第三章高频小信号放大器

1、3.1概述概述 3.2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 3.3单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器 3.5双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器 3.6谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性 3.7调谐放大器的常用电路与集成电路调谐放大器的常用电路与集成电路 谐振放大器谐振放大器 3.9 放大器中的噪声放大器中的噪声3.10 3.10 噪声系数计算方法噪声系数计算方法3.1概述概述 1、高频小信号放大器的特点、高频小信号放大器的特点 频率较高频率较高 中心频率一般在几百中心频率一般在几百kHz到几百到几百MHz频带宽度在几频带宽度在几kHz到几十到几十MHz 小

2、信号小信号 信号较小故工作在线性范围内信号较小故工作在线性范围内(甲类放甲类放大器大器) 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fo fs = fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 2、高频小信号放大器的分类、高频小信号放大器的分类 按所用的器件：按所用的器件： 晶体管（晶体管（BJT)、场效应管（、场效应管（FET)、集成电路（、集成电路（IC) 按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 按电路形式：单级放大器和级联放大器按电路形式：单级放大器和级联放大器 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

3、回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频的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。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集作用。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。成。i0Vlog20VVAioplog10PPA1)增益：（放大系数）增益：（放大系数） 电压增益： 功率增益：分贝表示：2)通频带：通频带： 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0.707倍时，所对倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用应的频率范围称为放大器的通频带，用B=2 f 0.7表示。表示。 2 f 0.7也称为也称为

4、3分贝带宽。分贝带宽。iVVAoVi0PPPA 3、高频小信号放大器的质量指标、高频小信号放大器的质量指标 f f0 2f0.7 0.7 1 f 2f0.5 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，让必要的信号频谱分量通过放大器。要的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

5、数回路的等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着。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，放大器增益愈小。级数的增加而变。并且通频带愈宽，放大器增益愈小。 3)选择性选择性从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系数和抑制抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。比来表示。 矩形系数矩形系数按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线接近理想曲线按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线接近理想

6、曲线的程度，引入的程度，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处的带处的带宽，宽，Kr愈接近于愈接近于1越好。越好。 nv0nAAdfAVf0AAVnfn 抑制比抑制比 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

7、点为谐振点f0的放大倍数。的放大倍数。 例例 Av0 = 100 An = 1 用分贝表示用分贝表示dn(dB) = 20 lgdndB40dB1001100nn)(dd5)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： NF越接近越接近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决定在多级放大器中，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。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。增益和稳定性以上这些要求，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

8、性是一对矛盾。故应根据需要决定主是一对矛盾，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。次，进行分析和讨论。 )(/)(/nosonisiF输输出出信信噪噪比比输输入入信信噪噪比比PPPPN3)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。 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。选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。 3. 2晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信

9、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）将晶体管看成四端网路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21VV212211VyVyIVyVyIofri2121:VVyyyyIIofri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0112ViVIy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0211VrVIy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 I1 V1 yi yrV2 I1 V2 yo yfV1

10、 + + Y参数等效电路参数等效电路 把晶体管内部的物理过程用集中器件把晶体管内部的物理过程用集中器件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混合种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是混合参参 数等效电路。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是是发发射射结结电电容容ebC是是集集电电结结电电容容cbC等等效效电电流流发发生生器器表表示示晶晶体体管管放放大大作作用用的的ebmvg)(26)(,0mVmAIggcebmm称称为为跨跨导导引引起起自自激激一一部部分分到到输输入入端端. .可可能能将将输输出出的

11、的交交流流电电压压反反馈馈cbC系系数数降降低低晶晶体体管管的的电电流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bb3.2.2 混合混合参数等效电路参数等效电路 (物理模拟等效电路物理模拟等效电路) b rbb gbe Ic Vce gce gmVbe b Ib gbc Cbc Cbe Vbe Vbe c e be：发射结电容, 约 皮法到几百皮法。 bc：集电结电容, 约几个皮法。 m：晶体管跨导, 几十毫西门子以下。 由于集电结电容C bc跨接在输入输出端之间, 是双向传输元件, 使电路的分析复杂化。为了简化电路, 可以把C bc折合到输入端b、 e之间, 与

