3.高频电路资料

第三章高频谐振放大器重点小信号谐振放大器增益、通频带与选择性之间的关系调谐放大器的稳定性扩展通频带的方法难点调谐放大器产生自激的原因及防止和消除自激的办法(a)电视信号放大器(b)手机信号放大器 图2-1各种信号放大器 3.1高频小信号放大器

一.电路组成及工作原理

集电极负载为LC并联谐振回路采用了部分接入方式以减小对回路值和频率的影响

变压器耦合可实现前后级阻抗匹配并隔直流性能分析回路总电阻RΣ=R0∥RLgm=β0/r`be≈IEQ/26接入系数p=N2/N1.谐振电压增益放大器的增益频率特性2.单调谐放大器的谐振频率f0其中CΣ为三极管输出电容和负载电容折合到LC回路两端的等效电容与回路电容C之和。因此，改变L和CΣ都可改变谐振频率.3.通频带Qe为LC回路的有载品质因素当晶体管参数和L、C一定时，增益带宽乘积是一个常数回路总电容4.选择性§抑制比：表示对某个干扰信号fn

的抑制能力

--------谐振增益

---------干扰增益§矩形系数：它表示对邻道干扰的抑制能力

K0.1

越接近1选择性越好谐振增益干扰增益单级调谐放大器K0.1≈9.955.谐振放大器的稳定性影响调谐放大器稳定性的主要因素：（1）三极管内部反馈：Cb’c

的存在使输出电压的一部分反馈到输入端，其结果是： ①破坏放大器的频率特性，产生失真，严重时引起高频自激，放大器不能正常工作； ②反馈使放大器的输入和输出阻抗与信号源及负载相关，给安装、调试带来很多麻烦。（2）外部干扰对放大器的增益、带宽和选择性也会产生影响⑴电容耦合。⑵互感耦合。⑶电阻耦合。⑷电磁辐射耦合。共射-共基组合减小密勒效应的影响利用共基电路输入阻抗小的特点，将它作为共射电路的负载，就会减小密勒效应的影响，提高共射电路的上限频率。而共基电路本身无密勒效应，上限频率高，电压放大倍数较大，可以补偿共射电路电压增益的降低，使得整个组合的电压、电流增益都比较大，频带也比较宽晶体管密勒效应CM改善措施： （1）尽量选用Cb’c

小的高频放大器件； （2）失配法：采用共射-共基接法组态级联，使前后级阻抗不匹配，以减少Cb’c影响。（3）中和法：在晶体管基极与LC回路间加接中和电容CN，让电感L1,L2与Cb’c和CN组成四臂电桥，当电桥平衡时，回路两端的电压就不会反馈到A,B端了。 平衡的条件是

6.噪声系数NF定义为输入信噪比与输出信噪比的比值NF

越接近1越好，在多级放大器中，前二级（特别是第一级）的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声应尽量小。

以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。因此应根据需要决定主次，进行分析和讨论二.多级单调谐放大器的性能指标电压增益：Au=Au1Au2Au3•••Aun(Au1)n=通频带：选择性：缩减因子n12345…10.640.510.430.39…n12345……K0.19.954.663.743.183.07……图2-20级联放大器谐振曲线

多级单调谐放大器的谐振曲线三.双调谐回路谐振放大器

集电极负载为双调谐耦合回路初、次级均采用了部分接入方式

η=1为临界耦合，η>1强耦合，η<1弱耦合双调谐放大器性能特点在临界耦合的条件下,双调谐放大器谐振电压增益是单调谐放大器的1/2倍。双调谐的通频带比单调谐的通频带宽。临界耦合时：矩形系数小于单调谐，选择性好。临界耦合时：缺点是调谐不方便。 强耦合：通频带宽，顶部出现凹陷。临界耦合：频带较宽、选择性好，临界耦合强耦合弱耦合四.集中选频放大器

第二种形式1.组成：第一种形式2.特点：采用宽带放大器（通常用集成宽带放大器）进行放大采用特殊的集中滤波器选频以兼顾通频带和选择性放大器频率特性曲线可满足许多特殊要求扩展通频带的方法

