高频电子线路第2章高频小信号放大器

在高频电路中，调谐放大器是一种最基本、最常见的电路形式。它是由调谐回路与晶体管相结合而成的，其突出的优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收设备中。它的增益、通频带和选择性，决定了接收机的主要质量指标。放大器谐振回路负载第一节概述当前第1页\共有103页\编于星期一\17点

接收机天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只有几十微伏到几毫伏，而接收设备内检波器的输入电压，最好能达到1伏左右。这就是说，要求接收机对高频信号的放大能力要达到1千倍至10万倍左右，相当于60分贝至100分贝。显然，这就需要先对高频信号进行放大，必要时要用多级高频放大电路。几十μV～几mV1V左右高频放大和中频放大是高频小信号放大器当前第2页\共有103页\编于星期一\17点一、高频小信号放大器的功能1.高频：放大器的工作频率在几百kHz~几百MHz，必须考虑放大器件的极间电容。2.小信号：放大器的输入信号小，放大器件在线性范围内工作。3.功能：高频小信号放大器的功能是对微弱高频信号进行不失真放大。二、高频小信号放大器的分类1.按频带宽窄分：窄带放大器和宽带放大器。2.按负载性质分：谐振式放大器和非谐振式放大器当前第3页\共有103页\编于星期一\17点高频小信号放大器窄频带放大器宽频带放大器高频小信号放大器的分类本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。高频小信号放大器非谐振放大器谐振放大器（按放大信号的频谱宽窄）（按放大器负载的性质）当前第4页\共有103页\编于星期一\17点三、高频小信号放大器的主要技术指标1.电压增益Au和功率增益Ap：2.通频带定义：放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时所对应的宽度。常用来表示10.707分贝表示：分贝表示：当前第5页\共有103页\编于星期一\17点3.矩形系数（选择性）：选择性：选取有用信号抑制无用信号的能力。矩形系数：表征选择性的一个参量,其定义为(3)理想放大器的频率响应特性曲线为矩形，矩形系数等于1。10.7070.1(4)实际放大器与矩形有差异，矩形系数大于1。10.7070.1(5)矩形系数表示实际曲线接近矩形的程度。矩形系数越小，选择性越好。当前第6页\共有103页\编于星期一\17点各种无线电发射设备和接收设备主要是由一些处理高频信号的功能电路组成，无论工作原理还是实际电路，都有各自特点，但是它们之间有些共同之处。如：各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同，但是注意它们在高频使用时的高频特性。 高频电路中的元件主要是电阻（器）、电容（器）和电感（器）,它们都属于无源的线性元件。高频电路中完成信号的放大，非线性变换等功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电路。

高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡（谐振）回路、高频变压器、谐振器与滤波器等。它们完成信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。第二节高频电路的基础知识当前第7页\共有103页\编于星期一\17点一、滤波器的分类按频率特性分：低通、高通、带通、带阻按所用器件分：有源滤波器、无源滤波器按处理信号分：模拟滤波器、数字滤波器、抽样数字滤波器。二、LC串并联谐振回路的特性

当电感元件工作在高频时，线圈的有效电阻将会明显变大，且随工作频率升高而增加。（一）电感线圈的高频特性高频电路中电感元件的损耗不能忽略，等效电路中应考虑损耗电阻当前第8页\共有103页\编于星期一\17点在无线电技术中通常不是直接用等效电阻r，而是引入线圈的品质因数这一参数来表示线圈及回路的损耗性能，品质因数定义为无功功率与有功功率之比。（二）电容线圈的高频特性：损耗电阻小可忽略LQ0Lr0Lg0电感电感的两种等效电路当前第9页\共有103页\编于星期一\17点（三）LC串联谐振回路LCr0等效电路(1)阻抗：(2)谐振频率：(3)空载品质因数：+-(4)串联负载后：LCr0rL阻抗:有载品质因数：+-LCLC串联谐振回路当前第10页\共有103页\编于星期一\17点(7)频率特性：(5)回路电流：(6)谐振电流：模：幅频特性相角：相频特性品质因数越大，曲线越尖锐，通频带越小，选择性越好LCr等效电路+-当前第11页\共有103页\编于星期一\17点LC串联谐振回路的补充内容：一、阻抗：1、电抗:2、阻抗模的幅频特性：时，阻抗模最小。故LC串联谐振回路常用来消除噪声，也称陷波器。当前第12页\共有103页\编于星期一\17点二、通频带公式：由通频带定义：10.707注：此通频带定义同样适用于并联谐振回路当前第13页\共有103页\编于星期一\17点三、负载的影响有载品质因数：空载品质因数：LCr0rL有载通频带空载通频带可见：负载使品质因数下降、通频带变宽、选择性变差。且负载越大，品质因数下降越严重，故串联谐振回路适宜带小负载。当前第14页\共有103页\编于星期一\17点例1：已知LC串联谐振回路的解：当前第15页\共有103页\编于星期一\17点例2：某电感线圈L在时测得。试求与L串联的等效电阻r。解：当前第16页\共有103页\编于星期一\17点（四）LC并联谐振回路(1)导纳：(3)谐振频率：(2)空载品质因数：LCr0等效电路LCLC并联谐振回路+-当前第17页\共有103页\编于星期一\17点(4)谐振电阻RpLCr0等效电路LCR0并联等效电路当前第18页\共有103页\编于星期一\17点(5)并联负载后：有载品质因数：LCR0LCR并联电路RL+-导纳：谐振频率：当前第19页\共有103页\编于星期一\17点(6)频率特性：幅频特性相频特性时，阻抗模最大，故LCR并联电路常作选频器且Q越大,曲线越尖锐,通频带越小,选择性越好。当前第20页\共有103页\编于星期一\17点当前第21页\共有103页\编于星期一\17点(6)