12、电容C be并联, 其等效电容为： CM=(1+gmRL)Cbc (2.2.1) 即把Cbc的作用等效到输入端, 这就是密勒效应。其中gm是晶体管跨导, RL是考虑负载后的输出端总电阻, CM称为密勒电容。 另外, 由于rce和rbc较大, 一般可以将其开路。这样, 利用密勒效应后的简化高频混合型等效电路如图2.2.2所示。 与各参数有关的公式如下： emrg1 re= )()()(26mAImvqIkTEQEQrbe=(1+0)reCbe+Cbc = erf21 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e rbe rbc 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

13、开路。可视为开路。 rb 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（视为开路）可以忽略（视为开路） rce与回路负载比较，可视为开路。与回路负载比较，可视为开路。 混合混合等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下：等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下：3.2.3混合混合等效电路的简化等效电路的简化 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e 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

14、时可忽略电容的作用。频率低时可忽略电容的作用。 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 011ie2VVIyebbbebebbbcbebbbie111)(11YrYYrCCjry)(cbebebCCjY (一一) 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) 3.2.3Y参数等效电路与混合参数等效电路与混合等效电路参数等效电路参数的转换的转换(2) 012fe2VVIyIVgIebm2 eb2VgImebbb1ebebbb1eb11YrVYYrVVebbb1m21YrVgIebb

15、bm0212fe1YrgVIyV)(cbebebCCjY V1小引起小引起I小小 又又 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 01VrbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIebbbbbebbbebbbeb1)1()/(YrrIYrICjgIV2cbbbebcb2111VCjrYCjVIebbb2bbcbeb1YrVrCjVebbb2cbbbebbb2bbcb111YrVCjrYrVrCjIebbbcbre1YrCjyebebCjY (二二) 令令 ，求，求yre、yoe (3) 022oe

16、1VVIyebbbbbm2cbebbb2bbcbm2cbebm2111YrrgVCjYrVrCjgVCjVgIIebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyV故故(1)、(2)、(3)、(3)中的中的Yb e可认为相同。可认为相同。 ebcbCC(3)rbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2ebebCjYebbbeb1YrYebbbm012fe11YrgVIyVebbbcb1YrCjebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyVebebCjY)(cbebebCCjY011ie2VVIy021re1VVIy正向传输导纳正向传输导纳输入导纳输入导纳反向传输导纳反向传输

17、导纳输出导纳输出导纳Y参数等效电路与混合参数等效电路与混合等效电路参数的转换式等效电路参数的转换式 需要注意的是, 参数不仅与静态工作点的电压值、电流值有关, 而且是工作频率的函数。例如当发射极电流增加时, 输入与输出电导都将加大。 当工作频率较低时, 电容效应的影响逐渐减弱。所以无论是测量还是查阅晶体管手册, 都应注意工作条件和工作频率。 显然, 在高频工作时由于晶体管结电容不可忽略, 参数是一个复数。晶体管参数中输入导纳和输出导纳通常可写成用电导和电容表示的直角坐标形式, 而正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式, 即:Iyie=gie+jCie yoe=goe+jCoeyfe=|

18、yfe|fe yre=|yre|re 晶体管的频率参数 1.短路电流放大系数短路电流放大系数 和和 截止频率截止频率f 如图所示：如图所示： 即即 时，时，Cbe，bc和和rbe三者并联。因此三者并联。因此0cUbcII0cU)(1)(1)(1)(1cbebebebmebmcbebebebbcbebebcbebebbebCCjrrgUgcICCjrrICCjrCCjrIU 2.1.3)(1)(10cbebebcbebebebmbcCCjrCCjrrgII b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 式中式中 是低频时的电流放大系数。是低频时的电

19、流放大系数。 截止频率截止频率f的定义：当的定义：当 的频率，即的频率，即ebmrg020221020cbebebCCfrcbebebCCrf212.1.3 2.1.5 2001| 1 ffffj于是将式将式2.1.3代入式代入式2.1.3得得2.1.6解上述方程得：解上述方程得： 2.特征频率特征频率fT 晶体管的放大性能有时还用特征频率晶体管的放大性能有时还用特征频率fT表示。特征频率表示。特征频率是是=1时的频率。根据定义时的频率。根据定义:1120ffT 解之得解之得:ffT120 当当0远远大于远远大于1时时ffT02.1.72.1.82.1.9若工作频率若工作频率 时时,则则可用下

