高频电子线路高频小信号放大器研究.ppt

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1、第3章 高频小信号放大器,主要内容概述高频小信号放大器的指标高频电路的基本知识晶体管高频小信号谐振放大器小信号谐振放大器的稳定性,晶体管高频小信号谐振放大器,1.晶体管高频小信号等效电路2.单调谐回路谐振放大器3.多级单调谐回路谐振放大器,第一节 概述,高频放大的必要性无线信号无线信道有衰减远距离传输距离越远衰减越大接收设备接收到的高频电平只有微伏级,高频小信号放大器主要应用于接收设备中的高频放大器和中频放大器中,第一节 概述,对高频小信号放大器的要求信号不失真放大器工作在线性区，可以应用二端口网络分析信号频谱输入与输出完全相同选频（滤波）作用信号频谱宽度有限噪声、干扰全频范围目的：提取有用信

2、号，抑制无用信号,晶体管、场效应管、集成运放,LC谐振 晶体、陶瓷、声表面波等固体滤波器,3.1 概述,高频小信号放大器的分类按器件：晶体管、场效应管、集成运放按负载性质：谐振、非谐振按信号频谱：宽频带、窄频带低频中没有窄带放大器的概念通信中应用窄带放大器,本章主要以窄带高频小信号放大器为主,高频小信号放大器的指标,1 中心频率 F0调谐放大器的工作频率一般为几百KHz几百MHz 调谐放大器的主要指标 选择有源器件和计算谐振回路参数的依据,高频小信号放大器的指标,2 增益电压增益(Au)：放大器输出电压与输入电压之比功率增益(AP)：放大器输出功率与输入功率之比,高频小信号放大器的指标,3 通

3、频带 B放大器的电压增益下降到最大值的 倍时所对应的频带宽度。常用 B 或者 2f0.7 表示。输入信号的频率在通频带内的信号正常放大通频带外的信号不能正常放大，即电压增益小，可近似认为不能通过放大器,4 矩形系数 Kr0.1矩形系数表征放大器选择性好坏的一个选择性：表示选取有用信号，抑制无用信号的能力理想：矩形,高频小信号放大器的指标,高频小信号放大器的指标,5 工作稳定性指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元器件参数等发生变化时，放大器主要性能的稳定程度主要不稳定现象：增益变化中心频率偏移通频带变化谐振曲线变形自激最坏情况,高频小信号放大器的指标,6 噪声系数 NF表征放大器性能好坏的一个

4、参量,3.2 晶体管高频小信号等效电路,y参数等效电路适合于窄频带小信号放大器混合等效电路适合于宽频带小信号放大器 在分析高频小信放大器时，采用参数等效电路进行分析是比较方便的，以y参数等效电路为主。,y参数等效电路,一个晶体管可以看成二端口网络,四个参数均具有导纳量纲,第三节 晶体管高频小信号谐振放大器,一，晶体管高频小信号等效电路（一）y参数等效电路,共发射极晶体管,实际应用Y参数等效电路,晶体管Y参数等效电路,Yie是晶体管输出端短路时的输入导纳，反映了晶体管放大器输入电压对输入电流的控制作用，其倒数是电路的输入阻抗。yie=gie+jCieYfe是晶体管输出端短路时的正向传输导纳，反映

5、了晶体管输入电压对输出电流的影响，即反映了晶体管的放大能力。Yre是晶体管输入端短路时的反向传输导纳，反映了晶体管输出电压对输入电流的影响，即晶体管内部的反馈作用。简化时，Yre=0。Yoe是晶体管输入端短路时的输出导纳，反映了晶体管输出电压对输出电流的作用，其倒数是电路的输出阻抗。yoe=goe+jCoe,放大器的输入输出导纳,单调谐回路谐振放大器,Y参数方程：,3,是集电极与发射极之间向右看过去的回路总负载导纳。,通常 很小，设,三个方程联立解：,2、BJT的高频参数（高频特性）,截止频率（共射）,当 下降为低频段值 的 分之一时，所对应的工作频率称为截止频率。,通常，所以 处的，晶体管仍

6、具有电流放大作用。,特征频率,当 下降为1时，所对应的工作频率称为特征频率。,尽管，无电流放大作用，但BJT可能还有电压放大作用，所以仍有功率放大。,最高振荡频率,当功率增益为1时，所对应的工作频率称为最高振荡频率。,为使电路工作稳定，且保证一定的功率增益：,二，单调谐回路谐振放大器,图2-14,此处为2级单调谐；R1、R2、Re：提供直流偏压；Cb、Ce：高频旁路电容,本节要求掌握：画出单调谐放大电路的高频等效电路；技术指标的计算;,（一）画放大器的高频等效电路,首先，2级单调谐变为单级单调谐,（一）画放大器的高频等效电路,然后，画单级单调谐的交流通路,知识点：Vcc：交流接地Cb、Ce：交

7、流短路,（一）画放大器的高频等效电路,然后，交流通路中三极管用y参数取代,知识点：Y参数等效电路;Ui=Ube;Uc即Uce;信号源用电流源代替；输出电压在第二级；,（一）画放大器的高频等效电路,然后，简化电路,知识点：令yre=0;即忽略后级对前级的反馈作用,单调谐放大器的等效电路,考虑到为保证实用的单调谐放大器稳定地工作，都采取了一定的措施，使内部反馈很小，即Yre=0,单调谐放大器的等效电路,（一）画放大器的高频等效电路,最后，进行抽头阻抗变换,知识点：yoe 用 goe 和 Coe并联表示;电感有损耗电导g0；yie2 用 gie2 和 Cie2并联表示;抽头阻抗变换；,单调谐放大器的

8、等效电路,说明：CL即Cie2,单调谐放大器的等效电路,导纳,输出电压,（二）放大器的技术指标,1.电压增益,3.3 单调谐回路谐振放大器,二、放大器技术指标分析（1）电压增益 谐振时：结论：谐振时电压增益 与晶体管正向传输导纳 成正比，与回路两端总电导成反比；放大器输出电压与输入电压的相位差是180,（2）谐振曲线,一般失谐：,广义失谐：,下图是分别用、和 表示的放大器的谐振特性曲线。,用频率表示,用一般失谐表示,用广义失谐表示,（2）放大器的通频带 由 可得：通频带：,当f0确定时，L越低，通频带愈宽。,（2）放大器的矩形系数 由 可得：矩形系数：单级单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，说

9、明它的选择性差。这是它的一大缺点。,例1：单调谐放大电路如下页图示,（1）画出高频等效电路。（2）求谐振时电容C=？（3）忽略Yre,求总的电压放大倍数（4）求带宽B0.7,矩形系数,解：(1)高频等效电路如下：,以下分四步来分析高频等效电路的画法：,第一步：由原电路画出交流通路,第二步：由交流通路画Y参数等效电路,第三步，忽略Yre的化简电路,第四步：抽头阻抗变换 L等效损耗电阻yoe=goe+jCoe,（2）求C：,（3）求总的电压放大倍数,（4）求带宽B0.7,矩形系数,三、多级单调谐回路谐振放大器,双级单调谐放大器,一、多级单调谐谐振放大器的总电压增益假如，放大器有m级，各级电压增益分

10、别为Au1,Au2,Au3,Aum则总电压增益 Am是各级电压增益的乘积。即若多级放大器是由完全相同的单级放大器组成时，各级电压增益相等，则m级放大器的总电压增益为,二、多级单调谐谐振放大器的谐振曲线m级相同放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积，总谐振曲线为m越大曲线越尖锐,级联放大器谐振曲线,三、多级单调谐谐振放大器的通频带m级相同放大器级联时，根据定义总通频带应满足总通频带比单级放大器通频带要小。级数越多，总通频带越小。,四、多级单调谐谐振放大器的矩形系数根据矩形系数的定义，可得级数越大，矩形系数越接近,第四节 小信号谐振放大器的稳定性,1、放大器不稳定的原因2、放大器的稳定

11、系数及稳定电压增益 3、提高谐振放大器稳定性的措施,由于 有可能构成正反馈，引起放大器产生自激振荡.,1、放大器不稳定的原因,2、放大器的稳定系数及稳定电压增益,一、放大器的稳定系数,调谐放大器等效电路,稳定系数S的定义输入电压 与正反馈电压 的比值定义为稳定系数S越大，放大器越稳定.对于一般放大器来说，S5就可以认为是稳定的。稳定系数与电路参数的关系,二、单调谐放大器的稳定电压增益 稳定电压增益：不加任何稳定措施，并满足稳定系数S（例如S5）要求时，放大器工作于谐振频率的最大电压增益。稳定电压增益与电路参数的关系,放大器的等效电路,则,当回路谐振时，谐振电压增益为,将稳定系数S式中的 代入上

12、式,稳定电压增益,结论:,根据稳定系数的要求(S5)确定 这是没有稳定措施 的情况下，允许的最高电压增益。实际的电压增益，则放大器稳定,放大器稳定的判断（例题）已知某晶体管在工作频率为 10.7MHz时，yfe=(26.4-j36.4)mS；yre=(0.08-j0.3)mS。是否稳定?计算：这说明用这个晶体管设计制作放大器，只要放大器电压增益不大于12.52，在没有任何稳定措施条件下，放大器是稳定的。即满足S5的要求。,3、提高谐振放大器稳定性的措施,消除yre反馈作用的过程称为单向化。单向化的方法：中和法、失配法一、中和法在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外部反馈电路，以抵消晶体

13、管内部 yre的反馈作用。,中和电路的两种形式,中和电路只能对一个频率点实现完全中和。因晶体管的yre是随频率变化的，而CN不随频率变化。,二、失配法 失配：是指信号源内阻不与晶体管输入阻抗相匹配；输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗相匹配。失配法的实质：是降低放大器的电压增益，以确保满足稳定的要求。共射共基级联放大器,失配法特点：由于后级共基晶体管的输入导纳较大，它是前级共射晶体管的负载。大的负载导纳使共射放大电压增益低，但电流增益较大。后级共基电流增益小、电压增益大，组合后的放大器的总电压增益和功率增益都和单管共射放大电路差不多，但稳定性高。共射共基级联晶体管可以等效为一个共射晶体管。在；的条件下，等效晶体管的参数为 可见，复合管的输入导纳 和正向传输导纳 与单管参数近似相等。反向传输导纳 远小于单管的，表明内部反馈弱，放大器稳定性提高。而输出导纳 也比单管的 要小,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,