高频电路第3章(完整)

第3章高频小信号放大器

3.1概述3.2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3.4多级单调谐回路谐振放大器3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施小结及习题讲解3.1概述3.1.1高频小信号放大器的特点①频率较高：中心频率一般在几百kHz到几百MHz；频带宽度在几khz到几十MHz，相比中心频率较小。②小信号：信号较小，故晶体管工作在线性范围内(甲类放大器)比较：高频放大器低频放大器中心频率高低频带宽度小大负载选频网络无调谐负载（电阻、有铁心的变压器）3.1.2高频小信号放大器的分类3.1概述按所用的材料分：晶体管（BJT)场效应管（FET)集成电路（IC)按频谱宽度分：窄带放大器宽带放大器按电路形式分：单级放大器多级放大器按负载性质分：谐振放大器非谐振放大器谐振放大器：采用谐振回路（串、并联及耦合回路）作负载的放大器，具有放大、滤波或选频的作用。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，性能良好，便于集成。调谐放大器：调谐回路需对外来不同的信号频率进行调谐。（高频放大器）频带放大器：调谐回路的谐振频率固定不变。（中频放大器）3.1概述1）

增益：（gain）

电压增益：

功率增益：分贝表示：

2）通频带：(passband)

放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，亦称3分贝带宽。3.1概述3.1.3高频小信号放大器的主要质量指标fAVAVof02Df0.70.71fAPAPo2Df0.70.521f0

为什么要求通频带？

3.1概述

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，让必要的信号频谱分量通过放大器。

（1）回路的形式和回路的等效品质因数QL

（2）总通频带和级数有关。通频带愈宽，放大器的增益愈小。

影响通频带的因素？3.1概述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）选择性：①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的程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。用Kr表示，其数学定义：或2f0.1,2f0.01分别为放大倍数（电压增益）下降至最大值的0.1和0.01处的带宽。说明：Kr愈接近于1越好。理想情况：Kr=13.1概述②抑制比：表示对某个干扰信号fn

的抑制能力，用dn表示。

An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。

3.1概述或dn(dB)=20lgdn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稳定措施。

4）工作稳定性：

3.1概述放大器不稳定的现象有哪些？增益变化；中心频率漂移；通频带变窄；谐振曲线变形等。常用的放大器稳定措施有哪些？指在电源电压变化或器件参数变化时，其主要特性的稳定程度。

5）

噪声系数：总结：上述各项性能指标之间即有联系又有矛盾：（1）增益和稳定性是一对矛盾；（2）通频带和选择性是一对矛盾。因此应根据设计需要决定主次，进行分析和讨论。3.1概述在多级放大器中，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。NF越接近1越好噪声性能用噪声系数表示3.2晶体管高频小信号等效电路和参数晶体管在高频小信号运用时，等效电路有两种主要形式：形式等效电路：将晶体管等效为有源线性四端网络。优点：分析电路方便、不涉及晶体管内部的物理过程，导出的表达式具有普遍意义。缺点：网络参数与频率有关优点：元件参数在很宽的频率范围内都是常数。缺点：分析电路不方便。混合等效电路：晶体管内部的复杂关系用集中元件LCR表示，每一元件与晶体管内发生的某种物理过程具有明显关系。这样模拟出来的等效电路称为~3.2晶体管高频小信号等效电路和参数3.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）晶体管共射极连接常用的三种参数系：h参数：z参数：y参数：式中：本章采用y参数系：3.2晶体管高频小信号等效电路和参数b＋－V1·I1·＋－V2·yiyocI2·yrV2·yfV1·eY参数等效电路说明：3.2晶体管高频小信号等效电路和参数1）上述y参数可能是实数或复数2）短路导纳参数是晶体管本身的参数，只与晶体管的特性有关，与外电路无关。又称内参数。I·

1

YLIs·Ys2信号源I1·＋－V2·V1·＋－b＋－V1·I1·＋－V2·yieyoecI2·yreV2·yfeV1·eYLIs·Ys晶体管接入外电路，例如，下图构成放大器，这时相应的y参数，不仅与晶体管有关，而且与外电路有关，此时称为外参数。3.2晶体管高频小信号等效电路和参数1.混合π参数等效电路：把晶体管内部的物理过程用集中参数原器件RLC表示。混合π参数等效电路3.2晶体管高频小信号等效电路和参数3.2.2混合π参数等效电路

混合π等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下。

①

rbc与Cbc引起的容抗相比rbc可视为开路。

②rbe与Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（视为开路）

③rce与回路负载比较，可视为开路。

简化后的等效电路如图：注意：（1）简化电路对工作频率较高时适用（2）工作频率范围不同时等效电路可进行不同的简化。（3）频率低时可忽略电容的作用。3.2晶体管高频小信号等效电路和参数2.

