Chapter4高频小信号放大器_高频电子线路

1通信电子线路中国石油大学计算机与通信工程学院通信工程系Charpter4高频小信号放大器3.1概述3.2晶体管高频小信号等效电路与参数3.3单调谐回路谐振放大器3.4双调谐回路谐振放大器3.5谐振放大器的稳定性3.6调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器4.1概述1、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)高频放大fsfs本地振荡fo混频fo–fs=fifi低频放大检波中频放大FF2、高频小信号放大器的分类按所用的器件：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：单级放大器和级联放大器按负载性质：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。i0Vlog20VVAioplog10PPA1)增益：（放大系数）电压增益：功率增益：分贝表示：2)通频带：放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用B=2f0.7表示。2f0.7也称为3分贝带宽。iVVAoVi0PPPA3、高频小信号放大器的质量指标为什么要求通频带？放大器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，放大器增益愈小。0VVAA3)选择性从各种不同频率的信号的总和（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抑制比来表示。①矩形系数按理想情况，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。7.01.0122ffKro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。nv0nAAdfAVf0AAVnfn②抑制比表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。例Av0=100An=1用分贝表示dn(dB)=20lgdndB40dB1001100nn)(dd5)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。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。)(/)(/nosonisiF输出信号噪比输入信号噪比PPPPN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。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。4.2晶体管高频小信号等效电路与参数4.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）将晶体管看成四端网络如果选取输出电压V2和输入电流I1为自变量，输入电压V1和输出电流I2为参变量，则得到h参数系如果选取输入电流I1和输出电流I2为自变量，输入电压V1和输出电压V2为参变量，则得到z参数系如果选取输入电压V1和输出电压V2为自变量，输入电流I1和输出电流I2为参变量，则得到Y参数系为自变量和输出电压设输入电压21VV212211VyVyIVyVyIofri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4.2.2晶体管高频小信号等效电路与参数Y参数等效电路通信工程系章扬把晶体管内部的物理过程用集中原器件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。3.2.2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称为跨导引起自激一部分到输入端.可能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brbbgmVbebCbcCbecerbc与Cbc引起的容抗相比rbc可视为开路。rbe与Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（视为开路）rce与回路负载比较，可视为开路。简化后的等效电路如图：这是对工作频率较高时的简化电路，对工作频率范围不同时，等效电路可进行不同的简化。频率低时可忽略电容的作用。混合π等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下：4.2.3混合π等效电路的简化brbbgmVbebCbcCbeceII2I1yieV1V2=0011ie2VVIyebbbebebbbcbebbbie111)(11YrYYrCCjry)(cbebebCCjY(一)令V2=0，求yie、yfe。简化混合π等效电路，如图所示。(1)4.2.4Y参数等效电路与混合π等效电路参数的转换(2)012fe2VVIyIVgIebm2eb2VgImebbb1ebebbb1eb11YrVYYrVVebbb1m21YrVgIebbbm012fe11YrgVIyV)(cbebebCCjYV1小引起I小又brbbgmVbebCbcCbeceII2I1yieV1V2=001VrbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIebbbbbebbbebbbeb1)1()/(YrrIYrICjgIV2cbbbebcb2111VCjrYCjVIebbb2bbcbeb1YrVrCjVebbb2cbbbebbb2bbcb111YrVCjrYrVrCjIebbbcbre1YrCjyebbeCjY'(二)令，求yre、yoe(3)022oe1VVIyebbbbbm2cbebbb2bbcbm2cbebm2111YrrgVCjYrVrCjgVCjVgIIebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyV故(1)、(2)、(3)、(4)中的Ybe可认为相同。ebebCjY'ebcbCC''(4)rbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2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210β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1120ff120ffTffT00,1所以由于当频率增高，使|β|下降到1时的频率。电流放大系数β与f的关系：TTTffffffffff或者,120故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。3）最高振荡频率fmax1PGcbebbbmCCrgf'''max421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:频率参数的关系晶体管的功率增益时的工作频率可以证明:R1、R2、R3为偏置电阻，决定工作点，LF、CF为滤波电路，负压供电C4、L组成L、C谐振回路R4是加宽回路通频带用Rp是并联回路本身的损耗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联回路的结论均可应用。4.3单调谐回路谐振放大器bcebcebce数学分析：由图可知：YL代表由集电极C向右看的回路导纳（对外电路而言Vc是上负下正，故Ic有一负号）)3()2()1(LccCoeifeccreiiebYVIVyVyIVyVyIiLoefecVYyyV(3)=(2)Y’L部分晶体管部分2'1LpY部分晶体管部分22'11'oeLYpypY'2121iLoefec'LoeYpypYVYyyViVYypVpYyV'/'fe21i21fec2'1LpY部分晶体管部分2'1LpY部分晶体管部分222iepy21oepy22'11'oeLYpypY2'1LpY部分2'1'oeLYpyY2211222112oieoPieCpCCpCgpggpgLL222211211211'()()oPieoieYgjCpggpgjpCCpCjLjL2'1'oocoVpVVpV'oV21fe12fe2211''ociipyppyppVVVVppYY12fe'oviVppyAVYLjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe1A22212222121V：所以0Lfe21VffQ2j1gyppA：可写成附近时在谐振角频率的导纳，当角频率式中分母视为并联回路VA0的失谐是工作频率对式中000f,21ffffLC：是回路的等效品质因数gC0LQ通信工程系章扬电压增益的相关结论的函数是工作频率fVA①，时②当0Δfie222oe21fe21Σfe21V0gpgpGpyppgyppA。＋180，180y180fefefe而是的相差不是，因此输入和输出之间一个相角是一个复数，它也有的相位差。此外号表明输入和输出有-ofe180＝0相位差才是V和V，③当频率较低时，io成反比。导成正比，和回路的总电与晶体管正向传输导纳④ΣfevogyA2）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：Piie2o0gP(：）；ioPPPG1ie2iigvP2ie222ife12ie222abogpgVypgpVP1221222fe2221PoggyppGieieVoieieggAg：故。体管的输入导纳分别是本级和下一级晶和ie21gieg）（＝：dblgG10GdbPoPo表示时用ie222oe21PogpgpG＝：，则匹配条件为忽略回路本身的损耗oeiefeoeieiefeieioggygpgpgygpppp12212221222221(max)maxPo44G：故最大功率增益为ie22oe21gPgPgg的作用不能忽略，考虑到在实际情况下GpGp，212212max1414)(OLieoefeieoefePoQQggygGpggyG式中：为回路有载品质因数