第2章 谐振与小信号放大器2.ppt

1、小信号选频放大电路,主要内容 高频小信号等效电路与参数 单级、多级单调谐回路谐振放大器 双调谐谐振放大器 谐振放大器的稳定性 基本要求 了解高频小信号放大器的工作原理及特点； 掌握高频小信号放大器的电路组成、高频等效 电路、参数等效电路； 掌握高频小信号放大器放大倍数、输入阻抗、 输出阻抗计算公式的使用；,理解高频小信号放大器的内部反馈及稳定工作条件, 掌握消除内部反馈的原理与基本方法。 掌握高频小信号放大器阻抗匹配的概念与基本计算方法。,2.5 概述,1 高频小信号放大器的功能 功 能：放大和选频； 中心频率：几百千赫几百兆赫； 频带宽度：几KHz几十MHz。 高频小信号放大器通常以各种选频

2、电路作负载， 由于信号较小，工作在线性范围内(甲类放大状态), 常采用线性模型的等效电路分析法。,2 高频小信号放大器的分类,按频带宽度分,窄带放大器：以各种选频电路作负载。,宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载。,按负载 性质分,调谐放大器,集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载,单调谐放大器：输出端接调谐回路,双调谐放大器：输入、输出端都接调谐回路,参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同,使用谐振回路作为负载的放大器,3 高频小信号放大器的主要性能指标 增益 电压增益： 功率增益： 分贝表示： 式中， 分别为放大电路中心频率上的输出、 输入电压有效值； 分别为放大电路中心频

3、率的输出、输入功率，常用分贝表示。,通频带 放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时所 对应的频率宽度称为放大器的通频带。 常用 表示， 也称为3dB带宽。,通频带的定义,放大器的通频带取决于回路的结构形式和回 路的等效品质因素 。放大器的总通频带随着 级数的变化和改变。 放大器的增益带宽积为常数。 选择性 放大器的选择性常用矩形系数和抑制比(抗拒比) 来表示。 (1)矩形系数 矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量，如,如图所示， 愈接近1越好。 (2)抑制比 表示对带外某一特 定干扰信号 的抑制 能力，其定义为 式中， 是中心频率上的功率增益； 是某 一特定频率 上的功率增益。也可用

4、分贝表示,放大器矩形系数的定义,抑制比也可用电压增益表示。 稳定性 工作稳定性指放大器的主要性能的稳定程度。 不稳定现象:增益变化、中心频率偏移、通频带变 窄、谐振曲线变形等。 主要原因：晶体管的寄生反馈作用。 措 施：限制每级增益；减小晶体管的内反馈 （中和或失配方法等）。,或,噪声系数 噪声系数是用来表征放大器本身产生噪声电 平大小的一个参数。 越接近1越好。 放大器的性能指标相互之间既有联系又有矛 盾。如稳定性和增益，通频带和选择性等。,2.5.2 晶体管高频小信号等效电路与参数,1 形式等效电路（网络参数等效电路） 晶体管都可视为二端口网络，如图所示。 任一线性二端口网络，必须有四个变

5、量描述。根 据选择的自变量和因变量的不同，常用的有四种参数 系：H参数混合参数；Z参数阻抗参数； Y参数,共射晶体管网络,导纳参数；A参数传输参数。 对高频小信号放大电路的分析，常采用Y 参数等效电路。 如图所示，其为晶体管的Y参数等效电路。设 输入电压 和输出电 压 为自变量，输入 电流 和输出电流 为因变量，其网络方程 为,Y参数等效电路,即 式中， 、 、 、 是晶体管的“内参数”，它们 由实验方法测量而得，分别表示为,根据Y参数表示的网络方程和Y参数的基本定 义，可画出上图所示的Y参数等效电路。,2 混合 型等效电路,如果我们用集中元件R、L、C模拟晶体管的内部 特性，这样的电路称为混

