高频电子线路-高频小信号放大器-课件课件

1、第3章 高频小信号放大器u主要内容主要内容概述概述高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标高频电路的基本知识高频电路的基本知识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小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性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1. 晶体管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路2. 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器3. 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器第一节第一节 概述概述u高频放大的高频放大的必要性必要性无线信号无线信号无线信道无线信道有衰减有衰减远距离传输远距离传输距离越远距离越远衰减越大衰减越大接收设备接收

2、到的高频电平接收设备接收到的高频电平只有微伏级只有微伏级高频小信号放大器主要应用于接收设备中的高频放大器和中频放大器中第一节第一节 概述概述u对高频小信号放大器的对高频小信号放大器的要求要求信号不失真信号不失真l放大器工作在线性区，可以应用二端口网络分析放大器工作在线性区，可以应用二端口网络分析l信号频谱信号频谱输入与输出完全相同输入与输出完全相同选频（滤波）作用选频（滤波）作用l信号频谱宽度信号频谱宽度有限有限l噪声、干扰噪声、干扰全频范围全频范围l目的：提取有用信号，抑制无用信号目的：提取有用信号，抑制无用信号有源放大元件选频网络晶体管、场效应管、集成运放 LC谐振 晶体、陶瓷、声表面波等

3、固体滤波器3.1 概述概述u高频小信号放大器的高频小信号放大器的分类分类按器件：按器件：l晶体管、场效应管、集成运放晶体管、场效应管、集成运放按负载性质：按负载性质：l谐振、非谐振谐振、非谐振按信号频谱：按信号频谱：l宽频带、窄频带宽频带、窄频带l低频中低频中没有窄带放大器的概念没有窄带放大器的概念l通信中通信中应用窄带放大器应用窄带放大器本章主要以窄带高频小信号放大器为主高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标1 中心频率中心频率 F0调谐放大器的工作频率调谐放大器的工作频率l一般为几百一般为几百KHz几百几百MHz 调谐放大器的主要指标调谐放大器的主要指标 选择有源器件和计算谐振回路参

4、数的依据选择有源器件和计算谐振回路参数的依据高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标2 增益增益电压增益电压增益 (Au) ：放大器输出电压与输入电压之比功率增益功率增益(AP) ：放大器输出功率与输入功率之比ouiuAu输出电压输入电压opiPAP输出给负载的功率输入功率高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标3 通频带通频带 B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 倍时所对应的频倍时所对应的频带宽度。常用带宽度。常用 B 或者或者 2f0.7 表示。表示。l输入信号的频率在通频带内的信号正常放大输入信号的频率在通频带内的信号正常放大l通频带外的信号不能正常放

5、大，即电压增益小，可近通频带外的信号不能正常放大，即电压增益小，可近似认为不能通过放大器似认为不能通过放大器124 矩形系数矩形系数 Kr0.1矩形系数表征放大器选择性好坏的一个矩形系数表征放大器选择性好坏的一个选择性：表示选取有用信号，抑制无用信号的能力选择性：表示选取有用信号，抑制无用信号的能力理想：理想：矩形矩形 高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标7 . 01 . 01 . 022ffKr 高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标5 工作稳定性工作稳定性指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元器件参数等发指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元器件参数等发生变化时，放大器主要性

6、能的稳定程度生变化时，放大器主要性能的稳定程度主要不稳定现象：主要不稳定现象：l增益变化增益变化l中心频率偏移中心频率偏移l通频带变化通频带变化l谐振曲线变形谐振曲线变形l自激自激最坏情况最坏情况 高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标6 噪声系数噪声系数 NF表征放大器性能好坏的一个参量表征放大器性能好坏的一个参量输出信噪功率比输入信噪功率比nosonisiFPPPPN/nosonisiFPPPPN/lg10)dB(3.2 晶体管高频小信号等效电路晶体管高频小信号等效电路uy参数等效电路参数等效电路适合于适合于窄频带窄频带小信号放大器小信号放大器u混合混合等效电路等效电路适合于适合于宽

