第2章 谐振与小信号放大器2gyx

小信号选频放大电路主要内容高频小信号等效电路与参数单级、多级单调谐回路谐振放大器双调谐谐振放大器谐振放大器的稳定性基本要求了解高频小信号放大器的工作原理及特点；掌握高频小信号放大器的电路组成、高频等效电路、参数等效电路；掌握高频小信号放大器放大倍数、输入阻抗、输出阻抗计算公式的使用；理解高频小信号放大器的内部反馈及稳定工作条件,掌握消除内部反馈的原理与基本方法。掌握高频小信号放大器阻抗匹配的概念与基本计算方法。2.5概述1高频小信号放大器的功能功能：放大和选频；中心频率：几百千赫～几百兆赫；频带宽度：几KHz～几十MHz。高频小信号放大器通常以各种选频电路作负载，由于信号较小，工作在线性范围内(甲类放大状态),常采用线性模型的等效电路分析法。2高频小信号放大器的分类按频带宽度分窄带放大器：以各种选频电路作负载。宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载。按负载性质分调谐放大器集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载单调谐放大器：输出端接调谐回路双调谐放大器：输入、输出端都接调谐回路参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同使用谐振回路作为负载的放大器3高频小信号放大器的主要性能指标增益电压增益：功率增益：分贝表示：式中，分别为放大电路中心频率上的输出、输入电压有效值；分别为放大电路中心频率的输出、输入功率，常用分贝表示。ouoiuAuouoiuAuopoiPAPoiuu、oiPP、20logouopoiuAAuoiP，=10logP通频带放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时所对应的频率宽度称为放大器的通频带。常用表示，也称为3dB带宽。0.72Bf0.72f通频带的定义放大器的通频带取决于回路的结构形式和回路的等效品质因素。放大器的总通频带随着级数的变化和改变。放大器的增益带宽积为常数。稳定性工作稳定性指放大器的主要性能的稳定程度。不稳定现象:增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。主要原因：晶体管的寄生反馈作用。措施：限制每级增益；减小晶体管的内反馈（中和或失配方法等）。LQ噪声系数噪声系数是用来表征放大器本身产生噪声电平大小的一个参数。越接近1越好。放大器的性能指标相互之间既有联系又有矛盾。如稳定性和增益，通频带和选择性等。()()siniFsonoPPNPP输入信号噪声比输出信号噪声比FN2.5.2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）晶体管都可视为二端口网络，如图所示。任一线性二端口网络，必须有四个变量描述。根据选择的自变量和因变量的不同，常用的有四种参数系：H参数—混合参数；Z参数—阻抗参数；Y参数—1I1V2I2V共射晶体管网络导纳参数；A参数—传输参数。对高频小信号放大电路的分析，常采用Y参数等效电路。如图所示，其为晶体管的Y参数等效电路。设输入电压和输出电压为自变量，输入电流和输出电流为因变量，其网络方程为1VY参数等效电路2V1I2I112212irfoIyVyVIyVyV即式中，、、、是晶体管的“内参数”，它们由实验方法测量而得，分别表示为2101iVIyV为输出端短路时的输入导纳；1122irfoyyIVIVyyiyryfyoy1102rVIyV为输入端短路时的反向传输导纳；根据Y参数表示的网络方程和Y参数的基本定义，可画出Y参数等效电路如下：2201fVIyV为输出端短路时的正向传输导纳；1202oVIyV为输入端短路时的输出导纳；2晶体管的高频参数截止频率高频晶体管发射极电流放大系数下降到低频电流放大系数的倍时，所对应的频率称为β截止频率。特征频率当|β|=1时所对应的工作频率称为特征频率最高振荡频率晶体管的功率增益时所对应的频率称为最高振荡频率。晶体管的实际工作频率约为最高振荡频率的1/3至1/4。f012fTf1pAmaxf三个频率参数的关系：maxTfff2.5.3小信号谐振放大器1单调谐谐振回路放大器单级单调谐放大器是晶体管和并联谐振回路组成的，如图所示。单调谐回路共发放大器直流偏置由来实现，决定工作点；为高频旁路电容；为滤波电路，负压供电；组成LC谐振回路，用来加宽回路通频带；假设是并联回路本身的损耗其高频等效电路下图所示。采用分压式稳定偏置电路；晶体管工作在甲类放大状态；输出端采用并联谐振回路，起选频作用，晶体管的集电极采用部分接入，以提高谐振回路的有载Q值；FFLC、RpR12BBERRR、、ECCL、单调谐回路共发放大器等效电路由上图可知'bieireccfeioeccLcIyUyUIyUyUIYU（1）（2）（3）2放大器的主要技术指标电压增益代表由集电极向右看的回路导纳（对外电路而言是上负下正，故有一负号）因为（2）式＝（3）式，所以其中CcUcI'LY'(4)fecioeLyUUyY'2221111LieYgjCPypjL部分()1p1pggR，pg为回路的谐振导纳。