20、式近似计算。可用下式近似计算。 由于由于 ，代入上式得：，代入上式得：eebrr0cbebecbebebeebTCCrCCrrrf2121ff53ffffffffffTT0201 上式说明，在上式说明，在f f的区域，工作频率每增加一倍，的区域，工作频率每增加一倍，减减少一半（下降少一半（下降6dB），故此区域称为每倍频程下降），故此区域称为每倍频程下降6dB工作工作区。区。2.1.112.1.10根据根据 和和 的关系式的关系式: 3. 截止频率截止频率f及其与及其与f和和fT的关系的关系 当晶体管用作共基极联接时，其输出端交流短路的电流当晶体管用作共基极联接时，其输出端交流短路的电流放大倍

21、数放大倍数 也是随频率提高而降低的也是随频率提高而降低的,当当下降到下降到 时，所时，所对应的频率称为对应的频率称为 截止频率。由于共基极短路电流放大系数截止频率。由于共基极短路电流放大系数 的近似表示式为的近似表示式为:20ffj101 1 2.1.13 2.1.12 1)1(11 1111100000000.可得ffjffjffjffjffjfff00111用近似公式用近似公式 代入得代入得 可以求出可以求出 截止频率截止频率f与与截止频率截止频率f的关系的关系:fff00111ffT0ffT02.1.162.1.152.1.13 故故f，fT，f三个频率的关系是三个频率的关系是: ffT

22、f范围内范围内)ffAffAumpmmax2max而电压放大倍数而电压放大倍数晶体管的高频参数小结晶体管的高频参数小结1）截止频率）截止频率时时的的频频率率的的频频值值随随着着工工作作频频率率下下降降到到低低2102001,1ffffj由由于于由于由于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大的多大的多,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1120ff120ffTffT00, 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。电流放大系数电流放

23、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fmax1PAcbebbbmCCrgfmax421fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作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，当频率时晶体管已经不能得到功率放大，当ffmax时时,无论使用无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。什么方法都不能使晶体管产生振荡。fffTmax:频率参数的关系频率参数的关系晶体管的功率增益晶体管的功率增益 时的工作频率时的

24、工作频率可以证明可以证明: C4 R3 LF CF C3 R2 R1 C2 P1 R4 P2 a b L + R1、R2、R3为偏置电阻，决定为偏置电阻，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 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。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。结论均可应用。3.3 晶体管晶

25、体管谐振放大器谐振放大器3.3.13.3.1单级单级单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器等效电路分析等效电路分析 因为讨论的是小信号，略去直流因为讨论的是小信号，略去直流参数元件即可用参数元件即可用Y参数等效电路模拟。参数等效电路模拟。 C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic 数学分析：由图可知：数学分析：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是上负下是上负下正，故正，故Ic有一负号）有一负号） iLoefecVYyy

26、ViLoefereiebVYyyyyI)1(1ie2221yPLjcjgPYpLLoefereieibiYyyyyVIY(3) = (2)(3) 代入代入(1) (3)放大器的输入导纳放大器的输入导纳: : ) 1 (creiiebVyVyI放大器的质量指标放大器的质量指标 1）电压指标电压指标ioVVVA根据电压变比关系：根据电压变比关系：ab2oVpV1cabpVVc12oVppVLoefeicYypypVVpp1212ioVVVA222212111iepLLypLjCjGppYYLoefeLoefeLoefeYypypppYypypYypyp2121211212VA2221iepLypL

27、jCjGY所以：所以：由于：由于：所以：所以： C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic iLoefecVYyyV222ieieieoeoeoeCjgyCjgy：令令LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe1A22212222121V：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ie2ie2Cg2222122221;g ieoepieoeCp

