高频小信号放大器(绝对有用)

1高频小信号放大器的特点：放大高频小信号（中心频率在几百kHz—几百MHz，频谱宽度在几kHz—几十MHz的范围内）的放大器。几十μV～几mV1V左右高频放大本地振荡混频f1=fo-fs低频放大检波中频放大FFfsfsf1f1fo2普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz、调频广播中每个电台所占频带宽宽为200kHz（单声道为180kHz，立体声为198kHz）、电视信号的带宽为8MＨz(含伴音)。射频微波MHz300音频KHz3003单振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器谐振放大器非谐振放大器LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器（调谐与非调谐）高频小信号放大器的分类有源器件谐振回路窄带谐振放大器宽带非谐振放大器滤波器宽带非谐振放大器本章重点讨论晶体管窄带谐振放大器4高频小信号放大器的主要质量指标ioVVAlog20vioPPAplog101)增益：（放大系数）电压增益：分贝表示：ioVVAvioPPAp功率增益：2)通频带：5fAv0f0AAvnfn3)选择性①矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。7.01.01022ffKr7.001.00.0122ffKr：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抑制比来表示。fAV/AVo2f0.12f0.7理想0.10.71实际②抑制比：表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。n0nvvAAd64)工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。7出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。低频小信号模型高频小信号模型AFA4)工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。8高频小信号放大器的分析方法晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源四端网络参数微变等效电路来分析。几十μV～几mV1V左右高频放大本地振荡混频f1=fo-fs低频放大检波中频放大FFfsfsf1f1fo93.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）3.2.2混合π等效电路3.2.3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10因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便，为此,引入晶体管的y（导纳）参数等效电路。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管晶体管工作在线性区，可看成线性元件，用有源线性四端网络参数微变等效电路来分析。11021r1VVIy称为输入短路时的反向传输导纳；012f2VVIy称为输出短路时的正向传输导纳；022o1VVIy称为输入短路时的输出导纳。称为输出短路时的输入导纳；011i2VVIy图3.2.1晶体管共发射极电路图3.2.2ｙ参数等效电路12图3.2.3晶体管放大器及其ｙ参数等效电路LoefereieiYyyyyY2L22oe1fe22re1ie1VYIVyVyIVyVyI放大器输入导纳Yi13siefereoeoYyyyyY)0(s1s12oe122re1ie1feIVYIVyVyIVyVyI放大器输出导纳Yo图3.2.3晶体管放大器及其ｙ参数等效电路LoefeYyyVVA12v14ｙre表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）；ｙfe表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）。ｙre越大表示晶体管的内部反馈越强；ｙfe越大表示晶体管的放大能力越强。LoefereieiYyyyyYLoefeYyyVVA12vsiefereoeoYyyyyY021r1VVIy012f2VVIyｙre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。15y(导纳)参数的优点：不涉及内部过程，适于任何四端（三端）器件缺点：随频率变化；物理含义不明显。图3.2.4混合π等效电路优点：各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。缺点：eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmvb‘e16图3.2.4混合π等效电路ebr是发射结电阻ebC是发射结电容cbr是集电结电阻cbC是集电结电容bbr是基极体电阻ebmVg代表晶体管的电流放大作用cer集射极间电阻ceC集射极间电容17图3.2.5ｙ参数及混合π等效电路19crebiebVyVyIcoebfecVyVyI][1'''''ebebbbebebieCjgrCjgywwmfegy][1'''ebebbbCjgrw'cbreCjyw][1'''ebebbbCjgrw'''ebebmbboeCjggryw][1'''ebebbbCjgrw'cbCjw21yie=gie+jωCie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:yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoeyoe=goe+jωCoeyfe=|yfe|∠φfeyre=|yre|∠φre221.截止频率201ffβf02/0Tff12.