第三章高頻小信號放大器

第四章

高頻小信號放大器電路性質(zhì)：線性、甲類放大器基礎(chǔ)知識(shí)：

-并聯(lián)諧振回路

-抽頭等效變換本章內(nèi)容§4.1概述§4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器§4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器§4.5雙調(diào)諧回路諧振放大器*注意：§4.6~4.10節(jié)不講第四章高頻小信號放大器

射頻前端電路（RFFront-EndIC）：輸入回路；高頻放大；本地振蕩器；混頻器。輸出中頻信號。高頻放大中頻放大解調(diào)器混頻器本地振蕩器低頻放大自動(dòng)增益控制輸入回路

高頻放大和中頻放大是高頻小信號放大器。

具有低通傳輸特性的負(fù)反饋控制系統(tǒng)（自動(dòng)增益控制AGC）。§4.1概述一、高頻小信號放大器的特點(diǎn)①頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz頻帶寬（2△f0.7）在幾khz到幾十MHz②小信號信號較小，所以工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器)第四章高頻小信號放大器把這一段近似看作一段直線二、高頻小信號放大器分類按所用的材料分類：晶體管（BJT)場效應(yīng)管（FET)集電電路（IC)按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按電路形式：單級放大器和多級放大器按負(fù)載性質(zhì)：諧振放大器（以諧振電路作為負(fù)載）非諧振放大器（以阻容耦合電路作為負(fù)載）§4.1概述第四章高頻小信號放大器通過學(xué)習(xí)基于晶體管的諧振放大器來掌握基本原理，其他類型的放大器原理基本相同。三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)§4.1概述（1）增益（放大倍數(shù)）第四章高頻小信號放大器（2）通頻帶定義：放大器的電壓增益下降到最大值的0.7（即1/）倍時(shí)，上、下限頻率之間的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示。也稱為3dB帶寬。第四章高頻小信號放大器§4.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)后面將會(huì)證明諧振放大器的通頻帶與諧振回路的通頻帶是類似的調(diào)諧放大器電壓增益的頻率特性曲線調(diào)諧放大器電壓增益的頻率特性曲線（3）選擇性定義：表示放大電路從混合信號（有用信號與干擾信號的疊加信號）中選出有用信號，并抑制干擾信號的能力。衡量指標(biāo)矩形系數(shù)抑制比第四章高頻小信號放大器§4.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)矩形系數(shù)越小，曲線越接近矩形，選擇性越好，矩形系數(shù)最小值為1（4）工作穩(wěn)定性一個(gè)理想的放大器其主要指標(biāo)（如增益、通頻帶、中心頻率等）應(yīng)不隨時(shí)間和外界變化而變化，謂之穩(wěn)定。反之則為不穩(wěn)定，不穩(wěn)定的極限情況是自激（無規(guī)則的、失控的正反饋）。提高穩(wěn)定性，避免自激的措施有合理選擇器件、合理設(shè)計(jì)PCB布局布線單級的增益不要過高加入穩(wěn)定電路（如負(fù)反饋電路）等第四章高頻小信號放大器§4.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)（5）噪聲系數(shù)定義：第四章高頻小信號放大器§4.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)高頻小信號放大器此信號功率為Psi此信號功率為Pni此信號功率為Pso此信號功率為Pno§4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)為什么要提出小信號等效電路?回答：由于信號幅度很小（mv級），所以可認(rèn)為晶體三極管工作于線性區(qū)，如果把它等效成我們學(xué)過的線性元件的組合電路，那么就可以用我們學(xué)過的線性電路知識(shí)進(jìn)行分析了。等效方法形式等效電路（如y參數(shù)、h參數(shù)）物理模擬等效電路（π參數(shù)）第四章高頻小信號放大器重點(diǎn)把這一段近似看作一段直線§4.2.1形式等效電路（主要介紹y參數(shù)）圖中，若以V1和V2為自變量，I1和I2為參變量，列出表達(dá)式：第四章高頻小信號放大器§4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)+V1-+V2-I1I2其中的yi、yr、yf、yo