28、CpCCggpgp令令)1(A21VLjCjgyppfe则则0Lfe21VffQ2j1gyppA：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 fi ie e2 22 22 2o oe e2 21 1f fe e2 21 1f fe e2 21 1V V0 0g gp pg gp pG Gp p

29、y 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 A0Lfe

30、21VffQ2j1gyppA因为有载因为有载 goLCQ，所以，所以Q QL L不能太低，否则增益不能太低，否则增益A AV V较低。较低。 单调谐回路放大器单调谐回路放大器 谐振谐振电压增益电压增益2）功率增益功率增益放大器的输入功率放大器的输入功率 谐振时谐振时 ： P i o 0 上获得的功率上获得的功率 输出端负载输出端负载 ie2 g P ( ： ）； i o P P P A 1ie2iigvP 2ie222ife12ie222abogpgVypgpVP1221222fe2221PoggyppAieieVoieieggAg：故故。体体管管的的输输入入导导纳纳分分别别是是本本级级和和下

31、下一一级级晶晶和和ie21gieg goe a b P1yfe vi gie2 P1goe 2 P1 P2 P2gie2 2 a b GP yfevi gie1 Vi ieoefeieoefeoefeoefeoefepmggYggpYpgpYpgpYppgpYppA4|4|4| 4|2|222222221222241222212212221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，21221212max14144)(gGpggyQQggyKggyAieoefeOLieoefelieoefePo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

32、路空空载载品品质质因因数数POLGQ01为为回回路路的的插插入入损损耗耗21/1OLlQQK3）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VoVAA20VoV211AAffQL 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：0Lfe21VffQ2j1gyppAfefe

33、2 21 1V0V0g gy yp pp pA A当当 和和 为定值时（电路定了，其值也定了，带宽增益乘积为定值时（电路定了，其值也定了，带宽增益乘积为常数）决定于为常数）决定于 与与 ，因此选择管子时应选取，因此选择管子时应选取 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。 CfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo224CyfAfeV227.00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 fCCfey3、 对于宽带而言，要使对于宽带而言，要使

34、尽量大，因为频带很宽，谐尽量大，因为频带很宽，谐振曲线不稳定是次要的，对于窄带放大器，振曲线不稳定是次要的，对于窄带放大器， 尽量大，使尽量大，使谐振曲线稳定（不会使通频带改变，以至引起频率失真）。谐振曲线稳定（不会使通频带改变，以至引起频率失真）。2 、为了获得高增益，宽频带，除了选用、为了获得高增益，宽频带，除了选用 较大的晶体较大的晶体管外，应该尽量减小谐振回路的总电容管外，应该尽量减小谐振回路的总电容 ，但是这样会导致，但是这样会导致系统的稳定性变差。系统的稳定性变差。1、当、当 确定，确定，p1和和p2不变时，不变时， 只取决于只取决于 和和 的乘积，电容越大，通频带越宽，的乘积，电

35、容越大，通频带越宽， 变小。变小。讨论：讨论：fey0VAC0VA7 . 02 ffeyCVACCfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo2243）单调谐放大器的选择性单调谐放大器的选择性以矩形系数来分析：以矩形系数来分析：7 . 01 . 00.1r 22kff1 . 0AAV0V如如果果1 . 02Q11AA01 . 0LV0VffLQff021 . 01102111022k27 . 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 1，故其邻道，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大

36、器的缺点。选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。 f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 则则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若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级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、通频带和选择性都将发联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。生变化。 输 入 T1 T2 T3 CF C1 LF + Vi C3 R2 R3 CF LF R1 b L C4 C2 c p2 p1 d a + Vo R5 R6 CF LF 输 出 + 多级放大器的电压放大

37、倍数和通频带总增益总增益 An=Au1Au2Au3Aun 2.3.1 若各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成若各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成,则则nLnfennunffQgYppAA2021121|2.3.2 谐振时电压放大倍数为谐振时电压放大倍数为Ano,则则nfennoYgppA|212.3.3 它的归一化谐振曲线为它的归一化谐振曲线为220211nLnonffQAA2.3.3令令f0.7代表代表An/An0=0.707时的频率偏移时的频率偏移,即有即有21211207 . 0nLnonffQAA 解上式得解上式得11017 . 012122BQffBnLnn2.3.5 因为

