高频电子线路03高频小信号放大器-2

3.4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，就要采用多级放大器。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1.增益2.通频带可求得n级放大器的通频带3.3.4多级单调谐回路谐振放大器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。双调谐回路可改善矩形系数。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谐振放大器的稳定性3.6.2单向化

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§3.2结果，可知晶体管输入导纳（3.2.6）3.6.1谐振放大器的稳定性放大电路输入导纳Yi并联在放大器输入端回路2.自激振荡的产生

(以输入导纳的影响为例)放大器等效输入端回路3.6.1谐振放大器的稳定性实部影响Q值，虚部会使回路失谐。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。3.6.1谐振放大器的稳定性反馈电导ｇＦ随频率变化关系反馈电导ｇＦ随频率变化关系此时，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。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。3.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例)回路谐振时分解为幅值和相位两个条件3.6.1谐振放大器的稳定性3.6.1谐振放大器的稳定性——自激产生的条件4.稳定性条件3.6.1谐振放大器的稳定性实用稳定性条件的推导，由3.6.1谐振放大器的稳定性当放大器输入、输出回路相同时，有：3.6.1谐振放大器的稳定性稳定系数如果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。假设输入输出回路相同5.稳定性分析3.6.1谐振放大器的稳定性实际上假定增益和稳定性为一对矛盾。考虑到全部接入，即p1=p2=13.6.1谐振放大器的稳定性放大电路增益当g1=g2,再利用3.6.2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避免自激的做法有中和法和失配法。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。如果把负载导纳YL'取得比晶体管yoe大得多，即YL'>>yoe，那么输入导纳不发生自激的条件，回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

>03.6.2单向化同理，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。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3.6.2单向化稳定系数 可知，当Ys>>yie和YL′>>yoe，稳定系数S大大增加。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。3.6.2单向化失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。

典型电路ic1yoeyie<<3.6.2单向化3.9放大器中的噪声

干扰和噪声的分类：

干扰一般指外部干扰，分为自然干扰和人为干扰;噪声一般指内部噪声，分为自然干扰和人为干扰。内部噪声的来源：

放大器内部元件具有的带电微粒无规则运动所产生。遵循一定的统计规律。描述参数：平均值、均方值、频谱或者功率谱3.9.1热噪声的描述可以看出，热噪声电压是一个随机量，其幅度和极性是随时间无规则变化的，故不能用一确定的时间函数来表示。但它遵循某种统计规律，可以用概率特性及其功率谱密度函数来充分描述。电阻热噪声主要有以下特性：可以看出，热噪声电压是一个随机量，其幅度和极性是随时间无规则变化的，故不能用一确定的时间函数来表示。但它遵循某种统计规律，可以用概率特性及其功率谱密度函数来充分描述。电阻热噪声主要有以下特性：电阻热噪声电压示意图

电阻热噪声电压示意图

热噪声的描述

(1)在一个较长的观测时间内，热噪声电压的平均值为零，即热噪声电压正是无规则地偏离此平均值而起伏变化。（2）热噪声电压的均方值（方差）3.9.1热噪声的描述热噪声电压均方值物理意义：单位电阻上一周期内消耗的平均功率（3）功率谱密度3.9.1热噪声的描述若以S(f)df表示在频率f与f+df之间的平均功率，则总的平均功率为S(f)表示功率谱密度，W/Hz白噪声的功率谱密度电阻热噪声具有极宽的频谱，其包含的频率分量从零频开始，直到1013MHz以上。虽然热噪声电压的振幅频谱无法确定，但功率频谱是完全确定的。理论和实践证明，在单位频带(1Hz)内，电阻R两端的噪声功率谱密度为电阻热噪声的功率谱示意图

3.9.2电阻热噪声尽管电阻热噪声的频谱很宽，但实际测试(接收)系统的通频带有限，当电阻接入系统时，将对电阻热噪声进行滤波，只有位于通频带内的那一部分噪声功率才能对系统产生影响。假设测试系统的通频带是宽度为，幅度为1的理想矩形，这时对系统而言，电阻热噪声电压的均方值为而热噪声电压的有效值为3.9.2电阻热噪声电阻热噪声的计算在电路的噪声分析中，一个实际的电阻器R可以等效为一个理想的无噪声电阻R和一个均方值为的热噪声电压源相串联，如图(a)所示。根据等效电源定理，也可以等效为一个理想的无噪声电导G和一个均方值为的热噪声电流源相并联，如图(b)所示。其中，噪声电流源式中，电导G=1/R。3.9.2电阻热噪声电阻器的热噪声等效电路(a)热噪声电压源；(b)热噪声电流源3.9.2电阻热噪声由于电阻热噪声为一随机量，不同电阻产生的热噪声电压(电流)是彼此独立、互不相关的.例如，在相同温度下，电阻R1和R2串联后，其总噪声电压的均方值应为3.9.2电阻热噪声电阻串联时的噪声等效电路通常，电容器的损耗电阻可以忽略，而电感器的损耗电阻一般不能忽略。因此，当一个无源网络中含有电抗元件时，若考虑了电抗元件的损耗电阻后其等效阻抗为R′+jX′，则产生热噪声的仅仅是它的电阻分量R′，其噪声电压均方值为LC并联谐振电路的噪声电压均方值RP为并联谐振电阻3.9.2电阻热噪声有源器件噪声

