严国萍通信电子线路第三章高频小信号放大器

本章内容§3.1概述§3.2晶体管高频小信号等效电路和参数§3.3晶体管谐振放大器§3.4谐振放大器的稳定性§3.5非调谐式与集成电路放大器第三章高频小信号放大器目前一页\总数六十八页\编于十六点

射频前端电路（RFFront-EndIC）：输入回路；高频放大；本地振荡器；混频器。输出中频信号。高频放大中频放大解调器混频器本地振荡器低频放大自动增益控制输入回路

高频放大和中频放大是高频小信号放大器。

具有低通传输特性的负反馈控制系统（自动增益控制AGC）。目前二页\总数六十八页\编于十六点§3.1概述一、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（2△f0.7）在几khz到几十MHz②小信号信号较小，所以工作在线性范围内(甲类放大器)第三章高频小信号放大器把这一段近似看作一段直线目前三页\总数六十八页\编于十六点二、高频小信号放大器分类按所用的材料分类：晶体管（BJT)场效应管（FET)集电电路（IC)按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器按电路形式：单级放大器和多级放大器按负载性质：谐振放大器（以谐振电路作为负载）非谐振放大器（以阻容耦合电路作为负载）§3.1概述第三章高频小信号放大器通过学习基于晶体管的谐振放大器来掌握基本原理，其他类型的放大器原理基本相同。目前四页\总数六十八页\编于十六点三、高频小信号放大器的质量指标§3.1概述（1）增益（放大倍数）第三章高频小信号放大器目前五页\总数六十八页\编于十六点（2）通频带定义：放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/）倍时，上、下限频率之间的频率范围称为放大器的通频带，用表示。也称为3dB带宽。第三章高频小信号放大器§3.1概述三、高频小信号放大器的质量指标后面将会证明谐振放大器的通频带与谐振回路的通频带是类似的调谐放大器电压增益的频率特性曲线目前六页\总数六十八页\编于十六点调谐放大器电压增益的频率特性曲线（3）选择性定义：表示放大电路从混合信号（有用信号与干扰信号的叠加信号）中选出有用信号，并抑制干扰信号的能力。衡量指标矩形系数抑制比第三章高频小信号放大器§3.1概述三、高频小信号放大器的质量指标矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择性越好，矩形系数最小值为1目前七页\总数六十八页\编于十六点（4）工作稳定性一个理想的放大器其主要指标（如增益、通频带、中心频率等）应不随时间和外界变化而变化，谓之稳定。反之则为不稳定，不稳定的极限情况是自激（无规则的、失控的正反馈）。提高稳定性，避免自激的措施有合理选择器件、合理设计PCB布局布线单级的增益不要过高加入稳定电路（如负反馈电路）等第三章高频小信号放大器§3.1概述三、高频小信号放大器的质量指标目前八页\总数六十八页\编于十六点（5）噪声系数定义：第三章高频小信号放大器§3.1概述三、高频小信号放大器的质量指标高频小信号放大器此信号功率为Psi此信号功率为Pni此信号功率为Pso此信号功率为Pno目前九页\总数六十八页\编于十六点§3.2晶体管高频小信号等效电路和参数为什么要提出小信号等效电路?回答：由于信号幅度很小（mv级），所以可认为晶体三极管工作于线性区，如果把它等效成我们学过的线性元件的组合电路，那么就可以用我们学过的线性电路知识进行分析了。等效方法形式等效电路（如y参数、h参数）物理模拟等效电路（π参数）第三章高频小信号放大器重点把这一段近似看作一段直线目前十页\总数六十八页\编于十六点§3.2.1形式等效电路（主要介绍y参数）图中，若以V1和V2为自变量，I1和I2为参变量，列出表达式：第三章高频小信号放大器§3.2晶体管高频小信号等效电路和参数+V1-+V2-I1I2其中的yi、yr、yf、yo

