第三章 高頻小信號放大器

1、第三章 高頻小信號放大器3.1 對高頻小信號放大器的主要要求是什么？高頻小信號放大器有哪些分類？解：對高頻小信號器的主要要求是:1、比較高的增益2、比較好的通頻帶和選擇性3、噪音系數(shù)要小4、穩(wěn)定性要高高頻小信號放大器一般可分為用分立元件構(gòu)成的放大器、集成放大器和選頻電路組成的放大器。根據(jù)選頻電路的不同，又可分為單調(diào)諧回路放大器和雙調(diào)諧回路放大器；或用集中參數(shù)濾波器構(gòu)成選頻電路。3.2通頻帶為什么是小信號諧振放大器的一個重要指標(biāo)？通頻帶不夠會給信號帶來什么影響？為什么？解：小信號諧振放大器的基本功能是選擇和放大信號，而被放大的信號一般都是已調(diào)信號，包含一定的邊頻，小信號諧振放大器的通頻帶的寬窄直

2、接關(guān)系到信號通過放大器后是否產(chǎn)生失真，或產(chǎn)生的頻率失真是否嚴(yán)重，因此，通頻帶是小信號諧振放大器的一個重要指標(biāo)。通頻帶不夠?qū)⑹馆斎胄盘栔刑幱谕l帶以外的分量衰減，使信號產(chǎn)生失真。3.3 石英晶體有何特點？為什么用它制作的振蕩器的頻率穩(wěn)定度較高？ 解：石英晶體有以下幾個特點1、晶體的諧振頻率只與晶片的材料、尺寸、切割方式、幾何形狀等有關(guān)，溫度系數(shù)非常小，因此受外界溫度影響很小2、具有很高的品質(zhì)因數(shù)3、具有非常小的接入系數(shù)，因此手外部電路的影響很小。4、在工作頻率附近有很大的等效電感，阻抗變化率大，因此諧振阻抗很大5、構(gòu)成震蕩器非常方便，而且由于上述特點，會使頻率非常穩(wěn)定。3.4 外接負(fù)載阻抗對小信

3、號諧振放大器有哪些主要影響？解：外接負(fù)載電阻使LC回路總電導(dǎo)增大，即總電阻減小，從而使Qe下降，帶寬BW0.7展寬；外接負(fù)載電容使放大器的諧振頻率f0降低。因此，在實用電路中，三極管的輸出端和負(fù)載阻抗都將采用部分接入的方式與LC回路相連，以減小它們的接入對回路Qe值和諧振頻率的影響。3.5 一個5kHz的基頻石英晶體諧振器， Cq=2.4X102pF C0=6pF，ro=15。求此諧振器的Q值和串、并聯(lián)諧振頻率。 解：該晶體的串聯(lián)和并聯(lián)頻率近似相等，為5kHz，Q值為88464260。3.6 電阻熱噪聲有何特性？如何描述。解：電阻的熱噪音是由于溫度原因使電阻中的自由電子做不規(guī)則的熱運動而帶來的

4、，因此熱噪音具有起伏性質(zhì)，而且它具有均勻的功率譜密度，所以也是白噪音，噪音的均方值與電阻的阻值和溫度成正比。3.7求如圖1所示并聯(lián)電路的等效噪聲帶寬和輸出均方噪聲電壓值。設(shè)電阻R=10k，C=200 pF，T=290 K。 解：電路的等效噪聲帶寬為125kHz，和輸出均方噪聲電壓值為19.865V2。3.8 如圖2所示噪聲產(chǎn)生電路，已知直流電壓 E=10 V，R=20 k,C=100 pF，求等效噪聲帶寬B和輸出噪聲電壓均方值（圖中二極管V為硅管）。 圖2解：此題中主要噪音來自二極管的散粒噪音，因此等效噪音帶寬為：3.9 求圖3的T型和型電阻網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。 圖3 解：設(shè)兩個電路的電源內(nèi)阻為R

