高频电子线路小信号放大器资料.ppt

第三章第三章 高高频频小信号放大器小信号放大器主要内容主要内容高高频频小信号等效小信号等效电电路与参数路与参数单级单级、多、多级单调谐级单调谐回路回路谐谐振放大器振放大器双双调谐谐调谐谐振放大器振放大器谐谐振放大器的振放大器的稳稳定性定性 基本要求基本要求了解高了解高频频小信号放大器的工作原理及特点；小信号放大器的工作原理及特点；掌握高掌握高频频小信号放大器的小信号放大器的电电路路组组成、高成、高频频等效等效 电电路、参数等效路、参数等效电电路；路；掌握高掌握高频频小信号放大器放大倍数、小信号放大器放大倍数、输输入阻抗、入阻抗、输输出阻抗出阻抗计计算公式的使用；算公式的使用；1.理解高理解高频频小信号放大器的内部反小信号放大器的内部反馈馈及及稳稳定工作条定工作条件件,掌握消除内部反掌握消除内部反馈馈的原理与基本方法。的原理与基本方法。掌握高掌握高频频小信号放大器阻抗匹配的概念与基本小信号放大器阻抗匹配的概念与基本计计算方法。算方法。2.3.1 3.1 概述概述3.1.1 3.1.1 高高频频小信号放大器的功能小信号放大器的功能 功功 能：能：放大和放大和选频选频；中心中心频频率：几百千赫率：几百千赫几百兆赫；几百兆赫；频带宽频带宽度：几度：几KHzKHz几十几十MHzMHz。高高频频小信号放大器小信号放大器通常以各种通常以各种选频电选频电路作路作负载负载，由于信号由于信号较较小，工作在小，工作在线线性范性范围围内内(甲甲类类放大状放大状态态),),常采用常采用线线性模型的等效性模型的等效电电路分析法。路分析法。3.3.1.2 3.1.2 高高频频小信号放大器的分小信号放大器的分类类按按频带宽频带宽度度分分窄窄带带放大器放大器：以各种：以各种选频电选频电路作路作负载负载。宽带宽带放大器放大器：采用无：采用无选频选频作用的作用的电电路作路作负载负载。按按负载负载性性质质分分调谐调谐放大器放大器集中集中选频选频放大器：放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面以石英晶体、陶瓷、声表面滤滤波器波器负载负载单调谐单调谐放大器：放大器：输输出端接出端接调谐调谐回路回路双双调谐调谐放大器：放大器：输输入、入、输输出端都接出端都接调谐调谐回路回路参差参差调谐调谐放大器：放大器：调谐调谐回路的回路的谐谐振振频频率不同率不同使用谐振回路作为负载的放大器4.3.1.3 3.1.3 高高频频小信号放大器的主要性能指小信号放大器的主要性能指标标增益增益 电压电压增益：增益：功率增益：功率增益：分分贝贝表示：表示：式中，式中，分分别为别为放大放大电电路中心路中心频频率上的率上的输输出、出、输输入入电压电压有效有效值值；分分别为别为放大放大电电路中心路中心频频率的率的输输出、出、输输入功率，常用分入功率，常用分贝贝表示。表示。5.通通频带频带 放大器的放大器的电压电压增益下降到最大增益下降到最大值值的的0.7070.707倍倍时时所所对应对应的的频频率率宽宽度称度称为为放大器的通放大器的通频带频带。常用常用 表示，表示，也称也称为为3dB3dB带宽带宽。图3-1 通频带的定义6.放大器的通放大器的通频带频带取决于回路的取决于回路的结结构形式和回构形式和回路的等效品路的等效品质质因素因素 。放大器的。放大器的总总通通频带频带随着随着级级数的数的变变化和改化和改变变。放大器的增益放大器的增益带宽积为带宽积为常数。常数。选择选择性性 放大器的放大器的选择选择性常用性常用矩形系数矩形系数和和抑制比抑制比(抗拒比抗拒比)来表示。来表示。(1)(1)矩形系数矩形系数 矩形系数矩形系数是表征放大器是表征放大器选择选择性好坏的一个参量，如性好坏的一个参量，如7.图图3-23-2示，示，愈接近愈接近1 1越好。越好。(2)(2)抑制比抑制比 表示表示对带对带外某一特外某一特定干定干扰扰信号信号 的抑制的抑制能力，其定能力，其定义为义为式中，式中，是中心是中心频频率上的功率增益；率上的功率增益；是某是某一特定一特定频频率率 上的功率增益。也可用分上的功率增益。也可用分贝贝表示表示图3-2 放大器矩形系数的定义8.抑制比也可用抑制比也可用电压电压增益表示。增益表示。稳稳定性定性 工作工作稳稳定性指放大器的主要性能的定性指放大器的主要性能的稳稳定程度。定程度。不不稳稳定定现现象象:增益增益变变化、中心化、中心频频率偏移、通率偏移、通频带变频带变窄、窄、谐谐振曲振曲线变线变形等。形等。主要原因主要原因：晶体管的寄生反：晶体管的寄生反馈馈作用。