38、因为n是大于是大于1的正整数的正整数,故故 必小于必小于1。所以。所以 称为缩小系数。具体数值见表称为缩小系数。具体数值见表2.3.1所示。所示。121n121n表表2.3.1 多谐调谐放大器缩小系数与级数的关系多谐调谐放大器缩小系数与级数的关系级数n123456781.00.630.510.430.390.350.320.3121n从上述分析可知，从上述分析可知，通频带越宽，每级的增益就越小，通频带越宽，每级的增益就越小，对于单级谐振放大器来说，增益和通频带的矛盾是一个严对于单级谐振放大器来说，增益和通频带的矛盾是一个严重问题，特别是对高增益宽频带的放大器来说，这个问题重问题，特别是对高增益

39、宽频带的放大器来说，这个问题更为突出。更为突出。后面将讨论的参差调谐放大器就是为了解决这后面将讨论的参差调谐放大器就是为了解决这个矛盾而提出的。个矛盾而提出的。2.3.2 2.3.2 多级放大器的矩形系数多级放大器的矩形系数 按矩形系数的定义，当按矩形系数的定义，当f= f0.1时时,An/Ano=0.1,可得可得LnQff011 . 011002于是于是1211002111 .01 .0nnnrBfK表表2.3.2列出了列出了Kr0.1与与n的关系的关系表表2.3.2 单调谐放大器矩形系数与级数关系单调谐放大器矩形系数与级数关系 从表上可以看出，当级数从表上可以看出，当级数n增加时增加时,矩

40、形系数有所改善，矩形系数有所改善，但这种改善是有限度的，级数越多，但这种改善是有限度的，级数越多，Kr0.1变化越缓慢。即当变化越缓慢。即当n趋于无穷时趋于无穷时,Kr0.1也只有也只有2.56。和理想的矩形还有很大距。和理想的矩形还有很大距离。离。级数n12345678910Kr0.19.954.83.733.403.203.103.002.942.892.852.561）增益增益VmVVAAA21mVmV2V1AAAA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 m2）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2m20L0mmmVmff

41、Q211AAAA 如果多级放大器是由完全相同的单级放大器组成，如果多级放大器是由完全相同的单级放大器组成， 则则 A Am m= = mv1A 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212112207 . 00mLmmffQAA12/11211mmX设设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, ,mf)2(7 . 0上面的分析表明上面的分析表明: : 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每级的带宽都要增加为原来的原来的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

42、会降低为每级的增益都会降低为原来的原来的1/X1/X。 LmmmQfff017 . 017 . 012212)2(3）选择性选择性( (以矩形系数为例以矩形系数为例) )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,但选择但选择性差性差,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。例3-1在图中，设工作频率f =30MHz，晶体管的正向传输导纳 y fe =58.3ms， gie=1.2m

43、s,Cie=12PF, goe=300 s, Coe=9.5pF，回路电感L=1.3 H，接入系数P1=1，P2=0.3空载品质因数Q0=100（假设yre=0） 求：1 1.单级放大器谐振时的电压增益 0vA通频带2 f 0.7， 谐振时回路外接电容C 若R4=10 k，试计算并比较在回路中并上R4前后的通频带和增益。 C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 分析：根据电压增益表达式分析：根据电压增益表达式 ，应先求出总电导，应先求出总电导g g 首先将图中的负载画出其等效电路如图所示，首先将图中的负载画出其等效电路如图所示， C R3 LF CF C

44、1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 R4 Rp L C iegp22 ieCp22 P1Coe 2 P1goe 2 gyPPAfevo21 解：因为回路谐振电阻RP=QP0L=1006.28301061.310-626k S.RG53pp10843102611 因此回路总电导g=Gp+ 22221ieoegPgP 若下级采用相同晶体管时，即gie1=gie2=1.2ms 则 g=0.038310-3+0.310-3+(0.3)21.210-3=0.5510-3S 325503583021.gyPPAfevo 回路总电容为PF.LfC201041)1030(21)2(1626