7、频带宽频带小信号放大器小信号放大器 在分析高频小信放大器时，采用参数在分析高频小信放大器时，采用参数等效电路进行分析是比较方便的，等效电路进行分析是比较方便的，以以y参参数数等效电路为主。等效电路为主。y参数等效电路参数等效电路u一个晶体管可以看成二端口网络一个晶体管可以看成二端口网络二端口二端口网络网络u1u2i1i22121111UyUyI2221212UyUyI0|2111UUIY0|12112UUIY0|21221UUIY0|12222UUIY四个参数均具有导纳量纲四个参数均具有导纳量纲第三节 晶体管高频小信号谐振放大器一，晶体管高频小信号等效电路一，晶体管高频小信号等效电路（一）（一

8、）y参数等效电路参数等效电路二端口网络理论：二端口网络理论：22212122121111UyUyIUyUyI1I2I1U2U1U2U1I2I11y212Uy22y121Uyu共发射极晶体管共发射极晶体管Ib.Ube.becIc.Uce.VbbeceierecbecefeoeIY UY UIY UY UYieYreUce.YfeUbe.Ib.Ube.Uce.bYoecIc.e(a)gieYreUce.YfeUbe.Ib.Ube.Uce.bgoecIc.CoeCiee(b)实际应用实际应用Y Y参数等效电路参数等效电路晶体管晶体管Y Y参数等效电路参数等效电路uYie是晶体管输出端短路时的输入导纳

9、，反映了晶体是晶体管输出端短路时的输入导纳，反映了晶体管放大器管放大器输入电压对输入电流的控制作用输入电压对输入电流的控制作用，其倒数，其倒数是电路的输入阻抗。是电路的输入阻抗。 yie=gie+jCieuYfe是晶体管输出端短路时的正向传输导纳，反映是晶体管输出端短路时的正向传输导纳，反映了晶体管了晶体管输输入入电压对电压对输输出出电流的影响电流的影响，即，即反映了反映了晶晶体管的放大能力。体管的放大能力。uYre是晶体管输入端短路时的反向传输导纳，反映是晶体管输入端短路时的反向传输导纳，反映了晶体管了晶体管输出电压输出电压对对输入电流输入电流的影响的影响，即晶体管内，即晶体管内部的反馈作用

10、。简化时，部的反馈作用。简化时， Yre =0。uYoe是晶体管输入端短路时的输出导纳，反映了晶是晶体管输入端短路时的输出导纳，反映了晶体管体管输出电压对输出输出电压对输出电流的作用电流的作用，其倒数是电路的，其倒数是电路的输出阻抗。输出阻抗。 yoe=goe+jCoe00cecebieUbecfeUbeIYUIYU00bebebreUcecoeUceIYUIYU共射接法共射接法y参数：参数：ceoebefeccerebeiebUyUyIUyUyIbIcIbeUceUbeUceUbIcIieycereUyoeybefeUy简化的共射接法简化的共射接法y参数：参数：beUceUbIcIieyoe

11、ybefeUy0rey令放大器的输入输出导纳单调谐回路谐振放大器bieirececfeioeceIy Vy VIy Vy V12Y参数方程：cLceIY V 3 是集电极与发射极之间向右看过去的回路总负载导纳。LYrefebiieioeLy yIYyVyYrefecooeceiesy yIYyVyY通常 很小，设0reyryiieooeYyYy三个方程联立解：refebieioeLy yIyVyY2、BJT的高频参数（高频特性）01fjf 截止频率 （共射）f 当 下降为低频段值 的 分之一时，所对应的工作频率称为截止频率。02021ff 通常 ，所以 处的 ，晶体管仍具有电流放大作用。f10

