第3章高频小信号放大器

第3章高频小信号放大器1第第33章章高高频频小小信信号号放放大大器器3.1概述高频小信号放大电路分为窄频带放大电路和宽频带放大电路两大类。前者对中心频率在几百千赫到几百兆赫,频谱宽度在几千赫到几十兆赫内的微弱信号进行不失真的放大,故不但需要有一定的电压增益,而且需要有选频能力。后者对几兆赫至几百兆赫较宽频带内的微弱信号进行不失真的放大,故要求放大电路的下限截止频率很低(有些要求到零频即直流),上限截止频率很高。窄频带放大电路由双极型晶体管(以下简称晶体管)、场效应管或集成电路等有源器件提供电压增益,LC谐振回路、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器或声表面波滤波器等器件实现选频功能。它有两种主要类型：以分立元件为主的谐振放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。宽频带放大电路也是由晶体管、场效应管或集成电路提供电压增益。为了展宽工作频带,不但要求有源器件的高频性能好,而且在电路结构上采取了一些改进措施。高频小信号放大电路是线性放大电路。Y参数等效电路和混合π型等效电路是分析高频晶体管电路线性工作的重要工具。33..22晶晶体体管管高高频频小小信信号号等等效效电电路路与与参参数数3.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）晶体管在高频线性运用时常采用两种等效电路进行分析,一是混合π型等效电路，一是Ｙ参数等效电路。前者是从模拟晶体管的物理结构出发,用集中参数元件Ｒ、Ｃ和受控源来表示管内的复杂关系。优点是各元件参数物理意义明确,在较宽的频带内元件值基本上与频率无关。缺点是随器件不同而有不少差别,分析和测量不方便。因而混合π型等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。图3.2.1晶体管共发射极电路2.1.1.VyVyIri2.1.2.VyVyIof导纳称为输出短路时的输入01.1..2ViVIy传输导纳称为输入短路时的反向02.1..1VrVIy第3章高频小信号放大器2输导纳称为输出短路时正向传01.2..2VfVIy导纳称为输入短路时的输出02.2..1VoVIy短路导纳参数表示晶体管在输入端或输出端短路时的参数。只和晶体管的特性有关，与外电路无关，所以叫内参数。图3．2．2晶体管y参数等效电路3.2.2混合π等效电路图中各元件名称及典型值范围如下：ｒbb′：基区体电阻,约１５Ω～５０Ω。ｒb′e：发射结电阻re折合到基极回路的等效电阻,约几十欧到几千欧。ｒb′c：集电结电阻,约１０kΩ～１０MΩ。ｒce：集电极—发射极电阻,几十千欧以上。Cb′e：发射结电容,约１０皮法到几百皮法。Cb′c：集电结电容,约几个皮法。ｇm：晶体管跨导,几十毫西门子以下。rb′e=(1+β0)reEebIr/260/第3章高频小信号放大器326///0CebmIrgCb′e+Cb′c=eTrf213.2.3混合π等效电路参数与形式等效电路y参数的转换3.2.4晶体管的高频参数1)截止频率fβ20)(1ff)(21cbebebccrf图3.2.4β截止频率和特征频率2)特征频率fT1)(120ffTfffT02013)最高振荡频率fmaxcbebbbmCCrgf'''421max当ffmax时，无论用什么办法都不能使晶体管产生振荡。3.3单调谐回路谐振放大器第3章高频小信号放大器4(a)原理性电路图3.3.1单调谐回路谐振放大器的原理图与等效电路(b)等效电路图3.3.1单调谐回路谐振放大器的原理图与等效电路)1(1.1..oreiiebVyVyI)2(1.1..ooeifecVyVyI)3(1..oLcVyI1.iLoefereiebVYyyyyI则LoefereieibiYyyyyVIY1求输出导纳时,将电流源开路,电压源短路,从图中可得:式代入)1(1.1.isVYI1osiefereoecVYyyyyI式代入)2(11osiereiVYyyV第3章高频小信号放大器5可得从)3)(2(1siefereoeoCOYyyyyVIYLoefeivYyyVVA1.01.1.3.3-1电压增益vALoefeivYyyVVA1.01.1.2222121122221211,,,iiooiiooCpCCpCgpggpg2221212211,,ooPPgpgpGGNNpNNp图3.3.2折合到LC回路的等效电路)(21LoeYypYYypVVAfeiv211.01.1.YyppVVppVVNNVVAfeioioiiv21111211121.2....)1(1LCjGYppfevGyppA21.谐振时22212121.iopfevgpgpGyppA2121222ppoiGGgpgp2121222poiGgpgp匹配时Gp很小第3章高频小信号放大器622112,2iPoPgGpgGp21max2)(iofevoggyA则3.3.2功率增益ApipppA00谐振时P0是输出端负载gi2的功率，Pi是放大器的输入功率。