嚴國萍通信電子線路第三章高頻小信號放大器

本章內(nèi)容§3.1概述§3.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)§3.3晶體管諧振放大器§3.4諧振放大器的穩(wěn)定性§3.5非調(diào)諧式與集成電路放大器第三章高頻小信號放大器本文檔共68頁；當前第1頁；編輯于星期二\23點56分

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反饋控制系統(tǒng)（自動增益控制AGC）。本文檔共68頁；當前第2頁；編輯于星期二\23點56分§3.1概述一、高頻小信號放大器的特點①頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百MHz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)第三章高頻小信號放大器把這一段近似看作一段直線本文檔共68頁；當前第3頁；編輯于星期二\23點56分二、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載性質(zhì)：諧振放大器（以諧振電路作為負載）非諧振放大器（以阻容耦合電路作為負載）§3.1概述第三章高頻小信號放大器通過學習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。本文檔共68頁；當前第4頁；編輯于星期二\23點56分三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標§3.1概述（1）增益（放大倍數(shù)）第三章高頻小信號放大器本文檔共68頁；當前第5頁；編輯于星期二\23點56分（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，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。第三章高頻小信號放大器§3.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標后面將會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本文檔共68頁；當前第6頁；編輯于星期二\23點56分調(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。衡量指標矩形系數(shù)抑制比第三章高頻小信號放大器§3.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標矩形系數(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本文檔共68頁；當前第7頁；編輯于星期二\23點56分（4）工作穩(wěn)定性一個理想的放大器其主要指標（如增益、通頻帶、中心頻率等）應不隨時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、合理設計PCB布局布線單級的增益不要過高加入穩(wěn)定電路（如負反饋電路）等第三章高頻小信號放大器§3.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標本文檔共68頁；當前第8頁；編輯于星期二\23點56分（5）噪聲系數(shù)定義：第三章高頻小信號放大器§3.1概述三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標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本文檔共68頁；當前第9頁；編輯于星期二\23點56分§3.2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?。╩v級），所以可認為晶體三極管工作于線性區(qū)，如果把它等效成我們學過的線性元件的組合電路，那么就可以用我們學過的線性電路知識進行分析了。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)）第三章高頻小信號放大器重點把這一段近似看作一段直線本文檔共68頁；當前第10頁；編輯于星期二\23點56分§3.2.1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，列出表達式：第三章高頻小信號放大器§3.2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個參數(shù)均為導納量綱，故其稱為y參數(shù)本文檔共68頁；當前第11頁；編輯于星期二\23點56分y參數(shù)的求法和含義第三章高頻小信號放大器§3.2.1形式等效電路（y參數(shù)）+V1-+V2-I1I2y參數(shù)可能是復數(shù)，如(25+10j)ms課上思考：復數(shù)意味著什么物理含義？本文檔共68頁；當前第12頁；編輯于星期二\23點56分根據(jù)y參數(shù)公式畫出y參數(shù)等效電路這個等效電路非常重要，希望同學們記住。第三章高頻小信號放大器§3.2.1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來表示本文檔共68頁；當前第13頁；編輯于星期二\23點56分利用y參數(shù)求單純?nèi)壒芊糯箅娐返碾妷涸鲆娴谌赂哳l小信號放大器§3.2.1形式等效電路（y參數(shù)）yieyoeyreV2yfeV1+V1-+V2-I2Y’L本文檔共68頁；當前第14頁；編輯于星期二\23點56分yie和yoe的其他表示方法第三章高頻小信號放大器§3.2.3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電導g與一個電容C的并聯(lián)。本文檔共68頁；當前第15頁；編輯于星期二\23點56分§3.2.2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，反映放大能力，gm=IC/26=β0/rb’e。三個附加電容：Cbe

