高频电子线路-张肃文-第5版课件-第3章讲解

高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。通过的频带和中心频率之比是很小的（窄带），一般都采用选频网络组成谐振或非谐振放大器。普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带宽为６MＨz左右。3.1概述高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心单振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器谐振放大器（窄带）非谐振放大器（宽带）LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器（调谐与非调谐）高频小信号放大器的分类有源器件谐振回路窄带谐振放大器宽带非谐振放大器滤波器宽带非谐振放大器本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。3.1概述单振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器谐振放大器（窄带）非高频小信号放大器的主要质量指标1)增益：（放大系数）

电压增益：分贝表示：

功率增益：

2)通频带：3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标1)增益：（放大系数）电压高频小信号放大器的主要质量指标3)选择性①矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。 ：从各种不同频率信号的总和（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比来表示。3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标3)选择性①矩形系数：表示高频小信号放大器的主要质量指标②抑制比：表示对某个干扰信号fn

的抑制能力， 用dn表示。

3)选择性3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标②抑制比：表示对某个干扰信号高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：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。不稳定状态有增益变化，中心频率偏移，通频带变窄，谐振曲线变形，极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：指放大器的工分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至以后讨论。低频小信号模型高频小信号模型AFA高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：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。End3.1概述分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至以后讨论。低频小信号模End高频小信号放大器的分析方法

晶体管工作在线性区（放大区），可看成线性元件，可用双端口理论中有源四端网络参数微变等效电路来分析。几十μV～几mV1V左右3.1概述End高频小信号放大器的分析方法晶体管工作在3.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）3.2.2混合π等效电路3.2.3混合π等效电路参数与 形式等效电路ｙ参数的转换3.2.4晶体管的高频参数3.2晶体管高频小信号等效电路与参数3.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）3.2.2因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便，为此,引入晶体管的y（导纳）参数等效电路。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源四端网络参数微变等效电路来分析。3.2.1形式等效电路因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，AdmittanceOccasionallywefindthatthereciprocalofimpedanceisamoreconvenientquantity.Inthisspirit,wedefinetheadmittanceYofacircuitelementastheratioofphasorcurrenttophasorvoltage(assumingthatthepassivesignconventionissatisfied):AdmittanceOccasionallywefindTherealpartoftheadmittanceistheconductanceG,andtheimaginary[i'mædʒinəri]partoftheadmittanceisthesusceptance[sə'septəns]B.Thus,Equation[22]shouldbescrutinizedcarefully;itdoesnotstatethattherealpartoftheadmittanceisequaltothereciprocaloftherealpartoftheimpedanceorthattheimaginarypartoftheadmittanceisequaltothereciprocaloftheimaginarypartoftheimpedance!Admittance,conductance,andsusceptanceareallmeasuredinsiemens.TherealpartoftheadmittancAdmittanceTheequivalentadmittanceofanetworkconsistingofanumberofparallelbranchesisthesumoftheadmittancesoftheindividualbranches.AdmittanceTheequivalentadmittwo-portAgeneraltwo-portwithterminalvoltagesandcurrentsspecified.Thetwo-portiscomposedoflinearelements,possiblyincludingdependentsources,butnotcontaininganyindependentsources.two-portAgeneraltwo-portwitthetwo-port，whichthevoltageandcurrentattheinputterminalsareV1andI1,andV2andI2arespecifiedattheoutputport.ThedirectionsofI1andI2arebothcustomarilyselectedasintothenetworkattheupperconductors(andoutatthelowerconductors).thetwo-port，whichthevoltageSincethenetworkislinearandcontainsnoindependentsourceswithinit,I1maybeconsideredtobethesuperposition(叠加)oftwocomponents,onecausedbyV1andtheotherbyV2.WhenthesameargumentisappliedtoI2,wemaybeginwiththesetofequationsSincethenetworkislinearanwherethey’sarenomorethanproportionalityconstants,orunknowncoefficients,forthepresent.However,itshouldbeclearthattheirdimensionsmustbeA/VorS.Theyarethereforecalledtheyparameters,andaredefinedbyEqs.[5]and[6].wherethey’sarenomorethanAdmittanceParametersTheyparameters,arerepresentedconciselyasmatrices.Here,wedefinethe(2x1)columnmatrixI,the(2x2)squarematrixoftheyparameters,andthe(2x1)columnmatrixV,AdmittanceParametersTheyparThus,wemaywritethematrixequationI=yV,orandmatrixmultiplicationoftheright-handsidegivesustheequalityThese(2x1)matricesmustbeequal,elementbyelement,andthusweareledtothedefiningequations,[5]and[6].Thus,wemaywritethematrixaphysicalmeaningtotheyparametersisthroughadirectinspectionofEqs.[5]and[6].ConsiderEq.[5],forexample;ifweletV2bezero,thenweseethatY11mustbegivenbytheratioofI1toV1.WethereforedescribeY11astheadmittancemeasuredattheinputterminalswiththeoutputterminalsshort-circuited(V2=0).Y11isbestdescribedastheshort-circuitinputadmittance.aphysicalmeaningtotheypaAdmittanceParametersAlternatively,wemightdescribeY11asthereciprocaloftheinputimpedancemeasuredwiththeoutputterminalsshort-circuited,butadescriptionasanadmittanceisobviouslymoredirect.Itisnotthenameoftheparameterthatisimportant.Rather,itistheconditionswhichmustbeappliedtoEq.[5]or[6],andhencetothenetwork,thataremostmeaningful;whentheconditionsaredetermined,theparametercanbefounddirectlyfromananalysisofthecircuit(orbyexperimentonthephysicalcircuit).AdmittanceParametersAlternatiAdmittanceParametersEachoftheyparametersmaybedescribedasacurrent-voltageratiowitheitherV1=0(theinputterminalsshort-circuited)orV2=0(theoutputterminalsshort-circuited):AdmittanceParametersEachoftAdmittanceParametersBecauseeachparameterisanadmittancewhichisobtainedbyshort-circuitingeithertheoutputortheinputport,theyparametersareknownastheshort-circuitadmittanceparameters.ThespecificnameofY11istheshort-circuitinputadmittance,Y22istheshort-circuitoutputadmittance,andY12andY21aretheshort-circuittransferadmittances.AdmittanceParametersBecausee3.2.1形式等效电路晶体管放大器是双端口(twoport)晶体管放大器ｙ参数等效电路图4.2.1晶体管共发射极电路图4.2.2ｙ参数等效电路3.2.1形式等效电路晶体管放大器是双端口(twop图4.2.2ｙ参数等效电路称为输出短路时的输入导纳；称为输入短路时的反向传输导纳；称为输出短路时的正向传输导纳；称为输入短路时的输出导纳。图4.2.2ｙ参数等效电路称为输出短路时的输入导纳；称高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解解得,放大器输入导纳Yi节点电流法计算Yi解得,放大器输入导纳Yi节点电流法计算Yi解得：放大器输出导纳Yo计算YO节点电流法解得：放大器输出导纳Yo计算YO节点电流法yre表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）yfe