6、合 型等效电路。如图所示。,混合 型等效电路,是受控电流源，表示晶体管放大增益的等效 电流发生器，它模拟晶体管的放大作用，反映了晶 体管的放大能力，即 低频时 简化混合 型等效电路 在一定高频段工作时，由于电路中的电阻、电容 并联，混合 型等效电路可进一步简化如下图所示。,工作频率范围不同时，其等效电路可进行不同 的简化。,简化混合 型等效电路,3 晶体管共发射Y参数和混合 参数间的关系,根据定义，令,简化混合 型等效电路,利用下图所示简化混合 型等效电路。,由定义有,由定义有,因 而 引起 较小，,所以 根据定义，令 如图所示， 即将输入短路。,简化混合 型等效电路,由定义,所以 由定义,所

7、以 注：由于 ，上述各式中 近似相同。,4 晶体管的高频参数,截止频率 高频晶体管发射极电流放大系数 下降到低频 电流放大系数 的 倍时，所对应的频率称为 截止频率 。,特征频率 当|=1时所对应的工作频率称为特征频率 。 令 则 若 时又得 ，即 特征频率=直流短路电流放大倍数（ ）,最高振荡频率 晶体管的功率增益 时所对应的频率称为 最高振荡频率 。可以证明得到,表示晶体管的最高极限频率。晶体管的实 际工作频率约为最高振荡频率的1/3至1/4。,三个频率参数的关系：,截止频率和特征频率,2.5.3 小信号谐振放大器,1 单调谐谐振回路放大器 单级单调谐放大器是晶体管和并联谐振回路组 成的，

8、如图所示。,单调谐回路共发放大器,直流偏置由 来实现，决定工作点； 为 高频旁路电容； 为滤波电路，负压供电； 组成LC谐振回路， 用来加宽回路通频带； 假设 是并联回路本身的损耗 其高频等效电路下图所示。,采用分压式稳定偏置电路； 晶体管工作在甲类放大状态； 输出端采用并联谐振回路，起选频作用，晶体管 的集电极采用部分接入，以提高谐振回路的有载 Q值；,单调谐回路共发放大器等效电路,由上图2可知,2 放大器的主要技术指标,电压增益,代表由集电极 向右看的回路导纳（对外电路 而言 是上负下正，故 有一负号）因为 （2）式（3）式，所以 其中,注：教材P74图2-9 中 方向与此相反,部分( )

9、,为回路的谐振导纳。,所以由,，知,因为,，所以,是负载回路两端的导纳，它包括回路本身元件,和下一级的输入导纳 ，即,令,，进一步把,和,代入,，可得,其中，,和,分别是放大器的输出导纳和输出电容；,和,分别是放大器的输出导纳和输出电容；,令,，则,式中，,为放大器调谐回路的谐振频率；,是工作频率,对谐振频率,的偏调；,是回路的有载品质因素，即,所以,功率增益 讨论谐振时的功率增益 ：输出端负载 上获得的功率； ：放大器的输入功率； 所以,用dB表示时 如果回路本身损耗 与 相比可以忽略, 则由匹配条件 则可获得最大功率增益 但实际情况回路本身的损耗不能忽略,则考虑 时最大功率增益可表示为,式

10、中， 为回路的有载品质因素; 为回路的空载品质因素;而 称为回路的插入损耗。如果用晶体管的物理参数来 表示其最大功率增益为,放大器的通频带 放大器 随频率 而变化的曲线，叫做 放大器的谐振曲线，如图所示。,理想和实际的选频曲线,BW0.7,BW0.1,0,f,0.707,1,0.1,因为 则,当 时，得 。 所以 因为 ，则 所以有,如果抽头 ，则 因此，放大器的增益也可用通频带 表示。上式 还可以写成 可知当 和 为定值时，放大器谐振的 电压增益和通频带的乘积等于常数。 因此，设计宽频带放大器时，要想得到高增益 又要保证足够的带宽，除了选用 较大的晶体管外,应尽量减小谐振回路的总电容 ，选用 小的晶体管或减小回路的外接电容 。 放大器的选择性 常用矩形系数来描述其选择性,K越接近于1,选频特性越好!,例2-1 单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该 放大器完全相同的下一级放大器，BJT的参数为： 解：,1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所 以 ，,3、因为,3.1.4多级谐振放大器 1多级单调谐放大器 多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心频率。,(3 13),(3 14),(3 15),2. 多级双调谐放大器,(3 16),3. 参差调谐放大器,图3 8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的 参差调谐放大器的频率特性。图3 9示出了一彩色 电视机高频