射频模拟电路_No3_第一章 选频放大器

1、第一章 选频放大器电子科技大学 电子工程学院 电子科技大学 2第1章 选频放大器要点 谐振电路串并联谐振回路的主要特性两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换了解双调谐耦合谐振回路谐振放大器高频小信号谐振放大器的基本要求晶体管高频小信号等效电路模型和参数调谐回路放大器及其级联功率放大器谐振功率放大器的原理谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的种类、电路构成及匹配网络1-2 高频小信号谐振放大器主要内容：高频小信号谐振放大器的基本要求晶体管高频小信号等效电路模型和参数调谐回路中谐振放大器及其级联什么是高频小信号放大器?高频小信号放大器是放大器最基本的一大类，放大器工作在“线性区”；频率范围覆盖相当宽

2、泛，从几百kHz到几千MHz(几乎包含所有能用集总参数分析的电路)；带宽：几kHz到几十MHz。 电子科技大学 31-2 高频小信号谐振放大器 电子科技大学 4什么是谐振放大器?谐振放大器是指放大器的负载为谐振电路（串联、并联或耦合谐振电路）的一类放大器；谐振放大器具有选频和滤波的能力。高频小信号放大器的分类所用器件不同：晶体管、场效应管、集成电路放大器。通过频谱的宽窄：窄带、宽带放大器。电路形式：单级、级联放大器。负载性质：谐振：以谐振回路作为负载； 非谐振放大器：高频放大器 + 集中选择性滤波器。1-2 高频小信号谐振放大器 电子科技大学 5高频小信号放大器的特点用串联或并联谐振回路或耦合

3、谐振回路作为放大器的负载；谐振回路的谐振频率(考虑晶体管影响后)位于输入信号的中心频率；信号带宽与谐振回路的通频带基本一致；放大器对信号有极大的增益，信号带宽外，增益迅速减小；谐振放大器具有很好的选频能力。1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 61）增益电压增益 ：放大器的输出信号电压(负载上的电压) 与输入信号电压之比 分贝表示：功率增益 ：负载上输出信号功率与输入信号功率之 比 分贝表示： 1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 72）通频带定义：电压增益下降到最大值的0.707时所对应的频率范围：3dB带宽BW-3dB ， 20.707与谐振回路相同，放

4、大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数QL。此外也取决于电路用途：收音机IF：68kHz，电视机IF：6MHz左右放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 83）选择性定义：从各种不同频率信号（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。与谐振回路相同，放大器的选择性仍然用矩形系数表示： 1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 9矩形系数表示与理想滤波特性的接近程度！越接近于1，放大器的选择性越好。其中：20.707为放大器的通频带；20.1为相对放大倍

5、数下降到0.1处对应的带宽；20.01为相对放大倍数下降到0.01处对应的带宽。1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 104）噪声系数反映放大器对输入信噪比SNR恶化的一个指标。定义为放大器输入信噪比 与输出信噪比 之比。在放大器中，总是希望它本身产生的噪声愈小愈好。1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 11第一级放大器的噪声大小对接收系统总噪声系数的影响最严重，因此这一级放大器的低噪声设计常常放在首要位置。接收机接收灵敏度(接收机能够正确接收的最小信号)： 了解噪声系数的级联计算。 1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 125）工作稳定性

6、工作稳定性是指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度；一般的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激以致使放大思完全不能工作；提高稳定性采取的措施：限制每级放大器的增益，选取Yre小的BJT，中和法、失配法，设计与加工工艺控制（PCB良好接地、布局、屏蔽等）。1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 136）其他常用指标输入输出端口回波损耗S11、S22；输出功率1dB压缩点：P-1dB；带内增益波动、增益温度波动特性；最大输入功率；工作频率范围、工作温度范围；工作

7、电压、电流等。1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 14 实际射频放大器性能参数：1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 15 实际射频放大器性能参数：1-2-1 高频小信号谐振放大器性能指标 电子科技大学 16 实际射频放大器性能参数：1-2-2高频晶体管小信号等效电路模型与参数 电子科技大学 17晶体管在高频线性运用时，晶体管的内部参数将随工作频率而变化。因而必须讨论晶体管的高频等效电路。等效方法是：把晶体管看作四端（两端口）网络，四个参量 中两个作自变量，另两个作为参变量的函数。在本课程所讨论的频率范围内，用的最多的是 晶体管高频Y 参数等效电路和混合