合称为y参数可以看出4个参数均为导纳量纲，故其称为y参数目前十一页\总数六十八页\编于十六点y参数的求法和含义第三章高频小信号放大器§3.2.1形式等效电路（y参数）+V1-+V2-I1I2y参数可能是复数，如(25+10j)ms课上思考：复数意味着什么物理含义？目前十二页\总数六十八页\编于十六点根据y参数公式画出y参数等效电路这个等效电路非常重要，希望同学们记住。第三章高频小信号放大器§3.2.1形式等效电路（y参数）yiyoyrV2yfV1+V1-+V2-I1I2+V1-+V2-I1I2yieyoeyreuceyfeube+ube-+uce-ibic等效用三极管引脚b,c,e来表示目前十三页\总数六十八页\编于十六点利用y参数求单纯三级管放大电路的电压增益第三章高频小信号放大器§3.2.1形式等效电路（y参数）yieyoeyreV2yfeV1+V1-+V2-I2Y’L目前十四页\总数六十八页\编于十六点yie和yoe的其他表示方法第三章高频小信号放大器§3.2.3混合π参数和y参数的转换yieyoeyreV2yfeV1giegoeyreV2yfeV1CieCoe由于yie和yoe均为复数，而且虚部(电纳)通常为正数，所以在图中，我们可以将其看作一个电导g与一个电容C的并联。目前十五页\总数六十八页\编于十六点§3.2.2混合π等效电路＋.bece－bb′Cce－＋－＋rbb’：基区体电阻；

rb’e：发射结电阻；Cb’e：发射结电容；Cb’c：集电结电容；rb’c：集电结电阻；rce：集-射极电阻。gm：晶体管跨导，反映放大能力，gm=IC/26=β0/rb’e。三个附加电容：Cbe

、Cce和

Cbc，数值很小，可忽略。与静态工作点有关eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmvb’e目前十六页\总数六十八页\编于十六点§3.2.2混合π等效电路＋.bece－bb′Cce－＋－＋rbb’：25

