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1、Charpter3 高频小信号放大器高频小信号放大器晶体管高频等效电路与参数晶体管高频等效电路与参数3.2晶体管高频小信号谐振放大器晶体管高频小信号谐振放大器3.3谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性3.4集中选频放大器集中选频放大器3.5放大器的噪声放大器的噪声3.6概述概述3.1例题例题3.71 频率较高频率较高 中心频率一般在几中心频率一般在几百百kHzkHz到几百到几百MHzMHz频频带宽度在几带宽度在几khzkhz到几到几十十MHzMHz2 信号幅度小信号幅度小 信号较小故工作在信号较小故工作在线性范围内线性范围内( (甲类甲类 放大器放大器) )高频小信号放大器的特点高频小信号放大

2、器的特点3.1 3.1 概述概述高频小信号放大器的分类高频小信号放大器的分类v按所用的材料：按所用的材料： 晶体管晶体管（BJT)、场效应管场效应管（FET)、集电电路集电电路（IC)v按频谱宽度：按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器窄带放大器和宽带放大器v按电路形式：单级放大器和多级放大器按电路形式：单级放大器和多级放大器v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，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。非谐振由阻容放大具有放大、滤波和选频的作用。非谐振由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，

3、便于集成。器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。高频小信号放高频小信号放大器的性能指大器的性能指标标 增益增益通频带通频带矩形系数矩形系数 噪声系数噪声系数工作稳定性工作稳定性增益（放大系数）增益（放大系数）电压增益：电压增益： 功率增益：功率增益： 分贝表示：分贝表示：通频带通频带 iVVAoVi0PPPAi0Vlog20VVAioplog10PPA7 . 02 fB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0.70.7倍时，所倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用对应的频率范围称为放大器的通频带，用 表示。表示。2 2 f f 0.70.7也称为也称为3 3分贝

4、带宽。分贝带宽。 f f0 2f0.2 0.7 1 f 2f0.7 0VVAA0.5210f0PPAA 放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都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，让必要的包含一定谱宽度，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。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回与谐振回路相同，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路的等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的。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，放大

5、器增益愈小。增加而变。并且通频带愈宽，放大器增益愈小。为什么要求通频带？为什么要求通频带？ 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，引入实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。它表示对邻道干扰的抑制能力。7.01.0122ffKro7 . 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分别为放分别为放大倍数下降至大倍数下降至0.1和和0.01处处的带宽，的带宽，K Kr

6、 r愈接近于愈接近于1 1越好越好噪声系数噪声系数： 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： N NF F越接近越接近1 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。决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。 )(/)(/nosonisiF输输出出信信号号噪噪比比输输入入信信号号噪噪比比PPPPN 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

7、体管，应用中和或失配方法等。 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。 抑制比抑制比nv0nAAdfAVf0AAVnfn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 = 100 An = 1 = 1 用分贝表示用分贝表示dn(dB) = 20 lgdndB40dB1001100nn)(dd3. 2 晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频

8、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）式中：式中：212211VyVyIVyVyIofri+2121:VVyyyyIIofri即即导纳导纳称为输出短路时的输入称为输出短路时的输入0112ViVIy传输导纳传输导纳称为输入短路时的反向称为输入短路时的反向0211VrVIy传输导纳传输导纳称为输出短路时的正向称为输出短路时的正向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为自变量为自变量和输出电压和输出电压设输入电压设输入电压21VV 把晶体管内部的物理过程用集中原器件把晶体管内部的物理过程用集中原器

9、件RLC表示。用这表示。用这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的参参数等效电路。数等效电路。混合混合参数等效电路参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

10、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bb 混合混合等效电路中，电容，电阻并联，在一定的等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下：频率下： brbbgmVbebgbcCbcCbece 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。r rb b e e与与Cb e引起的容抗相比，引起的容抗相比，rb e可以忽略可以忽略r rcece与回路负载比较，可视为开路。与回路负载比较，可视为开路。 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

11、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。3.2.3 Y参数等效电路参数等效电路 简化混合简化混合等效电路，如图所示等效电路，如图所示 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 为输出短路时的输入导纳为输出短路时的输入导纳为输出短路时的正向传输导纳为输出短路时的正向传输导纳为输入短路时的反向传输导纳为输入短路时的反向传输导纳为输入短路时的输出导纳为输入短路时的输出导纳011ie2VVIy012fe2VVIy021re1VVIy022oe1VVIy推导：推导： ( (一一

12、) ) 令令V2 = 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) b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 011ie2VVIyebbbebebbbcbebbbie111)(11+YrYYrCCjry)(cbebeb+CCjY(2) 012fe2VVIyIVgI+ebm2 eb2VgImebbb1ebebbb1eb11+YrVYYrVVebbb1m21+YrVgIebbbm012fe11+YrgVIyV)(cbebeb+CCjY V1小引起小引起I小小 又又 ( (二二) ) 令令 ，求，求y

