高频电子线路ppt讲义3高频小信号放大器

1、了解高频小信号放大器的主要质量指标：增益、通频带、选择性等的含义。

2、熟悉高频小信号放大器的两种等效电路“形式等效电路、混合π等效电路。

3、掌握单调谐回路谐振放大器的增益、通频带与选择性的计算。

4、了解单、双调谐回路谐振放大器的特点。5、理解谐振放大器的稳定性与稳定措施。6、了解集成电路谐振放大器的特点。7、了解噪声的来源，理解的噪声的表示方式。

3高频小信号放大器

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。3.1概述

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。音频射频微波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小信号放大器本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。高频小信号放大器的主要质量指标1)增益（放大系数）2)通频带3）选择性

4)工作稳定性1)增益：（放大系数）

电压增益：分贝表示：

功率增益：2)通频带：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。②抑制比：表示对某个干扰信号fn

的抑制能力，用dn表示。

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。

不稳定状态的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。

出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。低频小信号模型AFA一、形式等效电路（网络参数等效电路）3.2晶体管高频小信号等效电路与参数低频小信号模型晶体管H参数及小信号模型输出端交流短路时的输入电阻;输出端交流短路时的正向电流传输比;输入端交流开路时的反向电压传输比;输入端交流开路时的输出电导;图4.2.1晶体管共发射极电路图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。晶体管y参数及小信号模型1、放大器输入导纳Yi图4.2.4混合π等效电路优点：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。eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgm

vb‘e二、混合π等效电路图4.2.5ｙ参数及混合π等效电路三、等效电路参数的转换yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe1.截止频率12.特征频率

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。四、晶体管的高频参数3.最高振荡频率fmax f≥fmax后，Gp<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。4.电荷存储效应图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高频小信号放大器的电路分析包括：多级分单级静态分析动态分析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。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC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Rb1Rb2ReVCC简化规则：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。（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45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-2)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32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-

出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即yre=0。32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-把晶体管集电极回路和负载折合到振荡回路两端yfeubeyoeYLYLyfeubeyoe+u54-+u31-3.3.1电压增益p1yfevbe+v31-

谐振时gp+v31-匹配条件匹配时的电压增益3.3.2功率增益主要讨论谐振时的功率增益讨论：则可得最大功率增益为：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。gp+v31-讨论：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：Endgp+v31-回路无损耗时的输出功率/回路有损耗时的输出功率插入损耗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。可见ＱＬ越高，则通频带越窄。1.通频带带宽增益积为一常数带宽和增益为一对矛盾。2.选择性（矩形系数）>>1

不论其Q值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远。3.5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。

可见，相对单调谐回路，采用双调谐回路改善选择性和提高带宽。End借助§3.5双调谐回路频率特性的分析，可知图4.5.2对应于不同的η双调谐回路 放大器的谐振曲线3.3.4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End3.4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1.增益2.通频带可求得n级放大器的通频带3.选择性（矩形系数）通频带

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。End3.6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

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）3.6.1谐振放大器的稳定性图4.6.1放大器等效输入端回路

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。1.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。

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。2.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不发生自激的条件回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

>0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。3.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)3.6.2单向化

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不发生自激的条件回路谐振时，g∑=gs+gie+gF

>0“失配”：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。

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

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。

失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。

典型电路ic1yoeyie<<End3.9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

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

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。图4.9.6电阻的噪声等效电路End3.9.2电阻热噪声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End3.9.4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