5、s 。1. 解T型網(wǎng)絡(luò)（1）采用額定功率法（2）采用開路電壓法（3）采用短路電流法2. 解型網(wǎng)絡(luò)（1）采用額定功率法（2）采用開路電壓法（3）采用短路電流法3.10 接收機等效噪聲帶寬近似為信號帶寬，約10kHz，輸出信噪比為 12 dB，要求接收機的靈敏度為 1PW，問接收機的噪聲系數(shù)應(yīng)為多大？解：根據(jù)已知條件接收機的噪音系數(shù)應(yīng)為32dB。3.11 單調(diào)諧放大器如圖4所示。已知放大器的中心頻率，回路線圈電感，匝數(shù)匝，匝，匝，晶體管的參數(shù)為：、。試求該大器的諧振電壓增益、通頻帶及回路外接電容C。解 3.12單調(diào)諧放大器如圖4所示。中心頻率，晶體管工作點電流，回路電感，匝比，、，試求該放大器的諧

6、振電壓增益及通頻帶。解 3.13共發(fā)射極單調(diào)諧放大器如圖5所示，試推導(dǎo)出諧振電壓增益、通頻帶及選擇性（矩形系數(shù)）公式。 圖5 單調(diào)諧放大器輸出端等效電路 解：單調(diào)諧放大器的交流通路如圖5（a）所示。在諧振放大器中，由于晶體管工作在較高的頻率段上，則其輸出電容Co、輸入電容Ci和rbb的影響就不能忽略，但考慮到由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展使器件性能不斷提高，在實際工作中，用于調(diào)諧放大器的晶體管的特征頻率fT都遠遠大于其工作的中心頻率f0，故可采用簡化混合型等效電路?？紤]到一般高頻管的rbb較小，器件的工作電流也很小，故rbb的影響可忽略，則，于是可得到圖（b）所示的輸出端等效電路，圖中g(shù)oe和Coe為

7、晶體管的輸出電導(dǎo)和輸出電容，gL=1/RL為負(fù)載電導(dǎo)（RL 為負(fù)載阻抗ZL的電阻部分），CL為負(fù)載電容（即ZL中的電容部分）。圖5（a） 圖5（b）等效電路 圖5（c）等效電路的簡化 在抽頭LC諧振回路中，有一個重要參數(shù)接入系數(shù)P，它是回路與外電路之間的調(diào)節(jié)因子。P定義為與外電路相連的那一部分電抗與同一回路內(nèi)參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。對于圖（b）所示的等效電路而言，若回路線圈L的1-2間的匝數(shù)為N1-2，2-3間的匝數(shù)為N2-3，4-5間的匝數(shù)為N4-5，且N1-2+N2-3=N。不計互感時，晶體管接入回路的接入系數(shù)可以寫為負(fù)載接入回路的接入系數(shù) 按照自耦變壓器耦合回路及變壓器耦合

8、電路的等效原理，將所有元件電壓和電流折算到整個回路兩端，便得到圖例（b）的等效電路。圖中式中，為回路總電容，g為回路總電導(dǎo)，其中g(shù)0為電感線圈的自損耗電導(dǎo)。由圖（b）可得，回路的總導(dǎo)納式中， 稱作一般失調(diào)，它是在 很小時得出的；Qe是回路的有載品質(zhì)因數(shù)；而 ；f0為放大器諧振回路的諧振頻率（中心頻率）； 稱為相對失調(diào)。又 根據(jù)放大器電壓放大倍數(shù)的定義有其電壓增益的模為Au = 式中 ， 諧振時，由于 ， ，則諧振電壓增益Auo為可見，調(diào)諧放大器在諧振時的電壓增益最大，且Auo和回路總電導(dǎo)g成反比，和晶體管跨導(dǎo)gm成正比。與此同時，不難得到相對電壓增益為當(dāng) 時，可求得3dB帶寬，即通頻帶BW0.

