第五讲 高频小信号放大器课件.ppt

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1、第三章 高频谐振放大器,3.1 高频小信号放大器3.2 高频功率放大器的原理和特性3.3 高频功率放大器的高频效应3.4 高频功率放大器的实际线路,1,3.1 高频小信号放大器,一、概述 1. 作用：放大信号、选择信号、抑制干扰 。 2. 特点： (a). 小信号工作状态、直流工作点确定以后，电路参数都是常数，与外加信号无关，属线性电路的范畴。 (b). 以晶体管或集成电路作为放大元件，以调谐回路作为负载（滤波或阻抗变换）。 3. 分类： (a). 单级调谐放大器； (b).单调谐回路放大器（低增益、窄频带的场合）； (c).双耦合回路放大器（选择性好，用作中频放大器）； (d).多级调谐放大

2、器； (e).分散滤波谐振放大器； (f).集中参数滤波放大器。,2,4.性能指标： (a) 工作稳定：不仅不能自激，且要远离自激条件； (b) 谐振增益：天线上获得的信号几微伏至几十微伏，到解调前要达0.11V左右，应有80120dB其中中放应有6080dB。 (c)通频带：,双调谐回路时，A=1时，,为了不失真放大已调信号，要求 B0.7Bs,(d) 矩形系数、选择性:表征放大器对通频带以外各种干扰信号的滤除能力，或从各种干扰中选出有用信号的能力。,3,在理想情况下，K0.1=1,4,3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理 典型的高频小信号谐振放大器的实际线路如图3-1(a)所示。,（

3、a）高频小信号谐振放大器的原理线路,5,图 3-1 高频小信号谐振放大器,6,3.1.2 放大器性能分析 1 晶体管的高频等效电路 图3-2是晶体管在高频运用时的混等效电路, 它反映了晶体管中的物理过程, 也是分析晶体管高频时的基本等效电路。,7,图3-2 晶体管的混等效电路,图中gmUbe表示了放大能力； C发射结扩散电容； C集电结的势垒电容。通常直接用混等效电路分析高频放大器的性能不方便。但据线性电路原理，可将混等效电路转化为输入输出分离的Y参数等效电路，如图3-3所示。,8,晶体管的Y参数等效电路,（b）晶体管的Y参数等效电路,（a）晶体管的共发射极电路,图3-3 晶体管的Y参数等效电

4、路,9,在（b）图中,输出交流短路时的输入导纳,输入交流短路时的反向传输导纳,输出交流短路时的正向传输导纳,输入交流短路时的输出导纳,10,在忽略rbe及满足CC的条件下, Y参数与混参数之间的关系为,使用Y参数比较方便，但Y参数不完整，所以还需要引出混参数，并给出两者间的换算关系如下。,11,由图3-2可以得到晶体管 Y 参数等效电路的 Y 参数方程,晶体管的内部方程,12,图 3-2 晶体三极管等效电路 (a) 混等效电路; (b) Y参数等效电路,13,2 放大器的性能参数 忽略管子内部的反馈, 即令Yre = 0, 由图3-3可得,图 3-3 图3 -1 高频小信号放大器的高频等效电路

5、,晶体管的外部方程,14,(3) 输出导纳Yo,(1) 电压放大倍数K,(2) 输入导纳Yi,由反向传输导纳引入的输入导纳,由反向传输导纳引入的输出导纳,15,3.1.3高频谐振放大器的稳定性 1 放大器的稳定性 反向传输导纳Yre引入的输入导纳, 记为Yir。 忽略 r bb的影响, 则由式(3-3)、 (3-4)有 将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率0附近情况, 有,(4) 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 通频带B 0.707为,(3-10),16,将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率0附近情况, 有,则输入导纳为,由式可知，当回路谐振时=0，Yir为一电容；当0时，Yir的电

6、导为正，是正反馈；0时，Yir的电导为正，是负反馈，这将引起放大器的不稳定。,17,图3-4 放大器的频率特性,考虑反馈时的放大器的频率特性如图3-4所示。,18,提高放大器稳定性可以从两方面入手。一是在式(3-9)中，尽量减小第二项的分子 ，而减小 会使放大器的增益减小，所以主要是减小反向传输导纳 ，即首先在挑选担当小信号放大器的晶体管时，应选择 小的晶体管。其次是在选定晶体管后，借助于外加元件来抵消 Yre的作用，这种方法称中和法；另一方面增大分母 ，当晶体管选好后，晶体管的输出导纳Yoe被确定了，只能通过改变负载导纳YL，使放大器工作在失配状态下，所有又称为失配法。可见，失配法是以牺牲增

