Chapter3高频小信号放大器V1.0资料.ppt

西安邮电大学西安邮电大学 第三章第三章 高频小信号放大器高频小信号放大器第三章第三章 高频小信号放大器高频小信号放大器•主要内容–高频小信号放大器的指标（高频小信号放大器的指标（3.1））–晶体管高频小信号等效电路与参数（晶体管高频小信号等效电路与参数（3.2））–晶体管高频小信号谐振放大器（晶体管高频小信号谐振放大器（3.3、、3.4））–小信号谐振放大器的稳定性（小信号谐振放大器的稳定性（3.6））本次课主要内容本次课主要内容Ø掌握高频小信号放大器的掌握高频小信号放大器的特点特点、、指标指标（（3.1））Ø掌握掌握Y参数参数等效模型、等效模型、y参数和参数和∏参数之间关系（参数之间关系（3.2））Ø掌握晶体管高频参数（掌握晶体管高频参数（3.2））Ø了解了解∏参数模型（参数模型（3.2）） •高频放大的必要性–无线信号无线信号——无线信道无线信道——有衰减有衰减–远距离传输远距离传输——距离越远距离越远——衰减越大衰减越大–接收设备接收到的高频电平接收设备接收到的高频电平——只有微伏级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小信号放大器主要应用于接收设备中的高频高频放大器和中频放大器放大器和中频放大器中中概 述Ø小信号小信号放大放大•放大器工作性区，可以应用二端口网络分析放大器工作性区，可以应用二端口网络分析•信号频谱信号频谱——输入与输出完全相同输入与输出完全相同高频小信号放大器的特点•高频小信号放大器的特点有源放大元件选频网络晶体管、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ØB/f0小小----谐振回路作为负载谐振回路作为负载•信号频谱宽度信号频谱宽度——有限有限•噪声、干扰噪声、干扰——全频范围全频范围•目的：提取有用信号，抑制无用信号目的：提取有用信号，抑制无用信号高频小信号放大器的指标1 增益增益–电压增益电压增益 (Au) ：放大器输出电压与输入电压之比：放大器输出电压与输入电压之比–功率增益功率增益(AP) ：放大器输出功率与输入功率之比：放大器输出功率与输入功率之比有源放大元件选频网络晶体管、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高频小信号放大器的指标2 中心频率中心频率 F0–调谐放大器的工作频率调谐放大器的工作频率•一般为几百一般为几百KHz~几百几百MHz – 调谐放大器的主要指标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选择有源器件和计算谐振回路参数的依据有源放大元件选频网络晶体管、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高频小信号放大器的指标2 通频带通频带 B–放大器的电压增益下降到最大值的放大器的电压增益下降到最大值的 倍时所对倍时所对应的频带宽度。

常用应的频带宽度常用 B 或者或者 2△△f0.7 表示•输入信号的频率在通频带内的信号正常放大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，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可近似认为不能通过放大器3 矩形系数矩形系数 Kr0.1–矩形系数表征放大器选择性好坏的一个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选择性：表示选取有用信号，抑制无用信号的能力–理想：理想：——矩形矩形高频小信号放大器的指标高频小信号放大器的指标4 工作稳定性工作稳定性–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：主要不稳定现象：•增益变化增益变化•中心频率偏移中心频率偏移•通频带变化通频带变化•谐振曲线变形谐振曲线变形•自激自激——最坏情况最坏情况5 噪声系数噪声系数 NF–表征放大器性能好坏的一个参量表征放大器性能好坏的一个参量晶体管高频小信号等效电路•y参数等效电路参数等效电路–适合于适合于窄频带、窄频带、小信号小信号放大器放大器•混合混合π等效等效电路路–适合于适合于宽频带、宽频带、小信号小信号放大器放大器 在在分析高频小信放大器时，采用Ｙ参数等效电路进行分析高频小信放大器时，采用Ｙ参数等效电路进行分析是比较方便的，分析是比较方便的，——以以y y参数参数等效电路为主。

等效电路为主y y参数等效电路参数等效电路•二端口网络的y参数测量二端口二端口网络网络u1u2i1i2四个参数均具有导纳量纲四个参数均具有导纳量纲节点电流方程节点电流方程Y参数：参数： •共发射极晶体管y参数y参数等效电路•Yie是晶体管输出端短路时的输入导纳，反映了输入电压对输入是晶体管输出端短路时的输入导纳，反映了输入电压对输入电流的控制作用电流的控制作用 yie=gie+jωCie•Yfe是晶体管输出端短路时的正向传输导纳，反映了输是晶体管输出端短路时的正向传输导纳，反映了输入入电压对电压对输输出出电流的影响，即电流的影响，即反映了反映了晶体管的放大能力晶体管的放大能力•Yre是晶体管输入端短路时的反向传输导纳，反映了输出电压是晶体管输入端短路时的反向传输导纳，反映了输出电压对对输入电流的影响，即晶体管内部的反馈作用输入电流的影响，即晶体管内部的反馈作用•Yoe是是晶晶体体管管输输入入端端短短路路时时的的输输出出导导纳纳，，反反映映了了输输出出电电压压对对输输出出电流的作用，其倒数是电路的输出阻抗电流的作用，其倒数是电路的输出阻抗 yoe=goe+jωCoe二端口二端口网络网络u1u2i1i2•共发射极晶体管y参数等效电路二端口二端口网络网络u1u2i1i2节点电流方程节点电流方程等效等效y参数模型参数模型•共发射极晶体管—输入、输出阻抗y参数等效电路混合混合π等效等效电路路和和y参数等效电路关系参数等效电路关系Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegm ub’eeb' rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgm ub’e•共发射极晶体管其中：其中：混合混合π等效等效电路路和和y参数等效电路关系参数等效电路关系Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegm ub’e共共射射短短路路电电流流放放大大系系数数β：：是是指指混混合合π型型等等效效电电路路输输出出交交流流短短路路时时, 集集电电极极电电流流Ic与与基基极极电电流流Ib的的比比值值。