合稱為y參數(shù)可以看出4個(gè)參數(shù)均為導(dǎo)納量綱，故其稱為y參數(shù)y參數(shù)的求法和含義第四章高頻小信號放大器§4.2.1形式等效電路（y參數(shù)）+V1-+V2-I1I2y參數(shù)可能是復(fù)數(shù)，如(25+10j)ms課上思考：復(fù)數(shù)意味著什么物理含義？根據(jù)y參數(shù)公式畫出y參數(shù)等效電路這個(gè)等效電路非常重要，希望同學(xué)們記住。第四章高頻小信號放大器§4.2.1形式等效電路（y參數(shù)）yiyoyrV2yfV1+V1-+V2-I1I2+V1-+V2-I1I2yieyoeyreuceyfeube+ube-+uce-ibic等效用三極管引腳b,c,e來表示利用y參數(shù)求單純?nèi)壒芊糯箅娐返碾妷涸鲆娴谒恼赂哳l小信號放大器§4.2.1形式等效電路（y參數(shù)）yieyoeyreV2yfeV1+V1-+V2-I2Y’Lyie和yoe的其他表示方法第四章高頻小信號放大器§4.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換yieyoeyreV2yfeV1giegoeyreV2yfeV1CieCoe由于yie和yoe均為復(fù)數(shù)，而且虛部(電納)通常為正數(shù)，所以在圖中，我們可以將其看作一個(gè)電導(dǎo)g與一個(gè)電容C的并聯(lián)?！?.2.2混合π等效電路＋.bece－bb′Cce－＋－＋rbb’：基區(qū)體電阻；

rb’e：發(fā)射結(jié)電阻；Cb’e：發(fā)射結(jié)電容；Cb’c：集電結(jié)電容；rb’c：集電結(jié)電阻；rce：集-射極電阻。gm：晶體管跨導(dǎo)，反映放大能力，gm=IC/26=β0/rb’e。三個(gè)附加電容：Cbe

、Cce和

Cbc，數(shù)值很小，可忽略。與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmvb’e§4.2.2混合π等效電路＋.bece－bb′Cce－＋－＋rbb’：25