8、等效电路。用Y参数等效晶体管特性进行放大器的分析时晶体管内部的物理过程不予考虑，以简化分析过程。 电子科技大学 181、等效的概念数学模型、电路模型2、Y参数等效电路Y参数电路模型1-2-2高频晶体管小信号等效电路模型与参数 电子科技大学 19Y参数等效电路1-2-2高频晶体管小信号等效电路模型与参数 电子科技大学 20输出短路时的输入导纳 输入短路时的反向传输导纳 输出短路时的正向传输导纳 输入短路时的输出导纳 3、Y参数等效电路与各个 Y参数定义：1-2-2高频晶体管小信号等效电路模型与参数4、Y参数模型的特点：易于测量；Y参数是频率的函数（是复数）；Yre表明了晶体管是一个双向器件：内部

9、存在反馈：越小越好！晶体管不同的组态有不同的Y参数。 电子科技大学 211-2-2高频晶体管小信号等效电路模型与参数1-2-2 高频晶体管混合模型 电子科技大学 22混合等效电路：实际高频小信号放大器外形图：1-2-2 高频晶体管混合模型与Y参数 电子科技大学 23混合模型与Y参数模型之间的转换关系1-2-3 晶体管的高频参数 电子科技大学 241、截止频率：2、特征频率：3、最高振荡频率：1-2-3 晶体管的高频参数 电子科技大学 25共射组态时 ，电流放大倍数表示晶体管共射组态的截止频率是 下降到 时对应的频率。 1、截止频率11-2-3 晶体管的高频参数 电子科技大学 26当满足：那么当

10、时低频电路已经证明从而当时2、 特征频率1-2-3 晶体管的高频参数 电子科技大学 27 当f fT后，共射接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。11-2-3 晶体管的高频参数 电子科技大学 283、最高振荡频率 :晶体管功率增益 时的工作频率。fmax表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。实际工作频率应等于最高振荡频率的1/31/4。f fmax后， GpVBVEPN：VVBV2）中间级直流通路及其静态分析： 求Q点（IB、IC、IE 、VCE等 ）1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TL

11、VCC交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点。Rb1Rb2ReVCC1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器画法：有交流输入信号，所有大电容C短路，所有大电感L开路（关注谐振回路的电容与电感）。正常工作时的判断条件：信号能正常加到放大器件的输入端而不被短路；输出信号能正常加到下一级的输入端或者负载上而不被短路；BJT能正常放大信号而不被旁路。）中间级交流通路：1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC有交流输入信号，所有直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（

12、谐振回路L、C保留）交流通路：32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-）画出交流小信号等效电路： 负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数 晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数 1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器输入信号1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器前述中间级放大器交流分析输入信号1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器前述中间级放大器交流分

13、析1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器高频交流参数等效电路1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器 电子科技大学 44YL由集电极向右看进去的回路的总导纳。1-2-4 谐振放大器输入导纳 电子科技大学 45、放大器输入导纳的计算： L由集电极向右看进去的回路的总导纳。1-2-4 谐振放大器输入导纳 电子科技大学 46代表由集电级C向右看进去的回路总导纳。解以上联立方程得：1-2-4 谐振放大器输入导纳 电子科技大学 47放大器的输入导纳不但与 有关，还与输出参数及 、 、 有关。当 时， ，此时晶体管成为单向器件。所以有：、放大器的电压增益YL由集电极向右看进去的回路的总导

14、纳。YL 由回路两端向右看进去的回路的总导纳。1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器设放大器的负载并联谐振回路的空载品种因数为，谐振电阻为谐振回路端向右看的总导纳（不包括）为：等效到端的导纳为：1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器所以端的总导纳为： 所以： 1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器可令： 1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器再令： 并联谐振回路导纳！1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器令广义失谐有：谐振时归一化抑制比 1-2-4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器 电子科技大