混合π等效电路的简化：e

r

b

rbb’

gmVb’e

b

Cbc

Cbe

c

I

Ic

Ib

yie

Vb

Vc

rb’eb’crce3.2晶体管高频小信号等效电路和参数3.2.3Y参数等效电路与混合π等效电路参数的转换+-+-3.2晶体管高频小信号等效电路和参数3.2晶体管高频小信号等效电路和参数3.2晶体管高频小信号等效电路和参数结论：①四个y参数都是复数，可表示成：②晶体管在高频运用时，四个y参数都是频率的函数。③输入输出导纳比低频运用时大，而正向传输导纳比低频时小。工作频率越高，这种差别越大。3.2晶体管高频小信号等效电路和参数1）截止频率：由于β0比1大的多,在频率为fβ时,|β|虽然下降到原来的0.707但是仍然比1大得多,因此晶体管还能起到放大的作用。2）特征频率3.2晶体管高频小信号等效电路和参数3.2.3

晶体管的高频参数电流放大系数β与f的关系: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fmaxfmax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f>fmax时,无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。3.2晶体管高频小信号等效电路和参数授课时间：本章第一次课授课教师：黄双萍3.3单调谐回路谐振放大器具体包括：①

R1、R2、R3为偏置电阻，决定工作点；②

LF、CF为滤波电路③

C4、L组成L、C谐振回路，作为负载④R4用以加宽回路通频带

Rp是并联回路本身的损耗3.3.1

电路结构（以共射极连接电路为例）

整个放大电路正常工作，应包括两大部分：直流偏置电路+高频交流通路C4R3LFCFC3R2R1C2P1R4P2abL-+vcc1、直流偏置电路①将电路中的线圈看成对直流短路；②将电路中的电容看成对直流断路；直流分析的目的？确定静态工作点即计算出VCE，IE等计算出rb’e等л

参数求y参数系得出晶体管的y等效电路注意：一般情况下，对这种放大器的计算问题，更多地是关注放大器的质量指标的计算，因此y参数都会在题中作为已知条件给出。见书p120的3.9,3.10等。3.3单调谐回路谐振放大器

如何画出直流通路？R3R2R1vcc2、高频交流通路

如何画出交流通路？①该短路就短路；（高频旁路电容/滤波电容/耦合电容）②该断路就断路；（高频扼流圈）③该接地就接地；（直流电源）C4R2R1P1R4P2abL3.3单调谐回路谐振放大器CP1gP2abLIsYsVi+-IbyieyreVcyfeViyoeyieVo+-cIc3.3单调谐回路谐振放大器3、等效电路分析YL代表由集电极C向右看的回路导纳。放大器的输入导纳为：1）求放大器输入导纳：考虑有负载时，输入端口电流ib与电压ube(Vi)的比。2）求放大器输出导纳：CP1gP2abLYsVi+-IbyieyreVcyfeViyoeyieVo+-cIc考虑到信号源导纳Ys时，晶体管输出端口电流ic与电压uce(Vc)的比值。即:3.3单调谐回路谐振放大器解得上述方程得：3.3单调谐回路谐振放大器3.3单调谐回路谐振放大器3.3.2放大器的质量指标：1、增益CP1gP2abLIsYsVi+-IbyieyreVcyfeViyoeyie2Vo+-cIc1）电压增益根据电压变比关系：YL代表由集电极C向右看的回路导纳。其中：CP1gP2abLIsYsVi+-IbyieyreVcyfeViyoeyie2Vo+-cIc3.3单调谐回路谐振放大器电压增益的相关结论：3.3单调谐回路谐振放大器2）功率增益3.3单调谐回路谐振放大器3.3单调谐回路谐振放大器

2、放大器的通频带3.3单调谐回路谐振放大器结论：3.3单调谐回路谐振放大器带宽增益乘积为一常数当yfe和C为定值时（电路定了，其值也定了。带宽增益乘积

=const），决定于C与yfe。因此选择管子时应选取yfe大的，应减少C。讨论：3、单调谐放大器的选择性3.3单调谐回路谐振放大器所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。3.3单调谐回路谐振放大器授课时间：（本章第二次课）授课教师：黄双萍3.4多级单调谐回路谐振放大器3.4.1概述