负载的影响有载品质因数空载品质因数有载通频带空载通频带

可见：负载使品质因数下降、通频带变宽、选择性变差。且负载越小，品质因数下降越严重，故并联谐振回路适宜带大负载。当前第22页\共有103页\编于星期一\17点LC串并联相比较当前第23页\共有103页\编于星期一\17点当前第24页\共有103页\编于星期一\17点例3：已知LC并联谐振回路的电感L在时测得，试求谐振频率时的C和并联谐振电阻解：当前第25页\共有103页\编于星期一\17点例4：已知LCR并联谐振回路，谐振频率,电感L在试求回路谐振时的电容C,谐振电阻和回路的有载品质因数时测得当前第26页\共有103页\编于星期一\17点解：等效电路如下：LCR0等效电路R（2）当前第27页\共有103页\编于星期一\17点例5：LCR并联谐振回路如下图，已知谐振频率为，试求：

(1)通频带(2)若要增大通频带为原来的2倍，还应并联一个多大的电阻。当前第28页\共有103页\编于星期一\17点解：等效电路如下：LCR0等效电路R当前第29页\共有103页\编于星期一\17点若要求通频带增大一倍,则有载品质因数应减小一倍(2)设并联电阻为对应的应减小一倍当前第30页\共有103页\编于星期一\17点例6：AM调幅广播的频段范围为535kHz~1605kHz,设计一个选频网络，其中L固定,C可调,现有两种可调电容，C1变化范围为12pF~100pF,C2变化范围为15pF~450pF,问:为覆盖整个波段,应选哪个电容。解：可见应该选择电容C2当前第31页\共有103页\编于星期一\17点三、串并联阻抗的等效互换X1r1X2R2图2-8等效互换电路AABB+-将式2-11代入上式得：当前第32页\共有103页\编于星期一\17点当Q>>1时有：X1r1X2R2图2-8等效互换电路AABB当前第33页\共有103页\编于星期一\17点例1：

已知LCR并联谐振回路，谐振频率f0=10MHz,电感L在f0=10MHz时测得L=3H，Q0=100，利用串并联等效互换求谐振电阻Rp解：LCr0RLCR0R由串并联等效互换有：当前第34页\共有103页\编于星期一\17点分析问题：分析如图并联谐振回路，评价其选频性能。

并回答以下问题：1.回路总导纳Y=？2.谐振频率f=

？3.谐振电阻R=？4.品质因数Q=？5.通频带2f0.7=？当前第35页\共有103页\编于星期一\17点——负载和信号源内阻影响谐振回路选频性能的因素有哪些？谐振频率

有载品质因数

空载品质因数

谐振电阻

当前第36页\共有103页\编于星期一\17点所以，谐振回路有载时与空载时相比，回路通频带,选择性。即，谐振回路的选频性能下降。有载品质因数

空载品质因数

当前第37页\共有103页\编于星期一\17点下面介绍：并联谐振回路的耦合连接与接入系数

因此，当并联谐振回路作为放大器的负载时，其连接的方式将直接影响放大器的性能。一般来看直接接入是不适用的，因为晶体管的输出阻抗低，会降低谐振回路的品质因数Q。通常，多采用部分接入方式，以完成阻抗变换的要求。接入系数p定义为转换前的圈数（或容抗）与转换后的圈数（或容抗）的比值。