表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）。ｙfe越大,表示晶体管的放大能力越强；ｙre越大,表示晶体管的内部反馈越强。ｙre的存在,对实际工作带来很大危害,是谐振放大器自激的根源,同时也使分析过程变得复杂,因此应尽可能使其减小,或削弱它的影响

其中：Yoe为晶体管输出导纳YL为负载导纳yre表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）yfe表图3.2.4混合π等效电路

y参数的缺点：随频率变化,不涉及晶体管内物理过程

y参数的优点：分析电路简单混合π等效电路特点:优点：各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。缺点：分析电路不够方便。End3.2.2混合π等效电路图4.2.2ｙ参数等效电路图3.2.4混合π等效电路y参数的缺点：随频率变化,图4.2.4混合π等效电路End是发射结电阻是集电结电阻是发射结电容是集电结电容是基极体电阻代表晶体管的电流放大作用集射极间电阻集射极电容3.2.2混合π等效电路图4.2.4混合π等效电路End是发射结电阻是集电结电图4.2.5ｙ参数及混合π等效电路3.2.3等效电路参数的转换高频电路取长补短合成这两个等效电路，推导出结合混合π的Y参数等效法图4.2.5ｙ参数及混合π等效电路3.2.3等高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解上式与下面的Y参数方程对比系数可得出右边的混合π参数表示的Y参数：上式与下面的Y参数方程对比系数可得出右边的混合π参数表示的Y混合π参数表示的Y参数为：输入导纳和输出导纳通常可写成用电导和电容表示。正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式。通过查阅晶体管手册也可得到各种型号晶体管的Ｙ参数。混合π参数表示的Y参数为：输入导纳和输出导纳通常可写成用电导Y参数用混合π参数表示为：3.2.3等效电路参数的转换Y参数Yie和Yoe中的导纳变成混合π的电导和电容产生的电纳之和Y参数用混合π参数表示为：3.2.3等效电路参数的转1.截止频率fβ12.特征频率fT当f>fT后，共发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。放大系数β随频率升高而下降，定义：3.2.4晶体管的高频参数1.截止频率fβ12.特征频率fT当f12.特征频率图4.2.6β截止频率和特征频率可以粗略计算在某工作频率f>>fβ的电流放大系数。3.2.4晶体管的高频参数12.特征频率图4.2.6β截止频率和可以粗略计算在某3.最高振荡频率fmaxf≥fmax后，Ap<1，晶体管已经不能得到功率放大。由于晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自激振荡器的必要条件，所以也不能使晶体管产生振荡。为使电路工作稳定，应有一定功率增益，实际工作频率是最高频率的1/3~¼。End3.2.4晶体管的高频参数3.最高振荡频率fmaxf≥fmax后，Ap<1，晶体3.3.1电压增益3.3.2功率增益3.3.3通频带与选择性3.3.4级间耦合网络3.3单调谐回路谐振放大器3.3.1电压增益3.3.2功率增益3.3.图4.3.1单调谐回路谐振放大器的原理性电路与等效电路3.3单调谐回路谐振放大器图4.3.1单调谐回路谐振放大器的3.3单调谐回路谐振高频小信号放大器通常需要多级放大器来提供足够高的增益和足够好的选择性，从而为下一级（例如混频和检波）提供性能良好的有用信号。首先分析单级放大器，即单调谐回路谐振放大器。几十μV～几mV1V左右3.3单调谐回路谐振放大器高频小信号放大器通常需要多级放大器来提供足够高频小信号放大器的电路分析包括：1.多级分单级，2.静态分析，3.动态分析，4.整合系统几个基本步骤。1.多级分单级前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器的负载。3.3单调谐回路谐振放大器高频小信号放大器的电路分析包括：1.多级分单调谐回路谐振放大器负载（或下级放大器）与回路的耦合采用自耦变压器耦合和变压器耦合方式,这样,既可减弱负载（或下级放大器）导纳对回路的影响,又可使前、后级的直流供电电路分开。另外,采用上述耦合方式也比较容易实现前、后级之间的阻抗匹配。

单调谐回路谐振放大器负载（或下级放大器）与回路的耦合采用自耦45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其简化规则：交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；2.静态分析

画出直流等效电路，Rb1Rb2ReVCC3.3单调谐回路谐振放大器41Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其简化规则：直流电源接地，所有直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路L、C保留）1)画出交流等效电路，3.动态分析32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管3.3单调谐回路谐振放大器41Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管

2)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3.3单调谐回路谐振放大器35Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管 2)画出1.变压器耦合连接接入系数功率守恒3.3.3抽头式并联电路的阻抗变换N1N2复习：1.变压器耦合连接接入系数功率守恒3.3.3抽头式2.自耦合变压器接入系数功率守恒3.3.3抽头式并联电路的阻抗变换L1L2接入系数的定义见下一页复习：2.自耦合变压器接入系数功率守恒3.3.3抽头式并联2.自耦合变压器（电导表示）接入系数功率守恒3.3.3抽头式并联电路的阻抗变换L1L2复习：2.自耦合变压器（电导表示）接入系数功率守恒3.3.3复习：复习：单调谐回路谐振放大器电路性能分析为了分析单管单调谐放大器的电压增益,晶体管部分采用了Ｙ参数等效电路,忽略了反向传输导纳ｙre=0的影响。输入信号源用电流源IS

并联源导纳Ｙs表示,负载假定为另一级相同的单调谐放大器,所以用晶体管输入导纳ｙie表示。单调谐回路谐振放大器电路性能分析本级与谐振回路自耦变压器接入下级与谐振回路变压器接入本级与谐振回路自耦变压器接入晶体管集电极回路(输入回路)和负载折算到振荡回路两端晶体管集电极回路(输入回路)和负载折算到振荡回路两端从LC谐振回路两端看到的总等效导纳Y’为：Yoe为晶体管输出导纳YL为负载导纳将本级输出导纳1-2端等效到谐振回路两端；次级输入导纳等效到1-2端再等效到谐振回路两端如右图：从LC谐振回路两端看到的总等效导纳Y’为：Yoe为晶体回顾—Y参数晶体管电压增益其中：Yoe为晶体管输出导纳YL为负载导纳，即C、E间导纳回顾—Y参数晶体管电压增益其中：yoe