1）负反馈法3.宽带放大器2）组合电路法放大电路三种组态的特点：电压增益输入阻抗输出阻抗上限频率

共射：高 适中适中fH低

共集：低高低fH很高

共基：中低高fH高适当组合可得到以下几种常见的组合电路：示例共射-共基共射-共集共集-共射共集-共基3）补偿法

基极回路补偿发射极回路补偿集电极回路补偿并联补偿串联补偿串、并联复合补偿基极补偿加速电容射极补偿共射共基共集共射负反馈负反馈恒流源

集成宽带放大器举例

L1590（MC1590）构成的选频放大器：

器件L1590具有工作频率高，不易自激的特点，并带有自动增益控制的功能。其内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路。

示例4..集中滤波器1）陶瓷滤波器“压电效应”与“反压电效应”

1）两端陶瓷滤波器（收音机中放回路）两个谐振频率：实物图：

2）三端陶瓷滤波器（彩电伴音中频分离）实物图：2）声表面波滤波器(SAWF)实物图：声表面波滤波器以铌酸锂、锆钛酸铅和石英等压电材料为基片，利用真空蒸镀法，在基片表面形成叉指形的金属膜电极，称为叉指电极。左端叉指电极为发端换能器，右端叉指电极为收端换能器。 声表面波滤波器具有体积小、重量轻、性能稳定、选择性好、通频带宽、特性一致，抗辐射能力强，动态范围大等特点，因此它在通信、电视、卫星和宇航领域得到广泛的应用。缺点是插入损耗较大。

声表面波滤波器的中心频率除与基片材料有关外，主要取决叉指电极几何尺寸和形状只要合理设计叉指电极工作频率可高达几MHz~几GHz，而且矩形系数可小于1.2声表面波滤波器的特点

声表面波的传播速度与频率无关，因而可以在获得任意幅频特性的同时保持线性的相移，相对通频带宽可达50％ 利用现代光刻工艺和加工技术，声表面波滤波器不仅能实现微型化，体积小、质量轻；而且，频率特性一致性好电视声表面波滤波器的幅频特性

图像中频色副载波中频伴音中频声表面波滤波器应用实例

V1是彩电预中放部分，起前置放大作用Z1为SAWF起集中选频作用TA7680AP为彩电图像中频放大器IC小结根据高频信号占有频宽的不同，高频小信号放大器分为宽带放大器和谐振放大器两种。谐振放大器是窄带放大器，具有放大和选频作用，其主要指标是谐振电压增益、通频带、选择性、稳定性和噪声系数，单调谐和双调谐放大器是两种主要电路形式。高频放大器易产生自激，为减小内部反馈对稳定性的影响，应选择Cb`e小的晶体管，还可采取中和法和失配法等措施。集中选频放大器是由集中滤波器和宽带放大器组成的，常用的集中选频滤波器主要是陶瓷滤波器和声表面滤波器。作业P100--3,4,6*设计高频小信号放大器的一般步骤1.根据设计指标确定电路；2.选择晶体管、集成电路等主要元器件；3.确定、计算各级电路的静态工作点；4.依据工作频率选定CΣ和回路电容C；5.计算回路电感及接入系数，确定线圈数据；6.依据通频带计算回路的有载品质因素Qe；7.计算RΣ，并确定外接电阻R；8.计算放大器增益、带宽和矩形系数；9.搭接电路或仿真调试。实验电路分析输入信号的频率fS＝10.7MHz基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。调节可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。为调谐回路的总电容

集中选频放大器实验电路4.5MHz陶瓷滤波器UAGCS1拨码开关置上为1（通）置下为0AGC电压产生电路MC1350内部电路图3.3

电子噪声

一.概述：噪声是一种随机信号，其频谱分布于整个无线电工作频率范围，因此它是影响各类收信机性能的主要因素之一。干扰与噪声的分类如下：

干扰一般指外部干扰，可分为自然的和人为的干扰。自然干扰有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。人为干扰主要有工业干扰和无线电器的干扰。

