起到的影响被抵消。起到使放大器稳定工作的使放大器稳定工作的作用。作用。2I1I组合放大电路：组合放大电路：采用共射采用共射共基级联电路共基级联电

22、路V1V2 VT2管的管的Cbc不构成正反馈，而不构成正反馈，而VT1管由于管由于负载阻抗很小，导致该级增益很低，负载阻抗很小，导致该级增益很低，VT1和和VT2之间处于严重失配状态，也不会构成自激振荡。之间处于严重失配状态，也不会构成自激振荡。（3）失配法。）失配法。 是一种通过适当降低放大器的增益，提高放大器的稳定是一种通过适当降低放大器的增益，提高放大器的稳定性的方法。性的方法。3.3 集成宽带放大器集成宽带放大器 宽带放大器是一种线性放大器，属于模拟集成电路的范宽带放大器是一种线性放大器，属于模拟集成电路的范畴，与模拟电子线路课程中的运算放大器没有本质的区别。畴，与模拟电子线路课程中的

23、运算放大器没有本质的区别。但是，随着现代通信技术的发展，对宽频带放大器频带宽度但是，随着现代通信技术的发展，对宽频带放大器频带宽度的要求越来越高，从低频段的要求越来越高，从低频段0Hz直流开始，一直延伸到几百直流开始，一直延伸到几百MHz甚至甚至GHz，如此宽的频带范围，对集成电路的制造提，如此宽的频带范围，对集成电路的制造提出了很高的要求，而且在集成芯片的使用上，有时还要增加出了很高的要求，而且在集成芯片的使用上，有时还要增加许多用于展宽频带的电抗补偿电路。许多用于展宽频带的电抗补偿电路。 F733是通用型的集成宽带放大器，国外同类型号为是通用型的集成宽带放大器，国外同类型号为LM733、A

24、733，其封装形式和主要功能相同。该芯片在，其封装形式和主要功能相同。该芯片在没有外接频率补偿的条件下，能够放大没有外接频率补偿的条件下，能够放大0Hz120MHz的电的电压信号，改变增益调节端压信号，改变增益调节端G1、G2的连接方式，可以提供的连接方式，可以提供10、100、400三种增益供选用。输入与输出可以采用单端方式，三种增益供选用。输入与输出可以采用单端方式，也可以采用双端（平衡）方式。也可以采用双端（平衡）方式。 F733的内部原理电路如图所示。电路由差动输入级的内部原理电路如图所示。电路由差动输入级VT1、VT2，中间差动放大级中间差动放大级VT3、VT4，输出差动级，输出差动

25、级VT5、VT6和偏置电流源共四和偏置电流源共四部分组成，三级放大器均采用差动放大电路，其中输入级部分组成，三级放大器均采用差动放大电路，其中输入级R3R6四个四个电阻用来调节增益，当电阻用来调节增益，当脚短路时，电压增益为脚短路时，电压增益为300500；断开，断开，短路时，电压增益为短路时，电压增益为90110；四个管脚均开四个管脚均开路时，电阻全部参与反馈，电压增益为路时，电阻全部参与反馈，电压增益为911。R5VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VT9VT10VT1150 50 590 590 R3R45R69104312876 由两片宽带集成运算放大器构成的高增益低噪声弱信号放大由两片宽带集成运算放大器构成的高增益低噪声弱信号放大电路如图所示，图中电路如图所示，图中C2、C3、C4是高频补偿电容，必须经过仔是高频补偿电容，必须经过仔细的调整，以保证通频带内增益平坦的程度和上限频率。细的调整，以保证通频带内增益平坦的程度和上限频率。L1的取的取值范围是值范围是6.88.2 H，它对下限频率有一定的补偿作用。输出信，它对下限频率有一定的补偿作用。输出信号取自于号取自于CX2501B的的脚，也可以从脚，也可以从脚输出，此时需要在脚输出，此时需要在和和脚之间接一个脚之间接一个1822 H的电感。该电路的主要技术指标是：的电感。该