9、7為同理可以求出單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)為3.14 在圖5所示的電路中，調(diào)諧回路是由中頻變壓器構(gòu)成的，其f0=465kHZ，L=560H，Q0=100，N1-2=46匝，N1-3=162匝，N4-5=13匝；三極管的goe=110S，工作電流IE=1mA。若負(fù)載電導(dǎo)gL=1.0mS，試求：（1）諧振電壓增益Au0；（2）通頻帶BW0.7。解：接入系數(shù)分別為 回路的自損耗電導(dǎo)S（1）三極管的跨導(dǎo)又 （S）則諧振電壓（2）有載品質(zhì)因數(shù)為則通頻帶為（kHZ）3.15 一單調(diào)諧振放大器，集電極負(fù)載為并聯(lián)諧振回路，其固有諧振頻率f0=6.5MHZ，回路總電容C =56pF，回路通頻帶BW0.7=150kH

10、Z。（1）求回路調(diào)諧電感、品質(zhì)因數(shù)；（2）求回路頻偏f=600kHZ時，對干擾信號的抑制比d。解：（1）已知f0=6.5MHZ， C= 56pF， BW0.7=150kHZ，則（H）= 10.7H（2）根據(jù)定義，抑制比 ，故（dB）3.16 中心頻率都是6.5MHZ單調(diào)諧放大器和臨界耦合的雙調(diào)諧放大器，若Qe均為30，試問兩個放大器的通頻帶各為多少？解：單調(diào)諧放大器的通頻帶為kHZ臨界耦合的雙調(diào)諧放大器的通頻帶為kHZ3.17單調(diào)諧放大器如圖6所示。已知工作頻率f0=30MHz,L13=1H,Q0 =80,N13=20,N23=5,N45=4。晶體管的y參數(shù)為yie=(1.6+j4.0) ms

11、;yre=0;yfe=(36.4-j42.4) ms;yoe=(0.072+j0.60)ms。電路中Rb1=15 k,Rb2=6.2 k,Re=1.6 k,C1=0.01F,Ce=0.01F，回路并聯(lián)電阻R=4.3k，負(fù)載電阻RL=620。試求：(1)畫出高頻等效電路；(2)計算回路電容C；(3)計算Au0 , 2f0.7 , Kr0.1 。圖6 單調(diào)諧放大電路題意分析 此題的目的是說明負(fù)載不是晶體管而是RL時，分析等效電路要注意與晶體管為放大器負(fù)載的區(qū)別，具體計算仍然由實際等效電路來決定。解(1)畫高頻等效電路由題意已知晶體管的yre=0，可畫高頻等效電路如圖7所示。圖7 高頻等效電路圖7（

12、a）是根據(jù)實際放大器畫出的yre=0的高頻等效電路，輸入電壓加在晶體管b、e之間，偏置電阻Rb1和Rb2以并聯(lián)形式加在b、e之間，而晶體管的輸入電導(dǎo)gie和輸入電容Cie也是并聯(lián)在b、e之間。因為yre =0，輸出電壓不會影響輸入電流的變化，而輸入電壓已在電流源yfe中反映出，所以在進一步將各元件等效到回路兩端時，前一半等效電路可以不再畫出，可以直接畫出如圖7（b）所示高頻等效電路。其中各參數(shù)計算如下(2)計算回路電容C因為，且所以(3)計算Au0 、2f0.7、K r0.13.18 單調(diào)諧放大器如圖8所示。已知L14=1H,Q0=100,N12=3,N23=3,N34=4，工作頻率f0=30

13、MHz，晶體管在工作點的y參數(shù)為gie=3.2ms,Cie=10pF,goe=0.55ms,Coe=5.8 pF,yfe=53ms,fe=-47°,yre=0。試求：圖8單調(diào)諧放大電路(1)畫高頻等效電路；(2)計算回路電容C；(3)計算Au0、2f0.7、Kr0.1。題意分析 此題是采用了自耦變壓器構(gòu)成的調(diào)諧回路，通過畫高頻等效電路，掌握畫高頻等效電路的方法，并熟習(xí)計算方法。解（1）畫高頻等效電路由于晶體管的yre=0，輸出對輸入不會產(chǎn)生影響，因此畫高頻等效電路時可將輸入端的等效電路忽略而只畫出輸出端的高頻等效電路，而輸入電壓在電流源yfe 中已有反映。圖9（a）為高頻等效電路，圖

