通信电路原理第04章mhy2

1、14-1高频放大器类型、特点、性能指标高频放大器类型、特点、性能指标4-2 高频小信号放大器等效电路高频小信号放大器等效电路4-3 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器14-4高频小信号高频小信号放大器的稳定性放大器的稳定性24-5展宽频带的措施展宽频带的措施(简介简介)4-5低噪声放大器（简介）低噪声放大器（简介）24.1高频放大器类型、特点、性能指标高频放大器类型、特点、性能指标1、高频放大器在通信系统中的位置高频放大器在通信系统中的位置大信号放大器（用于发射机）：大信号放大器（用于发射机）：缓缓冲冲级级倍倍频频器器放放大大级级调调制制器器功功率率放放大大器器振振荡荡器器低低频频功功放

2、放低低频频放放大大n发射机中间各级与发射机末级的功率放大器。发射机中间各级与发射机末级的功率放大器。主要指标：输出主要指标：输出功率、效率、线性、频带外的寄生输出功率、效率、线性、频带外的寄生输出。3高频放大器在通信系统中的位置高频放大器在通信系统中的位置 高高频频放放大大混混频频器器中中频频放放大大解解调调器器低低频频放放大大输输入入回回路路自自动动增增益益控控制制本本地地振振荡荡器器n 高频放大器（低噪）高频放大器（低噪）和和中频放大器中频放大器是高频小信号放大器是高频小信号放大器。n具有低通传输特性的负反馈控制系统具有低通传输特性的负反馈控制系统:自动增益控制自动增益控制 AGC。p小信

3、号放大器（用于接收机）小信号放大器（用于接收机） ：4.1高频放大器特点、性能指标高频放大器特点、性能指标4高频小信号放大器的高频小信号放大器的Tfn增益增益要要适中，适中，单级及多级级联时工作单级及多级级联时工作稳定性好稳定性好。 增益大增益大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n通频带通频带够宽（满足系统要求）。够宽（满足系统要求）。n输出信号幅度输出信号幅度保持稳定保持稳定。用自动增益控制（。用自动增益控制（AGC）。）。n放大器的放大器的噪声系数噪声系数小小。o实现途径：实现途径：n选用好器件。选用好器件。

4、选用特征频率选用特征频率 较较 高和高和 小小 的晶体管。的晶体管。n采用频带较宽的电路。例如共基（或共栅）极放大电路。采用频带较宽的电路。例如共基（或共栅）极放大电路。n采用组合放大电路、差分对电路、负反馈方法，或根据系统传采用组合放大电路、差分对电路、负反馈方法，或根据系统传输函数零点、极点的原理，进行展宽频带的设计。输函数零点、极点的原理，进行展宽频带的设计。cbC5高频小信号放大器高频小信号放大器 n电路电路调谐放大器（窄带）：调谐放大器（窄带）：采用采用LC谐振回路作为输入回路和谐振回路作为输入回路和负载的放大器负载的放大器。一般只要求在某个高频为中心的窄频范围内一般只要求在某个高频

5、为中心的窄频范围内提供增益，故是窄带的。提供增益，故是窄带的。 由于该类放大器不需要宽带化设计指标，易于在较高频由于该类放大器不需要宽带化设计指标，易于在较高频率上获得高增益，能有效降低功耗。率上获得高增益，能有效降低功耗。宽带放大器：宽带放大器：既能够通过一个既能够通过一个很宽的频带很宽的频带，又具有，又具有足够高足够高的和平坦的增益以及良好的稳定性的和平坦的增益以及良好的稳定性。 多以各种集中参数滤波器（如陶瓷滤波器、声表面波滤多以各种集中参数滤波器（如陶瓷滤波器、声表面波滤波器等）作为波器等）作为频率选择电路频率选择电路, ,但但放大器本身是一个放大器本身是一个宽带放大宽带放大器器。应用