噪声一般指内部噪声，也可以分为自然的和人为的噪声。本章主要讨论自然噪声，对工业干扰和天电干扰只做简略的说明。二.噪声的来源和特点理论上说，任何电子线路都有电子噪声，但是因为通常电子噪声的强度很弱，因此它的影响主要出现在有用信号比较弱的场合，在电子线路中，噪声来源主要有两方面：电阻热噪声和半导体管噪声，两者有许多相同的特性。1电阻的热噪声电阻由导体等材料组成，导体内的自由电子在一定的温度下总是处于“无规则”的热运动状态，这种热运动的方向和速度都是随机的。自由电子的热骚动在导体内形成非常弱的电流。电阻热噪声作为一种起伏噪声，具有极宽的频谱，从零频一直延伸到10-13Hz以上的频率，而且它的各个频率分量的强度是相等的。这种频谱与白色光的光谱类似，因此将具有均匀连续的噪声叫做白噪声，电阻的热噪声就是一种白噪声。2.晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的另一个重要来源。一般说来，在一个放大电路中，晶体三极管的噪声往往比电阻热噪声强得多，在晶体三极管中，除了其中某些分布，如基极电阻rbb′会产生热噪声外，还有以下几种噪声来源。1）散弹（粒）噪声在晶体管的pn结中（包括二极管的pn结），每个载流子都是随机地通过pn结的（包括随机注入、随机复合）。大量载流子流过结时的平均值（单位时间内平均）决定了它的直流电流I0，因此真实的结电流是围绕I0起伏的。这种由于载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹噪声，或散粒噪声。因为散弹噪声和电阻热噪声都是白噪声，前面关于热噪声通过线性系统的分析对散弹噪声也完全适用。这包括均方相加的原则，通过四端网络的计算以及等效噪声带宽等。

晶体管中有发射结和集电结，因为发射结工作于正偏，结电流大。而集电结工作于反偏，除了基极来的传输电流外，只有反向饱和电流（它也产生散弹噪声）。因此发射结的散弹噪声起主要作用，而集电结的噪声可以忽略。晶体管中通过发射结的少数载流子，大部分由集电极收集，形成集电极电流，少数部分载流子被基极流入的多数载流子复合，产生基极电流。由于基极中载流子的复合也具有随机性，即单位时间内复合的载流子数目是起伏变化的。晶体管的电流放大系数α、β只是反映平均意义上的分配比。这种因分配比起伏变化而产生的集电极电流、基极电流起伏噪声，称为晶体管的分配噪声。

分配噪声本质上也是白噪声，但由于渡越时间的影响，响当三极管的工作频率高到一定值后，这类噪声的功率谱密度将随频率的增加而迅速增大。2）分配噪声3）闪烁噪声由于半导体材料及制造工艺水平造成表面清洁处理不好而引起的噪声称为闪烁噪声。它与半导体表面少数载流子的复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度与频率近似成反比，又称1/f噪声。因此，它主要在低频（如几千赫兹以下）范围起主要作用。这种噪声也存在于其他电子器件中，某些实际电阻器就有这种噪声。晶体管在高频应用时，除非考虑它的调幅、调相作用，这种噪声的影响也可以忽略。3.场效应管噪声在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。场效应管的噪声有以下几个方面的来源：沟道电阻产生的热噪声，沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅极上的感应噪声，闪烁噪声。

必须指出，前面讨论的晶体管中的噪声，在实际放大器中将同时起作用并参与放大。有关晶体管的噪声模型和晶体管放大器的噪声比较复杂，这里就不讨论了。研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。因此，离开信号谈噪声是无意义的。

从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S／N（信号功率与噪声功率比）。即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。三.

噪声系数计算方法1.噪声系数的定义噪声系数可由下式表示设Pi为信号源的输入信号功率，Pni为信号源内阻RS产生的噪声功率，Po和Pno分别为信号和信号源内阻在负载上所产生的输出功率和输出噪声功率。图3.4描述放大器噪声系数的等效图要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为2.信噪比与负载的关系设信号源内阻为RS，信号源的电压为US（有效值），当它与负载电阻RL相接时，在负载电阻RL上的信噪比计算如下：信号源在RL上的功率信号源内阻噪声在RL上的功率在负载两端的信噪比结论：信号源与任何负载相接本不影响其输入端信噪比，即无论负载为何值，其信噪比都不变，其值为负载开路时的信号电压平方与噪声电压均方值之比。在负载两端的信噪比3.用额定功率和额定功率增益表示的噪声系数放大器输入信号源电路如图3.5所示。任何信号源加上负载后，其信噪比与负载大小无关，信噪比均为信号均方电压（或电流）与噪声均方电压（或电流）之比。放大器的噪声系数NF为

