第3章高频小信号放大器(2)课件

1、 谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具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。非谐振由阻容放大器和有放大、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，便于集成。各种滤波器组成，便于集成。iVVAoVi0PPPA i0Vlog20VVAioplog10PPA27 . 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（即（即1/ )1/ )倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用用 表示。表示。2 2 f f 0.70.7也称为也称为3 3分贝带宽。分贝带宽。 f f0 2f

2、0.2 0.7 1 f 2f0.7 0VVAA0.5210f0PPAA为什么要求通频带？为什么要求通频带？ 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小。并且通频带愈宽

3、，放大器增益愈小。增加而变小。并且通频带愈宽，放大器增益愈小。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分别为放大倍数下降至分别为放大倍数下降至0.1和和0.01处的带宽，处的带宽，K Kr r愈接近于愈接近于1 1越好。越好。5 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

4、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。 以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。要决定主次，进行分析和讨论。 )(/)(/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。增益，选择内反馈小的晶体

5、管，应用中和或失配方法等。 4 . .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3. 1. 2 晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数一、一、 Y参数等效电路（形式等效电路）参数等效电路（形式等效电路）2121111UyUyI2221212UyUyI0|21111UUIY0|12112UUIY0|21221UUIY0|12222UUIY为为自自变变量量和和输输出出电电压压设设输输入入电电压压cebeUUceoebefeccerebeiebUYUYIUYUYI cebeoefereiec

6、bUUYYYYII:即即式中：式中：导导纳纳称称为为输输出出短短路路时时的的输输入入0ceUbebieUIY传传输输导导纳纳称称为为输输入入短短路路时时的的反反向向0 beUcebreUIY传传输输导导纳纳称称为为输输出出短短路路时时的的正正向向0 ceUbecfeUIY导导纳纳称称为为输输入入短短路路时时的的输输出出0 beUcecoeUIYceoebefeccerebeiebUYUYIUYUYI 图正向传输导纳图正向传输导纳fefe越大越大, , 表示晶体管的放大能力越强；表示晶体管的放大能力越强；反向传输导纳反向传输导纳rere越大越大, , 表示晶体管的内部反馈越强。表示晶体管的内部反

7、馈越强。rere的的存在存在, , 对实际工作带来很大危害对实际工作带来很大危害, , 是谐振放大器自激的根源是谐振放大器自激的根源, , 同时也使分析过程变得复杂同时也使分析过程变得复杂, , 因此应尽可能使其减小因此应尽可能使其减小, , 或削或削弱它的影响。晶体管的参数可以通过测量得到。通过查阅弱它的影响。晶体管的参数可以通过测量得到。通过查阅晶体管手册也可得到各种型号晶体管的参数。晶体管手册也可得到各种型号晶体管的参数。 参数不仅与静态工作点的电压值、电流值有关参数不仅与静态工作点的电压值、电流值有关, , 而且是而且是工作频率的函数。所以无论是测量还是查阅晶体管手册工作频率的函数。所

8、以无论是测量还是查阅晶体管手册, , 都都应注意工作条件和工作频率。应注意工作条件和工作频率。 在高频工作时晶体管结电容不可忽略在高频工作时晶体管结电容不可忽略, , 参数是一个复数。参数是一个复数。yie=gie+jCie yoe=goe+jCoeyfe=|yfe|fe yre=|yre|re ；，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输输入入导导纳纳和和输输入入电电容容。分分别别是是下下一一级级放放大大器器的的和和ie2ie2Cg C Re +UCC Ce Rb2 Rb1 Co P1 R0 P2 a b L RL Ci Ub=Ui U0 U

9、c 一、电路一、电路Rb1、Rb2、Re为为偏置电阻，偏置电阻， 决定静态工作点，决定静态工作点，L 、 C组成组成LC谐振回路谐振回路R0 =1/G=1/GP是并联回路本身是并联回路本身 的损耗的损耗所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并联回回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并联回路的结论均可应用。路的结论均可应用。3. 1. 3 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器二、等效电路分析二、等效电路分析 因为讨论的是小信号，如略去直流参数元件即可用因为讨论的是小信号，如略去直流参数元