当前第38页\共有103页\编于星期一\17点四、并联谐振回路的耦合连接与阻抗变换：（一）变压器耦合连接的阻抗变换+-CL1N1L2N2RL+-CL1N1+-图2-9变压器耦合连接的变换(a)变换前电路(b)变换后电路变换前有：变换后有：由等效有：定义接入系数：则对此电路有：当前第39页\共有103页\编于星期一\17点（二）自藕变压器耦合连接的阻抗变换+-CN1N2RL+-CN1N2+-图2-10自藕变压器耦合连接的变换(a)变换前电路(b)变换后电路变换前有：变换后有：由等效有：接入系数：当前第40页\共有103页\编于星期一\17点（三）双电容分压耦合连接的阻抗变换并联变串联：接入系数：串联变并联：LC1C2RL图2-11双电容分压耦合连接的变换(a)变换前电路LC1C2RLS(b)中间转换电路LC1C2(c)变换后电路当前第41页\共有103页\编于星期一\17点五、接入系数与变换关系：接入系数：变换关系：当前第42页\共有103页\编于星期一\17点例1：右图等效电路中计算回路的谐振频率、谐振电阻。解：画出等效电路如右图：当前第43页\共有103页\编于星期一\17点谐振频率：谐振电阻：当前第44页\共有103页\编于星期一\17点例2：电路如图所示，给定参数为当前第45页\共有103页\编于星期一\17点分析：计算之前要画等效电路，画等效电路时要注意两点:(1)L为有损电感要补充损耗电阻(2)要进行等效电路变换当前第46页\共有103页\编于星期一\17点解：等效电路如下：(1)求L13当前第47页\共有103页\编于星期一\17点(2)求QL当前第48页\共有103页\编于星期一\17点第三节晶体管高频小信号谐振放大器一，晶体管高频小信号等效电路（一）y参数等效电路二端口网络理论：当前第49页\共有103页\编于星期一\17点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。其中，称为输出短路时的输入导纳；当前第50页\共有103页\编于星期一\17点共射接法y参数：简化的共射接法y参数：当前第51页\共有103页\编于星期一\17点（二）混合等效电路

混合等效电路在低频中已介绍过，在此，本节仅对高频电子线路所对应的频率范围的混合等效电路进行说明。

图1.3-2是晶体管混合等效电路。其中是发射结电阻。当工作于放大状态时，发射结是处于正向偏置，所以数值很小，可表示为eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgm

vb‘e当前第52页\共有103页\编于星期一\17点由于集电结处于反向偏置，的数值很大。表示晶体管放大作用的等效电流源，而，表示晶体管的放大能力，称为跨导，单位为S。因为的值在所讨论的频率范围内比的容抗大得多，通常对等效电路进行简化时用代替和的并联电路。

当前第53页\共有103页\编于星期一\17点二，单调谐回路谐振放大器图2-142级单调谐；R1、R2、Re：提供直流偏压；Cb、Ce：高频旁路电容2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2放大器谐振回路负载放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成。当前第54页\共有103页\编于星期一\17点本节要求掌握：画出单调谐放大电路的高频等效电路；技术指标的计算。若晶体管用y参数等效电路等效，信号源用Is

和Ys等效。变压器次级的负载为下一级放大器的输入导纳Yie2。则其等效电路如图yie22L1C354图2-15图1.4-2单级调谐放大器高频等效电路信号源晶体管并联谐振回路负载电阻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。当前第55页\共有103页\编于星期一\17点（一）放大器的等效电路及其简化yie22L1C354图2-15等效电路如图2-15：下面介绍如何画出图2-15及图2-16图2-16（a）yie22L1C354其简化电路如图2-16(a),进一步等效为图2-16(b)图2-16（b）L1C3当前第56页\共有103页\编于星期一\17点(1)如何由图2-14得到图2-15：2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2图2-14首先画交流通路如下：T12L1C354T2C交流通路知识点：Vcc：交流接地Cb、Ce：高频旁路电容当前第57页\共有103页\编于星期一\17点T12L1C354T2C交流通路然后将交流通路中的三极管用Y参数等效电路取代可得下图：yie22L1C354Y参数等效电路C知识点:(1)Y参数等效电路;(2)Ui=Ube;Uc=Uce;(3)信号源用电流源代替；当前第58页\共有103页\编于星期一\17点yie22L1C354Y参数等效电路Cyie22L1C354图2-15最后将Y参数等效电路进行简化得到图2-15：知识点:忽略第二级对第一级的影响，简化成单级放大器当前第59页\共有103页\编于星期一\17点(2)如何由图2-15得到图2-16：yie22L1C354图2-15图2-16（a）yie22L1C354首先对图2-15进行简化，得到图2-16(a):知识点：令yre=0,忽略后级对前级的反馈作用.当前第60页\共有103页\编于星期一\17点图2-16（a）yie22L1C354知识点:图2-16（b）L1C3最后对图2-16(a)进行阻抗变换得到图2-16(b):当前第61页\共有103页\编于星期一\17点yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe62将电导、电容、电流源从1－2端等效折合到1－3端空载谐振电导g0=1/LQ0图2-16（b）L1C3图2-16（a）yie22L1C354当前第62页\共有103页\编于星期一\17点下面求出放大器的输入导纳和输出导纳。yie22L1C3541、输入导纳

