高频电子线路-04b谐振放大器的稳定性与稳定措施

4.6谐振放大器的稳定性与稳定措施4.6.1谐振放大器的稳定性4.6.2单向化

《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性

以上分析时，假定yre＝0，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yre的影响。1.放大器的输入导纳和输出导纳

引用§4.2结果，可知《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社

如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后(假定耦合方式是全部接入)，2.自激振荡的产生

(以输入导纳的影响为例)图4.6.1放大器等效输入端回路实际电路中，《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性

所谓“谐振”，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g∑=gs+gie+gF

＝

0，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，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。（自激振荡）《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性

如果反馈电导为负值，那么g∑=gs+gie1+gF=0可能存在，即发生自激振荡现象。3.自激产生的原因(以输入导纳的影响为例)图4.6.2反馈电导ｇＦ随频率变化的关系曲线

此时，如果g∑=gs+gie+gF＝

0，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，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性

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。4.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例)回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

=0=0分解为幅值和相位两个条件《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性不发生自激的条件，《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

=0回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

>04.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例)稳定系数

如果S＝1，放大器可能产生自激振荡；如果S>>1，放大器不会产生自激。S越大，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性4.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例)5.稳定性分析假设放大器输入与输出回路相同，(包括谐振回路)《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性5.稳定性分析《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性5.稳定性分析增益和稳定性为一对矛盾。考虑到全部接入，即p1=p2=1End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.1谐振放大器的稳定性4.6.2单向化

如前所述，由于晶体管内存在yre的反馈，所以它是一个“双向元件”。作为放大器工作时，yre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yre的反馈，变“双向元件”为“单向元件”。这个过程称为单向化。AFCb'erbb'Cb'crb'crb'evb'ercegmvb’eAF《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社

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“失配法”。

如果把负载导纳YL'取得比晶体管yoe大得多，即YL'>>yoe

，那么输入导纳《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.2单向化不发生自激的条件，回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

>0

同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管yie大得多，那么输出导纳

因此，所谓“失配”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抗匹配。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.2单向化

如果把负载导纳YL'取得比晶体管yoe大得多，即YL'>>yoe

，那么输入导纳《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.2单向化稳定系数

可知，当Ys>>yie

和YL′>>yoe

，稳定系数S大大增加。

但同时，增益必须减小。实际上，增益随gL增加而减小。

失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。

典型电路ic1yoeyie<<End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.6.2单向化4.7谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器4.7.1谐振放大器常用电路举例4.7.2集成电路谐振放大器

《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.7.1谐振放大器常用电路举例图4.7.1二级共发－共基级联中频放大器电路《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社图4.7.2窄带石英晶体滤波器电路《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.7.1谐振放大器常用电路举例图4.7.3窄带晶体滤波器等效电桥电路《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.7.1谐振放大器常用电路举例图4.7.4采用单片陶瓷滤波器的中放级《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.7.1谐振放大器常用电路举例图4.7.5采用表面声波滤波器的预中放电路End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.7.1谐振放大器常用电路举例4.7.2集成电路谐振放大器图4.7.6ULN－2204集成块的中放部分《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.7.2集成电路谐振放大器图4.7.7集成电路HA1144的图像中放部分End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.8*场效应管高频小信号放大器4.8.1共源放大器

4.8.2共栅放大器

4.8.3共源－共栅级联放大器《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社高频应用场效应管的特点输入阻抗很高；对核辐射的抵抗能力强；恒流特性更好；转移特性是平方律特性；正向传输导纳远小于晶体管。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.8*场效应管高频小信号放大器4.8.1共源放大器图4.8.1共源场效应管ｙ参数等效电路《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社图4.8.2场效应管共源电路的模拟等效电路《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.8.1共源放大器图4.8.3共源极放大器《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.8.1共源放大器4.8.2共栅放大器图4.8.4共栅极放大器《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.8.3共源－共栅放大器图4.8.5共源－共栅极放大器End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9放大器中的噪声4.9.2