14、9（b）是將晶體管及后級負(fù)載等效到回路1、4兩端后的等效電路。其中等效電路各元件參數(shù)的計算如下：圖9高頻等效電路（2）計算回路電容C因為，且所以 （3）計算Au0、2f0.7、Kr0.13.19 單調(diào)諧放大器如圖10所示。已知工作頻率f0=10.7MHz,諧振回路的L13=4H,Q0=100,N23=5,N13=20,N45=6，晶體管的參數(shù)為yie=(2.86+j3.4)ms;yre=(0.08-j0.3) ms;yfe=(26.4-j36.4) ms;yoe=(0.2+j1.3) ms。試求：圖10單調(diào)諧放大器1.忽略yre，(1)畫高頻等效電路；(2)計算電容C；(3)計算單級Au0、2

15、f0.7、Kr0.1。2.考慮yre，(1)若5穩(wěn)定，計算 ，(2)判斷并說明此放大器穩(wěn)定與否?題意分析本題是通過計算結(jié)果來判斷放大器的穩(wěn)定性能。通過計算的數(shù)值與實際放大器的比較來判斷放大器的穩(wěn)定與與否。解：1.忽略yre，認(rèn)為yre=0。(1)畫高頻等效電路如圖11所示。等效電路中各元件參數(shù)計算如下：圖11高頻等效電路(2)計算電容C因為，且則(3)計算Au0、2f0.7、Kr0.1 2.考慮yre，且5為穩(wěn)定，則 由于實際放大器的小于，則放大器是穩(wěn)定的。也可以用代入中可得 可見的單調(diào)諧放大器是穩(wěn)定的。3.20 電阻網(wǎng)絡(luò)如圖12所示。為信號源，是信號源內(nèi)阻。圖 12求：此網(wǎng)絡(luò)額定輸出功率；此

16、電阻網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益；當(dāng)、均為有噪電阻時，求溫度為時，在負(fù)載處產(chǎn)生的噪聲功率；網(wǎng)絡(luò)輸出的額定噪聲功率；求電阻網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。題意分析 本題是純電阻網(wǎng)絡(luò)的噪聲有關(guān)計算。解根據(jù)戴維南定理，和組成網(wǎng)絡(luò)可等效為網(wǎng)絡(luò)額定輸出功率，則的額定輸入功率，則網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益為在、均為有噪電阻時，其等效電阻的噪聲電壓方均值為。在處產(chǎn)生的噪聲功率為網(wǎng)絡(luò)輸出的額定噪聲功率是在條件下得到，則網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)方法1方法2其中，為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲在輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率；輸入噪聲在輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率。電阻網(wǎng)絡(luò)在輸出端總的噪聲電壓方均值為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電阻在輸出端呈現(xiàn)的噪聲電壓方均值為輸出端的噪聲傳至輸出端的噪聲電壓方均值為則噪聲系數(shù)為3.21 圖13所示是一個有高頻放大器的接收機方框圖。各級參數(shù)如圖中所示。試求接收機的總噪聲系數(shù)。并比較有高放和無高放的接收機，對變頻噪聲系數(shù)的要求有什么不同？圖13 接收機的方框圖題意分析 本題是對系統(tǒng)總噪聲系數(shù)進行計算，通過計算進一步理解對各級的技術(shù)要求。解1.傳輸線的噪聲系數(shù)是2.接收機的總噪聲系數(shù)為3.無高放，則總噪聲系數(shù)為可見無高放后，接收機噪聲系數(shù)比有高放要大很多。若