12、1 特征频率 Tf当 下降为1时，所对应的工作频率称为特征频率。0211Tff2001Tff 0Tff 尽管 ，无电流放大作用，但BJT可能还有电压放大作用，所以仍有功率放大。1 最高振荡频率 maxf 当功率增益为1时，所对应的工作频率称为最高振荡频率。maxTfff为使电路工作稳定，且保证一定的功率增益：max1 4 1 3ff二，单调谐回路谐振放大器图图2-14此处为此处为2级级单单调谐；调谐；R1、R2、Re：提供直流偏压；提供直流偏压；Cb、Ce：高高频旁路电容频旁路电容2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2iUCCV本节要求掌握：本节要求掌握：画出单调谐放

13、大电路的画出单调谐放大电路的高频等效电路高频等效电路；技术指；技术指标的计算标的计算;（一）画放大器的高频等效电路首先，2级单调谐变为单级单调谐2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2iUCCVyie22L3C14R1R2CbReCe5T1iUCCV（一）画放大器的高频等效电路然后，画单级单调谐的交流通路yie22L3C14R1R2CbReCe5T1iUCCVT1yie22L1C354iU知识点：知识点：Vcc：交流交流接地接地Cb、Ce：交交流短路流短路（一）画放大器的高频等效电路然后，交流通路中三极管用y参数取代T1yie22L1C354iU知识点：知识点：Y参数等

14、效电路参数等效电路;Ui=Ube; Uc即即Uce;信号源用电流源代替；信号源用电流源代替；输出电压在第二级；输出电压在第二级；yie22L1C354iUbIcIieycereUyoeyifeUysIsYoU图图2-15cU（一）画放大器的高频等效电路然后，简化电路yie22L1C354iUbIcIieycereUyoeyifeUysIsYoU图图2-15cU图图2-16（a）yie22L1C354oeyifeUyoUcU知识点：知识点：令令yre=0; 即即忽略后级忽略后级对前级的反馈作用对前级的反馈作用单调谐放大器的等效电路VCL 23514YL(b)L2C3 5YL14YoeYfeUbe

15、.YiecbUbe.e(c)考虑到为保证实考虑到为保证实用的单调谐放大用的单调谐放大器器稳定稳定地工作，地工作，都采取了一定的都采取了一定的措施，措施，使内部反使内部反馈很小，馈很小， 即即Yre=0单调谐放大器的等效电路L2C3 5YL14goeYfeUbe.Coe(d)Uo.（一）画放大器的高频等效电路最后，进行抽头阻抗变换知识点：知识点： yoe 用用 goe 和和 Coe并联表示并联表示; 电感有损耗电导电感有损耗电导g0； yie2 用用 gie2 和和 Cie2并联表示并联表示;抽头抽头阻抗变换；阻抗变换；图图2-16（b）L1C3oegp21ifeUyp1oeCp210g222i

16、egp222ieCp20pU图图2-16（a）yie22L1C354oeyifeUyoUcU1345213121,NNpNNp单调谐放大器的等效电路1122112222,ssbefeoeoeoeoeLLLLIp IpY Ugp gCp Cgp gCp C 4512121313,NNppNN0001gLQ说明：说明：CL即即Cie2单调谐放大器的等效电路0oeLoeLggggCCCC211sooYgj Cj LIUUYp 导纳导纳 输出电压输出电压 （二）放大器的技术指标1.电压增益LjCjgY1ieoeieoeCpCCpCgpggpg222122021YUyppUifeo12由电路：LjCjg

17、yppYyppUUAfefeiou12121gyppAgyppAfeufeu2102103.3 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器二、放大器技术指标分析二、放大器技术指标分析（1）电压增益）电压增益 谐振时：谐振时：结论：结论：谐振时电压增益 与晶体管正向传输导纳 成正比，与回路两端总电导成反比；放大器输出电压与输入电压的相位差是180 121ofeubep p YUAUgj Cj L01LC120feup p YAg 120feup p YAguoAfeyfe（2）谐振曲线）谐振曲线0121200111()1()ufefeuoooLp p Yp p YAALgj CgjCLjQj LL