?；

rb’e：150?；Cb’e：500pF；Cb’c：5pF；rb’c：1M?；rce：100K?。eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmvb’e§4.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換為什么要進(jìn)行轉(zhuǎn)換？回答：拿到一個(gè)三極管時(shí)，往往只知道其物理π參數(shù)，而不知道y參數(shù)。而且，由后面的推導(dǎo)，同學(xué)們可知，y參數(shù)不僅與π參數(shù)有關(guān)，還與工作頻率有關(guān)！轉(zhuǎn)換方法由π參數(shù)電路出發(fā)，推出與y參數(shù)方程形式上一樣的表達(dá)式，則其系數(shù)即為y參數(shù)了。第四章高頻小信號放大器§4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)（經(jīng)常用的是將π參數(shù)轉(zhuǎn)換成y參數(shù)）由π參數(shù)推出y參數(shù)的原理＋.bece－bb′Cce－＋－＋由π參數(shù)推出y參數(shù)的原理(續(xù))第四章高頻小信號放大器§4.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換+V1-+V2-I1I2§4.2.4晶體管的高頻參數(shù)為什么要了解晶體管的高頻參數(shù)?回答：晶體三極管在高頻下放大性能出一定的衰減特性(觀察π參數(shù)電路圖不難看出)，與低頻下的一些參數(shù)不一樣。主要的高頻參數(shù)有：截止頻率特征頻率最高振蕩頻率第四章高頻小信號放大器§4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)第四章高頻小信號放大器§4.2.4晶體管的高頻參數(shù)1由于β0比1大的多,在頻率為fβ時(shí),|β|雖然下降到原來的0.707但是仍然比1大的多,因此晶體管還能起到放大的作用。低頻區(qū)第四章高頻小信號放大器§4.2.4晶體管的高頻參數(shù)（續(xù)）第四章高頻小信號放大器§4.2.4晶體管的高頻參數(shù)低頻時(shí)能放大電流100倍的三極管工作在50MHz的高頻時(shí)只能放大3倍了！第四章高頻小信號放大器§4.2.4晶體管的高頻參數(shù)(了解即可)§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器本節(jié)主要內(nèi)容單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路§4.3.1電壓增益的分析§4.3.2功率增益及插入損耗§4.3.3通頻帶與選擇性第四章高頻小信號放大器單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器45123Rb1Rb2ReYLCbCeCB1B2VTVcc一、實(shí)際電路圖(如何求增益，帶寬等）分析第①步：直流變交流（即畫小信號等效電路）直流變交流的畫法原則：(i)地與Vcc都接入交流地(ii)旁路電容視為短路(iii)大電阻可視為開路放大單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器二、交流(小信號)等效電路圖32154B1B2CYLT單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器三、將三極管用y參數(shù)模型等效后的電路圖32154yieyoeyreVo1yfeVi1CYL+Vi2-+Vi1-單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器四、忽略yre參數(shù)(不考慮反饋)后的電路圖yfeVi1yoeYL12345單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器五、L1與L2緊耦合時(shí)（相當(dāng)于抽頭）的電路圖yfeVi1yoeYL1235單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器六、將yoe和YL看作實(shí)際器件（電導(dǎo)與電容的并聯(lián)）后的電路圖yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-§4.3.1電壓增益的分析分析目標(biāo)：Av=Vi2/Vi1采用兩種方法分析：方法一：“徹底等效法”，即將所有從抽頭接入電路的元件都進(jìn)行“去抽頭等效變換”方法二：教材上的方法（兩級分析，先分析Vo1/Vi1，再分析Vi2/Vo1）推薦同學(xué)們按方法一分析第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器分析方法一（電路）第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析yfeVi11235+-Vi2p1yfeVi1+-抽頭等效Co1go1gi2Ci213分析方法一（計(jì)算任意頻率下電壓增益Av）第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析此為任意頻率下的電壓增益分析方法一（計(jì)算諧振頻率下Av0

）第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析我們通常只關(guān)心其幅度例4.3.1第1問）三極管T1與T2同型號三極管的參數(shù)如下

求諧振電壓增益

第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析例4.3.1（續(xù)）第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析例4.3.1（續(xù)）第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析分析方法二(教材的方法)第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-如何求這一項(xiàng)呢?分析方法二(續(xù))第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析分析方法二(續(xù))第四章高頻小信號放大器§4.3.1電壓增益的分析上頁已經(jīng)求出從而兩種方法得到了相同的結(jié)果,后面的推導(dǎo)一樣了但是方法二有點(diǎn)繞彎§4.3.2功率增益及插入損耗第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器Gpab三者并聯(lián)為G’p小信號放大器功率增益表達(dá)式第四章高頻小信號放大器§4.3.2功率增益及插入損耗插入損耗K1定義：第四章高頻小信號放大器§4.3.2功率增益及插入損耗Gpab插入損耗K1(續(xù))第四章高頻小信號放大器§4.3.2功率增益及插入損耗注意：K1是大于1的數(shù)例4.3.1（續(xù)，第2問）電路圖和已知不變，求功率增益及插入損耗第四章高頻小信號放大器§4.3.2功率增益及插入損耗通過QL及K1的大小，可對計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證：QL一定小于Q0，但一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1；K1一定大于1，而且一般不超過10§4.3.3通頻帶與選擇性在講諧振回路的通頻帶時(shí)，我們引入了歸一化諧振曲線；同樣在研究小信號放大器的通頻帶時(shí)，我們引入“歸一化增益曲線”的概念，即第四章高頻小信號放大器§4.3單調(diào)諧回路諧振放大器與串并聯(lián)回路諧振曲線形式上完全一樣，只不過要用有載時(shí)的QL千萬不要用Q0高頻小信號放大器的通頻帶第四章高頻小信號放大器§4.3.3通頻帶與選擇性1B一定要注意此處是QL不是Q0高頻小信號放大器的選擇性1第四章高頻小信號放大器§4.3.3通頻帶與選擇性單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，故其選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)。注意它與QL和f0無關(guān)，即，只要是單級單調(diào)諧放大器，矩形系數(shù)均為9.95例4.3.1（續(xù)，第3問）電路圖和已知不變，求通頻帶與矩形系數(shù)第四章高頻小信號放大器§4.3.3通頻帶與選擇性單級單調(diào)諧回路放大器解題思路此項(xiàng)可能有,也可能沒有,具體要看電路單級單調(diào)諧回路放大器解題思路§4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器Au1Au2Aun多級單調(diào)諧放大器通頻帶第四章高頻小信號放大器§4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶帶寬縮減后如何恢復(fù),及恢復(fù)后的副作用第四章高頻小信號放大器§4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器多級單調(diào)諧放大器的選擇性