6、于高速数据接收以及射频测试仪器中。应用于高速数据接收以及射频测试仪器中。 6 美国美国FCC（联邦通信委员会）给出的定义：（联邦通信委员会）给出的定义：7n 工作频率较工作频率较高。如高。如GSM手机高放手机高放900MHz和和1800MHz。n放大放大频带信号频带信号。8 1、 分散选频放大电路：多级谐振放大电路级联构成分散选频放大电路：多级谐振放大电路级联构成集中选频放大电路：集中选频放大电路：输入输入输入输入（a）谐振放大器（窄带）谐振放大器（窄带）(b)宽带宽带输出输出输出输出9Rs前或后、前或后、 RL前有电容前有电容10负载前有电容负载前有电容,缺电源缺电源114.3.1高频小信号

7、调谐放大器高频小信号调谐放大器124.3.1高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器单单以谐振回路为负载，回路谐振于工作频率。在谐振频率附近以谐振回路为负载，回路谐振于工作频率。在谐振频率附近的频率分量最大，远离谐振点频率分量被衰减。该放大电路的频率分量最大，远离谐振点频率分量被衰减。该放大电路既有放大作用，又有选频作用。既有放大作用，又有选频作用。R1、R2、R3为偏置电阻，决定为偏置电阻，决定工作点。工作点。 C、L组成组成LC谐振回谐振回路路 。所谓单调谐回路共射放大器所谓单调谐回路共射放大器就是晶体管共射电路和并联谐就是晶体管共射电路和并联谐振回路的组合。振回路的组合。13采用晶体管的

8、采用晶体管的等效电路模型等效电路模型设计、分析调谐放大器设计、分析调谐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、负载部分接入晶体管、负载部分接入调谐放大器分析与设计调谐放大器分析与设计14（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

9、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15Q 画交流图画交流图电源是交流地电源是交流地去掉偏置去掉偏置rCm b eg vor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16rCm b eg voriVoV

10、对对线圈部分接入线圈部分接入 进行折合进行折合m b eg voroV电流源电流源 和和 接入系数接入系数mb eg Vor121213NnN12mb emb eg Vn g V212/oorrn 负载负载接入系数接入系数454513NnNmb eg vorLR13V245/LLRRn 计算增益（单向传输）计算增益（单向传输）17m b eg vorLR13V01LC 回路谐振回路谐振，工作频率为，工作频率为0设设LC回路的空载回路的空载Q为为Q0回路回路谐振阻抗谐振阻抗/poLRRrR00PRLQ（其中（其中 ） 选择回路电抗元件：选择回路电抗元件： 回路谐振阻抗回路谐振阻抗 输出电压输出电

11、压 电压增益电压增益 回路带宽回路带宽0efBWQ其中其中( )0eRQL4513oVn VRVgnRVgVebmebm12134512omb eVAn n g RV 注意此处结论注意此处结论18多级高频小信号调谐放大器多级高频小信号调谐放大器以谐振回路为负载，回路谐振于工作频率。在谐振频率以谐振回路为负载，回路谐振于工作频率。在谐振频率附近的频率分量最大，远离谐振点频率分量被衰减。该附近的频率分量最大，远离谐振点频率分量被衰减。该放大器既有放大作用，又有选频作用。放大器既有放大作用，又有选频作用。放大器之间由电感和电容组成的放大器之间由电感和电容组成的 型滤波网络构成去耦型滤波网络构成去耦电

12、路，避免各级放大器之间的影响。电路，避免各级放大器之间的影响。19多级单调谐放大器级联多级单调谐放大器级联当单级放大器的增益不能满足要求时当单级放大器的增益不能满足要求时,即可采取多级放大器。即可采取多级放大器。其其中每一级都调谐在同一个频率上，故多级级联单调谐放大器也称中每一级都调谐在同一个频率上，故多级级联单调谐放大器也称为同步谐振放大器。（各级应很好的隔离或屏蔽）为同步谐振放大器。（各级应很好的隔离或屏蔽）201. 电压增益和通频带0123VVVVVnAAAAAn 级放大器级放大器谐振点谐振点的总增益为的总增益为001(12)VnVLASAj Q选择性选择性n级相同调谐放大器级联级相同调