18、gL0000111211()1()uoouLLLAfffAjQjQjQfff0fff 一般失谐：一般失谐：广义失谐：广义失谐：02/LQff011uuAjA2011uuAA下图是分别用 、 和 表示的放大器的谐振特性曲线。 ff用频率表示用一般失谐表示用广义失谐表示（2）放大器的通频带）放大器的通频带 由由 可得：可得： 通频带：通频带：02/LQff2011uuAA20.71121 (2/)LQff00.72LffQ1当当f0确定时，确定时，L越低，通频带愈宽。越低，通频带愈宽。（2）放大器的矩形系数）放大器的矩形系数 由由 可得：可得： 矩形系数：矩形系数： 单级单调谐回路放大器的矩形系数

19、远大于单级单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，说明它的，说明它的选择性差。这是它的一大缺点。选择性差。这是它的一大缺点。2010.11uuAA00.1299LffQ0.10299LfQfAu /Au010.7070.1fLf0fHBW0.7BW0.1理想实际f00.1999.95rK例1：单调谐放大电路如下页图示，：比为设输入耦合回路的电压时的参数为：工作点和工作频率为晶体管在直流回路电感，工作频率已知11,)3 . 12 . 0(,)4 .364 .26(,)3 . 008. 0(,)4 . 386. 2(7 .10, 5, 6,20,100,4,7 .105,01. 0,8 . 1,2 .

20、 6,15452313013021msjymsjymsjymsjyMHzNNNQuHLMHzfkRuFCCkRkRkRrefereieLebebb（1）画出高频等效电路。）画出高频等效电路。（2）求谐振时电容）求谐振时电容C=？（3）忽略忽略Yre,求求总的电压放大倍数总的电压放大倍数（4）求带宽求带宽B0.7,矩形系数矩形系数iUU/01.0rK解：(1)高频等效电路如下：第一步：由原电路画出第一步：由原电路画出交流通路交流通路第二步：由交流通路画第二步：由交流通路画Y参数等效电路参数等效电路第三步，第三步，忽略忽略Yre的化简电路的化简电路第四步：抽头阻抗变换第四步：抽头阻抗变换 L等效损

21、耗电等效损耗电阻阻yoe=goe+jCoe , 7 . 013121NNp25. 013452NNp)(34.19107 .102103 . 1,2 . 0) 3 . 12 . 0 (63pFCmsgCjgmsjyoeoeoeoeoe)( 8 .26104107 .1021006613000kLQR（2）求）求C：)(83.4534.197 . 031.55)(31.55104)107 .102(1)2(121221216261320130pFCCpCCCpCCpFCLfCCLfoeoe由由（3）求总的电压放大倍数YYppUUAYUYppUieiuiie)()(210120gYppAieu21

22、0:谐振时1 . 510147. 0104 . 386. 225. 07 . 0)(147. 0012. 0037. 0098. 0500025. 0108 .261102 . 07 . 01:33210233222021jgYppAmsRpRgpgYieuLoe谐振时（4）求带宽B0.7,矩形系数)(95. 999)(423. 029.25107 .1029.2510147. 0104107 .102111 . 0607 . 0366130对单调谐回路均成立rLLKMHzQfBgLQ三、三、 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器Re1Ce1LaCb1R2V1R1C1L12345U

23、CCV21R4Cb2R3Ce2C2L223451Re2双级单调谐放大器双级单调谐放大器一、多级单调谐谐振放大器的总电压增益一、多级单调谐谐振放大器的总电压增益假如，放大器有假如，放大器有m级，各级电压增益分别为级，各级电压增益分别为Au1, Au2, Au3 , Aum则总电压增益则总电压增益 Am是各级电压增益的乘积。即是各级电压增益的乘积。即若多级放大器是由完全相同的单级放大器组成时，各级电若多级放大器是由完全相同的单级放大器组成时，各级电压增益相等，则压增益相等，则m级放大器的总电压增益为级放大器的总电压增益为123muuuumAAAAA1()mmuAA二、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线

