高频电子系统课件-高频小信号放大器与噪声

第3章高频小信号放大器第3章高频小信号放大器3.1概述3.2高频小信号等效电路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第3章高频小信号放大器3.1概述高频小信号放大器通常是指接收机中混频前的射频放大器和混频后的中频放大器。由于来自接收天线的信号既有中心频率很高（几百kHz到几百MHz）而频谱宽度相对较窄（几kHz到数十MHz）的已调有用信号，又有不同中心频率的已调无用信号和干扰信号，因此要求高频放大器应具有一定形状的频率选择特性。第3章高频小信号放大器电路特点：采用谐振电路作为放大器的集电极负载。电路作用：采用谐振回路作为负载的谐振放大器还可起滤波或选频作用。3.1概述（续）第3章高频小信号放大器3.1概述（续）高频小信号放大器的特点：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MHz小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)第3章高频小信号放大器3.1概述（续）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)、集成电路（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。第3章高频小信号放大器3.1概述（续）高频小信号放大器的质量指标1）增益电压增益：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。第3章高频小信号放大器3.1概述（续）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。第3章高频小信号放大器3.1概述（续）3)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。第3章高频小信号放大器3.1概述（续）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。第3章高频小信号放大器3.1概述（续）②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)=20lgdn第3章高频小信号放大器3.1概述（续）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。第3章高频小信号放大器3.1概述（续）5)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。第3章高频小信号放大器本章重点介绍：单级窄带、负载为LC谐振回路的谐振放大器。3.1概述（续）第3章高频小信号放大器3.2高频小信号等效电路晶体管在高频小信号运用时，它的等效电路主要有两种形式：形式等效电路即网络参数等效电路物理模拟等效电路即混合等效电路第3章高频小信号放大器晶体管等效为有源四端网络，常用的有、和三种参数系。本章主要采用参数。其中输入电压和输出电压为自变量，输入电流和输出电流为参变量，则3.2.1形式等效电路hyzy.2.11.VyVyIri.2.12.VyVyIof.2I.1I.1V.2Viyoy.2Vyr.1Vyf第3章高频小信号放大器Y参数的物理意义（内参数）01.1.2ViVIy晶体管的输入导纳它说明了输入电压对输入电流的控制作用。01.2.2VfVIy正向传输导纳它表示输入电压对输出电流的控制作用02.1.1VrVIy反向传输导纳它代表晶体管输出电压对输入端的反作用。02.2.1VoVIy晶体管的输出导纳它说明输出电压对输出电流的控制作用。第3章高频小信号放大器晶体管Y参数等效电路.1IsY.1ILY.2I.2V.1V.2I.1I.1V.2Vieyoey.2Vyre.1Vyfe.1IsYLYoYiY第3章高频小信号放大器由上图可以得到共发射极放大电路节点电流方程：晶体管Y参数等效电路（外参数）.2.11.VyVyIreie.2.12.VyVyIoefe.22.VYIL此外，还有共集电极、共基极放大电路节点电流方程。第3章高频小信号放大器由节点电流方程得到输入导纳：晶体管Y参数等效电路（外参数）LoefereieiYyyyyVIY1.1.由节点电流方程得到输出导纳：siefereoeoYyyyyVIY2.2..11.VYIs由于将信号电流源开路第3章高频小信号放大器晶体管Y参数等效电路（外参数）由共发射极放大电路节点电流方程，得到电压增益：LoefevYyyVVA1.2..晶体管正向传输导纳越大，放大器的增益就越大。在晶体管参数为实数时，与相位差为180°.1V.2V第3章高频小信号放大器混合等效电路3.2.2混合等效电路（物理模拟法）ebr'cerebC'.'ebmVg'bbrbeCcbC'ceCbcCcbr''bbec26'0CebmIrgEebIr026'把晶体管内部的物理过程用集中器件RLC表示。用这种物理模型的方法所涉及到等效电路就是混合π参数等效电路。晶体管放大作用的等效电流发生器输出的交流电压反馈到输入端，可能引起自激产生高频负反馈，降低放大倍数小第3章高频小信号放大器3.2.3混合等效电路参数与Y参数的转换ebr'cerebC'.'ebmVg'bbrcbC'cbr''bbece.bI.cI.bV.cV.cI.bI.bV.cVieyoey.creVy.bfeVy第3章高频小信号放大器3.2.3混合等效电路参数与Y参数的转换（续）KCL：'''''''''...11bebcbcbbcbbbebcbbbebcyyyIVVryyryy...'''11ebbbbebbbVrVrI...''''''110cecbebcbebbbbebbVyVyyrVr....)