自学3.10噪声的表示和计算方法噪声可以用噪声系数、噪声温度、等效噪声频带宽度等指标来表示。3.10.1噪声系数的定义实际电路的输入信号通常混有噪声。为了说明信号的质量，可以用信号功率S(Ps)与其相混的噪声功率N(Pn)之比(即S/N,Ps/Pn)来衡量，并称比值S/N(Ps/Pn)为信噪比。显然，信噪比越大，信号的质量越好。当信号通过无噪声的理想线性电路时，其输出的信噪比等于输入的信噪比。线性电路的噪声系数Fn定义为：在标准信号源激励下，输入端的信噪比Si/Ni与输出端的信噪比So/No的比值，即噪声的表示和计算方法（续）对于无噪声的理想电路，Fn=0dB；有噪声的电路，其dB值为某一正数。上式)还可以表示为以下形式：实际上，放大器的噪声（放大后）有两部分构成：信号源内阻的噪声（输入噪声）Pno1和放大器内部噪声Pno2所以可表示为噪声的表示和计算方法（续）3.10.2额定功率、额定功率增益与噪声系数在线性电路的输入端，由于信号源电压与其内阻Rs产生的热噪声电压源相串联，如图3.10.1所示，因此电路输入端的信噪比与电路的输入阻抗大小无关。同理，输出端的信噪比也与负载电阻RL无关。但是，如果实际电路的输入、输出端分别是匹配的(即Ri=Rs,RL=Ro)，这时，利用额定功率和额定功率增益来计算或测量噪声系数，往往比较简便。噪声的表示和计算方法（续）图3.10.1说明额定功率和额定功率增益的示意图噪声的表示和计算方法（续）额定功率(或称资用功率)是指信号源或噪声源所能输出的最大功率。在图3.10.1所示的电路中，当满足Ri=Rs时，信号源最大输出功率即信号额定功率为与此同时，输入噪声额定功率为噪声的表示和计算方法（续）

同理，当电路的输出电阻与负载匹配(Ro=RL)时，可得输出端的信号额定功率和噪声额定功率。额定功率增益是指电路的输入端和输出端分别匹配时信号传输的功率增益。在图3.10.1所示电路中，当Ri=Rs、RL=Ro时，其额定功率增益为噪声的表示和计算方法（续）

电路的实际功率增益并不一定等于该额定值，当输入或输出端失配时，实际功率增益将小于额定功率。利用额定功率和额定功率增益参数，噪声系数可表示为噪声的表示和计算方法（续）将式代入上式，可得当电路的输出电阻与负载匹配(Ro=RL)时的噪声系数.不匹配时，额定功率P’与实际功率P之间有：q为失配系数。如果输入端和输出端的失配系数分别为qi和qo，噪声系数：噪声的表示和计算方法（续）3.10.3噪声温度噪声温度也是一种衡量线性电路本身噪声性能的指标。如果将线性电路输出端的噪声功率除以额定功率增益后折算到输入端，并且用信号源内阻Rs在假想温度Ti时所产生的额定噪声功率来等效，于是有噪声的电路就可看成一个理想的无噪声电路，则称这个假想温度Ti为线性电路的等效噪声温度或简称噪声温度。显然，电路内部噪声越大，噪声温度越高，反之则越低。噪声的表示和计算方法（续）假设放大器为理想器件，其噪声折算到输入端后额定噪声功率，则Ti为噪声温度放大后为信号源内阻的额定噪声功率放大后为噪声的表示和计算方法（续）对理想的无噪电路，由于Fn=1，故其噪声温度为零。Fn越大，电路的噪声温度越高。令T=290K，则噪声系数也可由Ti求得。T=290K时，噪声系数与噪声温度的换算表。噪声温度变化范围较大。噪声的表示和计算方法（续）Fn（dB）00.30.50.81.02.04.08.010.0Ti（T）02035587617144315562637多级放大电路的噪声系数自学噪声的表示和计算方法（续）3.10.4接收