小信号放大电路

第3章 小信号放大电路按频带宽度分:窄带放大器：以各种选频电路作负载，例 如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤 波器等宽带放大器：采用无选频作用的电路作负 载，例如高频变压器、传输线变压器等按负载 分:调谐放大器集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载单调谐放大器：输出端接调谐回路双调谐放大器：输入、输出端都接调谐回路参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同小信号放大电路的分类: 作用：放大各种无线电设备中的高频小信号（微弱）， 通常是窄带放大器，以各种选频电路作负载（并联、耦 合谐振回路等），所以还具有选频或滤波作用。组成：放大器件+负载回路（非线性电阻）要求：（1）增益要高 （2）选择性要好（3）工作要稳定可靠 （4）噪声要小另外，由于小信号谐振放大器放大的信号幅度很小， 电路中用于放大的器件工作在线性范围，因而它们属于线 性放大器，通常采用线性模型的等效电路分析法。3.1.1 概述3.1 小信号谐振放大器分类：调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路调谐 于输入有用信号的频率；后者谐振频率为固定值。3.1.2 单调谐回路谐振放大器电路 1、采用分压式稳定偏置 电路； 2、T工作在甲类放大状 态； 3、输出端采用并联谐振 电路，起选频作用，T的 集电极采用部分接入， 以提高谐振回路的有载Q 值； 4、信号输入与输出为实 现阻抗匹配、满足最大 功率传输均采用变压器 耦合。一、电路和工作原理21345C L +_Ui+_Uo+_Ui交流通路二、主要参数分析计算 1、放大器的交流小信号等效等效电路n1yfeUi+_gC LUo将12和45分别折算到 13端后的等效电路yfeUi+_yieUiC23145CoegoegLCL+_Uo LY参数等效电路2、分析计算 （1）电压增益（电压放大倍数）当输出回路谐振时， =0，即为纯电导。因此，谐振时电压 增益Auo为：n1yfeUi+_gCLUo将12和45分别折算到 13端后的等效电路（2）功率增益（谐振时功率放大倍数）a、失配损耗：如果负载失配导 致输出功率减小引起的功率损 耗。此时， 若谐振回路理想、无损 耗，则go=0，当输出端匹配 时n12goe=n22gL，输出功率最 大，功率增益最大，记为 APomax：b、插入损耗：由于谐振回路的接入而引起功率增益下降，称 为谐振回路的插入损耗（1Qe/Q）2 。这样任意态下的 功率增益表述为下式： 功率损耗。下降的程度，称为失配反映了失配时功率增益，称为失配系数其中22 12 22max)1(4)1(4PPgngnPPPAAoeLPoPo+=+×=（3）选择性和通频带 选择性S：任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义为放大器的选择性。 （4）矩形系数 矩形系数K：放大器电压增益下降至谐振时 增益的0.1倍（或0.01倍）时，相应的通频带 放大器通频带之比 ，即 理想和实际的选频曲线BW0.7BW0.10f0.707Au Au0 10.1K越接近于1,选频特性 约好!例31：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： gie=1.1×103S，goe=1.1×10-4S，|yfe| 0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF， N12=16圈，N1320圈， N454圈， L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。 求：f0，Aou，BW0.7解：1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以gL=gie，CL=Cie3.1.3 单调谐放大器的级连目的：提高增益（各级增益相乘）；改善频率选择性。 一、同步调谐多级放大器（单级级连构成）电压放大倍数：Au=Au1Au2Aun Au1n （每一级都相同）级数n1234 Bn/B11.00.640.510.43 K0.19.954.663.743.18矩形系数：选择性和通频带：频带越窄。可以看出级数越多，通，单级12)()(12)(7 .01100-= +nBWBWAA AASnnnuuuu x二、参差调谐放大器将若干个单级谐振放大器级连,但每个谐振 放大器的调谐频率不同，称为参差调谐放大器。 参差调谐放大器可以增加带宽，同时又得到边沿 较陡峭的频率特性。因此，它用于宽带和高选择 性的场合。fofo1fo2f|K|fsfs双参差fofo1fo2f|K| 三参差合成曲线更接近于矩形3.1.4 双调谐放大器（通频带宽，选择性好）临界耦合状态(=1)时的最大电压放大倍数为：级数n1234 B1/B21.00.80.710.66 K0.13.152.161.91. 8电路较复杂；调整比较困难。3.1.5 集成电路调谐放大器使用集成宽带放大器或专用高频集成放大器构筑调谐放大器实现的方案为: 1、宽带放大器+集中选频滤波器 2、前置放大器+集中选频滤波器+宽带放大器宽带放大器集中滤波器集 中 滤波器前 置 放大器宽 带 放大器VT1VT2VT310264 13121198754E307uiuo+6V-6V+_ 11025784612111、集成射频/中频放大器4E3074E307的内部原理电路和引脚如下左图所示。在使用时将 与、与短路连接，与之间接，就构成了一个典型的 恒流源差动放大电路。和之间可以加接电阻，增大反馈， 减小静态功耗。