Pai和Pao分别为放大器的输入和输出额定信号功率，Pani和Pano分别为放大的输入和输出额定噪声功率，Gpa为放大器的额定功率增益。以额定功率表示的噪声系数4.多级放大器噪声系数的计算多级放大器噪声系数计算等效图多级放大器的总噪声系数计算公式为：5.等效噪声温度在某些通信设备中，用等效噪声温度Te表示更方便更直接。热噪声功率与热力学温度成正比，所以可以用等效噪声温度来代表设备噪声大小。噪声温度可定义为：把放大器本身产生的热噪声折算到放大器输入端时，使噪声源电阻所升高的温度，称为等效噪声温度Te。多级放大器的等效噪声温度为：7.噪声系数与灵敏度

噪声系数是用来衡量部件(如放大器)和系统(如接收机)噪声性能的。而噪声性能的好坏，又决定了输出端的信号噪声功率比(当信号一定时)。同时，当要求一定的输出信噪比时，它又决定了输入端必需的信号功率，也就是说决定放大或接收微弱信号的能力。对于接收机来说，接收微弱信号的能力，可以用一重要指标——灵敏度来衡量。所谓灵敏度就是保持接收机输出端信噪比一定时，接收机输入的最小电压或功率(设接收机有足够的增益)。虽然线性电路(如晶体管放大器)有噪声模型，但是用计算方法决定噪声系数是有一定困难(如模型中的一些参数很难准确得到)的，因此常用测量的方法来确定一个电路和系统的噪声系数。随着频率范围、采用仪器或要求精度不同，有多种测量噪声系数的方法。用噪声信号源的测量方法下图是一测量系统的构成。噪声信号源特测放大器辅助放大器均方电压表8.噪声系数的测量2.无噪声源的测量方法当无合适的噪声信号源，而又要测量部件或系统的噪声系数时，可以采用间接的方法，与上图类似，将噪声信号源换成一高频信号源即可。测量的方法如下：设信号源的内阻为RS，并与系统匹配。首先，关断信号源（保留源电阻），在系统的输出端测出噪声功率值或电压均方根值。然后，加正弦信号，使输出电压远大于噪声电压值，测出中心频率的电压增益或功率增益，再改变信号源频率重复上述测量。四.降低噪声系数的措施

根据上面所讨论的结果，有3种经常采用的减小噪声系数的措施。选用低噪声器件和元件正确选择晶体管放大级的直流工作点3.选择合适的信号源内阻五.工业干扰与天电干扰1.工业干扰工业干扰是由各种电气装置中发生的电流（或电压）急剧变化所形成的电磁辐射，并作用在接收机天线上所产生的工业干扰的强弱取决于产生干扰的电气设备的多少、性质及分布情况。工业干扰沿电力线传播比它在相同距离的直接辐射强度大得多。从工业干扰的性质来看，大都属于脉冲干扰。为了克服工业干扰，最好在产生干扰的地方进行抑制。2.天电干扰自然界的雷电现象是天电干扰的主要来源，除此以外，带电的雨雪和灰尘的运动，以及它们对天线的冲击都可能引起天电干扰。小结

1.电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。在通信系统中，接收机的灵敏度与噪声有关，提高接收机的灵敏度有时比增加发射机的功率可能更为有效。因此研究各种干扰和噪声非常必要。

2.所谓干扰（或噪声），就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。干扰（或噪声）按其发生的地点分为由设备外部进来的外部干扰和由设备内部产生的干扰；按接收的根源分有自然干扰和人为干扰，按电特性分有脉冲型，正弦型和起伏型干扰等。

3.干扰和噪声是两个同义的术语，没有本质的区别。习惯上，将外部来的称为干扰，内部产生称为噪声，本章主要讨论具有起伏性质的内部噪声。外部也有一部分具有起伏性质的干扰一并讨论。即使内部干扰，也有人为的（或故障性的）和固有的内部噪声才是我们要讨论的内容。