13、 yrere、y yoeoe (3) 01VrbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIebbbbbebbbebbbeb11/+YrrIYrICjgIV2cbebcb21VCjYCjVIebbb2bbcbeb1+YrVrCjVebbbcbbbebbb2bbcb111+YrVCjrYrVrCjIiebbbcbre1+YrCjyebbeCjY(4) 022oe1VVIy+ebbbbmm2cbebbb2bbcbm2cbebm2111YrrgVCjYrVrCjgVCjVgII+ebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyV故故(1)、(2)、(3)

14、、(4)中的中的Yb e可认为相同。可认为相同。 ebbeCjYebcbCC3.2.3 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的频率时的频率的的频值频值随着工作频率下降到低随着工作频率下降到低210由于由于0比比1大的多大的多, ,在频率为在频率为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大大的多的多, ,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1120+ff120ffTffT00, 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。2001,1+ffffj由于由于电流放

15、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fmax1PGcbebbbmCCrgfmax421 fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率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，当时晶体管已经不能得到功率放大，当ffmax时时, ,无论使用什么无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。方法都不能使晶体管产生振荡。fffTmax:频频率率参参数数的的关关系系晶体管的功率增益晶体管的功率增

16、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为为偏置电阻，决定偏置电阻，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 Rp是并联回路本身的损耗是并联回路本身的损耗3. 3 晶体管高频小信号谐振放大器晶体管高频小信号谐振放大器3.3.1 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器因为讨论的是小信号，因为讨论的是小信号，略去直流参数元件即可用略去直流参数元件即可用Y Y参数等效电路模拟。参数等效电路模拟。 由图可知：

17、由图可知： Y L代表由集电极代表由集电极C向右看的回路导纳（对外电路而言向右看的回路导纳（对外电路而言Vc是上负是上负下正，故下正，故Ic有一负号）有一负号） （1） 放大器的等效电路放大器的等效电路+)3()2() 1 (LccCoeifeccreiiebYVIVyVyIVyVyI)1(1ie2221yPLjcjgPYL+又又 (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: :iLoefecVYyyV+iLoefereiebVYyyyyI)+LoefereieibiYyyyyVIY+（2）放大器的质量指标）放大器的质量指标电压指标电压指标根据电压变比关系

18、：根据电压变比关系：+222212111iepLLypLjCjGppYY+2221iepLypLjCjGY所以：所以：由于：由于：所以：所以：ioVVVAab2oVpV 1cabpVVc12oVppV ()LoefeicYypypVVpp+1212ioVVVA()LoefeLoefeLoefeYypypppYypypYypyp+2121211212VA222ieieieoeoeoeCjgyCjgy+：令令；，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ie2ie2Cg

19、2222122221;g ieoeieoeCpCpCCGpgpgp+令令()()LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe1A22212222121V+：所以所以LjCjgyppfe1A21V+则则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：可写成可写成附近时附近时在谐振角频率在谐振角频率的导纳，当角频率的导纳，当角频率式中分母视为并联回路式中分母视为并联回路VA0+0Lfe21VffQ2j1gyppA结论：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 f i ie e2 2

20、2 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+。180180，180180y y180180fefefefefefe而是而是的相差不是的相差不是，因此输入和输出之间，因此输入和输出之间一个相角一个相角是一个复数，它也有是一个复数，它也有的相位差。此外的相位差。此外号表明输入和输出有号表明输入和输出有-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成反比。成反比。导导成正比，和回路的总电成正

21、比，和回路的总电与晶体管正向传输导纳与晶体管正向传输导纳fefevovog gy yA A功率增益功率增益放大器的输入功率放大器的输入功率上获得的功率上获得的功率输出端负载输出端负载谐振时谐振时：Piie2o0gP(：）；ioPPPG1ie2iigvP 2ie222ife12ie222abogpgVypgpVP()1221222fe2221PoggyppGieieVoieieggAg：故故。体管的输入导纳体管的输入导纳分别是本级和下一级晶分别是本级和下一级晶和和ie21gieg）（：dblgG10GdbPoPo表表示示时时用用ie222oe21PogpgpG：，则则匹匹配配条条件件为为忽忽略略

22、回回路路本本身身的的损损耗耗()oeiefeoeieiefeieioggygpgpgygpppp12212221222221(max)maxPo44G：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 V i ie22oe21gPgPgg+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，212212max1414)(OLieoefeieoefePoQQggygGpggyG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

23、质因因数数POLGQ01称为回路的插入损耗称为回路的插入损耗21/1OLQQ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VoVAA20VoV211AA+ffQL 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：CfyppgyppfefeVo7 . 021214A故故： 当当 和和 为定值时（电路定了，其值也定了，带宽