电阻热噪声

4.9.3

天线热噪声

4.9.4

晶体管的噪声

4.9.5

场效应管的噪声4.9.1

内部噪声的来源与特点

《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9放大器中的噪声自然干扰人为干扰干扰与噪声外部干扰内部噪声天电干扰宇宙干扰大地干扰工业干扰无线电台自然噪声人为噪声有热噪声散粒噪声闪烁噪声交流哼声感应噪声接触不良《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9.1内部噪声的来源与特点

这种无规则运动具有起伏噪声的性质，是一种随机过程，即在同一时间（０～Ｔ）内，这一次观察和下一次观察会得出不同的结果

放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻、谐振回路和电子器件内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的。图4.9.1随机过程示意图《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社

随机过程的特征通常用它的平均值、均方值、频谱或功率谱来描述。1.起伏噪声电压的平均值图4.9.2起伏噪声电压的平均值《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9.1内部噪声的来源与特点2.起伏噪声电压的均方值3.非周期噪声电压的频谱

起伏噪声电压是一种随机过程，其对应频谱也是随机过程，没有确定的描述。4.起伏噪声的功率谱式中，Ｓ(f)称为噪声功率谱密度，单位为Ｗ/Ｈz。End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9.1内部噪声的来源与特点4.9.2电阻热噪声

电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下，受到热激发后，在导体内部作大小和方向都无规则的运动（热骚动）。电阻的热噪声的功率谱密度噪声电压均方值噪声电流均方值

以上各式中，ｋ为玻耳兹曼常数，T为电阻的绝对温度，Δfn为电路的等效噪声带宽，Ｒ（或Ｇ）为Δfn内的电阻（或电导）值。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社图4.9.6电阻的噪声等效电路End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9.2电阻热噪声4.9.3天线热噪声

热平衡状态下，噪声电压的均方值

天线等效电路由辐射电阻ＲＡ和电抗ＸＡ组成。ＴＡ为天线等效噪声温度。

若天线无方向性，且处于绝对温度为Ｔ的无界限均匀介质中，则End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9.4晶体管的噪声

晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、分配噪声和１/f噪声。图4.9.10包括噪声电流与电压源的Ｔ型等效电路散粒噪声热噪声分配噪声《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社图4.9.11晶体管的噪声特性End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.9.4晶体管的噪声4.9.5场效应管的噪声1.由栅极内的电荷不规则起伏所引起的噪声2.沟道内的电子不规则热运动所引起的热噪声ＩＧ为栅极漏泄电流ｇfs为场效应管的跨导3.漏极和源极之间的等效电阻噪声4.闪烁噪声End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.10噪声的表示和计算方法4.10.2

噪声温度

4.10.3

多级放大器的噪声系数

4.10.4

灵敏度

4.10.5

等效噪声频带宽度4.10.1

噪声系数

4.10.6

减小噪声系数的措施《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.10.1噪声系数

在电路某一指定点处的信号功率Ｐs与噪声功率Ｐn之比，称为信号噪声比，简称信噪比，以Ｐs／Ｐn（或Ｓ／Ｎ）表示。放大器噪声系数Ａp为放大器的功率增益。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社

Pno∏为放大器本身产生的噪声在输出端上呈现的噪声功率。因此，Ｆｎ＞１，Ｆｎ越大，表示放大器本身产生的噪声越大。

为了计算和测量的方便，噪声系数也可以用额定功率和额定功率增益的关系来定义。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.10.1噪声系数图4.10.1表示额定功率和噪声系数定义的电路End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.10.1噪声系数

表示放大器（四端网络）内部噪声的另一种方法是将内部噪声折算到输入端，放大器本身则被认为是没有噪声的理想器件。4.10.2噪声温度End

物理意义:放大器内部产生的噪声功率，可看作是由它的输入端接上一个温度为Ｔｉ的匹配电阻所产生的；或者看作与放大器匹配的噪声源内阻Ｒｓ在工作温度Ｔ上再加一温度Ｔｉ后，所增加的输出噪声功率。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社4.10.3多级放大器的噪声系数图4.10.2二级级联放大器示意图《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社

采用同样的方法，可以求得ｎ级级联放大器的噪声系数为

可见，多级放大器总的噪声系数主要取决于前面一、二级，最关键的是第一级，不仅要求它的噪声系数低，而且要求它的额定功率增益尽可能高。End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版