高频电子线路(第四章_高频小信号放大器)

第四章高频小信号放大器电路性质：线性、甲类放大器基础知识：-并联谐振回路-抽头等效变换1本章内容§4.1概述§4.2晶体管高频小信号等效电路和参数§4.3单调谐回路谐振放大器§4.4多级单调谐回路谐振放大器§4.5双调谐回路谐振放大器*§4.6谐振放大器的稳定性与稳定措施注意：§4.7~4.10节不讲第四章高频小信号放大器2§4.1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MHz②小信号信号较小，所以工作在线性范围内(甲类放大器)BEvCi第四章高频小信号放大器把这一段近似看作一段直线将晶体管非线性元件线性模型代替3二、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（以滤波器作为负载）§4.1概述第四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。4三、高频小信号放大器的质量指标§4.1概述（1）增益（放大倍数）ivVVAo电压增益iopPPA功率增益ivVVAdBolg20）表示应为用分贝（iopPPAlg10第四章高频小信号放大器?40是多少，其实际电压放大倍数大器的增益为举例：若一个小信号放dB40dBlg20:oivVVA因为解2lgoiVV所以)(100o倍放大倍数iVV5（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。第四章高频小信号放大器§4.1概述三、高频小信号放大器的质量指标27.02fB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7.02f2lg206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抑制比第四章高频小信号放大器§4.1概述三、高频小信号放大器的质量指标1.0rK矩形系数1.02f7.02f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17（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）等第四章高频小信号放大器§4.1概述三、高频小信号放大器的质量指标8（5）噪声系数定义：第四章高频小信号放大器§4.1概述三、高频小信号放大器的质量指标)(/)(/nosonisiF输出信噪比输入信噪比PPPPN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级起决定作用前有多级放大器时越好越接近于通常大于2,,11,FN9§4.2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）第四章高频小信号放大器BEvCi重点把这一段近似看作一段直线10§4.2.1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：第四章高频小信号放大器§4.2晶体管高频小信号等效电路和参数+V1-+V2-I1I2212211VyVyIVyVyIofri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11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。第四章高频小信号放大器§4.2.1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12y参数的求法和含义第四章高频小信号放大器§4.2.1形式等效电路（y参数）导纳称为输出短路时的输入0112ViVIy+V1-+V2-I1I2传输导纳称为输入短路时的反向0211VrVIy212211VyVyIVyVyIofri传输导纳称为输出短路时的正向0122VfVIy212211VyVyIVyVyIofri导纳称为输入短路时的输出0221VoVIy212211VyVyIVyVyIofriy参数可能是复数，如(25+10j)ms13yie和yoe的其他表示方法第四章高频小信号放大器§4.2.3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。ieieieCjgyoeoeoeCjgyrefejrerejfefeeyyeyy14§4.2.2混合π等效电路根据物理结构，分析客观存在的寄生电容、电阻，从而画出等效电路。第四章高频小信号放大器§4.2晶体管高频小信号等效电路和参数eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmub’eCb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’e15§4.2.3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。第四章高频小信号放大器§4.2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）16§4.2.4晶体管的高频参数主要的高频参数有：截止频率特征频率最高振荡频率第四章高频小信号放大器§4.2晶体管高频小信号等效电路和参数17第四章高频小信号放大器§4.2.4晶体管的高频参数f02/0Tff1时的频率的频值随着工作频率下降到低210β电流放大倍数2001,1ffffj由于1截止频率f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。2特征频率Tf定义：当下降到1时所对应的频率为Tf低频区由定义：令1)ff(12T0可得f1ff002T18第四章高频小信号放大器§4.2.4晶体管的高频参数2特征频率Tf（续）,ff当工作频率时可以估算出工作频率下的电流放大倍数可忽略掉分母中的时当工作频率1,1,ffff由上一页ffT0ffT022011ffffffTffffffTT19第四章高频小信号放大器§4.2.4晶体管的高频参数倍数试估算此时的电流放大时，作在求其截止频率；当其工，的特征频率是已知高频三极管例题MHz50,001150MHz9014:0ffT0:由解)(5.11001500MHzffT截止频率3501505.150ffMHzMHzT截止频率工作频率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！20第四章高频小信号放大器§4.2.4晶体管的高频参数3最高振荡频率maxf定义：晶体管的功率增益1pG时的工作频率为maxfmaxf表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。在此频率工作时，晶体管已得不到功率放大。一般当maxff时，无论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。可以证明：cbebbbmmaxCCr4g21f以上三个频率参数的大小顺序为：fffTmax。(了解即可)21§4.3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§4.3.1电压增益的分析§4.3.2功率增益及插入损耗§4.3.3通频带与选择性第四章高频小信号放大器22单调谐耦合回路谐振放大器单级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器单级耦合回路谐振放大器多级耦合回路谐振放大器第四章高频小信号放大器23单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章高频小信号放大器§4.3单调谐回路谐振放大器45123Rb1Rb2ReYLCbCeCB1B2VTVcc一、实际电路图Rb1、Rb2为基极分压式偏置电阻Re为射极负反馈偏置电阻，稳定静态工作点Cb、Ce为旁路电容,对交流信号可视为短路。分析第①步：画小信号等效电路高频交流等效电路的画法原则：(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24二高频交流等效电路放大电路由三部分组成输入回路：输入变压器次级绕阻B1晶体管：T输出回路：LC并联谐振回路，输出变压器B2,及负载YL32154B1B2CLyLVT输入回路输出回路晶体管45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc第四章高频小信号放大器§4.3单调谐回路谐振放大器pGppRG1图中25单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章高频小信号放大器§4.3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-pG26单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章高频小信号放大器§4.3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yfeVi1yoe1LC2LYL12345pG2728yfeVi1yoe1LC2LYL12345)2,1(11匝点之间为点与匝总共NNL匝总共22NLpG五、L1与L2紧耦合时（相当于抽头）的电路图负载和回路之间采用了紧耦合的形式，可看作直接抽头形式。晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数：NNLLp113121第四章高频小信号放大器§4.3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yfeVi1yoe1LCYL1235NNLLp113121NNLLp2122pG292L单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章高频小信号放大器§4.3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yfeVi1goe1LC1235NNLLp113121NNLLp2122Coegie2Cie2pG+Vo1-+Vi2-才是。并不是最终输出电压注意21!:ioVV302L31goe1LC1235Coegie2Cie2pG+Vo1-+Vi2-2LyieyreVo1+Vi1-§4.3.1电压增益的分析yfeVi1分析目标：Av=Vi2/Vi1§4.3.1电压增益的分析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”（见§3.3.3）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四章高频小信号放大器§4.3单调谐回路谐振放大器32分析方法一（电路）第四章高频小信号放大器§4.3.1电压增益的分析yfeVi11LC1235NNp11NNp22+-Vi2p1yfeVi121oeoegpg+-2213pVVi抽头等效CoegoepGgie2Cie21LC13pG21oeoeCpC2222ie