为晶体管输出导纳YL’是1-2两端(C、E端)的负载导纳，即下级输入导纳yi2

和谐振回路导纳等效到1-2两端的导纳。Y’是等效到谐振回路两端的整个回路总导纳在下页推导Y’与yoe+YL’的关系仿照晶体管y参数电压增益公式，此处晶体管电压增益为:推导见下页yoe为晶体管输出导纳仿照晶体管y参数电压增益公式，此Y’是等效到谐振回路两端的整个回路总导纳，包含如下两部分：1.Yo1’是yoe等效到谐振回路两端的导纳2.YL”是YL’等效到谐振回路两端的导纳Y’是等效到谐振回路两端的整个回路总导纳，包含如下两部分：推导Y’表达式左图导纳合并后可得到右图由右图可看出总导纳Y’为：推导Y’表达式左图导纳合并后可得到右图推导整个调谐回路电压增益：推导整个调谐回路电压增益：∵谐振时，虚部为0：∴谐振时调谐回路电压增益:左图合并后可得到右图由右图可看出总导纳Y’为：∵谐振时，虚部为0：∴谐振时调谐回路电压增益:左图合并后可得谐振时电压增益:4.3.1电压增益为了输出最大的功率，应满足：输出回路导纳＝负载导纳，即：p1p2代入AVO

得匹配时电压增益：谐振时电压增益:4.3.1电压增益为了输出最大的功率高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解整个收、发机系统的功率增益是其一项重要性能指标，因此需要考虑高频小信号放大器的功率增益水平。由于在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益：

3.3.2功率增益APO整个收、发机系统的功率增益是其一项重要性能指3.3.2功率增益3.3.2功率增益得:最大功率增益为：

i)如果设LC调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配。3.3.2功率增益且本级与下级采用相同晶体管，则gi1=gi2得:最大功i)如果设LC调谐回路自身元件无损耗，且输出回ii)如果LC调谐回路存在自身损耗，且输出回路传输匹配,则可得最大功率增益为：

3.3.2功率增益End有损输出功率无损输出功率ii)如果LC调谐回路存在自身损耗，且输出回路传输匹配,则（推导见下页）（推导见下页）空载Q值有载Q值空载Q值有载Q值通过分析放大器幅频特性来揭示其通频带与选择性。3.3.3通频带与选择性通过分析放大器幅频特性来揭示其通频带与选择性。3.3.3通频带与单谐振回路相同，ＱＬ越高，则通频带越窄。3.3.3通频带与选择性求解上式得：通频带与单谐振回路相同，ＱＬ越高，则通频带越窄。3.3.3当

0，即失谐不大时（用泰勒级数在ω0展开）：当0，即失谐不大时（用泰勒级数在ω0展开）：3.3.3通频带与选择性例3.3.2广播接收机的中频f0=465kHz，2∆f0.7=

8kHz则所需中频回路的QL值为:若为雷达接收机，中频f0=30MHz,2∆f0.7=

10MHz，则所需中频回路的QL

＝30/10=3,这时需在中频调谐回路上并联一定数值的电阻，以增大回路的损耗，使QL

值降低到所需之值。3.3.3通频带与选择性例3.3.2广播接收机的中可见：带宽增益积为一常数通频带与增益的关系3.3.3通频带与选择性可见：带宽增益积为一常数通频带与增益的关系3.3.3通2.选择性（矩形系数）=9.95>>1不论其Q值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远3.3.3通频带与选择性推导见下页2.选择性（矩形系数）=9.95>>1不论其Q值为矩形系数推导矩形系数推导例3.3.3设计一个中频放大器，指标如下：中心频率f0=465kHz，带宽2∆f0.7=8kHz。负载ZL为下级一个完全相同的晶体管的输入阻抗，采用自耦合变压器-变压器耦合网络。例3.3.3设计一个中频放大器，指标如下：中心频率f0高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解例：在下图所示的单调谐回路放大器中，工作频率为10MHz，晶体管参数：回路电感接入系数p1=0.9,p2=0.3,假设yre=0，并且下一级采用同样的晶体管,L=1.4uH,Q0=100.求：①谐振时电压增益；②谐振回路中电容C之值；③通频带；④谐振回路又并入R4=10kΩ，比较电压增益和通频带的变化。例：在下图所示的单调谐回路放大器中，工作频率为10MHz，晶高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解⑴先求GP’