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生变化。3.4.2多级放大器的参数指标变化1、增益……2、通频带3.4多级单调谐回路谐振放大器②

为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的

X倍。③

当每级通频带加宽X倍时,每级的增益都会降低为原来的1/X。3.4多级单调谐回路谐振放大器由此得：m级放大器的通频带为：其中，等于单级放大器的通频带所以：m级和单级放大器的通频带的关系为：结论：①

m级级联后通频带变窄，3、选择性(以矩形系数为例)结论:单调谐回路特点是电路简单,调试容易,但选择性差，增益和通频带的矛盾比较突出。3.4多级单调谐回路谐振放大器3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施3.6.1概述

由于反向传输导纳yre的存在，晶体管内部存在反馈，即输出信号会反馈到输入端，从而对放大器的工作产生影响，引起放大器的工作不稳定。3.6.2晶体管内部反馈的有害影响1、放大器的输入导纳为：是输出端短路时晶体管（共射连接）本身的输入导纳；由于yre的反馈引起的输入导纳；3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施2、放大器的输出导纳为：结论：放大器的输出导纳不仅与晶体管的输出导纳有关，还与信号源的内导纳有关。3、总结：晶体管内部反馈对放大器的影响1）由于yre的影响，使Yi与YL’有关，Yo和Ys有关，即输入端与输出端相互影响，从而使放大器的调整（主要指调谐）变得困难。3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施2）一旦频率发生变化，会引起YL’和Ys变化，从而使得Yo和Yi的变化，导致回路的QL和fo等发生变化，从而使谐振曲线变形，性能指标发生变化。3）使放大器工作不稳定，在极端的情况下，产生自激振荡。3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施反馈能量正好补偿了回路的损耗能量，放大器处于自激振荡工作状态，此时放大器失去放大性能。

由于yre的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。单向化的方法有：⑴中和法消除yre的反馈⑵失配法使GL或gs的数值增大，因而使输入和输出回路与晶体管匹配。中和法：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；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3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施3.6.3克服自激的方法授课时间：（本章第三次课）授课教师：黄双萍3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施小结及习题讲解小结高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性接按近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐振放大器的选择性愈好。高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。Y参数等效电路和混合等效电路是描述晶体管工作状况的重要模型。Y参数与混合参数有对应关系，Y参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。

单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载。谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体管成为双向器件，在一定条件下，放大器会产生自激。为了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶体管单向化小结及习题讲解本章重点晶体管在高频小信号时的等效电路——形式等效电路与混合等效电路。单调谐回路谐振放大器的电压增益、功率增益、通频带与选择性的计算。谐振放大器工作不稳定的原因与稳定措施。习题讲解小结及习题讲解下次课的教学内容：1）非线性电路基础（包括书§4.1，§4.2，§4.3，

§4.4，）2）变频器的工作原理（书§4.5）小结及习题讲解1、要观察调谐放大器的谐振曲线，需要用到以下哪个仪器（D）A．示波器B．频率计C．高频信号发生器D．扫频仪2、在调谐放大器的LC回路两端并上一个电阻R，可以（C）

A．提高回路的Q值B．提高谐振频率C．加宽通频带

D．减小通频带3、在高频放大器中，多用调谐回路作为负载，其作用不包括（D）

A．选出有用频率B．滤除谐波成分C．阻抗匹配

D．产生新的频率成分一、选择题

小结及习题讲解4、高频小信号调谐放大器主要工作在（A）A．甲类B．乙类C．甲乙类D．丙类5、小信号调谐放大器主要用于无线通信系统的（C）A．发送设备B．接收设备C．发送设备、接收设备6、如图所示调谐放大器，接入电阻R4的目的是（C）小结及习题讲解A.提高回路的Q值

B.提高谐振频率

C.加宽通频带

D．减小通频带7、在相同条件下，双调谐回路放大器与单调谐回路放大器相比，下列表达正确的是（AorC）A)双调谐回路放大器的选择性优于单调谐回路放大器，通频带也较宽B)双调谐回路放大器的选择性优于单调谐回路放大器，通频带也较窄C)单调谐回路放大器的选择性优于双调谐回路放大器，通频带也较宽D)单调谐回路放大器的选择性优于双调谐回路放大器，通频带也较窄

