高频小信号放大器(精)

第3章高频谐振放大器（一）高频小信号放大器高频电子线路2主要学习内容：本章介绍高频小信号谐振放大器和高频谐振功率放大器。这里注意电路在应用时的特点：高频（低频）——工作频率大信号或小信号——输入信号电平谐振（非谐振）——负载3内容1：3.1高频小信号放大器一、二、晶体管高频小信号等效电路与参数！三、单调谐回路谐振放大器！四、谐振放大器的稳定性（中和法！）五、调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器小结作业与思考题概述（5个性能指标）4接收机中的高频放大器高频放大和中频放大是高频小信号放大器。滤波器高频放大器混频器中频放大器解调器本地振荡器低频放大器信宿自动增益控制5一、概述1、高频谐振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频带宽度在几kHz到几十MHz②小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)2、分类高频小信号按所用的材料可分为晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集成电路（IC)按频谱宽度可以分为窄带放大器和宽带放大器按电路形式可以分为单级放大器和多级放大器按负载性质可以分为谐振放大器和非谐振放大器•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。非谐振由阻容放大器和各种滤波器组成，其结构简单，便于集成。6一、概述(续1）3、高频小信号放大器电路的性能指标i0Vlog20UUKioplog10PPK1).增益：（放大系数）电压增益：功率增益：分贝表示：iUUKoVi0PPPK2)通频带：放大器的电压增益下降到最大值的0.7（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。7.02fB27ff02f0.70.71fKPKPo2f0.70.5f0为什么有通频带这个指标？放大器电路所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。一、概述（续2）183)选择性：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）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频带宽度来表示。按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。①矩形系数：为放大器的相对电压增益下降到0.1(或0.01)时，相应的频带宽度BW0.1(或BW0.01）与放大器通频带BW0.7之比。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。一、概述（续3）7.01.0122ffKro7.001.0r0.0122ffKfKV/KVo2f0.12f0.7理想0.10.71实际Kv0是最大电压增益，出现在谐振频率上95）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。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。)(/)(/nosonisiF输出信噪比输入信噪比PPPPN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：指在电源电压变化或器件参数变化时，以上三参数的稳定程度。一、概述（续5）10二、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）212211VyVyIVyVyIofri则有2121:VVyyyyIIofri即式中：导纳称为输出短路时的输入0112ViVIy传输导纳称为输入短路时的反向0211VrVIy传输导纳称为输出短路时的正向0122VfVIy导纳称为输入短路时的输出0221VoVIy晶体管共发射极电路图11y参数等效电路二、晶体管高频小信号等效电路与参数（续1）12二、晶体管高频小信号等效电路与参数（续2）2、混合π参数等效电路把晶体管内部的物理过程用RLC表示。用这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的π参数等效电路。混合π参数等效电路是基极电阻bb是发射结电阻eb是集电结电阻cb是发射结电容ebC是集电结电容cbC等效电流发生器表示晶体管放大作用的ebmvg')(26)(,'0mVmAIggcebmm称为跨导可能引起自激一部分到输入端将输出的交流电压反馈.cbC系数降低晶体管的电流放大高频反馈在共集电极电路中引起,'bb133、晶体管的高频参数1）截止频率时的频率的频值随着工作频率下降到低2102001,1ffffj由于由于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）特征频率时的频率。使当频率增高1,1120ff120ffTffT00,1所以由于二、晶体管高频小信号等效电路与参数（续5）公式：14电流放大系数β与f的关系:ffffffffffTTT或者,120故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。二、体管高频小信号等效电路与参数（续6）特征频率是晶体管在共发射极运用时能得到电流增益的最高频率极限（电流放大系数，但功率增益1）。Tf特征频率是高于截止频率,约等于的倍。Tfff0特征频率与阻容乘积成反比，后者又决定于晶体管的静态工作点，因此，也是静态工作点的函数。Tf)(''cbebeCCrTf特征频率是可查手册的，也可由仪器测量得到。