，由图可知，由于下级用同样的晶体管，所以3⑴先求GP’，由图可知，由于下级用同样的晶体管，所以3⑵谐振时回路总电容为因此谐振回路中电容C为：⑶所以⑵谐振时回路总电容为因此谐振回路中电容C为：⑶所以高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解3.3.4级间耦合网络图4.3.4单调谐放大器的级间耦合网络形式End3.3.4级间耦合网络图4.3.4单调谐放大器的级a)b)c)适用共发射极电路，特点是调谐回路通过降压形式接入后级晶体管，使后级低输入电阻和前级高输出电阻匹配。d)用于输入电阻很低的共基极电路，用前面办法，次级匝数少，不易实现。此时次级可采用谐振电阻较小的串联谐振电路。a)b)c)适用共发射极电路，特点是调谐回路通过降压形3.4多级单调谐回路谐振放大器Av1Av2Avn如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则从对单管单调谐放大器的分析可知,其电压增益取决于晶体管参数、回路与负载特性及接入系数等,所以受到一定的限制。如果要进一步增大电压增益,可采用多级放大器。

3.4多级单调谐回路谐振放大器Av1Av2Avn如果各如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则3.4多级单调谐回路谐振放大器如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则3.41.增益2.通频带∴求得n级放大器的通频带3.4多级单调谐回路谐振放大器谐振增益：按定义1.增益2.通频带∴求得n级放大器的通频带3.43.选择性（矩形系数）3.选择性（矩形系数）当级数n增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改善是有限度的，n→∞，Kr0.1→2.563.选择性（矩形系数）∴当级数n增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改善是有限度3.5双调谐回路谐振放大器 单调谐回路放大器的选择性较差，增益和通频带的矛盾比较突出，为此，可采用双调谐回路放大器。双调谐回路具有频带宽，选择好的优点。《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社3.5双调谐回路谐振放大器 单调谐回路放大器的选择性集电极电路采用互感耦合的谐振回路，被放大的信号经互感耦合到次级放大器基极。晶体管T1的集电极在初级线圈接入系数为p1晶体管T2的基极在次级线圈接入系数为p2集电极电路采用互感耦合的谐振回路，被放大的信号经互感耦合到次高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解本级输出导纳goeCoe折合到L1C1两端，接入系数为p1负载导纳,即下一级的输入导纳gieCie折合到L2C2两端，接入系数为p2本级输出导纳goeCoe折合到L1C1两端，接入系为分析方便，设两回路参数相同，即L1=L2=LC1+p12Coe≈C2+p22Cie=Cp12goe≈p22gie=g初次级回路调谐到同一中心频率初次级回路有载品质因数相同为分析方便，设两回路参数相同，即临界耦合η=1，在(ξ=0)处，出现最大电压峰值为：电压增益为：临界耦合η=1谐振曲线：临界耦合的通频带（α为：耦合曲线通用表达式）η=1临界耦合η=1，在(ξ=0)处，出现最大电压峰值为：电压增益可见，相对单调谐回路，双调谐回路改善选择性和提高带宽。End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社3.5双调谐回路谐振放大器可见，相对单调谐回路，End《高频电子线路》（第四版）张肃图4.5.2对应于不同的η双调谐回路 放大器的谐振曲线图4.5.2对应于不同的η双调谐回路 放大器的谐振曲线3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施3.6.1谐振放大器的稳定性3.6.2单向化

3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施3.6.1谐振放3.6.1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 引用式(3.2.6),式(3.2.9),可知3.6.1谐振放大器的稳定性以上分析时，假定y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YF

称为反馈导纳3.6.1谐振放大器的稳定性(3.2.6)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若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。自激振荡产生3.6.1谐振放大器的稳定性若g∑=gs+gie+gF＝0，即整个回路的能当反馈电导gF