、Cce和

Cbc，數(shù)值很小，可忽略。與靜態(tài)工作點有關eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmvb’e本文檔共68頁；當前第16頁；編輯于星期二\23點56分§3.2.2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本文檔共68頁；當前第17頁；編輯于星期二\23點56分§3.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換為什么要進行轉(zhuǎn)換？回答：拿到一個三極管時，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，同學們可知，y參數(shù)不僅與π參數(shù)有關，還與工作頻率有關！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式，則其系數(shù)即為y參數(shù)了。第三章高頻小信號放大器§3.2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)）本文檔共68頁；當前第18頁；編輯于星期二\23點56分由π參數(shù)推出y參數(shù)的原理＋.bece－bb′Cce－＋－＋本文檔共68頁；當前第19頁；編輯于星期二\23點56分由π參數(shù)推出y參數(shù)的原理(續(xù))第三章高頻小信號放大器§3.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換+V1-+V2-I1I2本文檔共68頁；當前第20頁；編輯于星期二\23點56分§3.2.4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三章高頻小信號放大器§3.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)本文檔共68頁；當前第21頁；編輯于星期二\23點56分第三章高頻小信號放大器§3.2.4晶體管的高頻參數(shù)1由于β0比1大的多,在頻率為fβ時,|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)本文檔共68頁；當前第22頁；編輯于星期二\23點56分第三章高頻小信號放大器§3.2.4晶體管的高頻參數(shù)（續(xù)）本文檔共68頁；當前第23頁；編輯于星期二\23點56分第三章高頻小信號放大器§3.2.4晶體管的高頻參數(shù)低頻時能放大電流100倍的三極管工作在50MHz的高頻時只能放大3倍了！本文檔共68頁；當前第24頁；編輯于星期二\23點56分第三章高頻小信號放大器§3.2.4晶體管的高頻參數(shù)(了解即可)本文檔共68頁；當前第25頁；編輯于星期二\23點56分§3.3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§3.3.1電壓增益的分析§3.3.2功率增益及插入損耗§3.3.3通頻帶與選擇性第三章高頻小信號放大器本文檔共68頁；當前第26頁；編輯于星期二\23點56分單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第三章高頻小信號放大器§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器45123Rb1Rb2ReYLCbCeCB1B2VTVcc一、實際電路圖(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本文檔共68頁；當前第27頁；編輯于星期二\23點56分單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第三章高頻小信號放大器§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器二、交流(小信號)等效電路圖32154B1B2CYLT本文檔共68頁；當前第28頁；編輯于星期二\23點56分單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第三章高頻小信號放大器§3.3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-本文檔共68頁；當前第29頁；編輯于星期二\23點56分單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第三章高頻小信號放大器§3.3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本文檔共68頁；當前第30頁；編輯于星期二\23點56分單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第三章高頻小信號放大器§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器五、L1與L2緊耦合時（相當于抽頭）的電路圖yfeVi1yoeYL1235本文檔共68頁；當前第31頁；編輯于星期二\23點56分單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路第三章高頻小信號放大器§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器六、將yoe和YL看作實際器件（電導與電容的并聯(lián)）后的電路圖yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-本文檔共68頁；當前第32頁；編輯于星期二\23點56分§3.3.1電壓增益的分析分析目標：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）推薦同學們按方法一分析第三章高頻小信號放大器§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器本文檔共68頁；當前第33頁；編輯于星期二\23點56分分析方法一（電路）第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析yfeVi11235+-Vi2p1yfeVi1+-抽頭等效Co1go1gi2Ci213本文檔共68頁；當前第34頁；編輯于星期二\23點56分分析方法一（計算任意頻率下電壓增益Av）第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析此為任意頻率下的電壓增益本文檔共68頁；當前第35頁；編輯于星期二\23點56分分析方法一（計算諧振頻率下Av0

）第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析我們通常只關心其幅度本文檔共68頁；當前第36頁；編輯于星期二\23點56分例第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