由于又得得由于yre的存在，使得放大器的输入导纳不仅与晶体管的输入导纳有关，而且还与放大器的负载导纳有关。当前第63页\共有103页\编于星期一\17点2、输出导纳

经推导放大器的输出导纳不仅与晶体管的输出导纳有关，而且还与放大器的输入端的信号源内导纳有关。通常，为了分析的简化，在分析电路时，假设晶体管的yre=0。yie22L1C354求放大器的输出导纳时独立源用开路代替当前第64页\共有103页\编于星期一\17点（二）放大器的技术指标1.电压增益图2-16（b）L1C3由电路有：当前第65页\共有103页\编于星期一\17点2.谐振曲线10.7070-11当前第66页\共有103页\编于星期一\17点下图是分别用、和表示的放大器的谐振特性曲线。

用频率表示用一般失谐表示用广义失谐表示当前第67页\共有103页\编于星期一\17点3.通频带10.7070-11通频带定义：放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时所对应的宽度。4.矩形系数当前第68页\共有103页\编于星期一\17点例:(1)(课堂作业)画高频等效电路(2)求电容C(3)忽略Yre,求电压增益(4)求带宽和矩形系数当前第69页\共有103页\编于星期一\17点分析画高频等效电路的步骤如下原图交流通路Y参数等效电路当前第70页\共有103页\编于星期一\17点高频等效电路简化电路Y参数等效电路当前第71页\共有103页\编于星期一\17点解：(1)高频等效电路如下：当前第72页\共有103页\编于星期一\17点(2)求C：(3)求电压增益当前第73页\共有103页\编于星期一\17点(4)求带宽和矩形系数当前第74页\共有103页\编于星期一\17点总结：怎样由原理图一步到位画出高频等效电路2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2L1C3以LC并联谐振回路为中心，再画出其左右连接部件。当前第75页\共有103页\编于星期一\17点L1C3当前第76页\共有103页\编于星期一\17点三、多级单调谐回路谐振放大器（一）多级单调谐谐振放大器的电压增益设放大器有m级，各级电压增益分别为Au1、Au2、Au3、……

Aum，则总电压增益为Am为：若多级放大器是由完全相同的单级放大器组成时，各级电压增益相等，则m级放大器的总电压增益为：（二）多级单调谐谐振放大器的谐振曲线单级放大器的谐振曲线：多级相同放大器的谐振曲线：当前第77页\共有103页\编于星期一\17点（三）多级单调谐谐振放大器的通频带单级放大器的通频带：多级相同放大器的通频带：可见，级数越多通频带越小。（四）矩形系数可见，级数越多矩形系数越小，选择性越好。当前第78页\共有103页\编于星期一\17点第四节小信号谐振放大器的稳定性一、谐振放大器存在不稳定的原因

原因：晶体管存在着反向传输导纳yre，通过yre输出电压可反向作用到输入端，这种反馈作用将可能产生自激等不良后果。

理解：yre存在的主要原因是晶体管存在结电容。此电容低频时阻抗大相当于开路；高频时阻抗小相当于通路，使得晶体管成为双向元件。此电容的存在反映在混合等效电路中晶体管的结电容混合等效电路中当前第79页\共有103页\编于星期一\17点二、放大器的稳定系数设调谐放大器的等效电路如右图：beec图2-19调谐放大器等效电路放大作用：反馈作用：定义稳定系数：则稳定系数越大，放大器越稳定，一般要求当前第80页\共有103页\编于星期一\17点三.提高放大器稳定性的措施