为负值，则：g∑=gs+gie1+gF=0

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3.6.1谐振放大器的稳定性当反馈电导gF为负值，3.自激产生的原因(以输入导纳的影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又谐振时电纳(虚部)=0∴导纳=03.6.1谐振放大器的稳定性Yre越大左边值越小→１，放大器越不稳定，反之,稳定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3.6.1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)3.6.1谐振放大器的稳定性4.自激产生的条件(以输3.6.1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)3.6.1谐振放大器的稳定性4.自激产生的条件(以输稳定系数幅值条件S＝1，放大器可能产生自激振荡；S>>1，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。一般要求S=5~10(3.6.12)3.6.1谐振放大器的稳定性稳定系数S＝1，放大器可能产生自激振荡；(3.6.12)3.5.稳定性分析（自激的相位条件）3.6.1谐振放大器的稳定性∵yre中电纳起主要作用此时可以形成电感反馈三端振荡器所以，可能产生自激的相位条件为：ξ=－1∵yfe中电导起主要作用5.稳定性分析（自激的相位条件）3.6.1谐振放大器5.稳定性分析考虑到全部接入，即p1=p2=13.6.1谐振放大器的稳定性可见：增益和稳定性为一对矛盾代入(3.6.12)5.稳定性分析考虑到全部接入，即p1=p2=.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’eAF3.6.2单向化 如前所述，由于晶体管内存在yre的反避免自激的做法有中和法和失配法。若负载导纳YL'比晶体管yoe大得多，即YL'>>yoe

，那么输入导纳3.6.2单向化不发生自激的条件，回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

>0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。避免自激的做法有中和法和失配法。若负载导纳YL'比晶体管yo同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管yie大得多，即YS>>yoe，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。失配法减弱了yre的作用3.6.2单向化如果把负载导纳YL’取得比晶体管yoe大得多，即YL'>>yoe

，那么输入导纳同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管yie3.6.2单向化

可知，当Ys>>yie

和YL′>>yoe

，稳定系数S大大增加。

失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。稳定系数3.6.2单向化可知，当Ys>>yie和YL′失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。

典型电路：共射—共基级联放大电路ic1yoeyie<<End3.6.2单向化失配法以牺牲增益为代价换取稳定

用两只晶体管按共射—共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。

由于共基电路的输入导纳较大,当它和输出导纳较小的共射电路连接时,相当于使共射电路的负载导纳增大而失配,从而使共射晶体管内部反馈减弱,稳定性大大提高。

另一个优点：噪声系数小，有利于抑制后面各级的噪声，共射—共基已成为典型的低噪声电路。用两只晶体管按共射—共基方式连接成一个复合管3.7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3.7谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器.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3.7.1谐振放大器常用电路举例图4.7.1二级图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3.7.1谐振放大器常用电路举例图4.7.2窄带石英晶体滤波器电路《高频电子线路》（第四图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3.7.1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》（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3.7.1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》（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3.7.1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3.7.2集成电路谐振放大器图4.7.6ULN－2204集成块的中放部分前4级差分放大，采用共集—共基放大电路《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社3.7.2集成电路谐振放大器图4.7.6ULN－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4.7.2集成电路谐振放大器图4.7.7集成电路HA3.9放大器中的噪声3.9.2

电阻热噪声

3.9.3

天线热噪声

3.9.4

晶体管的噪声

3.9.5

场效应管的噪声3.9.1

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3.9放大器中的噪声3.9.2电阻热噪声 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3.9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3.9.1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3.9.1内部噪声的来源与特点这种无规则 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3.9.1内部噪声的来源与特点 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2.起伏噪声电压的均方值（方差）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（频）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3.9.1内部噪声的来源与特点2.起伏噪声电压的均方值（方差）3.非周期噪声电压的S(f)df表示频率在f

与

f+df

之间的平均功率。总平均功率对于起伏噪声，当时间无限增长，平均功率P趋近于常数，该常数正好等于起伏噪声电压的均方值。即：可见，起伏噪声在极宽的频带内具有均匀的功率谱密度，因此称其为白噪声。S(f)df表示频率在f与f+df之间的平均3.9.2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3.9.2电阻热噪声 电阻中的带电微粒（自由电子）在一图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3.9.2电阻热噪声图4.9.6电阻的噪声等效电路End《高频电子线路》3.9.3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3.9.3天线热噪声 热平衡状态下，噪声电压的均方值 3.9.4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3.9.4晶体管的噪声 晶体管的噪声主要有热噪声、散粒图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3.9.4晶体管的噪声图4.9.11晶体管的噪声特性End《高频电子线路》3.9.5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3.9.5场效应管的噪声1.由栅极内的电荷不规则起伏3.10噪声的表示和计算方法3.10.2