10、件即可用Y Y参数等效电参数等效电路模拟。路模拟。 P1 GP P2 a b L Is Ys Ui + Ib Yie YreUc YfeUb Yoe Yie2 UC + Uo + C Ic B E C P1 GP P2 a b L Yie2 UC + Uo + C Ic E C YL Is Ys Ub =Ui + Ib Yie YreUc YfeUb Yoe UC + C Ic B E )3()2()1(LcccoeifeccreiiebYUIUYUYIUYUYIfecboeLYUUYY cfevboeLUYkUYY Y L代表由集电极代表由集电极C向右看的回路导纳向右看的回路导纳放大器的放大

11、倍数放大器的放大倍数: :数学分析：数学分析：P1 GP P2 a b L Yie2 UC + Uo + C Ic E C LjCPCjgPGPYPLjCjGPYieiePiePL11112222212221说明说明:iLoefereiebUYYYYYI (4) 代入代入(1) iLoefecUYYYU (3) = (2)(4)ieLoefereieibiYYYYYYUIY 放大器的输入导纳放大器的输入导纳: :放大器的输出导纳放大器的输出导纳: :oeiesfereoeccoYYYYYYUIY )3()2()1(LcccoeifeccreiiebYUIUYUYIUYUYI数学分析数学分析(续

12、续)：三、放大器的质量指标三、放大器的质量指标1）电压增益电压增益ioVUUA 根据电压变比关系：根据电压变比关系：aboUpU2 1pUUcab coUppU12 LoefeicYYpYpUUpp1212ioVUUA212222111pYYpLjCjGpYLiepLLoefeLoefeLoefeYYpYpppYYpYpYYpYp2121211212VA所以：所以：由于：由于：所以：所以： P1 GP P2 a b L Yie2 UC + Uo + C Ic E C 222ieieieoeoeoeCjgYCjgY ：令令 LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe 1A222122

13、22121V ：所所以以；，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输输入入导导纳纳和和输输入入电电容容。分分别别是是下下一一级级放放大大器器的的和和ie2ie2Cg2222122221;g ieoeieoeCpCpCCGpgpgp令令LjCjgyppfe1A21V则则谐谐振振回回路路的的导导纳纳式式中中分分母母视视为为一一个个并并联联: :说明 jgyppffQjgyppfeLfe 121A21021V：可可写写成成附附近近时时在在谐谐振振角角频频率率的的导导纳纳，当当角角频频率率式式中中分分母母视视为为并并联联回回路路VA0是是回回路路的的等

14、等效效品品质质因因数数gC0LQ的的失失谐谐是是工工作作频频率率对对式式中中000f,21ffffLC：电压增益的相关结论电压增益的相关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 22 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。1 18 80 0，1 18 80 0y y1 18 80 0f fe ef fe ef fe e而而是是的的相相差差不不一一定定是是，因因此此输输入入和和输输出出之之间间一一个个相相角角

15、是是一一个个复复数数，它它也也有有的的相相位位差差。此此外外号号表表明明输输入入和和输输出出有有 - - 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成成反反比比。导导成成正正比比，和和回回路路的的总总电电与与晶晶体体管管正正向向传传输输导导纳纳f fe ev vo og gy yA A2）放大器的放大器的谐振曲线谐振曲线与与通频带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VoVAA 220VoV11211AA ffQL 由由于于LLVoVQfBffQA07 . 07 . 007

16、. 0f212,21A ：故故则则如如果果。通频带越窄；反之越宽通频带越窄；反之越宽可见：品质因数越高，可见：品质因数越高，3）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：7 . 01 . 00.1r 22kff则则如果如果1 . 0AAV0V1 . 0)2Q(11201 . 0LffL020.1Qf1102f195. 911022k27 . 01 . 0r0.1 ff：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所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其，故其选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。习题： 3-2

17、 （1），（2）一、一、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，就可以采用多级级联放大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.级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。1）增益增益mAAA21mVmV2V1AAAA则总增益为则总增益为级，各级的增益为级，各级的增益为如果放大器有如果放大器有、m m结论结论: :级数级数m m越多，总增益越大。越多，总增益越大。为为带带宽宽缩缩减减因因子子窄窄. .通通频频带带称称越越越越多多结结论论：级级数数12,1 mXm11()21mmBB