12coUppU21ocuiiUUpApUU所以由2'1()feuoeLpyApyY，知'21LLYYp因为2212211121()()fefefeuLoeLoeLoepypyppyAYpyYpyYpyp，所以21LLYpYLCg、、是负载回路两端的导纳，它包括回路本身元件和下一级的输入导纳，即ieY2221()LieYgjcpyjL222oeoeoeieieieygjCygjC，LYoYuA令，进一步把和代入，可得1222221221221()()feuoeieoeieppyApgpggjCpCpCjL其中，和oegoeC分别是放大器的输出导纳和输出电容；和2ieg2ieC分别是放大器的输出导纳和输出电容；22122oeiegpgpgg22122oeieCCpCpC，12120112fefeuLppyppyAgjQffgjCjL0fff0fLQ令，则式中，为放大器调谐回路的谐振频率；是工作频率对谐振频率的偏调；是回路的有载品质因素，即012fLC，0fff，001LCQgLg0121222122fefeuoeieppyppyAggpgpg所以功率增益讨论谐振时的功率增益：输出端负载上获得的功率；：放大器的输入功率；所以pA0opipAp212222feiiiieoiepyUpUgppgg，opipie2g222212222iefeoiepovoiieieppgypgAApggg2ieiegg和分别是本级和下一级晶体管的输入导纳。用dB表示时如果回路本身损耗与相比可以忽略,则由匹配条件则可获得最大功率增益但实际情况回路本身的损耗不能忽略,则考虑时最大功率增益可表示为pG21oepg22122oeiepgpg10lg()poAdBpoA24feopmiieoeypApggpG式中，为回路的有载品质因素;为回路的空载品质因素;而称为回路的插入损耗。22220(1)144fefepoLpmiieoeieoeyyGpQApgggQgg01LQLg001pQLG01LQQ放大器的通频带放大器随频率而变化的曲线，叫做放大器的谐振曲线，如图所示。0uuAAf理想和实际的选频曲线BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.120112uuoLAAQff因为则2200011111feuuppyAALjCLgjCLgLgjL0001uLAjQ20112uuoLAAQff例单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，BJT的参数为：解：31.110iegs41.110oegs0.08feys121325616ieoeCpFCpFNN，＝，＝圈，＝20圈，45000.71.512100uoNuHCpFQfABW13＝4圈，L＝，，。求：，，。12113452130.80.2NNNN接入系数：p＝p＝（1）负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以，LieggLieCC221201317131.42oeLCpCpCCpFfMHzLC＝12000224120(2)851341.4810feuooeLppyAggSQLgpgpggS－倍回路空载时的电导为：回路总电导：（3）因为00000000.711231.37LLLQQgLgLgQQgfBWMHzQ，3多级单调谐回路谐振放大器每级谐振回路均调谐在同一频率上各级谐振回路调谐在不同频率上同步调谐放大器—参差调谐放大器—总电压放大倍数unuuuAAAA21Σ一、同步调谐放大器....Σ12n(dB)(dB)(dB)(dB)uuuuAAAAOf0uuAA1.00.707级数增多级数越多，则谐振增益越大，选择性越好，通频带越窄。总通频带窄于各级的。二、双参差调谐放大器Au1Au2uiuof1=f0+ff2=f0–fuAfuAf02uAf21uAf1总幅频特性更接近于矩形，选择性比单调谐放大器好总通频带可宽于各级的。2.5.4调谐放大器的稳定性一、共发射极单管谐振放大器不稳定的原因Yre引起内部反馈。其主要由CB间结电容Cb’c引起。谐振回路阻抗特性剧烈变化的特性更使这种内反馈随频率变化而剧烈变化，使放大器的频率特性发生变化，增益、通频带、选择性等都发生变化，导致放大器工作不稳定。严重时会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。频率越高，回路Q值越大，放大器工作越不稳定。二、提高谐振放大器稳定性的方法选用Yre（或Cb’c）小的晶体管从电路上消除内反馈的影响中和法失配法1.中和法CNCB’C交流通路＋.cU.fI.nU－中和法只能在很窄的频率范围内起作用，且不易调节.nI2.失配法增大负载导纳YL，使回路总导纳增大，导致输出回路失配，输出电压减小，从而减小内反馈。失配法以牺牲增益为代价。在设计小信号谐振放大器时，通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。三、集成调谐放大器uoMC159013485627AGCVCCui是一个双端输入、双端输出的全差动式电路。带宽为10MHz。内反馈很小。电源去耦滤波器隔直耦合，实现单端输入单端输出uoC2L1L2+12VRLMC1590L313485627AGCC3C4ui输入、输出回路均调谐在信号的中心频率上。三、集成调谐放大器双调谐放大器e07.02QfBW16.37.01.01.0BWBWK双调谐的通频带和单调谐通频带的关系：矩形系数小于单调谐，选择性好，即缺点是调谐不方便。