Ω；

rb’e：150Ω；Cb’e：500pF；Cb’c：5pF；rb’c：1MΩ；rce：100KΩ。eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmvb’e目前十七页\总数六十八页\编于十六点§3.2.3混合π参数和y参数的转换为什么要进行转换？回答：拿到一个三极管时，往往只知道其物理π参数，而不知道y参数。而且，由后面的推导，同学们可知，y参数不仅与π参数有关，还与工作频率有关！转换方法由π参数电路出发，推出与y参数方程形式上一样的表达式，则其系数即为y参数了。第三章高频小信号放大器§3.2晶体管高频小信号等效电路和参数（经常用的是将π参数转换成y参数）目前十八页\总数六十八页\编于十六点由π参数推出y参数的原理＋.bece－bb′Cce－＋－＋目前十九页\总数六十八页\编于十六点由π参数推出y参数的原理(续)第三章高频小信号放大器§3.2.3混合π参数和y参数的转换+V1-+V2-I1I2目前二十页\总数六十八页\编于十六点§3.2.4晶体管的高频参数为什么要了解晶体管的高频参数?回答：晶体三极管在高频下放大性能出一定的衰减特性(观察π参数电路图不难看出)，与低频下的一些参数不一样。主要的高频参数有：截止频率特征频率最高振荡频率第三章高频小信号放大器§3.2晶体管高频小信号等效电路和参数目前二十一页\总数六十八页\编于十六点第三章高频小信号放大器§3.2.4晶体管的高频参数1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大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。低频区目前二十二页\总数六十八页\编于十六点第三章高频小信号放大器§3.2.4晶体管的高频参数（续）目前二十三页\总数六十八页\编于十六点第三章高频小信号放大器§3.2.4晶体管的高频参数低频时能放大电流100倍的三极管工作在50MHz的高频时只能放大3倍了！目前二十四页\总数六十八页\编于十六点第三章高频小信号放大器§3.2.4晶体管的高频参数(了解即可)目前二十五页\总数六十八页\编于十六点§3.3单调谐回路谐振放大器本节主要内容单调谐回路谐振放大器的典型电路§3.3.1电压增益的分析§3.3.2功率增益及插入损耗§3.3.3通频带与选择性第三章高频小信号放大器目前二十六页\总数六十八页\编于十六点单调谐回路谐振放大器的典型电路第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器45123Rb1Rb2ReYLCbCeCB1B2VTVcc一、实际电路图(如何求增益，带宽等）分析第①步：直流变交流（即画小信号等效电路）直流变交流的画法原则：(i)地与Vcc都接入交流地(ii)旁路电容视为短路(iii)大电阻可视为开路放大目前二十七页\总数六十八页\编于十六点单调谐回路谐振放大器的典型电路第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器二、交流(小信号)等效电路图32154B1B2CYLT目前二十八页\总数六十八页\编于十六点单调谐回路谐振放大器的典型电路第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器三、将三极管用y参数模型等效后的电路图32154yieyoeyreVo1yfeVi1CYL+Vi2-+Vi1-目前二十九页\总数六十八页\编于十六点单调谐回路谐振放大器的典型电路第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器四、忽略yre参数(不考虑反馈)后的电路图yfeVi1yoeYL12345目前三十页\总数六十八页\编于十六点单调谐回路谐振放大器的典型电路第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器五、L1与L2紧耦合时（相当于抽头）的电路图yfeVi1yoeYL1235目前三十一页\总数六十八页\编于十六点单调谐回路谐振放大器的典型电路第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器六、将yoe和YL看作实际器件（电导与电容的并联）后的电路图yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-目前三十二页\总数六十八页\编于十六点§3.3.1电压增益的分析分析目标：Av=Vi2/Vi1采用两种方法分析：方法一：“彻底等效法”，即将所有从抽头接入电路的元件都进行“去抽头等效变换”方法二：教材上的方法（两级分析，先分析Vo1/Vi1，再分析Vi2/Vo1）推荐同学们按方法一分析第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器目前三十三页\总数六十八页\编于十六点分析方法一（电路）第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析yfeVi11235+-Vi2p1yfeVi1+-抽头等效Co1go1gi2Ci213目前三十四页\总数六十八页\编于十六点分析方法一（计算任意频率下电压增益Av）第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析此为任意频率下的电压增益目前三十五页\总数六十八页\编于十六点分析方法一（计算谐振频率下Av0

）第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析我们通常只关心其幅度目前三十六页\总数六十八页\编于十六点例第1问）三极管T1与T2同型号三极管的参数如下

