小信号调谐放大器电路分析.ppt

第二章 射频电子系统中的放大器设计,2.1 高频小信号调谐放大器（）2.2 高频谐振功率放大器（）,性能指标：,电压增益：放大器的输出信号电压(负载上的电压)与输入信号电压之比。功率增益：负载上输出信号功率与输入信号功率之 比。,1增益,上节内容回顾与扩展,性能指标：,上节内容回顾与扩展,2通频带与选择性,通频带：与谐振回路相同，决定于回路的形式和回路的等效品质因数QL。放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。,选择性：放大器从含有各种不同频率的信号总和(有用的和有害的)中选出有用信号排除有害(干扰)信号的能力，称为放大器的选择性。,通常谐振放大器的矩形系数，约在25的范围内。,性能指标：,上节内容回顾与扩展,3噪声系数：定义为放大器输入信噪比与输出信噪比之比。在放大器中，总是希望它本身产生的噪声愈小愈好。,性能指标：,上节内容回顾与扩展,4工作稳定：工作稳定性是指放大器的工作状态(直流院置)、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程度。一般的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激以致使放大器完全不能工作。,性能指标要求：在稳定工作条件下，满足频带要求，失真小，且具有尽可能大的增益。,上节内容回顾与扩展,上节内容回顾与扩展,问题：1、yie？2、yoe？3、yfe？4、yre？,上节内容回顾与扩展,输出短路时的输入导纳,输入短路时的反向传输导纳,输出短路时的正向传输导纳,输入短路时的输出导纳,上节内容回顾与扩展,问题：,1、截止频率?2、特征频率?3、最高振荡频率,上节内容回顾与扩展,1、截止频率 2、特征频率 3、最高振荡频率,上节内容回顾与扩展,1、截止频率 2、特征频率 3、最高振荡频率,表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。通 常，为了使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体管的实际工作频率约为最高振荡频率的1/3至1/4。,以上三个频率大小的顺序是：,最高；,次之；,最低。,上节内容回顾与扩展,上节内容回顾与扩展,1、部分接入2、直流偏置电路3、RFC4、C,上节内容回顾与扩展,RF电路中电源的去耦合,每个单元电路的交流分量自行构成回路，不通过公共电源的内阻。,上节内容回顾与扩展,耦合电容、旁路电容及RFC电感值的选取,上节内容回顾与扩展,1、部分接入2、直流偏置电路3、RFC4、C5、并联谐振回路的LC6、高频上看整个电路？,上节内容回顾与扩展,6、高频上看整个电路？,第二章 射频电子系统中的放大器设计,2.1 高频小信号调谐放大器（）,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。,结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；,1.静态分析,画出直流等效电路，,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,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，,2.动态分析,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,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,晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,6、高频上看整个电路？,输入信号,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,6、高频上看整个电路？,输入信号,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,一、一级中放交流等效电路及y参数等效电路,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,一、一级中放交流等效电路及y参数等效电路,YL由集电极向右看进去的回路的总导纳。,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大（P86）,二、放大器的输入导纳 Yi,Vc=?,Ib=?,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,YL由集电极向右看进去的回路的总导纳。,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,YL由集电极向右看进去的回路的总导纳。,YL 由回路两端向右看进去的回路的总导纳。,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,广义失谐,讨论：1、负号2、增益的模3、谐振时的增益4、通频带5、归一化抑制比,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,三、放大器的电压增益,带宽增益积为一常数,通频带,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,放大器的电压增益大小与哪些因素有关（P 89）,令，求得极值点,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,四、放大器的功率增益,输入功率,输入电压的有效值,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,谐振时,令,四、放大器的功率增益,2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）,四、放大器的功率增益,例1,例1,例1,图4.3.4 单调谐放大器的级间耦合网络形式,End,多级单调谐回路谐振放大器（了解）,若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器。,如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则,多级单调谐回路谐振放大器（了解）,如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则,多级单调谐回路谐振放大器（了解）,1.增益,2.通频带,若每级都相同，则可求得n级放大器的通频带,多级单调谐回路谐振放大器（了解）,3.选择性（矩形系数）,通频带,当级数n增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改善是有限度的。,多级单调谐回路谐振放大器（了解）,以上分析时，假定yre0，即输出电路对输入端没有影响，放大器工作于稳定状态。下面，讨论内反馈yre的影响。,1.放大器的输入导纳和输出导纳,可知,小信号调谐放大器的稳定性分析,如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后(假定耦合方式是全部接入)，,2.自激振荡的产生(以输入导纳的影响为例),放大器等效输入端回路,实际电路中，,小信号调谐放大器的稳定性分析,如果反馈电导为负值，那么g=gs+gie1+gF=0 可能存在，即发生自激振荡现象。,3.自激产生的原因(以输入导纳的影响为例),反馈电导随频率变化的关系曲线,此时，如果g=gs+gie+gF 0，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。,小信号调谐放大器的稳定性分析,为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生等幅自激振荡的条件。,4.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例),回路谐振时，g=gs+gie+gF=0,=0,分解为幅值和相位两个条件,小信号调谐放大器的稳定性分析,不发生自激的条件，,回路谐振时，g=gs+gie+gF=0,回路谐振时，g=gs+gie+gF 0,4.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例),小信号调谐放大器的稳定性分析,稳定系数,如果KS1，放大器可能产生自激振荡；如果KS 1，放大器不会产生自激。KS越大，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。,4.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例),小信号调谐放大器的稳定性分析,5.稳定性分析,假设放大器输入与输出回路相同，,(包括谐振回路),小信号调谐放大器的稳定性分析,5.稳定性分析,小信号调谐放大器的稳定性分析,5.稳定性分析,考虑到全部接入，即p1=p2=1,小信号调谐放大器的稳定性分析,如前所述，由于晶体管内存在yre的反馈，所以它是一个“双向元件”。作为放大器工作时，yre的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。下面，讨论如何消除yre的反馈，变“双向元件”为“单向元件”。这个过程称为单向化。,提高稳定性的单向化措施,避免自激的做法有中和法和失配法。,如果把负载导纳YL取得比晶体管yoe大得多，即YL yoe，那么输入导纳,不发生自激的条件，,回路谐振时，g=gs+gie+gF 0,所谓“失配”是指：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。,提高稳定性的单向化措施,同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管yie大得多，那么输出导纳,因此，所谓“失配”是指：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。,如果把负载导纳YL取得比晶体管yoe大得多，即YL yoe，那么输入导纳,提高稳定性的单向化措施,稳定系数,可知，当Ys yie 和YL yoe，稳定系数KS大大增加。,失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。,提高稳定性的单向化措施,失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。,典型电路,ic1,提高稳定性的单向化措施,(P 78-79)2-1 2-22-32-42-52-6,Please hand your home work on 12th,0ct.,HOMEWORK,