24、二、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线m级相同放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲级相同放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积，总谐振曲线为线的乘积，总谐振曲线为m越大曲线越尖锐越大曲线越尖锐220121mmmoLAAfQf级联放大器谐振曲线级联放大器谐振曲线 Au /Au010.7070f0fm1m2m3三、多级单调谐谐振放大器的通频带三、多级单调谐谐振放大器的通频带m级相同放大器级联时，级相同放大器级联时， 根据定义总通频带应满足根据定义总通频带应满足总通频带比单级放大器通频带要小总通频带比单级放大器通频带要小。级数越多，总通频带越小。级数越多，总通频带越小。220.7011

25、221mmmomLAAfQf1100.70.7122121 2mmmLfffQ121mm1234510.640.510.430.39四、多级单调谐谐振放大器的矩形系数四、多级单调谐谐振放大器的矩形系数根据矩形系数的定义，可得根据矩形系数的定义，可得级数越大，矩形系数越接近级数越大，矩形系数越接近100.121001mmLffQ10.11100121mrmmKn123456K0.19.954.663.753.43.23.1第四节第四节 小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性1 、放大器不稳定的原因、放大器不稳定的原因2 、放大器的稳定系数及稳定电压增益、放大器的稳定系数及稳定电压增益

26、3 、提高谐振放大器稳定性的措施、提高谐振放大器稳定性的措施 由于由于 有可能构成正反有可能构成正反馈，引起放大器产生自激振荡馈，引起放大器产生自激振荡.1、 放大器不稳定的原因放大器不稳定的原因 0rey2 、 放大器的稳定系数及稳定电压增益放大器的稳定系数及稳定电压增益一、放大器的稳定系数一、放大器的稳定系数 调谐放大器等效电路调谐放大器等效电路 u稳定系数稳定系数S的定义的定义输入电压 与正反馈电压 的比值定义为稳定系数S越大，放大器越稳定.对于一般放大器来说，S5就可以认为是稳定的。u稳定系数与电路参数的关系稳定系数与电路参数的关系iiUSU.iU.iU21cosiesoeLferef

27、ereggggSyy二、单调谐放大器的稳定电压增益二、单调谐放大器的稳定电压增益 稳定电压增益：稳定电压增益：不加任何稳定措施，并满足稳定系数不加任何稳定措施，并满足稳定系数S（例如例如S5）要求时，放大器工作于谐振频率的最大电压）要求时，放大器工作于谐振频率的最大电压增益。增益。 稳定电压增益与电路参数的关系稳定电压增益与电路参数的关系放大器的等效电路放大器的等效电路 2212oeLieSPyYPyY21oeLieSyYPPyY则 feuoeLieSyAyYyY当回路谐振时，谐振电压增益为 feuooeLiesyAgggg将稳定系数S式中的 代入上式oeLiesgggg21cofeouico

28、eLiUUyUPAUUyYPU21cosfeuosrefereyAS y稳定电压增益稳定电压增益结论结论:根据稳定系数的要求(S5)确定 这是没有稳定措施 的情况下，允许的最高电压增益。实际的电压增益 ，则放大器稳定uosASuuAA00u放大器稳定的判断放大器稳定的判断（例题）已知某晶体管在工作频率为 10.7MHz时，yfe=(26.4-j36.4)mS；yre=(0.08-j0.3)mS。是否稳定?计算：这说明用这个晶体管设计制作放大器，只要放大器电压增这说明用这个晶体管设计制作放大器，只要放大器电压增益益不大于不大于12.52，在，在没有任何稳定措施条件下没有任何稳定措施条件下，放大器是，放大器是稳定的。即满足稳定的。即满足S5的要求。的要求。2226.436.445.0feyms36.45426.4fearctg 220.080.30.31reyms0.3750.08rearctg 3321 cos2 45 1