24、增益乘为定值时（电路定了，其值也定了，带宽增益乘积积为常数为常数）决定于）决定于 与与 ，因为选择管子时应选取，因为选择管子时应选取 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。CfyPPgyPPA7 . 0fe21fe21Vo4CyfAfeV227.00设设 P1、P2 =1带宽增益乘积为一常数带宽增益乘积为一常数feyCC02 fCCfey矩形系数矩形系数以矩形系数来分析：以矩形系数来分析：7 . 01 . 00.1r 22kff则则如果如果1 . 0AAV0V1 . 0ff2Q1101 . 0L+L020.1Qf1

25、102f111022k27 . 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于所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其邻道选，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。3.3.2 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生变化。将发生变化。增益增益mAAA21mVmV2V1AAAA则总增益为则总增益为级，各级的增

26、益为级，各级的增益为如果放大器有如果放大器有、m m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+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21ffQ211AA2m20L0mm+成成为为带带宽宽缩缩减减因因子子可可见见通通频频带带变变窄窄, ,121mXmf)2(7 . 0结论结论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原每级的带宽都要增加为原来的来的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

27、/X。矩形系数矩形系数时时当当: :根根据据定定义义1 . 0AAV0VL0m1m1 . 0Qf1100)f2()()12110022k117 . 01 . 01 . 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, ,但选择性差但选择性差, ,增增 益和通频带的矛盾比较突出。益和通频带的矛盾比较突出。 3. 4 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性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 yFieLoerefeieiYyYyyyyY+（1）自激产生的原因）自激产生

28、的原因 jbFgY+FFgF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。gsLCyieYFYSYi gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，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，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。当供给回路能量，出现正反馈。当gF = gs + gie（回路原有电导）则回路总电导（回路原有电导）则回路总电导g = 0，QL ，放大器，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。失去

29、放大性能，处于自激振荡工作状态。0YyyyyYLoerefeieS+()()1yyYyYYrefeLoeieS+系系统统变变得得稳稳定定。 变变大大远远离离1 1，反反馈馈变变弱弱，等等式式左左边边变变的的不不稳稳定定。 变变小小接接近近于于1 1，反反馈馈变变强强，等等式式左左边边y y 讨讨论论：f fe ef fe ey y（2）放大器产生自激的条件）放大器产生自激的条件当当Ys + Yz = 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

30、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，且电纳部分也切好得到抵消。电纳部分也切好得到抵消。 ()()()()1eyye1Ggggrefejrefe2 j2Loeies+()()()112+refeoeLiesyygGgg幅值条件：幅值条件：2arctg22ferefereferetg+，相相位位条条件件：2121,即：即： 产生自激的条件：产生自激的条件：()()()S S5 51 10 01 1S S一一般般要要求求时时稳稳定定时时产产生生自自激激，当当当当为为稳稳定定系系数数定定义义：+1S12fereLoeiesyyGgggS 还可推导稳定系数还可

31、推导稳定系数 )cos(1)(2refereLoeies+ygggggSfefefeyy0,f因因此此, ,实实际际上上：由由于于工工作作频频率率feTforeCj90y0re，即即中，电纳起主要作用，中，电纳起主要作用，且且rerey y1带带入入相相位位条条件件得得：可可能能产产生生自自激激。, ,时时，在在低低于于有有频频率率的的某某一一点点说说明明：当当1 1f fSgGgggg2Loe1ies带带入入稳稳定定系系数数如如果果令令，re0feV02120021CSy2Agg 2则则有有：如如果果gyACyggSfeVrefe讨论：讨论：Avo与与S的关系的关系 讨论：讨论： (Avo)

32、s与与f有关，有关，f (Avo)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，称为稳定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，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。 由于由于yre的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向

33、化。的稳定性可以考虑晶体管的单向化。（3）克服自激的方法）克服自激的方法 中和法中和法 外加一个电容抵消正反馈电消外加一个电容抵消正反馈电消除除y yrere的反馈容的作用的反馈容的作用, ,失配法失配法 使使G GL L或或g gs s的数值增大，使输入输的数值增大，使输入输出回路与晶体管匹配出回路与晶体管匹配, , 以牺牲电以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性压增益来换取放大器的稳定性 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+VoCbcCDL1L2NCCLL11bc21cb22cb21NCNNCLLC 电桥平衡时，电桥平衡时，CDCD两端的回路电压不会反映到两端的回路电压不会反映到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。 失配法失配法LoerefeieiYyyyyY+siefereoe0yyyyyY+iesyyierefeoe0yyyyYBG1YgyfbyqbYibY0=y0byiyieYL失配BG2复