当当输输出出端端短短路路后后, 若若忽忽略略rb′c，， rb′e 、、Cb′e和和Cb′c 三者并联三者并联 其中 Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegm ub’e145123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器Rb1Rb2ReEc32154B1B2CLyLVT输入回路输入回路输出回路输出回路晶体管晶体管32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-32154B1B2CLyLVTyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeYLyLyfeubeyoe+u54-+u31-+u31-p1yfeubep1yfeube+u31-p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego+u31-1B1Au1Au2Aun多级调谐放大器分析多级调谐放大器分析仿真 (2) n级放大器的矩形系数级放大器的矩形系数 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性提高稳定性的措施提高稳定性的措施中和法适用于：固定频率的调谐放大器，中和法只能在中和法适用于：固定频率的调谐放大器，中和法只能在某一频率上抵消某一频率上抵消Cb’c2.2.失失配配法法：：通通过过增增大大负负载载导导纳纳ＹＹL, 使使输输出出电电路路严严重重失失配配, 回回路路总总电电导导gΣ增增大大，，输输出出电电压压相相应应减减小小, 从从而而反反馈馈到到输输入入端端的的电电流流减减小小, 这这样样对对输输入入端端的的影影响响也也就就减减小小了了。

可可见见, 失失配配法法是是用用牺牺牲牲增增益益来来换换取取电电路路稳定的 用两只晶体管按共发一共基方式连接成用两只晶体管按共发一共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法一个复合管是经常采用的一种失配法 VT1VT2由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电路的负载导纳而使之失配，电路连接时，相当于增大共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内部反馈减弱，稳定性大大提高从而使共发晶体管内部反馈减弱，稳定性大大提高 共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍较大；而共基电路虽然电流增益接近电流增益仍较大；而共基电路虽然电流增益接近1，但电压增，但电压增益却较大所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益却较大所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益都比较大，而且共发一共基电路的上限频率很高益都比较大，而且共发一共基电路的上限频率很高 小信号集中选频放大器小信号集中选频放大器由集中选择滤波器及多级宽带放大器组成由集中选择滤波器及多级宽带放大器组成。

特点：调整简单，电路稳定性较好特点：调整简单，电路稳定性较好1 压电陶瓷滤波器压电陶瓷滤波器•压电效应：形变 —电压—谐振2 声表面波滤波器声表面波滤波器SAWF•特点：体积小，重量轻，带宽较宽（（30%））, K0.1≈1•工作频率:1MHZ~1GHZ采用专用集成电路采用专用集成电路小结小结1 谐振放大电路的作用：谐振放大电路的作用：2 电路组成：电路组成：谐振系统的形式：谐振系统的形式：谐振系统的作用：谐振系统的作用：3 主要技术指标：主要技术指标：（（1）） 谐振电压增益：谐振电压增益：（（2）） 通频带：通频带：（（3）） 矩形系数：矩形系数：4 提高稳定性的措施：提高稳定性的措施：选频选频+放大放大谐振系统谐振系统+放大器放大器LC谐振回路，集中型滤波器谐振回路，集中型滤波器选择有用信号，抑制干扰选择有用信号，抑制干扰中和法，中和法，失配法失配法5 分析方法（更重要）分析方法（更重要）（（1）分析工具：）分析工具： Y参数等效电路：参数等效电路：混合混合π型等效电路：型等效电路：（（2）分析步骤：）分析步骤：原电路原电路高频交流等效电路（耦合电容、旁路高频交流等效电路（耦合电容、旁路电容短路）电容短路）小信号小信号Y参数等效电路参数等效电路 【例2.1】 在图2.2.2中, 已知工作频率ｆ0＝３０MHz, UCC＝６Ｖ,Ｉe＝２mA。

晶体管采用３ＤＧ４７型高频管其Ｙ参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下：gie=12mS, Cie=12 pF；goe=400μS, Coe=9.5pF； |yfe|=58.3mS, ∠φfe=-22°； |yre|=310 μS, ∠φre=-88.8°, 回路电感Ｌ＝１.４μH, 接入系数ｎ1＝１, ｎ2＝０.３, Ｑ0＝１００负载是另一级相同的放大器 求谐振电压增益振幅Ａu0和通频带ＢＷ0.7并问回路电容Ｃ是多少时, 才能使回路谐振？ 解解: （忽略ｙre的作用因为 所以 从而 因为 又又 所以  【【例例2.2】】 某中频放大器的通频带为6MHz, 现采用两级或三级相同的单调谐放大器, 两种情况下对每一级放大器的通频带要求各是多少？ 解解: 根据式（2.2.24）, 当n=2时, 因为 所以, 要求每一级带宽同理, 当ｎ＝３时, 要求每一级带宽 。