噪声温度

3.10.3

多级放大器的噪声系数

3.10.4

灵敏度

3.10.5

等效噪声频带宽度3.10.1

噪声系数

3.10.6

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3.10噪声的表示和计算方法3.10.2噪声温度 33.10.1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PnoI为信号源内阻（输入端）产生的噪声通过放大器放大后在输出端呈现的噪声功率。3.10.1噪声系数在电路某一指定点处的

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。3.10.1噪声系数信号源内阻与放大器输入电阻匹配时RS=Ri，额定输入信号功率为：（放大放大器内部噪声产生的噪声功率）（放大的信号源噪声功率）Pno∏为放大器本身产生的噪声在输出端上呈现额定输入噪声功率为：额定功率增益：指放大器的输入端与输出端分别匹配时（RS=Ri，RO=RL）的功率增益，即：

APH=PSO’/PSi’

噪声系数另一个定义为：①②①②代入（3.10.10）额定输入噪声功率为：①②①②代入（3.10.10）图4.10.1表示额定功率和噪声系数定义的电路End3.10.1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表示放大器（四端网络）内部噪声的另一种方法是噪声温度，它将放大器内部噪声折算到输入端（即：输入端噪声功率变大），认为放大器本身是没有噪声的理想器件。3.10.2噪声温度物理意义: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。3.10.2噪声温度由:式（3.10.10）表示放大器（四端网络）内部噪声的另一种方法是3.10.2噪声温度又:3.10.2噪声温度又:3.10.3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两级级联放大器如图，设每一级的额定功率增益和噪声系数分别为：ApH1，Fn1，和ApH2，Fn23.10.3多级放大器的噪声系数图4.10.2由前面知:Pno1’由两部分构成，即:一部分为放大后的信号源噪声功率kT∆fnApH1另一部分为放大器本身产生的输出噪声功率Pn13.10.3多级放大器的噪声系数由前面知:Pno1’由两部分构成，即:一部分为放大后的信高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解

用同样方法，可求得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。End3.10.3多级放大器的噪声系数 用同样方法，可求得ｎ级级联放大器的噪声系数为 可见，多级3.10.4灵敏度当系统的输出信噪比（Ｐso／Ｐno）给定时，有效输入信号功率Ｐ'si称为系统灵敏度，与之相对应的输入电压称为最小可检测信号。 在信号源内阻与放大器输入端电阻匹配时，输入信号功率为：End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社此时输入的噪声功率为：3.10.4灵敏度当系统的输出信噪比（3.10.5等效噪声频带宽度起伏噪声是功率谱密度均匀的白噪声。现在来研究它通过线性四端网络后的情况，并引出等效噪声频带宽度的概念。设四端网络的电压传输系数为Ａ(f)，输入端的噪声功率谱密度为Ｓi(f)，则输出端的噪声功率谱密度Ｓo(f)为输出端的噪声电压均方值（即平均功率）为：《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社（3.10.18）3.10.5等效噪声频带宽度起伏噪声是功率谱密度均匀的输出端的噪声电压均方值为 等效噪声带宽是按照噪声功率相等（几何意义即面积相等）来等效，即：图4.10.4等效噪声带宽示意图《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社3.10.5等效噪声频带宽度（3.10.20）(3.10.18)

代入(3.10.20),由于Si(f)是白噪声的功率谱密度，∴Si(f)为常数，得：输出端的噪声电压均方值为 等效噪声带宽是按照噪声功率相等（几则，输出端的噪声电压均方值为：

∴等效噪声带宽为：End《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社3.10.5等效噪声频带宽度则，输出端的噪声电压均方值为： ∴等效噪声带宽为：End《3.10.6减小噪声系数的措施End选用低噪声元、器件正确选择晶体管放大级的直流工作点选择合适的信号源内阻Ｒs选择合适的工作带宽选用合适的放大电路降低放大器的工作温度《高频电子线路》（第四版）张肃文主编高等教育出版社3.10.6减小噪声系数的措施End选用低噪声元、器件3.93.9高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解将所有已知参数代入求出:S=13.7>>1放大器能稳定工作将所有已知参数代入求出:S=13.7>>1放大器能稳定3.103.10高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解先计算QL，本题通过电容计算，也用电感计算先计算QL，本题通过电容计算，也用电感计算高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解73.17高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解临界耦合的通频带矩形系数