求谐振电压增益

第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析目前三十七页\总数六十八页\编于十六点例（续）第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析目前三十八页\总数六十八页\编于十六点例（续）第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析目前三十九页\总数六十八页\编于十六点分析方法二(教材的方法)第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-如何求这一项呢?目前四十页\总数六十八页\编于十六点分析方法二(续)第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析目前四十一页\总数六十八页\编于十六点分析方法二(续)第三章高频小信号放大器§3.3.1电压增益的分析上页已经求出从而两种方法得到了相同的结果,后面的推导一样了但是方法二有点绕弯目前四十二页\总数六十八页\编于十六点§3.3.2功率增益及插入损耗第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器Gpab三者并联为G’p目前四十三页\总数六十八页\编于十六点小信号放大器功率增益表达式第三章高频小信号放大器§3.3.2功率增益及插入损耗目前四十四页\总数六十八页\编于十六点插入损耗K1定义：第三章高频小信号放大器§3.3.2功率增益及插入损耗Gpab目前四十五页\总数六十八页\编于十六点插入损耗K1(续)第三章高频小信号放大器§3.3.2功率增益及插入损耗注意：K1是大于1的数目前四十六页\总数六十八页\编于十六点例（续，第2问）电路图和已知不变，求功率增益及插入损耗第三章高频小信号放大器§3.3.2功率增益及插入损耗通过QL及K1的大小，可对计算进行验证：QL一定小于Q0，但一定远远大于1；K1一定大于1，而且一般不超过10目前四十七页\总数六十八页\编于十六点§3.3.3通频带与选择性在讲谐振回路的通频带时，我们引入了归一化谐振曲线；同样在研究小信号放大器的通频带时，我们引入“归一化增益曲线”的概念，即第三章高频小信号放大器§3.3单调谐回路谐振放大器与串并联回路谐振曲线形式上完全一样，只不过要用有载时的QL千万不要用Q0目前四十八页\总数六十八页\编于十六点高频小信号放大器的通频带第三章高频小信号放大器§3.3.3通频带与选择性1B一定要注意此处是QL不是Q0目前四十九页\总数六十八页\编于十六点高频小信号放大器的选择性1第三章高频小信号放大器§3.3.3通频带与选择性单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。注意它与QL和f0无关，即，只要是单级单调谐放大器，矩形系数均为9.95目前五十页\总数六十八页\编于十六点例（续，第3问）电路图和已知不变，求通频带与矩形系数第三章高频小信号放大器§3.3.3通频带与选择性目前五十一页\总数六十八页\编于十六点单级单调谐回路放大器解题思路此项可能有,也可能没有,具体要看电路目前五十二页\总数六十八页\编于十六点单级单调谐回路放大器解题思路目前五十三页\总数六十八页\编于十六点§3.4多级单调谐回路谐振放大器Au1Au2Aun目前五十四页\总数六十八页\编于十六点多级单调谐放大器通频带第三章高频小信号放大器§3.4多级单调谐回路谐振放大器根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带目前五十五页\总数六十八页\编于十六点带宽缩减后如何恢复,及恢复后的副作用第三章高频小信号放大器§3.4多级单调谐回路谐振放大器目前五十六页\总数六十八页\编于十六点多级单调谐放大器的选择性

（仍以矩形系数衡量）第三章高频小信号放大器§3.4多级单调谐回路谐振放大器目前五十七页\总数六十八页\编于十六点3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施

PrevNext以上在讨论谐振放大器时，都假定了反向传输导纳yre=0，即晶体管单向工作，输入电压可以控制输出电流，而输出电压不影响输入电流。实际上yre≠0，即输出电压可以反馈到输入端，引起输入电流的变化，从而可能使放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大，且在相位上满足正反馈条件，则会出现自激振荡现象。1.谐振放大器的稳定性目前五十八页\总数六十八页\编于十六点3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施

bcbce－＋－＋＋－YLYSYLYSe＋－目前五十九页\总数六十八页\编于十六点3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施

PrevNext以下引出稳定电压增益的概念bce－＋＋－YLYSbc－＋YLYSe＋－由于内反馈的存在，在放大器的输入端将产生一个反馈电压。稳定系数S的定义输入电压与反馈电压的比值。目前六十页\总数六十八页\编于十六点3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施

PrevNext以下引出稳定电压增益的概念bc－＋YLYSe＋－由于内反馈的存在，在放大器的输入端将产生一个反馈电压。放大器的稳定系数bce－＋＋－YLYS目前六十一页\总数六十八页\编于十六点3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施

PrevNextbce－＋＋－YLYSbc－＋YLYSe＋－放大器的稳定系数当S为正实数时，表明二者同相，满足自激振荡的相位条件。当|S|>1时，，不满足自激振荡的振幅条件，放大器不会自激；当|S|1，放大器不稳定。

目前六十二页\总数六十八页\编于十六点3.6谐振放大器的稳定性与稳定措施

PrevNext放大器的稳定系数当S为正实数时，表明二者同相，满足自激振荡的相位条件。当|S|>1时，，不满足自激振荡