15、学 54放大器的调谐回路的谐振频率工作频率对 的失谐回路的有载品质因数广义失谐说明：高频小信号单调谐谐振放大器的归一化抑制比的表达式与简单谐振回路表达式完全一样，因此它们的3dB带宽和矩形系数完全一样。 1-2-4 谐振放大器电压增益 电子科技大学 551-2-4 谐振放大器电压增益 电子科技大学 56影响放大器放大倍数的因素令 ，求得极值点同理1-2-4 谐振放大器电压增益 电子科技大学 57放大器的最大电压增益仅决定于晶体管参数 ， ， 以及谐振回路的性质 ，即 的比值。 越大越好，也就是说谐振回路的空载品质因数越高， 越大。1-2-4 谐振放大器功率增益 电子科技大学 58折合到a、b端

16、的等效电路：1-2-4 谐振放大器功率增益 电子科技大学 59输入功率输入电压的有效值输出功率功率增益：1-2-4 谐振放大器功率增益 电子科技大学 60谐振时令1-2-4 谐振放大器功率增益 电子科技大学 61失配损耗插入损耗失谐状态的程度对功率的影响谐振时的最大功率增益1-2-4 谐振放大器功率增益 电子科技大学 62谐振时定义失配损耗 它表征的是负载与晶体管的失配程度，其最大值为1。负载与晶体管完全匹配时有此时1-2-4 谐振放大器功率增益 电子科技大学 63定义插入损耗 它表征回路固有损耗使功率增益降低的比例。若回路本身损耗为零，则 , 此时回路对功率增益无影响。一般情况下 。1-2-

17、4 谐振放大器功率增益 电子科技大学 64放大器有最大的功率增益它仅与晶体管本身的参数有关因子 表示失谐状态的程度对功率增益的影响。当电路谐振、负载匹配并且电路本身有很大的空载品质因素时，即1-2-4 谐振放大器通频带与选择性 电子科技大学 65因此，3dB通频带与简单谐振回路相同 归一化抑制比 其中 1-2-4 谐振放大器通频带与选择性 电子科技大学 66电压增益 增益带宽乘积 当晶体管选定，电路完全确定以后，放大器的带宽增益乘积是一个常数。带宽愈窄，增益愈高，反之亦然。1-2-4 谐振放大器通频带与选择性 电子科技大学 67谐振回路电容取决于不稳定， 因此外接电容C必不可少 带宽增益乘积与

18、回路总电容 成反比，容值越大，带宽增益乘积越小由于矩形系数 因此频率选择性与简单谐振回路相同1-2-5 谐振放大器级联 电子科技大学 68 级联放大器的电压增益 若级联的每级放大器都相同，那么总的电压增益总的归一化抑制比1-2-5 谐振放大器级联 电子科技大学 69总的通频带由于 因此，放大器级联后总的通频带比单级放大器窄，其中称为级联放大器3dB带宽缩小因子1-2-5 谐振放大器级联 电子科技大学 70总的矩形系数n增加时， 迅速减小，因此级联放大器选择性优于单级放大器。但是即使 ， 也只能到2.56解决办法：参差调谐；放大器分立滤波器1-2-5 谐振放大器级联 电子科技大学 71高频小信号

19、放大器例题讲解：1-2-5 谐振放大器级联 电子科技大学 72高频小信号放大器例题讲解：1-2-5 谐振放大器级联 电子科技大学 73高频小信号放大器例题讲解：1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 74晶体管是双向器件， 是反应内反馈大小的参量。放大器的输入导纳为：为了描述方便，设 1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 75的值可能为负值 1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 76当 为负值时，回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益因损耗的减小而增加。当正负电导完全抵消时，QL趋向无穷大，放大器处于自激振荡状态，失去放大性能。因此振荡的临界条件为：从而1-2-6

20、谐振放大器的稳定性 电子科技大学 77即其中1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 78从而输出回路参数 其中 由于 1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 79设输入、输出回路相同，即 于是即1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 80可得自激振荡条件 于是 1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 81放大器不稳定定义稳定性系数放大器稳定的临界状态放大器稳定工程实际应用中一般使用参数测试与计算！1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 82 设 反馈电容输入、输出回路都是部分接入接入系数1-2-6 谐振放大器的稳定性 电子科技大学 83稳定性系数 是与放大器的电压增益相关联的。增益太高，会引起电路稳定性恶化。 晶体管选定后(即 和 给定)工作频率确定，则确定电压增益 就被限定了1-2-6 提高谐振放大器的稳定性措施 电子科技大学 84为保证放大器的稳定性，增益不能太高；为了提高放大器增益，应选 大且 小的晶体管。 在晶