13、谐放大器级联01()nVnVAA21通频带通频带LQfBW0单单级级1210nLnQfBW121n 为 带 宽 缩 减 因 子22每两级作为一组，一级调谐在每两级作为一组，一级调谐在f1=f0+ f2=f0-23多用于通频带较宽的调谐放大电路中多用于通频带较宽的调谐放大电路中244.6低噪声放大器简介低噪声放大器简介噪声系数衡量系统噪声性能优劣的指标噪声系数衡量系统噪声性能优劣的指标（1） 定义定义：网络网络输入信噪比输入信噪比与其与其输出输出信噪比信噪比的比值。即信噪比恶化（变坏）的比值。即信噪比恶化（变坏）的程度的程度。它表征了信号通过系统后，系统内部噪它表征了信号通过系统后，系统内部噪声

14、造成信噪比恶化的程度。声造成信噪比恶化的程度。gRgv2nvnisiPP/nosoPP /iRoRLRnFpmGnAP放大器放大器nosonisinPPPPF/噪声系数的描述噪声系数的描述2532111211PPPFFFFGG G多级线性网络级联总噪声系数多级线性网络级联总噪声系数2. 2. 增大第一级的增益增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响可以减少后级对系统噪声系数的影响1. 1. 系统前级、特别是第一级的噪声系数系统前级、特别是第一级的噪声系数对系统影响最大对系统影响最大结论：结论：其中其中 表示各级功率增益。表示各级功率增益。PiG26低噪声放大器（低噪声放大器（LNA）的

15、阻抗匹配）的阻抗匹配o 为得到为得到MOS场效应管放大器的场效应管放大器的最小噪声系数，信源内阻有一最小噪声系数，信源内阻有一个最佳值个最佳值。但是信源内阻为最佳值时，。但是信源内阻为最佳值时，放大器的输入阻抗不一定恰好与信源匹配，放大器的输入阻抗不一定恰好与信源匹配，因而这时的功率增益不是最大。为兼顾两者，因而这时的功率增益不是最大。为兼顾两者，可以采用一些措施。可以采用一些措施。 sRR 1o 右图所示是一种最简单的方右图所示是一种最简单的方法。令法。令 ，即实现放，即实现放大器的输入阻抗与信源匹配。大器的输入阻抗与信源匹配。1R1Ro该方法存在两个问题：该方法存在两个问题：o并联电阻并联

16、电阻 是一个实际电阻，存在电阻热噪声，会是一个实际电阻，存在电阻热噪声，会影响放大器的噪声系数。影响放大器的噪声系数。o并联电阻并联电阻 会消耗功率，这就影响放大器的功率增会消耗功率，这就影响放大器的功率增 益。有效的办法是采用电感负反馈的方法。益。有效的办法是采用电感负反馈的方法。INVDDVLROUTVSR1R27放大器的各种组态及匹配方式举例放大器的各种组态及匹配方式举例28nULN-2204集成中频放大器集成中频放大器29 输入 C3 0.047F 3AG22 680 T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k 2k R8 C4 0.047F C5 0.047F R7 150 R11

17、 10k C6 0.047F R12 2.7k C9 0.047F 3AG22 T2 C7 560pF C8 56pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 2k R15 C10 0.047F 0.047F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18 0.047F C12 15V 输出 R19 10k R20 5. 1k C13 C14 560pF 560pF Tr2 15V 稳压 8V 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。大器电路。 十二、调谐放大器电路举例十二、调谐放大

18、器电路举例3031双调谐放大器 多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用双相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这种放大器称为双调谐放大器。带，这种放大器称为双调谐放大器。 下图所示是一种常用的双调谐放大电路。下图所示是一种常用的双调谐放大电路。 32双耦合谐振回路双耦合谐振回路作用：阻抗变