18、2）通频带通频带 为为m级放大器的通频带级放大器的通频带()mB1()/mBB0.1K3）选择性选择性( (以矩形系数为例以矩形系数为例) )结论结论: :级数级数m m越多，矩形系数越小。越多，矩形系数越小。 具体数值见教材具体数值见教材P70P70页表页表3-13-1可见可见: :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, , 增益和通频带的矛盾比较突出。增益和通频带的矛盾比较突出。0.1K1()/mBB二、二、多级多级双调谐放大器双调谐放大器 它是改善放大器选择性和解决放大器增益和它是改善放大器选择性和解决放大器增益和通频带之间矛盾

19、的有效方法之一。通频带之间矛盾的有效方法之一。具体参数见教材具体参数见教材P70页表页表3-21()/mBB0.1K三、三、宽带集成运算宽带集成运算放大器放大器A/D公司宽带集成运放举例公司宽带集成运放举例5 ,5 152.7 5 ,512 ,53. 1. 5 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性稳稳定定的的原原因因。导导致致自自激激的的产产生生，是是不不会会的的存存在在形形成成正正反反馈馈，参参数数中中由由于于r re ey yY Y .1一、自激产生的原因一、自激产生的原因 2 。自自激激，是是不不稳稳定定的的原原因因会会的的存存在在, ,C C中中实实际际e eb b形形成成正正反反馈馈

20、和和参参数数上上是是由由于于混混 C C Ub e + Ib Yi e Yr eUc e Yf eUb e Yo e Uc e + C Ic B E b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e rbe Yce 由于由于yre（或（或Cbc）的存在，晶体管是一个双向的器件，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：增强放大器的稳定性可以： 中和法中和法 消除消除yre的反馈的反馈失配法失配法 使输入和输出回路与晶体管阻抗不匹配。使输入和输出回路与晶体管阻抗不匹配。 由于阻抗不匹配，减小输出电压，从而减小反由于阻抗不匹配，减小输出电压，从而减小反馈到输入回路的影响馈到输入回路

21、的影响, ,以牺牲电压增益来换取放大器的稳以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性定性. .二、克服自激的方法二、克服自激的方法 然后考虑实行晶体管的单向化。其单向化的方法有：然后考虑实行晶体管的单向化。其单向化的方法有：首先考虑选用首先考虑选用y yrere（或（或C Cbcbc）小的晶体管；）小的晶体管；(1) (1) 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。 AL1L2BCbcCNVi+BAViCN+VoCbcCDL1L20VNCCLL11bc21cb21cb2

22、1NCNNCLLC 电桥平衡时，电桥平衡时，CDCD两端的回路电压两端的回路电压 不会反映到不会反映到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。理解理解? BG1 yiyie YL 失配 BG2 复合管 方法方法:使信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管使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输出阻抗匹配。输出端负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。电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性

23、。 失配法应用举例失配法应用举例-共发一共基级联放大电路共发一共基级联放大电路: :(2) (2) 失配法失配法（3 3）. . 中和法与失配法比较中和法与失配法比较 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，实际调整麻烦，不适于因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。批量生产。 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参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。数变化没有改善效果。 失配法：失配法： 优点：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的

24、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。 一、二级一、二级共射共射- -共基共基级联中频放大器电路级联中频放大器电路 下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中 频放大器电路。频放大器电路。输入C30.047F3AG22680T1R10R65.1kR95.6k2kR3C40.047FC50.047FR7150R1110kC60.047FR122.7kC90.047F3AG22T2C7560pFC856pFTr13AG22T3R165.1kR131.5kR142002kR15C100.047F0.047FC113AG22T4R175.1kR180.047FC1215V输出R1910kR205. 1kC13C14560pF560pFTr215V稳压8V3.1.6 高频小信号高频小信号调谐放大器应用举例调谐放大器应用举例二、二、 由由MC1590构成的选频放大器：构成的选频放大器： 器件器件MC1590内部结构为一个双端输入、双端输出的内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路全差动式电路。其具有工作频率高，不易自激的特点，并带有自动增益控制的功能。其具有工