121iiigVP3.3.5调谐时的简化电路2222/112222)(ipifeiabogpGVypgpVPipppA0012202/1222221)()(iivpifeieggAGgygpp两个晶体管相同时,21iigg0pA20)(vA如果回路本身损耗Gp与p12goe相比可以忽略，则匹配条件为：p12go1=p22gi2ipppAmax0max0)(124ieoefeggy)()()(2222222121022221iioiabPgpgpgpIgpVP，G负载功率时不考虑)()()(222222212102222/1iPioiabPgpGgpgpIgpVP，G负载功率时考虑第3章高频小信号放大器7为回路空载品质因数pLGQ001为回路有载品质因数pLLGQ/0120200022221212221211110022212111)11(11)()11(11QQQQLLQgpgpGgpgpPPKQQLGLQgpgpLLLioPioLPoLiomax0)(pA2/212)1(4ppiofeGGggy20212)1(4QQggyLiofe。，K也可用分贝来表示叫插入损耗1max0)(vA)1(2021QQggyLiofe3.3.3通频带与选择性LjCjGyppAPfev1/21./210.PfevGyppA/0../)1(11PvvGLjCjAA)(1100LjQ0211ffjQL200)2(11ffQAALvv21)2(11200ffQAALvv令LQff07.02则/0/01PPLGCLGQ第3章高频小信号放大器8CfffCfQCGLP7.07.0000/422/210.PfevGyppACfyppfe7.0214电压增益还可用通频带表示:单调谐放大器的选择性。放大器的选择性是用矩形系数来表示的。7.01.01.022ffKr1.0)2(11201.00ffQAALvvLQff021.01102LQff07.0295.91102227.01.01.0ffKr例3．1在图中,已知工作频率ｆ＝３０MHz,晶体管采用３ＤＧ４７型高频管。ＶCE＝６Ｖ,ＩE＝２mA时，其Ｙ参数数值如下：gie=1.2mS,Cie=12pF；goe=400μS,Coe=9.5pF；|yfe|=58.3mS,φfe=-22°；|yre|=310μS,φre=-88.8°,回路电感Ｌ＝１.４μH,接入系数p1＝１,p2＝０.３,Ｑ0＝１００。负载是另一级相同的放大器。求谐振电压增益振幅Ａv0和通频带2Δf07，并求回路电容Ｃ是多少时,才能使回路谐振？第3章高频小信号放大器9解：sLQGP566001084.3104.11030210011所以Gp/=GP+p21goe+p22gie2=3.84×10-5+400×10-6+0.32×12×10-3=0.55×10-3S从而Au0=321055.0103.583.033/21pefGyppPFLC20104.1)10302(116262022221ieoecpcpCC第3章高频小信号放大器10pFCpCpCCieoe4.9123.05.920222221/0PLGcQMHzcGQfpL35.4102014.321055.0222123/07.0例3-2某单调谐回路谐振放大器如图所示，其晶体管T1、T2的Y参数为：yie=(1.2+j4.3)ms,yre=(-0.15-j0.05)ms,yfe=(44-j22)ms,yoe=(0.4+j0.8)ms。中频变压器的线圈匝数为：N12=5匝，N23=2匝，N45=3匝。外接电容为C=18pF,中心频率f0=34.75MHZ,Q0=60。若要使通频带宽度2Δf0.7=6.5MHZ,试问需要外接多大的并联电阻R？计算第一级电路的谐振电压增益AV0。71.0255:2312121NNNp解43.02532312452NNNppFCpCCpCieoe5.231075.342103.4)43.0(181075.342108.0)71.0(6326322222135.5105.61075.342667.00ffQL第3章高频小信号放大器1161200234.751023.510600.085pCGQmSmSQCGLP96.035.5105.231075.3421260//22122220.96(0.71)0.40.085(0.43)1.20.45PoepiegGpgGpgmSkgR2.216.1596.0224443.071.022/210PfevGyppA从对单管单调谐放大器的分析可知,其电压增益取决于晶体管参数、回路与负载特性及接入系数等,所以受到一定的限制。如果要进一步增大电压增益,可采用多级放大器。3.4多级单调谐回路放大器如果要增大放大器的增益，则可以采用多级单调谐回路放大器。如果多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上,则称为多级单调谐放大器。设放大器有m级,各级电压增益振幅分别为Ａu1,Ａu2,…,Ａum,则总电压增益振幅是各级电压增益振幅的乘积,即Ａm＝Ａv1Ａv2…Ａvm=Av1m2200)2(11mLmmffQAA21)2(112200mLmmffQAA(2Δf0.7)m=7.010121212fQfmLm叫带宽缩减因子121m第3章高频小信号放大器12117.07.0121)2(2xffmm如果要保持通频带不变，则每级放大器的通频带都要增大x1倍。但是通频带增加x1倍后，其每级放大倍数却下降为原来的1/x1。121100)2()2(117.01.01.0mmmmrffK3.5双调谐回路谐振放大器改善放大器选择性和解决放大器的增益和通频带的矛盾的有效方法之一为采用双调谐回路谐振放大器。3.5-1单级双调谐回路谐振放大器单级双调谐回路谐振放大器如图3.5.1所示。图3.5.1单级双调谐回路谐振放大器图3.5.2单级双调谐回路谐振放大器等效电路第3章高频小信号放大器13图3.5.3单级双调谐回路谐振放大器等效电路设单级双调谐回路谐振放大器中