高频电路 第二章 高频小信号放大器

1、高频电子线路 首页上页下页退出 第一节 概述 第二节 分析小信号放大器 的有关知识 第三节 晶体管高频小信号 等效电路 第四节 晶体管谐振放大器 第五节 小信号谐振放大器 的稳定性 第二章 高频小信号放大器 主要内容 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 1、高频 是指放大器的工作频率在几百KHz几百MHz，必 须考虑放大器件的极间电容. 2、小信号 指的是放大器输入信号小，放大器件是 在线性范围内工作 3、高频小信号放大器的功能 是实现对微弱高频信号进行不失真放大 第一节 概述 一、高频小信号放大器的功能 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 1、按所放大信号的频谱宽窄分为：宽带放大器和窄带放大器 2、按所用负载的性质可分为：谐振放大器和非谐振放大器。 二、高频小信号放大器的分类 三、高频小信号放大器的主要技术指标 1、电压增益与功率增益 功率增益(AP)等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。 电压增益(Au)等于放大器输出电压与输入电压之比； 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 定义：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

2、表示。 2、通频带 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 3、矩形系数（选择性） 矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。 其定义是 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 4、噪声系数 定义: 用分贝表示: 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 第二节 高频电路的基础知识 一、滤波器（选频回路）的分类及功能 1、滤波器的功能:根据某一特定的性能要求实现对信号的 频谱进行处理的电路。 按频率特性分：低通、高通、带通和带阻滤波器 按所用器件分：无源和有源滤波器 2、滤波器的分类： 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 2、电感线圈的高频特性 电感在高频电路中不是理想无损电感，它的损耗电 阻是不能忽略的。 一个实际的电感元件，可以用一个理想无损电感L和 一个串联的损耗电阻r0 来等效。损耗电阻随频率增 高而增大。 一个电感线圈的损耗可以用空载品质因数 表示，而 的 大小反映损耗的大小。一般情况下，线圈的 值通常在几十 到三百左右。 二、LC串并联谐振回路的特性 1、LC串并联谐振回路的作用：选频和阻抗变换 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大

3、学 一个实际电感可用串联电路等效 。如图（b） 一个实际电感可用并联等效。 如图 (c) 一个实际的电容元件也是有损耗的，但在高频电路中 损耗很小,一般认为是无损元件。 3、电容元件的高频特性 当 时： 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 u 阻抗特性： 时，呈容性。 时，纯电阻。 时，呈感性 4、LC串联谐振回路 电压特性：谐振时电感线圈和电容两端的电压模值相等(方向相反) 且等于外加电压的 倍。即 电流特性:谐振时流过回路的电流的最大 u品质因数: 其中 为特性阻抗 u谐振频率： 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 幅频特性和相频特性 幅频特性 相频特性 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 u 阻抗特性： 时，呈感性。 时，纯电阻。 时，呈容性 5、LC并联谐振回路 u谐振频率： 电压特性：谐振时流过电感线圈和电容的电流模值相等(方向相反) 且等于外加电流源的 倍。即 电压特性:谐振时回路的输出电压最大 u品质因数: 其中 为特性阻抗 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 u阻抗特性和相频特性 相频特性 阻抗特性 高频电子线路 退出下页

4、上页首页 哈尔滨工程大学 三、串并联阻抗的等效互换 1、“等效”的概念 在工作频率 相同的条件下，AB两端的 阻抗相等。 u、互换关系 串并联电路等效互换 u串联电路转换为等效并联电路后， 为 的 倍，而 与 相同。 、结论 u串联转换为等效并联后Q值不变。 1、“等效”的概念 在工作频率 相同的条件下，AB两端的 阻抗相等。 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 四、并联谐振回路的耦合联接与接入系数 并联谐振回路的作用:选频滤波、阻抗交换 、变压器耦合联接的阻抗变换 三极管直接并联在LC回路中存在的问题： 谐振回路Q值下降，通频带增宽，选择性变差。 影响中心频率 ，且稳定性变差。 阻抗不匹配 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 2、自耦变压器耦合联接的阻抗变换 阻抗变比关系： u 自耦变压器耦合联接方式适用于与晶体管的联接，它除了能实 现阻抗变换外，还能为晶体管的集电极提供直流通路。 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 上面变比关系推导的近似条件是Qc21，Qc1。 3、电容分压式耦合联接与阻抗变换 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 u

