高频电子电路第3章高频小信号放大器

第三章高频小信号放大器放大无线电设备中高频小信号放大器高频小信号小信号输入信号电平小：放大器工作在线性范围晶体管高频等效电路第一节：概述第二节：晶体管高频小信号等效电路与参数第三节：单调谐回路谐振放大器第四节：多级单调谐回路谐振放大器第五节：双调谐回路谐振放大器第六节：谐振放大器的稳定性与稳定措施第七节：谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器第八节：场效应管高频小信号放大器（自学）第九节：放大器中的噪声第十节：噪声的表示和计算方法第三章高频小信号放大器本章重点1、晶体管在高频小信号时的等效电路—形式等效电路与混合型等效电路。2、单调谐回路振荡放大器的电压增益、功率增益、通频带与选择性的计算。3、谐振放大器工作不稳定的原因与稳定措施。4、晶体管放大器产生噪声的来源5、噪声的表示方法：噪声系数、噪声温度、灵敏度、等效噪声带宽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~几百MHz频带宽度在几kHz~几十MHz②小信号：信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)概述第一节谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频的作用。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。第一节放大器的电压增益下降到最大值的0.707（即1/）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用表示。2f0.7也称为3分贝带宽。27.02fB2、通频带iVVAoV电压增益：ioPPPA功率增益：ioVlg20VVAioplg10PPA高频小信号放大器的主要质量指标1、增益（放大系数）分贝表示：3、选择性从各种不同频率信号的总和中选出有用信号，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。①矩形系数：表示对邻道干扰的抑制能力7.01.01.022ffKr7.001.0r0.0122ffKfAV/AVo2f0.12f0.7理想0.10.71实际2f0.1、2f0.01分别为放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽，Kr愈接近于1越好。第一节fAV0f0AAVnfn②抑制比(抗拒比)：表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。vnv0nAAdAvn：为干扰信号的放大倍数Av0：为谐振点f0的放大倍数指当放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化时，放大器主要性能的稳定程度。为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。4、工作稳定性)(/)(/nosonisiF输出信噪比输入信噪比PPPPN5、噪声系数放大器的噪声性能可用噪声系数表示：NF越接近1越好在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。第一节晶体管高频小信号等效电路与参数一、形式等效电路(网络参数等效电路)为自变量和输出电压设输入电压21VV212211VyVyIVyVyIoefereie2121:VVyyyyIIoefereie即V1·-+yieyreV2V1feyyoe-+V2··I2I1···1I2I1V2V第二节第二节211VyVyIreie212VyVyIoefe22VYILIsYsYL信号源+v2-+v1-I2I1IsIsYsYieYoeYL+v1-+v2-I2I1yrev2yfev1晶体管YLYOIs第二节22IV与消去得：11VYyyyyILoefereie因此输入导纳为：LoefereieiYyyyyVIY11上式说明，输入导纳与负载有关，这反映了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输导纳所引起的。iYLYrey11IV与消去得：22VYyyyyIsiefereoe求输出导纳时，应将信号电流源开路，因而：11VYIs上式说明，输出导纳与信号源导纳有关，这也反映了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈也是由所引起的。oYsYrey第二节2I最后，消去，可得电压增益为：LoefevYyyVVA12上式说明，晶体管的正向传输导纳越大，则放大器的增益也越大。二、混合π等效电路π参数等效电路：把晶体管内部的物理过程用集中元器件RLC表示的这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路。bCbebb´b´eb´Cb´eb´cCb´ccceCcegmVbe·rrrr第二节Cb´c将输出的交流电压反馈一部分到输入端，可能引起自激，rbb´在共集电极电路中引起高频反馈，降低晶体管的电流放大系数，所以希望它们尽量小。)(26/)(/0mVmAIrgCebm混合π等效电路各参数：集、射极间电阻；基区电阻；集电极电容；发射结电容；集电极电阻；基、射极间电阻；ce'bbc'be'bcbe'brrrcrr'示为：晶体管的跨导，可以表mg电流发生器；晶体管放大作用的等效e'bmVg第二节ｙ参数及混合π等效电路三、混合π等效电路参数与形式等效电路y参数的转换第二节)(1cbebbbCCr011ie2VVIyieieCjg012fe2VVIybbcbebm)(j1rCCg022oe1VVIyoeoejCgbbebcbj1jrCC021re1VVIymfegycbrejCycbceoejCgy)(jcbebeb'ieCCgy)(2cb'eb'mTCCgff第二节cbbbebcb021rembbcbebm012fejj1j)(j112CrCCVIygrCCgVIyVV表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）；表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）。