作用。措措 施施：限制每：限制每级级增益；减小晶体管的内反增益；减小晶体管的内反馈馈（中和或失配方法等）。（中和或失配方法等）。或或9.噪声系数噪声系数 噪声系数是用来表征放大器噪声系数是用来表征放大器本身本身产产生生噪声噪声电电平大小的一个参数。平大小的一个参数。越接近越接近1 1越好。越好。放大器的性能指放大器的性能指标标相互之相互之间间既有既有联联系又有矛系又有矛盾。如盾。如稳稳定性和增益定性和增益，通通频带频带和和选择选择性性等。等。10.3.2 3.2 晶体管高晶体管高频频小信号等效小信号等效电电路与参数路与参数3.2.1 3.2.1 形式等效形式等效电电路（网路（网络络参数等效参数等效电电路）路）晶体管都可晶体管都可视为视为二端口网二端口网络络，如，如图图3-33-3示。示。任一任一线线性二端口网性二端口网络络，必，必须须有四个有四个变变量描述。根量描述。根据据选择选择的自的自变变量和因量和因变变量的不同，常用的有四种参数量的不同，常用的有四种参数系：系：H H参数参数混合参数；混合参数；Z Z参数参数阻抗阻抗参数；参数；Y Y参数参数图3-3 共射晶体管网络11.导纳导纳参数；参数；A A参数参数传输传输参数。参数。对对高高频频小信号放大小信号放大电电路的分析，常采用路的分析，常采用Y Y参数等效参数等效电电路。路。如如图图3-43-4示，其示，其为为晶体管的晶体管的Y Y参数等效参数等效电电路。路。设设输输入入电压电压 和和输输出出电电压压 为为自自变变量，量，输输入入电电流流 和和输输出出电电流流 为为因因变变量，其网量，其网络络方程方程为为图3-4 Y参数等效电路12.即即式中，式中，、是晶体管的是晶体管的“内参数内参数”，它，它们们由由实验实验方法方法测测量而得，分量而得，分别别表示表示为为13.根据根据Y Y参数表示的网参数表示的网络络方程和方程和Y Y参数的基本定参数的基本定义义，可画出，可画出图图3-43-4所示的所示的Y Y参数等效参数等效电电路。路。14.3.2.2 3.2.2 混合混合 型等效型等效电电路路 如果我如果我们们用集中元件用集中元件R R、L L、C C模模拟拟晶体管的内部晶体管的内部特性，特性，这样这样的的电电路称路称为为混合混合 型等效型等效电电路。如路。如图图3 3-5-5示。示。图3-5 混合 型等效电路15.是受控是受控电电流源，表示晶体管放大增益的等效流源，表示晶体管放大增益的等效电电流流发发生器，它模生器，它模拟拟晶体管的放大作用，反映了晶晶体管的放大作用，反映了晶体管的放大能力，即体管的放大能力，即低低频时频时 简简化混合化混合 型等效型等效电电路路 在一定高在一定高频频段工作段工作时时，由于，由于电电路中的路中的电电阻、阻、电电容容并并联联，混合，混合 型等效型等效电电路可路可进进一步一步简简化如化如图图3-63-6示。示。16.工作工作频频率范率范围围不同不同时时，其等效，其等效电电路可路可进进行不同行不同的的简简化。化。图3-6 简化混合 型等效电路17.3.2.3 3.2.3 晶体管共晶体管共发发射射Y Y参数和混合参数和混合 参数参数间间的关系的关系根据定根据定义义，令，令 图3-7 简化混合 型等效电路利用利用图图3-73-7示示简简化混合化混合 型等效型等效电电路。路。18.由定由定义义有有由定由定义义有有19.因而 引起 较小，20.所以所以 根据定根据定义义，令，令如如图图3-83-8示，示，即将即将输输入短路。入短路。图3-8 简化混合 型等效电路21.由定由定义义22.所以所以由定由定义义 23.所以所以注：由于注：由于 ，上述各式中，上述各式中 近似相同。近似相同。24.3.2.4 3.2.4 晶体管的高晶体管的高频频参数参数截止截止频频率率 高高频频晶体管晶体管发发射极射极电电流放大系数流放大系数 下降到低下降到低频频电电流放大系数流放大系数 的的 倍倍时时，所，所对应对应的的频频率称率称为为截止截止频频率率 。25.特征特征频频率率 当当|=1|=1时时所所对应对应的工作的工作频频率称率称为为特征特征频频率率 。令令 则则 若若 时时又得又得 ，即即特征特征频频率率=直流短路直流短路电电流放大倍数流放大倍数（）26.最高振最高振荡频荡频率率 晶体管的功率增益晶体管的功率增益 时时所所对应对应的的频频率称率称为为最高振最高振荡频荡频率率 。可以。可以证证明得到明得到 表示晶体管的最高极限表示晶体管的最高极限频频率。率。晶体管的晶体管的实实际际工作工作频频率率约为约为最高振最高振荡频荡频率的率的1/31/3至至1/41/4。