(一)中和法单向化：由于yre的反馈作用，晶体管是一个双向元件。使晶体管yre的反馈作用消除的过程称为单向化。单向化的方法有中和法和失配法。中和法：在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外反馈电路，以抵消晶体管内部yre的反馈作用。由于yre存在的主要原因是晶体管存在结电容，故可以在输出与输入之间引入一个电容CN，以抵消的反馈作用。当前第81页\共有103页\编于星期一\17点中和法的原理：图2-20具有中和电路的放大器图2-20为具有中和电路的放大器，其中YN为附加的外反馈电路,一般为电容CN，为内反馈电路。由同名端有相位相反，所以满足相位相反条件；当时满足大小相等的条件。当时，有,为消除反馈作用，应有,即大小相等相位相反.总结：电路能消除反馈，条件为2、5为同名端，即和CN必须接在相位相反的两点。且满足+-+-设的参考方向如图所示当前第82页\共有103页\编于星期一\17点例图1：图2-21中和电路的连接图2-21(a)是中和电路的常用电路，CN接在变压器原边。因2端交流接地，1、3端相位相反，故满足相位条件。Ui=0时，因2端交流接地，CN上所加电压为U32，上所加电压为U12，

CN的数值应满足:当前第83页\共有103页\编于星期一\17点例图2：由同名端有1、4端相位相反，故满足相位条件。Ui=0时，因2、5端交流接地，CN上所加电压为U45，上所加电压为U12，

CN的数值应满足:图2-21(b)是中和电路的另一种形式，CN接在变压器副边。由同名端保证相位条件图2-21中和电路的连接当前第84页\共有103页\编于星期一\17点例：分析：CN的位置可选择：A6和1之间B6和3之间C6和4之间D6和5之间因为3和5交流接地，故B、D不可能。考虑A:3交流接地则1、2端相位相同，将不能保证相位条件，故A不可能。所以只能选C（2）同名端：为保证相位条件，1、5为同名端。（3）CN的值：3和5交流接地，故加在上的电压为U23，加在CN上的电压为U45,试画出图示电路的中和电路，标出线圈的同名端，写出中和电容的表示式。（1）画中和电路：首先画出，接在6、2之间。主要问题是CN的位置。612345图题2-14当前第85页\共有103页\编于星期一\17点12345图题2-14因为并联谐振回路的3端交流接地，中和电路的中和电容CN不能接在初级，只能接在次级4端。根据中和电容CN的反馈应与晶体管内部的的反馈反相位的特点，则同名端如下图所示。而CN的数值应满足：解：6当前第86页\共有103页\编于星期一\17点（二）失配法指信号源内阻不与晶体管的输入阻抗匹配，晶体管输出端的负载不与本级晶体管的输出阻抗匹配。

原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。使Yi=yie，即使后项0，则必须加大YL晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大.则当前第87页\共有103页\编于星期一\17点三种接法的比较：空载情况下接法共射共集共基Au大小于1大Ai

β大1＋β大α,小于1Ri中大小Ro

大小大频带窄中(较宽)宽用途多级放大电路中间级输入级、中间级、输出级高频或宽频带电路当前第88页\共有103页\编于星期一\17点图

共射-共基级联放大器在实际运用中，较多的是采用共射-共基级联放大器，其等效电路如下图当前第89页\共有103页\编于星期一\17点

二级共发-共基级联中频放大器电路

下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中频放大器电路。当前第90页\共有103页\编于星期一\17点第七节放大电路的噪声一、放大电路内部噪声的来源和特点什么是噪声：电子电路的输出端与有用信号同时存在的一种随机变化的电流或电压，没有有用信号时，它也存在。电子电路内部噪声的主要来源：电阻热噪声和放大器件（晶体管、场效应管）的噪声。(一)电阻热噪声（1）电阻热噪声是电阻材料的自由电子在外界温度作用下产生的无规则运动，在电阻两端产生起伏电压。（2）噪声电压un(t)

是随机变化的，在相当长的时间内平均值为0。但平方后的平均值(即方均值)不为0，可表示为:（3）电阻热噪声un(t)具有很宽的频谱，而且各个频率分量的强度是相等的，称为白噪声。当前第91页\共有103页\编于星期一\17点（4）电阻热噪声的方均值可以用噪声功率谱密度S

(f)表示.而功率谱密度表示单位频带内的功率。热噪声在极宽的频带内具有均匀的功率谱密度。电阻热噪声功率谱密度为：(二)晶体三极管的噪声（1）由基区电阻产生的热噪声,其功率谱密度为（2）散粒噪声是流过PN结的载流子在平均电流I0上随机