越大,表示晶体管的放大能力越强；越大,表示晶体管的内部反馈越强。的存在,对实际工作带来很大危害,是谐振放大器自激的根源,同时也使分析过程变得复杂,因此应尽可能使其减小,或削弱它的影响。feyreyfeyreyreyfey第二节Ｙ参数方程为：crebiebUyUyIcoebfecUyUyI)]([1)](1[)]([1)]([1)]([1)('''''''''''''''''''''''''cbebebbbebebmbbcboecbebebbbcbrecbebebbbcbmfecbebebbbcbebebieCCjgrCjggrCjyCCjgrCjyCCjgrCjgyCCjgrCCjgy第二节晶体管的Ｙ参数可以通过测量得到。根据Ｙ参数方程,分别使输出端或输入端交流短路,在另一端加上直流偏压和交流信号,然后测量其输入端或输出端的交流电压和交流电流,代入就可求得。显然,在高频工作时由于晶体管结电容不可忽略,Ｙ参数是一个复数。晶体管Ｙ参数中输入导纳和输出导纳通常可写成用电导和电容表示的直角坐标形式,而正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式,即:yie=gie+jωCieyoe=goe+jωCoeyfe=|yfe|∠φfeyre=|yre|∠φreβ随着工作频率下降到低频值β0的时的频率四、晶体管的高频参数1、截止频率ƒβ212001,1ββffββffjββ由于显然β01，在频率为fβ时,|β|虽然下降到原来的但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。21第二节电流放大系数β与f的关系：201βffββ故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。ββTffff,ffTfβfT或者2、特征频率fT1120ff120βffβT当频率增高，|β|下降到1时的频率。由于β01，所以fT≈β0ƒβ第二节3、最高振荡频率fmaxcbebbbmCCrgf'''max421可以证明:晶体管的功率增益Ap=1时的工作频率fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大。当ffmax时,无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。fffTmax:频率参数的关系第二节第三节11ieieieCjgy单调谐回路谐振放大器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。oe1oe1oejCgyie2ie2LjCgY其中第三节一、电压增益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ie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpGGp2ie2ieL1oe1oeoejjCgyCgyoe1oe1oejCgyie2ie2LjCgY其中：第三节+v31-32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-be312iovvvvvpA31254vvvpoLCGyppj1jvbefe131vie2ie2Loe1oe1oejjCgyCgyie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpGGp其中：第三节p1yfevbe+v31-LjCjGyppApfev121be312iovvvvvpALjCjGvypvpbefe1131ie2ie2Loe1oe1oejjCgyCgyie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpGGp其中：第三节p1yfevbe+v31-LjCjGyppAPfev121谐振时2ie22oe121pfe21fe210gpgpGyppGyppAPvgpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-第三节谐振时2ie22oe121pfe21fe210gpgpGyppGyppAPvp1yfevbe+v31-gpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-匹配条件2ie22oe121pgpgpG22ie22oe121pGgpgp22112,2ipopgGpgGp匹配时的电压增益21max2)(iofevoggyA第三节二、功率增益整个收、发机系统的功率增益是其一项重要性能指标，因此需要考虑高频小信号放大器的功率增益水平。由于在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益。放大器的输入功率上获得的功率输出端负载(谐振时）：：iie2oioP0gPPPPA；1ie2iigVP；2ie2oogVP电导。是下一级晶体管的输入2ieg导。是本级晶体管的输入电1ieg第三节ie2221oe21p0gpgpGioPoPPA故：1ie2ie2ioggVVie12ie2ie12ie22fe2221)()(yggAggGppvop1oeie12feie2221oe21ie1ie22fe22211ie2ie22ie221oe212fe2221maxP044ggygpgpggyppgggpgpyppA讨论：则可得最大功率增益为：gpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-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即：ie2221oe21p0gpgpG第三节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：1ie2ie22ie221