45、20 故外加电容C应为 PFCPCPCC9.412(0.3)9.520)(2ie22oe21 通频带为MHz.ACyPPffe.354321020210358302212-3vo2170电压增益为 若若R4=10kR4=10k ，则，则 sRg344101 . 0133341065. 0101 . 01055. 0ggg9 .26|21gyppAfevo7 . 07 . 022fAfAvovoMHZf17.59 .2635.43227 .0因此并上电阻因此并上电阻R3R3后增益降低，带宽加宽。后增益降低，带宽加宽。故故 而而 则则 例题2：在三级调谐放大器中，工作频率为465kHz，每级LC回

46、路的Qe=40，试问总的通频带是多少？如果要使总的通频带为10kHz，则允许最大Qe为多少？例题3： 已知单调谐放大器谐振电压增益Au0=10，通频带BW0.7=4MHz，如果再用一级放大器与之级联，这时两级放大器总增益和通频带各为多少？若要求级联后总通频带仍为4MHz，则每级放大器应总样改动？改动后总谐振电压增益是多少？3.5双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器3.6.1 3.6.1 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性 在在3.33.3分析时，假定分析时，假定y yre0 0，即输出电路对输入端没有影响，即输出电路对输入端没有影响，放大器工作于稳定状态。下面，讨论内反馈放大器工作于稳定

47、状态。下面，讨论内反馈y yrere的影响。的影响。1. 1. 放大器的输入导纳和输出导纳放大器的输入导纳和输出导纳LYyyyyYoefereieisiefereoeoYyyyyYie0ireyYyoe0oreyYy 如果放大电路输入端也接有谐振回路如果放大电路输入端也接有谐振回路( (或前级放大器的或前级放大器的输出谐振回路输出谐振回路) )，那么输入导纳，那么输入导纳Y Yi i并联在放大器输入端回路后并联在放大器输入端回路后( (假定耦合方式是假定耦合方式是全部接入全部接入) )，2. 2. 自激振荡的产生自激振荡的产生 ( (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例) )Fieoefe

48、reieiYyYyyyyYLie1ie1iejCgyFFFjbgY 所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。 此时，如果此时，如果g= gs+ gie + gF 0，即整个回路的能量消耗为，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回路电感与电容之间相互转换，回路中的等幅振荡得以

49、维持，而不需中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。外加激励。（自激振荡）（自激振荡） 如果反馈电导为负值，那么如果反馈电导为负值，那么g g= = g gs s+ +g gie1ie1+ +g gF F= 0 = 0 可能存在，即发生自可能存在，即发生自激振荡现象。激振荡现象。3.3.自激产生的原因自激产生的原因( (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例) )FFoerefeFjbgYyyyYL 此时，如果此时，如果g= gs+ gie + gF 0，即整个回路的能量消耗为，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之

50、间相互转换，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。 为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生等幅自激振荡的条件。等幅自激振荡的条件。4. 4. 自激产生的条件自激产生的条件( (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例) ) oerefeiesisLYyyyyYYY等于回路谐振时，回路谐振时，g= gs+ gie + gF = 0= 01 refeoeiesyyYyyYL即分解为幅值和相位两个条件分解为幅值和相位两个条件1refeLoeiesyyYyyY幅值条件：n2refe21相位条件：; 1

51、jieSies1eyYyYY令; 2jLoeLoe2eYyYyYrefen221相位条件：不发生自激的条件不发生自激的条件，0)(jLoerefejiesLoerefeies2refe1eYyyyeyYYyyyyY1refeLoeiesyyYyyY幅值条件：0coscos 1Loerefe1iesFiesYyyyyYgggg回路谐振时，回路谐振时，g= gs+ gie + gF = 0回路谐振时，回路谐振时，g= gs+ gie + gF 04. 4. 自激产生的条件自激产生的条件( (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例) )1coscos121refeoeLiesrefeLoeiesy