7、益为代价来换取稳定性的一种方法。中和法和失配法的原理电路分别如图3-5(a)和(b)所示。,19,2. 提高放大器稳定性的方法 A.中和法 图3-5是利用中和电容Cn的中和电路。 为了抵消Yre的反馈, 从集电极回路取一与 反相的电压 , 通过Cn反馈到输入端。,图3-5 中和电路,20,则中和条件为,根据电桥平衡有,调节CN使得 即实现了中和。,21,22,图 3-7 双栅场效应管调谐放大器,场效应管也有稳定性问题，这是因漏极的电容构成了输出和输入之间的反馈。采用双栅极场效应管作高频小信号放大器，则可获较高增益，噪声也较低。图3-7是双栅极场效应管调谐放大器的电路。,23,总电压放大倍数,单

8、回路归一化频率特性,多级放大器级联归一化频率特性,3.1.4 多级谐振放大器级联 1多级单调谐放大器级联 多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心频率。,24,表3-2 多级双调谐放大器的带宽和矩形系数,表3-1 多级单调谐放大器的带宽和矩形系数,级数增大，曲线变窄，等效噪声带宽下降，矩形系数改善,a.带宽随级数而下降的程度比单调谐回路要小；b.矩形系数改善。,25,2. 多级双调谐放大器,结论： 1.优点：双调谐级联与单调谐级联相比较，双调谐能解决带宽与选择性之间的矛盾； 2.缺点：级数相同时，双调谐级联比单调谐级联所用的原件数目多，调谐复杂。,26,3. 参差调谐放大器,图3-8是

9、采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调谐放大器的频率特性。 特点：多级参差放大器中各级调谐回路所调谐的频率彼此不同。 目的：增加放大器总的带宽，使频率特性的边沿陡峭。,27,图3-8 参差调谐放大器的频率特性 a单、双回路特性；b总特性,28,3.1.5 高频集成放大器 前面介绍的调谐放大器有三大缺点： 1. 增益和稳定性有矛盾； 2. 多级放大器级联回路多，调谐起来不方便； 3.回路直接与有源器件相连，其频率特性易受晶体管的参数及工作点变化的影响。,29,高频集成放大器分为两种类型，一种是非选频的高频集成放大器。它的主要应用场合是某些不需要选频功能的设备，通常其负载是电阻或高频变压器；另一种

10、是选频集成放大器，应用场合是需要有选频功能的设备，如接收机的中频放大器就是它的典型应用。为满足高增益放大器的选频要求，集成放大器一般采用集中滤波器来做它的选频电路。如第二章介绍的晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面滤波器等都可以和高频集成放大器搭配使用。集中选频放大器的组成如图3-10所示。,30,图3-10 集中选频放大器组成框图,31,高频集成放大器的优点： 1.线路简单、性能稳定、调整方便； 2.频率特性好，有专门的滤波器来保障(窄带时用晶体；宽带情况下用SAV)。 3.可高度集成，减小电路的体积、重量。,集中选频放大器以集中预选频代替了逐级选频，可以减小晶体管参数不稳定对选频回路的影响，保证

11、调谐放大器指标的稳定、减小调试的难度，而且有利于充分发挥线性集成电路的优势。,32,图3-11给出了一种集中LC网络的结构。集中LC网络通常有一节和若干节LC网络组成。要根据网络理论、频带宽度、衰减特性等要求来综合设计。在LC网络的前后级都接有宽频带运算放大器A733。它是集成宽带放大器，可以放大直流至120MHz的信号电压，无需进行外部的补偿元件。,33,图3-11 LC集中滤波网络,34,图3-12是声表面滤波器与放大器连接的示意图。由第二章所介绍的集中参数滤波器知识，为了保证对信号选择性的要求，可采用声表面滤波器集中选频。,图3-12 声表面滤波器与放大器连接,35,以上图3-11和图3-12给出的两个实际电路图都是图3-10集中选频放大器组成原理框图的具体实现。当然，图3-10给出的模型中还离不开宽频带集成放大器。宽频带放大器的成熟产品有很多，读者可以参阅其他资料。,36,