（仍以矩形系數(shù)衡量）第四章高頻小信號放大器§4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

PrevNext以上在討論諧振放大器時(shí)，都假定了反向傳輸導(dǎo)納yre=0，即晶體管單向工作，輸入電壓可以控制輸出電流，而輸出電壓不影響輸入電流。實(shí)際上yre≠0，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，從而可能使放大器工作不穩(wěn)定。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼?，且在相位上滿足正反饋條件，則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。1.諧振放大器的穩(wěn)定性4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

bcbce－＋－＋＋－YLYSYLYSe＋－4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

PrevNext以下引出穩(wěn)定電壓增益的概念bce－＋＋－YLYSbc－＋YLYSe＋－由于內(nèi)反饋的存在，在放大器的輸入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓。穩(wěn)定系數(shù)S的定義輸入電壓與反饋電壓的比值。4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

PrevNext以下引出穩(wěn)定電壓增益的概念bc－＋YLYSe＋－由于內(nèi)反饋的存在，在放大器的輸入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓。放大器的穩(wěn)定系數(shù)bce－＋＋－YLYS4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

PrevNextbce－＋＋－YLYSbc－＋YLYSe＋－放大器的穩(wěn)定系數(shù)當(dāng)S為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明二者同相，滿足自激振蕩的相位條件。當(dāng)|S|>1時(shí)，，不滿足自激振蕩的振幅條件，放大器不會(huì)自激；當(dāng)|S|1，放大器不穩(wěn)定。

4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

PrevNext放大器的穩(wěn)定系數(shù)當(dāng)S為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明二者同相，滿足自激振蕩的相位條件。當(dāng)|S|>1時(shí)，，不滿足自激振蕩的振幅條件，放大器不會(huì)自激；當(dāng)|S|1，放大器不穩(wěn)定。為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級放大器通常選|S|=5~10。若|S|過大，將導(dǎo)致增益下降太多。4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級放大器通常選|S|=5~10。若|S|過大，將導(dǎo)致增益下降太多。S與Av0之間的關(guān)系穩(wěn)定電壓增益結(jié)論：放大器的穩(wěn)定與增益的提高是相互矛盾的。為保證放大器能穩(wěn)定工作，其電壓增益Av0不允許超過穩(wěn)定電壓增益(Av0)S。4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

PrevNext2.單向化由于yre的存在，晶體管是一個(gè)雙向的器件，增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。單向化的方法：⑴中和法⑵失配法4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

PrevNext⑴中和法（消除yre的反饋）中和法是指在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路，以抵消反饋?zhàn)饔?。晶體管內(nèi)部yre

的C2413L1＋－＋－CNCb’c中和電路的原理圖

4.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

⑴中和法（消除yre的反饋）C2413L1＋－＋－CNCb’c中和電路的原理圖

接收機(jī)中常用的中和電路★中和電路只能對一個(gè)頻率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)完全中和。因晶體管參數(shù)是隨頻率變化的，而CN不隨頻率變化。4.6