52、yggggyyYyyYS或稳定系数稳定系数 如果如果S1，放大器可能产生自激振荡；如果，放大器可能产生自激振荡；如果S 1，放，放大器不会产生自激。大器不会产生自激。 S越大，放大器离开自激状态就越远，越大，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。工作就越稳定。0coscos 1Loerefe1iesFiesYyyyyYgggg5. 5. 稳定性分析稳定性分析LoeiesYyyY假设放大器输入与输出回路相同，假设放大器输入与输出回路相同，21; oeLiesggggg即(包括谐振回路包括谐振回路)refen221相位条件：yygggg2refeoeLiescosS2cosrefe2refe2y

53、ygreferefe2cos12yyg1coscos21refeoeLiesyyggggS5. 5. 稳定性分析稳定性分析referefe2cos12yygS ; 0 , ,femfeT因此实际上：由于工作频率gyff。，oreC90jy0rere0fe22SCyg;Afe0gyv;oeLiesggggg;gg re0fe02ACSyvre0fe21CySg增益和稳定性为一对矛盾。增益和稳定性为一对矛盾。105通常，选S考虑到全部接入，即考虑到全部接入，即p p1 1= = p p2 2=1=1re0fe22SCyg如前所述，由于晶体管内存在如前所述，由于晶体管内存在y yrere的反馈，所以

54、它是一个的反馈，所以它是一个“双向元件双向元件”。作为放大器工作时，。作为放大器工作时，y yrere的反馈作用可能引起放的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。下面，讨论如何消除大器工作的不稳定。下面，讨论如何消除y yrere的反馈，变的反馈，变“双向双向元件元件”为为“单向元件单向元件”。这个过程称为单向化。这个过程称为单向化。A AF FCberbbCbcrbcrbevbercegm vbeA AF F3.6.3克服自激的方法克服自激的方法单向化的方法有：单向化的方法有： 中和法中和法 消除消除y yrere的反馈的反馈 失配法失配法 使使G GL L或或g gs s的数值增大，因而使输

55、入或输出回路的数值增大，因而使输入或输出回路与晶体管失去匹配。与晶体管失去匹配。 中和法中和法: : 外加一个电容抵消正反馈电容的作用外加一个电容抵消正反馈电容的作用. . 失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配； 晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。 即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性 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。(1) (1) 中和法：中

56、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+ B A Vi CN + Vo Cbc C D L1 L2 0VNCCLL11bc21cb21cb21NCNNCLLC 避免自激的最简单做法是在回路两端并接电阻，即增加损耗。避免自激的最简单做法是在回路两端并接电阻，即增加损耗。这就是这就是“失配法失配法”。不发生自激的条件不发生自激的条件，回路谐振时，回路谐振时，g= gs+ gie + gF 012re0fe2CygS(2)

57、失配法失配法 同理，如果把信号源导纳同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管取得比晶体管yie大得多，那大得多，那么输出导纳么输出导纳 因此，所谓因此，所谓“失配失配”是指：信号源内阻不与晶体管输入是指：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。抗匹配。0ccosIVIYsierefeoeYyyyyoey 如果把负载导纳如果把负载导纳YL取得比晶体管取得比晶体管yoe大得多，即大得多，即YL yoe ，那么输入导纳那么输入导纳ieyFieoefereieiYyYyyyyYL1refeLoeieSyyYy

58、yYS稳定系数稳定系数 可知，当可知，当Ys yie 和和YL yoe ，稳定系数，稳定系数S大大增加。大大增加。 但同时但同时 ，增益必须减小。实际上，增益随，增益必须减小。实际上，增益随gL增加而减小。增加而减小。re0fe02ACSyv2ie22oe121pfe21fe210gpgpgyppgyppAv 失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。 典型电路典型电路ic1c1y yoeoey yieieieiyy )(oerefereryyyyyfefyy re0yy复合管复合管y参数公式：参数公式： 3. 中和法与失配法比较中和法与失配法比较 中和法

59、：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，不适于批量生产。因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。 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。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。 失配法：失配法： 优点：优点： 性能稳定，能改善各种参数变化的影响；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

60、大量生产。 缺点：增益低。缺点：增益低。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。电路。 输入 C3 0.047F 3AG22 680 T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k C4 0.047F C5 0.047F R7 150 R11 10k C6 0.047F R12 2.7k C9 0.047F 3AG22 T2 C7 560pF C8 560pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 C10 0.047F 0.047F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18