(''''cececbebcbebmcVgyVyVgI'''''''''''...11mmbcbbbebecbcecbebbbebcbbbebcyrgygyIVgyVryyryy第3章高频小信号放大器3.2.3混合等效电路参数与Y参数的转换'mbcgy''bcbeyy'''1beiiebebbyyyry'cebcggebebebCjgy'''cbcbcbCjgy'''第3章高频小信号放大器四个参数均为复数，表示为混合等效电路参数与Y参数的转换（续）ieieieCjgyoeoeoeCjgyfefefeyyrerereyy第3章高频小信号放大器3.2.4晶体管的高频参数Tf(1)截止频率（共射截止频率）：下降到0.707时的频率。f0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:下降到1时的频率。Tf第3章高频小信号放大器3.2.4晶体管的高频参数电流放大系数β与f的关系3）最高振荡频率fmax晶体管的功率增益时的工作频率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。第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器原理电路图所谓单调谐回路共射放大器就是晶体管共射电路和并联回路的组合。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。第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器等效电路分析代表由集电极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）第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器把（4）代入(1)放大器输入导纳第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器放大器的质量指标：1）电压增益第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器输出电导输出电容下一级输入电导下一级输出电容并联回路导纳第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器谐振频率附近时：谐振时：第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器匹配条件：222211ieoeppgpgG112oegpg222iegpgmax112fevooeoeyAgg第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器电压增益的相关结论第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器2）功率增益下一级输入导纳本级输入导纳第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器用db表示时：忽略回路本身的损耗匹配条件为第3章高频小信号放大器实际情况下，不能忽略3.3.1单级单调谐回路谐振放大器第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器3）通频带随f变化的曲线，叫做谐振曲线通频带第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器结论：品质因数越高，放大器通频带越窄与通频带的关系带宽增益乘积为一常数第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器当确定，p1和p2不变时，只取决于和的乘积，电容越大，通频带越宽，变小。为了获得高增益，宽频带，除了选用较大的晶体管外，应该尽量减小谐振回路的总电容，但是这样会导致系统的稳定性变差。对于宽带而言，要使尽量大，因为频带很宽，谐振曲线不稳定是次要的，对于窄带放大器，尽量大，使谐振曲线稳定（不会使通频带改变，以至引起频率失真）。第3章高频小信号放大器3.3.1单级单调谐回路谐振放大器4）选择性矩形系数来表示邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。第3章高频小信号放大器例3.1单调谐回路放大器中，工作频率为10MHz，晶体管参数1）谐振时的电压增益；2）谐振回路电容C；3）通频带；3.3.1单级单调谐回路谐振放大器SgpFCmSgmSyoeieiefe400,1,2.1,3.58100,3.0,9.0,4.1,5.9021QppHLpFCoe求且,0rey0vA7.02f第3章高频小信号放大器单调谐回路放大器电路图单调谐回路谐振放大器（例题）1RccV2R3RLC2C1CFCFL2p1p第3章高频小信号放大器等效电路图单调谐回路谐振放大器（解例题）CRpLoeCp21oegp21ieCp22iegp22第3章高频小信号放大器1）谐振时的电压增益单调谐回路谐振放大器（解例题）kLQRp8.8104.11021006700mSggGGiopp55.0102.1)3.0(10400)9.0(108.8132623'2'1'8.281055.0103.583.09.033'210.pfevGyppA第3章高频小信号放大器2）谐振回路电容C单调谐回路谐振放大器（解例题）pFLfC180104.110212162720ieoeCpCpCC222