小结及习题讲解二、填空题

1、小信号谐振放大器的主要特点是以谐振回路作为放大器的交流负载，具有选频和阻抗匹配功能。2、放大电路直流通路和交流通路画法的要点是：画直流通路时，把电容视为开路；画交流通路时，把电感视为短路。3、单调谐放大器经过级联后电压增益增大、通频带减小、选择性变好。（在空格中填写变化趋势）4、小信号调谐放大器按调谐回路的个数分单调谐回路谐振放大器和双调谐回路谐振放大器。小结及习题讲解5、信噪比等于

信号功率

与

噪声功率

之比。6、噪声系数等于

输入信噪比

与

输出端信噪比

之比。7、晶体管的截止频率fß是指当短路电流放大倍数|ß|下降到低频ß0的

倍时所对应的工作频率。8、矩形系数是表征放大器

选择性

好坏的一个物理量。9、消除晶体管yre的反馈作用的方法有

中和法

和

失配法

。三、是非题：1、多级耦合的调谐放大器的通频带比组成它的单级单调谐放大器的通频带宽。（）2、在调谐放大器的LC回路两端并上一个电阻R可以加宽通频带。（）3、多级耦合的调谐放大器的选择性比组成它的单级单调谐放大器的选择性差。（）4、调谐放大器兼有放大和选频功能

（）小结及习题讲解四、分析计算题1、单调谐放大电路如图所示，已知：前后管子参数相同，gie=1.1ms、Cie=25pF、goe=0.11ms、Coe=6pF、|yre|=0、|yfe|=80ms，N1~3=10匝，N2~3=2匝，回路电容C=12pF，放大器工作频率fo=20MHz。图中CB1、CB2、CE为高频旁路电容。

求：1）画出该放大器的交流通路图。（要求标出线圈抽头序号）2）忽略回路空载损耗，求满足阻抗匹配时的接入系数p1、p2

3）求回路线圈的电感量L=？

4）单级谐振电压增益Auo

5）单调谐放大器的通频带宽度BW0.7。（简答见纸张答案）小结及习题讲解2、三级相同的单调谐放大器级联,工作频率为f0=450kHz,总电压增益为60dB,总带宽为8kHz,求每一级的增益,3dB带宽和有载品质因数QL.

（简答见纸张答案）补充习题（一）填空题1、高频放大器按照输入信号的大小可分为

放大器和

放大器。2、高频放大器按负载形式分为

放大器和

放大器。3、小信号调谐放大器应用于超外差接收机的

部分和

部分，它们的负载形式分别为

调谐和

调谐。（1：小信号；大信号）（2：调谐；非调谐）（3：高频放大；中频放大；可变；固定）4、选择性指

。5、衡量选择性的指标有

和

。6、实际谐振曲线偏离理想谐振曲线的程度，用

表示。（4：从各种不同频率的信号中选出有用信号抑制干扰信号的能力）（5：矩形系数；抑制比）（6：矩形系数）7、放大器的噪声系数NF是指：

，理想的噪声系数NF=

，一般情况NF

。8、小信号调谐放大器当工作频率等于回路的谐振频率时，电压增益

，当工作频率偏离谐振频率时，电压增益

。9、小信号调谐放大器单调谐回路选择性

，体现在

。（7：放大器输入信噪比与输出信噪比的比值；1；>1）（8：最大；减小）（9：差；谐振曲线与距形相差较远）10、小信号调谐放大器的主要技术指标有

，

，

，，。11、调谐放大器主要由

和

组成。12、双调谐回路放大器，谐振曲线在η>1时，会出现

现象。（10：增益；通频带；选择性；工作稳定性；噪声系数）（11：晶体管；调谐回路）（12：谐振曲线顶部凹陷）（二）选择题1、在电路参数相同的情况下，双调谐回路放大器的通频带与单调谐回路放大器的通频带相比较

。A）增大B）减小C）相同D）无法比较2、在电路参数相同的情况下，双调谐回路放大器的选择性与单调谐回路放大器的选择性相比较

。A）好B）坏C）相同D）无法比较3、双调谐回路小信号调谐放大器的性能比单调谐回路放大器优越，主要在于

。A）前者的电压增益高B）前者的选择性好C）前者的电路稳定性好D）前者具有较宽的通频带，且选择性好4、小信号调谐放大器的矩形系数为

，理想时为

。A）大于1B）小于1C）等于1（A,A,D,AC）1、双调谐回路放大器在弱耦合状态下，其谐振特性曲线会出现双峰。（）2、选择性是指放大器从各种不同频率的信号中选出有用信号，抑制干扰信号的能力。