Tf1153）最高振荡频率fmax时的工作频率晶体管的功率增益1PGcbebbbmCCrgf'''max421:可以证明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:频率参数的关系二、晶体管高频小信号等效电路与参数（续7）16所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联谐振回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并谐振联回路的结论均可应用。三、单调谐回路谐振放大器1、电路组成：接前级RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)517RL2LC5V(b)431图3─1(a)实际线路;(b)交流等效电路182．忽略管子内部的反馈,即令Yre=0,由图3─3可得crebiebUyUyIcLcbSSbUYIUYII(3─6a)ISYS＋－Ub.Ib.Yie＋－Uc.YreUc.YfeUb.Ic.YL′Yoe.图3─3图3─1高频小信号放大器的高频等效电路(3─6b)coebfecUyUyI19(3)输出导纳YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0(3─9)LoerefeiebbiLoefebcYYYYYUIYYYYUUK(1)电压放大倍数K(2)输入导纳Yi(3─7)(3─8)20(4)通频带B0.707与矩形系数K0.1通频带B0.707为LoQfB707.0(3─10)以矩形系数来分析：7.01.00.1rf2f2k则＝如果1.0kkV0V1.0ff2Q1101.0LL020.1Qf1102f1110f2f2k27.01.0r0.1故矩形系数：所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。LQf07.0f2又因为：21四、谐振放大器的稳定性（抓住重点，迅速掌握）谐振放大器稳定性分析：生，是不稳定的原因。的存在会导致自激的产在实际中reyFie'LoerefeieiYyYyyyyY1、自激产生的原因：FjbgYFFgF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。谐振时，当gF=gs+gie（回路原有电导）则回路总电导g=0，QL，选中了一个频率,输出信号成为单音.这就是自激．放大器等效输入端回路s中包含了goe和G0g前级放大器的后半部分本级放大器的前半部分222、放大器产生自激的条件：当Ys+Yz=0回路总电导g=0放大器产生自激。此即放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消四、谐振放大器的稳定性（续1）0YyyyyY'LoerefeieS1yyYyYYrefeLoeieS那么，如何消除yre的影响呢？23由于yre的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。单向化的方法有：⑴中和法消除yre的反馈⑵失配法使GL或gs的数值增大，因而使输入和输出回路与晶体管失配。在实际运用中，中和法是外加一个电容抵消正反馈电容的作用失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性3、克服自激的方法：四、谐振放大器的稳定性（续5）24(1)中和法：在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。具体线路：电桥平衡时，CD两端的回路电压不会反映到AB两端,即对应两边阻抗之比相等。A～L1L2BCbcCNVi+–+–～BAViCN+–VoCbcCDL1L20VNCCLL11bc21cb21cb21NCNNCLLC四、谐振放大器的稳定性（续6）Ｖ０25(2)失配法（一般了解）：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。，即使后项0，则必须加大YL，yLyoe要使Yi=yie则晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大.LoerefeieiYyyyyYBG1YgyfbyqbYibY0=y0b–yiyieYL失配BG2复合管四、谐振放大器的稳定性（续7）264.中和法与失配法比较：中和法：优点：简单，增益高缺点：①只能在一个频率上完全中和，不适合宽带②因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。③采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。失配法：优点：①性能稳定，能改善各种参数变化的影响；②频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；③生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。谐振放大器的稳定性（续8）271、多级单调谐回路谐振放大器若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。1）增益mKKKK21mVmV2V1KKKm则总增益为、级，各级的增益为如果放大器有2）通频带相同如果各级放大器的增益22001m211KmLmmmVffQKKK多级谐振放大器28根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带(2Δf0.7)m212112200mLmmffQKK成为带宽缩减因子可见通频带变窄12,1mx上面的分析表明:（X=1/χ)；X为每级的带宽与总带宽之比①为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的X倍。②当每级通频带加宽X倍时,每级的增益都会降低为原来的1/X。LLmmmQfxQfff0017.017.012212)