19、换，提高选频性能。作用：阻抗变换，提高选频性能。初级回路初级回路次级回路次级回路初次级回路参量往往相同初次级回路参量往往相同33双调谐回路谐振放大电路双调谐回路谐振放大电路34其中其中54e3b21RRCRCRR、等是直流偏置电路等是直流偏置电路 3536双调谐放大器谐振曲线 17 . 0BW耦合参数耦合参数强耦合强耦合弱耦合弱耦合临界耦合临界耦合374.4 调谐放大器的稳定问题调谐放大器的稳定问题 不稳定原因：不稳定原因：n管子的内反馈管子的内反馈 （ 或或 ）n电路的寄生参数电路的寄生参数p 电路中产生负阻，可能引起自激振荡电路中产生负阻，可能引起自激振荡cbCgdC38p通过计算知可能会

20、产生负阻，可理解为负阻供给电路能量，通过计算知可能会产生负阻，可理解为负阻供给电路能量，出现正反馈。若放大器的反馈能量正好抵消回路损耗能量，出现正反馈。若放大器的反馈能量正好抵消回路损耗能量，则引起自激振荡。则引起自激振荡。Cgs右侧导纳：右侧导纳：mFLFLFLFg yy yyyyyy当当yF小于小于yL，()mgdmFFFLLgj Cg yyyyyy其中其中yF为为Cgd电纳，电纳，yL为为RLC回路导纳回路导纳负阻产生原因：负阻产生原因：当在某频率处当在某频率处RLC回路呈感性时回路呈感性时39 1.中和法：用中和电容抵消内反馈电容，使放大器单中和法：用中和电容抵消内反馈电容，使放大器单

21、向化。向化。 2.失配法：共射失配法：共射-共基电路、共源共基电路、共源-共栅电路，减小内共栅电路，减小内反馈。反馈。-牺牲增益牺牲增益 3.有损匹配：如基极上加压振电阻，射极加负反馈电有损匹配：如基极上加压振电阻，射极加负反馈电阻等（不稳定意味着放大器输入或输出阻抗中存在负阻阻等（不稳定意味着放大器输入或输出阻抗中存在负阻成分，增加电阻以消除此负阻）成分，增加电阻以消除此负阻） 4.注意屏蔽、隔离、布局、布线等，减小寄生参数的注意屏蔽、隔离、布局、布线等，减小寄生参数的影响。影响。稳定措施稳定措施40中和法消除极间内反馈电容影响中和法消除极间内反馈电容影响 加中和电容加中和电容 使使NC B

22、 A Vi CN V12 Cbc C D L1 L2 V23 2312bc11NVVCCcb21cb21NCNNCLLCNbcCCii注意相位应相反！注意相位应相反！12bc11NLLCC41中和法消除极间内反馈电容影响中和法消除极间内反馈电容影响1M2MsRoutVsRNCNC42n共基电路输入阻抗小，共射电路输出阻抗大，级联时增共基电路输入阻抗小，共射电路输出阻抗大，级联时增大了共射电路的负载导纳，失配，使共射管内反馈减弱，大了共射电路的负载导纳，失配，使共射管内反馈减弱，稳定性提高。稳定性提高。n共射电压增益减小，共射共射电压增益减小，共射-共基两个管子的电压增益相当共基两个管子的电压增

23、益相当于单级共射电路增益，因此该电路是牺牲增益换取稳定。于单级共射电路增益，因此该电路是牺牲增益换取稳定。牺来换稳牲牲2 2 . . 失失配配法法: :以以增增益益取取放放大大器器的的定定性性43有损匹配方法有损匹配方法牺牲增益换取稳定牺牲增益换取稳定 晶体管的三个端口中的两个端口之间并联电阻。晶体管的三个端口中的两个端口之间并联电阻。例如在共射放大器的集电极例如在共射放大器的集电极-发射极并一较大发射极并一较大电阻。电阻。 在晶体管的三个端口串联电阻，例如在基极上在晶体管的三个端口串联电阻，例如在基极上串一小的压振电阻。串一小的压振电阻。 对低噪声放大器，有损匹配电阻应置于输出端对低噪声放大器，有损匹配电阻应置于输出端