5、4、接入系数与阻抗变换关系 接入系数p的定义： 变比关系的通式: 利用以上的变比关系可以很方便地进行各种变换。这对分析电路 将是非常简便的。 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 第三节 晶体管高频小信号谐振放大器 1、y参数等效电路 ， 根据二端口网络理论，得到y参数系的方程： 一、晶体管高频小信号等效电路 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 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。 这四个参量具有导纳的量纲，故称为导纳参 数，也叫y参数。 y参数说明 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 *对于共射接法,y参数用 表示,则: *对于共基接法，y参数用 表示,则: *对于共集接法，y参数用 表示,则: 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 2、混合 等效电路 各参数的物理意义。 :基区纵向电阻。几十 100 :结电阻。 较小 几十几百, :结电容,较大,100pf500pf。 :结电阻，很大。100K 100 M :结电容，很小。 2pf10pf :受控电流源，而 ，称为跨导，单位

6、为 。 :极间电阻，很大。几十K :极间电容，很小。 发射结正偏集电结反偏 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 晶体管混合等效电路可简化为： 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 二、高频参数 定义：当 下降到低频电流放大系数0的1 倍时 ，所对应的频率称为的截止频率f。 可用来计算任意频率时晶体管的|。 根据f的定义，可得 取其模 截止频率f. 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 特征频率fT 定义：当|下降到1时所对应的频率称为特征频率fT。 fT 是晶体管共发射极运用时能得到电流增益的最高频率的极限。当ffT时， 1。但这并不意味着晶体管已经没有放大作用，这时放大器电压增益还有可能大 于1。 最高振荡频率 定义：晶体管的功率增益Ap=1 时所对应的频率称为最高振荡频率 表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。晶体管的实际工作频率约 为 的1/31/4。 u 总结：以上三个频率大小的顺序是： 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 三、单调谐回路谐振放大器 1、单调谐回路谐振放大器的电路形式 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 2

7、、放大器的等效电路及其简化 放大器的等效电路如下图所示 前级等效为 电流源和内导纳 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 多级放大器之间相互影响,为简化分析,令 则放大器的简化等效电路 为: 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 3、放大器的主要技术指标 电压增益 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 。 任意频率的电压增益 谐振时的电压增益 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 对于窄带谐振放大器，通常讨论的 与 相差不会太大，即可认 为 在 附近变化，则 式中， ，称为一般失谐。 令 ，称为广义失谐。则可得 : 取其模 取其模 谐振曲线 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 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 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 3放大器的通频带 定义: 时对应的 为放大器的通频带.用 或B表示 通频带与谐振电压增益的关系: 电路参数一定时常数 u通频带越宽,谐

8、振电压增益越小.在宽带放大器的设 计中这种矛盾特别突出. 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 4放大器的矩形系数 根据矩形系数的定义 其中， 是 时所对应的频带宽度。 单级单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，说明它的选择性差。这 是它的一大缺点. 矩形系数: 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 三、多级单调谐回路谐振放大器 1、多级单调谐谐振放大器的总电压增益 假如，放大器有m级，各级电压增益分别为 ，则总电压增益 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 2、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 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 3、多级单调谐谐振放大器的通频带 m级相同的放大器级联时，根据定义总通频带应满足 可得 u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。 4、多级单调谐谐振放大器的矩形系数 根据矩形系数的定义 其中， 可由 求得 故m级单调谐谐振放大器的矩形系数 可见，级数越多，矩形系数越小。 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 二、放大器的稳定系数及稳定电压增益 1、放大器的稳定系数 调谐放大器等效电路 第五节 小信号谐振放大器的稳定性 一、引起放大器不稳定的原因 由于 有可能构成正反馈，引起放大器产生自激振荡. 调谐放大器等效电路 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 稳定系数S的定义 : u S越大，放大器越稳定.对于一般放大器来说， 就可以 认为是稳定的。 稳定系数与电路参数的关系 将输入电压 与正反馈电压 的比值定义为稳定系数. 高频电子线路 退出下页上页首页 哈尔滨工程大学 2、单调谐放大器的稳定

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