27.三个频率参数的关系：图3-9 截止频率和特征频率28.3.3 3.3 小信号小信号谐谐振放大器振放大器3.3.1 3.3.1 单调谐谐单调谐谐振回路放大器振回路放大器 单级单调谐单级单调谐放大器是晶体管和并放大器是晶体管和并联谐联谐振回路振回路组组成的，如成的，如图图3-103-10示。示。图3-10 单调谐回路共发放大器29.直流偏置由直流偏置由 来来实现实现，决定工作点；，决定工作点；为为高高频频旁路旁路电电容；容；为滤为滤波波电电路，路，负压负压供供电电；组组成成LCLC谐谐振回路，振回路，用来加用来加宽宽回路通回路通频带频带；假假设设 是并是并联联回路本身的回路本身的损损耗耗 其高其高频频等效等效电电路如路如图图3-113-11示。示。u采用分采用分压压式式稳稳定偏置定偏置电电路；路；u晶体管工作在甲晶体管工作在甲类类放大状放大状态态；u输输出端采用并出端采用并联谐联谐振回路，起振回路，起选频选频作用，晶体管作用，晶体管 的集的集电电极采用部分接入，以提高极采用部分接入，以提高谐谐振回路的有振回路的有载载 Q Q值值；30.图3-11 单调谐回路共发放大器等效电路由由图图3-11可知可知3.3.2 放大器的主要技放大器的主要技术术指指标标电压电压增益增益31.代表由集代表由集电电极极 向右看的回路向右看的回路导纳导纳（对对外外电电路路而言而言 是上是上负负下正，故下正，故 有一有一负负号）因号）因为为（2 2）式（）式（3 3）式，所以）式，所以其中其中注：教材P74图3-9中 方向与此相反部分()为回路的谐振导纳。32.所以由所以由，知，知因因为为，所以，所以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 33.令，进一步把和代入，可得其中，和分别是放大器的输出导纳和输出电容；和分别是放大器的输出导纳和输出电容；34.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，即所以所以35.功率增益功率增益 讨论谐讨论谐振振时时的功率增益的功率增益 ：输输出端出端负载负载 上上获获得的功率；得的功率；：放大器的：放大器的输输入功率；入功率；所以所以36.用用dBdB表示表示时时 如果回路本身如果回路本身损损耗耗 与与 相比可以忽略相比可以忽略,则则由匹配条件由匹配条件则则可可获获得最大功率增益得最大功率增益 但但实际实际情况回路本身的情况回路本身的损损耗不能忽略耗不能忽略,则则考考虑虑 时时最大功率增益可表示最大功率增益可表示为为37.式中，式中，为为回路的有回路的有载载品品质质因素因素;为为回路的空回路的空载载品品质质因素因素;而而称称为为回路的插入回路的插入损损耗。如果用晶体管的物理参数来耗。如果用晶体管的物理参数来表示其最大功率增益表示其最大功率增益为为38.放大器的通放大器的通频带频带 放大器放大器 随随频频率率 而而变变化的曲化的曲线线，叫做，叫做放大器的放大器的谐谐振曲振曲线线，如，如图图3-133-13示。示。图3-13 理想和实际的选频曲线BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.139.因因为为则则40.当当 时时，得，得 。所以所以因因为为 ，则则所以有所以有41.如果抽如果抽头头 ，则则因此，放大器的增益也可用通因此，放大器的增益也可用通频带频带 表示。上式表示。上式还还可以写成可以写成 可知当可知当 和和 为为定定值时值时，放大器，放大器谐谐振的振的电压电压增益和通增益和通频带频带的乘的乘积积等于常数。等于常数。因此，因此，设计宽频带设计宽频带放大器放大器时时，要想得到高，要想得到高增益增益又要保又要保证证足足够够的的带宽带宽，除了，除了选选用用 较较大的晶大的晶体管外体管外42.应应尽量减小尽量减小谐谐振回路的振回路的总电总电容容 ，选选用用小的晶体管或减小回路的外接小的晶体管或减小回路的外接电电容容 。放大器的放大器的选择选择性性 常用矩形系数来描述其常用矩形系数来描述其选择选择性性K K越接近于越接近于1,1,选频选频特性越好特性越好!43.例3-1 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：图图3-143-1444.1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以 ，45.3、因为46.