特征频率120βTff当ffT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。,10通常。βTff0β下降到β0的时所对应的频率2/1ffj1.0短路电流放大倍数β=1时所对应的频率23βf02/0Tff12.特征频率1120βff120βTff所以,10通常T0βff201ffTff即,时当βffffffffTββT可以粗略计算在某工作频率ffβ的电流放大系数。β=1时所对应的频率243.最高振荡频率fmaxf≥fmax后，Gp1，晶体管已经不能得到功率放大。由于晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自激振荡器的必要条件，所以也不能使晶体管产生振荡。晶体管的功率增益Gp=1时所对应的频率βTmaxfff频率参数的关系：253.3.1电压增益3.3.2功率增益3.3.3通频带与选择性3.3.4级间耦合网络26图3.3.1单调谐回路谐振放大器的原理性电路与等效电路27通常需要多级放大器来提供足够高的增益和足够好的选择性，从而为下一级（混频或检波）提供性能良好的有用信号。几十μV～几mV1V左右高频放大本地振荡混频f1=fo-fs低频放大检波中频放大FFfsfsf1f1fo28高频小信号放大器的电路分析包括多级分单级、静态分析、动态分析、整合系统几个基本步骤。1.多级分单级前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器的负载。29其简化规则：交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。45123Rb1Rb2ReYLCbCeCTr1Tr2TLVCC结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；2.静态分析画出直流等效电路，Rb1Rb2ReVCC3045123Rb1Rb2ReYLCbCeCTr1Tr2TLVCC其简化规则：有交流输入信号，所有直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路L、C保留）1)画出交流等效电路，3.动态分析32154Tr1Tr2CLYLT输入回路输出回路晶体管3132154Tr1Tr2CLYLT输入回路输出回路晶体管32154yieyoeyrevceyfevbeCYLL+v54_-+u31-+v21-2)画出交流小信号等效电路，负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数NNvvp231542晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数NNvvp1312113232154yieyoeyrevceyfevbeCYLL+v54-+v31-+v21-出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即yre=0。其中：ie1ie1iejCgywoe1oe1oejCgywie2ie2LjCgYw3332154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-把晶体管集电极回路和负载折合到振荡回路两端yfeubeyoeYLYLyfevbeyoe+u54-+u31-其中：ie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpGGpoe1oe1oejCgywie2ie2LjCgYw34be312iovvvvvpA31254vvvpoLCGyppwwj1jvbefe131v32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-LCGyppApewwjjf121v+v31-35LCGyppAPwwjjfe121v谐振时PGyppAfe210vGpbefe1vypoe1gp21222iegp+v31-2ie22oe121pfe21gpgpGypp+v31-36谐振时2ie22oe121pfe21fe210gpgpGyppGyppAPv匹配条件2ie22oe121pgpgpG22ie22oe121pGgpgp22112,2ipopgGpgGp匹配时的电压增益21max2)(iofevoggyAGpbefe1vypoe1gp21222iegp+v31-+v31-37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）；iie2oioP0g(PPPPA1ie2iigVP；2ie2oogVP电导。是下一级晶体管的输入ie2g导。是本级晶体管的输入电1iegioPoPPA故：1ie2ie2ioggVVie12ie2ie12ie22fe2221)()(yggAggGppvop38即：ie2221oe21p0gpgpG1oeie12feie2221oe21ie1ie22fe22211ie2ie22ie221oe212fe2221maxP044ggygpgpggyppgggpgpyppA讨论：则可得最大功率增益为：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。Gpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-39讨论：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：即ie2221oe21p0gpgpG1ie2ie22ie221oe212fe2221maxP0gggpgpGyppAP1ie2ie22ie221oe212fe2221maxP0gggpgpyppAGpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-40回路无损耗时的输出功率/回路有损耗时的输出功率)]1/(1lg[200QQdBKLlmax0P20L20Loe1ie12femax0P)1()1(4AQQQQggyA=20L)1(1QQ而p000011LGQGLGCQppL1ie2ie22ie221