临界耦合电压增益临界耦合矩形系数临界耦合3.273.27高频电子线路-张肃文-第5版课件--第3章讲解

高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。通过的频带和中心频率之比是很小的（窄带），一般都采用选频网络组成谐振或非谐振放大器。普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带宽为６MＨz左右。3.1概述高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心单振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器谐振放大器（窄带）非谐振放大器（宽带）LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器（调谐与非调谐）高频小信号放大器的分类有源器件谐振回路窄带谐振放大器宽带非谐振放大器滤波器宽带非谐振放大器本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。3.1概述单振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器谐振放大器（窄带）非高频小信号放大器的主要质量指标1)增益：（放大系数）

电压增益：分贝表示：

功率增益：

2)通频带：3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标1)增益：（放大系数）电压高频小信号放大器的主要质量指标3)选择性①矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。 ：从各种不同频率信号的总和（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比来表示。3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标3)选择性①矩形系数：表示高频小信号放大器的主要质量指标②抑制比：表示对某个干扰信号fn

的抑制能力， 用dn表示。

3)选择性3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标②抑制比：表示对某个干扰信号高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：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。不稳定状态有增益变化，中心频率偏移，通频带变窄，谐振曲线变形，极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。3.1概述高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：指放大器的工分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至以后讨论。低频小信号模型高频小信号模型AFA高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：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。End3.1概述分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至以后讨论。低频小信号模End高频小信号放大器的分析方法

晶体管工作在线性区（放大区），可看成线性元件，可用双端口理论中有源四端网络参数微变等效电路来分析。几十μV～几mV1V左右3.1概述End高频小信号放大器的分析方法晶体管工作在3.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）3.2.2混合π等效电路3.2.3混合π等效电路参数与 形式等效电路ｙ参数的转换3.2.4晶体管的高频参数3.2晶体管高频小信号等效电路与参数3.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）3.2.2因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便，为此,引入晶体管的y（导纳）参数等效电路。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源四端网络参数微变等效电路来分析。3.2.1形式等效电路因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，AdmittanceOccasionallywefindthatthereciprocalofimpedanceisamoreconvenientquantity.Inthisspirit,wedefinetheadmittanceYofacircuitelementastheratioofphasorcurrenttophasorvoltage(assumingthatthepassivesignconventionissatisfied):AdmittanceOccasionallywefindTherealpartoftheadmittanceistheconductanceG,andtheimaginary[i'mædʒinəri]partoftheadmittanceisthesusceptance[sə'septəns]B.Thus,Equation[22]shouldbescrutinizedcarefully;itdoesnotstatethattherealpartoftheadmittanceisequaltothereciprocaloftherealpartoftheimpedanceorthattheimaginarypartoftheadmittanceisequaltothereciprocaloftheimaginarypartoftheimpedance!Admittance,conductance,andsusceptanceareallmeasuredinsiemens.TherealpartoftheadmittancAdmittanceTheequivalentadmittanceofanetworkconsistingofanumberofparallelbranchesisthesumoftheadmittancesoftheindividualbranches.AdmittanceTheequivalentadmittwo-portAgeneraltwo-portwithterminalvoltagesandcurrentsspecified.Thetwo-portiscomposedoflinearelements,possiblyincludingdependentsources,butnotcontaininganyindependentsources.two-portAgeneraltwo-portwitthetwo-port，whichthevoltageandcurrentattheinputterminalsareV1andI1,andV2andI2arespecifiedattheoutputport.ThedirectionsofI1andI2arebothcustomarilyselectedasintothenetworkattheupperconductors(andoutatthelowerconductors).thetwo-port，whichthevoltageSincethenetworkislinearandcontainsnoindependentsourceswithinit,I1maybeconsideredtobethesuperposition(叠加)oftwocomponents,onecausedbyV1andtheotherbyV2.WhenthesameargumentisappliedtoI2,wemaybeginwiththesetofequationsSincethenetworkislinearanwherethey’sarenomorethanproportionalityconstants,orunknowncoefficients,forthepresent.However,itshouldbeclearthattheirdimensionsmustbeA/VorS.Theyarethereforecalledtheyparameters,andaredefinedbyEqs.[5]and[6].wherethey’sarenomorethanAdmittanceParametersTheyparameters,arerepresentedconciselyasmatrices.Here,wedefinethe(2x1)columnmatrixI,the(2x2)squarematrixoftheyparameters,andthe(2x1)columnmatrixV,AdmittanceParametersTheyparThus,wemaywritethematrixequationI=yV,orandmatrixmultiplicationoftheright-handsidegivesustheequa