该芯片的供电电压为±8V，单端输出时，VT1和 VT2的特征频率300600MHz。右图是芯片的典型应用电路。 +12VXG1590UoRL=50uAGC39PF110pF26T2UsRs=50T11 5514 4338 87 762XG159024pF110pF110pF10H10H10k51k0.002F0.002F0.002F2、两级60MHz中频放大器XG1590是通用型高频线性集成放大器芯片，带有自动增益控制 功能。当芯片调谐在60MHz工作时，功率增益为45dB，非调谐工作 时BW0.7=10MHz，当自动增益控制电压UAGC=57V时，控制范围达 60dB，芯片采用单电源供电，最大电源电压18V。 该电路是应用于某雷达系统的中频放大器，整个电路的功率 增益约为80dB，带宽为1.5MHz。 A703uoRL=50+12V0.001F200pF40pF1745pF35784T2745pFusRs=50T13、30MHz射频放大器高频集成放大器A703组成的30MHz射频放大器，电源电压 为12V，消耗功率110mW。变压器T1初级匝数为10圈，次级匝 数为10圈；T2初级匝数为12圈，次级匝数为1圈，线径为#22， 磁芯是T4410型。该电路主要特性指标为：电压增益35dB，功 率增益37dB，带宽1MHz，噪声系数6dB。 Auyre增大自激yre=0f f0yfe对放大器幅频特性的影响3.2 小信号调谐放大器的稳定性在前面对小信号谐振放大器的分 析中把三极管当成单向化器件对待, 但是实际上三极管的高频小信号模型 是双向传输的。yre的影响将在小信号谐振放大器 中产生两个问题： 其一是影响小信号谐振放大器的谐振 频率，特别是当输入端也接有谐振回 路时， yre中的电容成分会引起放大 器的频率特性发生明显的畸变，使得 多级调谐放大器调整变得很困难。 其二是yre中的电导成分会引起放大器 自激，使放大器不稳定。 3.2.1 谐振放大器的输入导纳Yi及稳定性分析cebyoeyie+_+_ys y'Lyi一、 输入导纳当o时， y''L为纯电导；当o时， y''L 呈容性。因此，gF随频率的变化可正可负， 若gF>0，gi增大，当 一定时， 减小，为负反馈， 电路稳定工作； 若gF03.2.2 提高放大器稳定性的方法（1）选择高频性能好的三极管。通常Cbc (即C)越小越好。（2）中和法。在晶体管外部接一个中和电 容CN来抵消内部反馈有害的影响。N1N2CbcCN如果中和电路使 和 相等，此时，正反馈 的影响被抵消。起到 使放大器稳定工作的 作用。组合放大电路：采用共射共基级联电路V1V2VT2管的Cbc不构成正反馈，而VT1管由于 负载阻抗很小，导致该级增益很低，VT1和VT2 之间处于严重失配状态，也不会构成自激振荡 。（3）失配法。是一种通过适当降低放大器的增益，提高放大器的稳定 性的方法。3.3 集成宽带放大器宽带放大器是一种线性放大器，属于模拟集成电路的范 畴，与模拟电子线路课程中的运算放大器没有本质的区别。 但是，随着现代通信技术的发展，对宽频带放大器频带宽度 的要求越来越高，从低频段0Hz直流开始，一直延伸到几百 MHz甚至GHz，如此宽的频带范围，对集成电路的制造提 出了很高的要求，而且在集成芯片的使用上，有时还要增加 许多用于展宽频带的电抗补偿电路。 F733是通用型的集成宽带放大器，国外同类型号为 LM733、A733，其封装形式和主要功能相同。该芯片在 没有外接频率补偿的条件下，能够放大0Hz120MHz的电 压信号，改变增益调节端G1、G2的连接方式，可以提供10 、100、400三种增益供选用。输入与输出可以采用单端方 式，也可以采用双端（平衡）方式。 F733的内部原理电路如图所示。电路由差动输入级VT1、VT2， 中间差动放大级VT3、VT4，输出差动级VT5、VT6和偏置电流源共四 部分组成，三级放大器均采用差动放大电路，其中输入级R3R6四个 电阻用来调节增益，当脚短路时，电压增益为300500； 断开，短路时，电压增益为90110；四个管脚均开 路时，电阻全部参与反馈，电压增益为911。R5VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8 VT9VT10VT115050590590R3R45R6910431 2876由两片宽带集成运算放大器构成的高增益低噪声弱信号放大 电路如图所示，图中C2、C3、C4是高频补偿电容，必须经过仔细 的调整，以保证通频带内增益平坦的程度和上限频率。L1的取值 范围是6.88.2H，它对下限频率有一定的补偿作用。输出信号 取自于CX2501B的脚，也可以从脚输出，此时需要在和 脚之间接一个1822H的电感。该电路的主要技术指标是：电压 增益；带宽为0.580MHz；输出噪声幅度20mV。CX2501B 23CX35B8457691011121368+12VC2C1uoC3C4L1C5 C6C7LCLCLCCCCCCCCCuiR*本章小结 通信系统中使用的小信号放大器分为两类，一类是谐振放大器，谐 振放大器都是选频的窄带放大器，并联谐振回路、耦合谐振回路和各种 固体滤波器是其负载。谐振放大器的主要参数除了电压放大倍数（增益 ）、输入阻抗、输出阻抗外，通频带和选择性是有别于其它放大器的重 要的参数。另一类是宽带放大器，实用中的宽带放大器多为集成放大器 。分离元件的谐振放大器通常采用y参数等效电路来分析计算，单管 单调谐放大器和单管双调谐放大器的分析计算是本章的重点，这一章要 注意计算公式的灵活应用。小信号放大器能否稳定工作是电路设计和调整中必须考虑的问题， 但是稳定性涉及的问题比较多，计算只能为电路调整指一个方向，需要 根据实际情况进行仔细地调整。集成宽带放大器+集中选频滤波器是目前小信号放大器的方向。宽 带放大器也存在稳定工作的问题，当频率比较高时，需要认真考虑阻抗 匹配问题。