第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析本文檔共68頁；當前第37頁；編輯于星期二\23點56分例（續(xù)）第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析本文檔共68頁；當前第38頁；編輯于星期二\23點56分例（續(xù)）第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析本文檔共68頁；當前第39頁；編輯于星期二\23點56分分析方法二(教材的方法)第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-如何求這一項呢?本文檔共68頁；當前第40頁；編輯于星期二\23點56分分析方法二(續(xù))第三章高頻小信號放大器§3.3.1電壓增益的分析本文檔共68頁；當前第41頁；編輯于星期二\23點56分分析方法二(續(xù))第三章高頻小信號放大器§3.3.1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,后面的推導一樣了但是方法二有點繞彎本文檔共68頁；當前第42頁；編輯于星期二\23點56分§3.3.2功率增益及插入損耗第三章高頻小信號放大器§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器Gpab三者并聯(lián)為G’p本文檔共68頁；當前第43頁；編輯于星期二\23點56分小信號放大器功率增益表達式第三章高頻小信號放大器§3.3.2功率增益及插入損耗本文檔共68頁；當前第44頁；編輯于星期二\23點56分插入損耗K1定義：第三章高頻小信號放大器§3.3.2功率增益及插入損耗Gpab本文檔共68頁；當前第45頁；編輯于星期二\23點56分插入損耗K1(續(xù))第三章高頻小信號放大器§3.3.2功率增益及插入損耗注意：K1是大于1的數(shù)本文檔共68頁；當前第46頁；編輯于星期二\23點56分例（續(xù)，第2問）電路圖和已知不變，求功率增益及插入損耗第三章高頻小信號放大器§3.3.2功率增益及插入損耗通過QL及K1的大小，可對計算進行驗證：QL一定小于Q0，但一定遠遠大于1；K1一定大于1，而且一般不超過10本文檔共68頁；當前第47頁；編輯于星期二\23點56分§3.3.3通頻帶與選擇性在講諧振回路的通頻帶時，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，我們引入“歸一化增益曲線”的概念，即第三章高頻小信號放大器§3.3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，只不過要用有載時的QL千萬不要用Q0本文檔共68頁；當前第48頁；編輯于星期二\23點56分高頻小信號放大器的通頻帶第三章高頻小信號放大器§3.3.3通頻帶與選擇性1B一定要注意此處是QL不是Q0本文檔共68頁；當前第49頁；編輯于星期二\23點56分高頻小信號放大器的選擇性1第三章高頻小信號放大器§3.3.3通頻帶與選擇性單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠大于1，故其選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點。注意它與QL和f0無關，即，只要是單級單調(diào)諧放大器，矩形系數(shù)均為9.95本文檔共68頁；當前第50頁；編輯于星期二\23點56分例（續(xù)，第3問）電路圖和已知不變，求通頻帶與矩形系數(shù)第三章高頻小信號放大器§3.3.3通頻帶與選擇性本文檔共68頁；當前第51頁；編輯于星期二\23點56分單級單調(diào)諧回路放大器解題思路此項可能有,也可能沒有,具體要看電路本文檔共68頁；當前第52頁；編輯于星期二\23點56分單級單調(diào)諧回路放大器解題思路本文檔共68頁；當前第53頁；編輯于星期二\23點56分§3.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器Au1Au2Aun本文檔共68頁；當前第54頁；編輯于星期二\23點56分多級單調(diào)諧放大器通頻帶第三章高頻小信號放大器§3.4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級放大器的通頻帶本文檔共68頁；當前第55頁；編輯于星期二\23點56分帶寬縮減后如何恢復,及恢復后的副作用第三章高頻小信號放大器§3.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器本文檔共68頁；當前第56頁；編輯于星期二\23點56分多級單調(diào)諧放大器的選擇性

（仍以矩形系數(shù)衡量）第三章高頻小信號放大器§3.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器本文檔共68頁；當前第57頁；編輯于星期二\23點56分3.6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，都假定了反向傳輸導納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。如果這個反饋足夠大，且在相位上滿足正反饋條件，則會出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。1.諧振放大器的穩(wěn)定性本文檔共68頁；當前第58頁；編輯于星期二\23點56分3.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

bcbce－＋－＋＋－YLYSYLYSe＋－本文檔共68頁；當前第59頁；編輯于星期二\23點56分3.6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。本文檔共68頁；當前第60頁；編輯于星期二\23點56分3.6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)生一個反饋電壓。放大器的穩(wěn)定系數(shù)bce－＋＋－YLYS本文檔共68頁；當前第61頁；編輯于星期二\23點56分3.6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S為正實數(shù)時，表明二者同相，滿足自激振蕩的相位條件。當|S|>1時，，不滿足自激振蕩的振幅條件，放大器不會自激；當|S|1，放大器不穩(wěn)定。

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PrevNext放大器的穩(wěn)定系數(shù)當S為正實數(shù)時，表明二者同相，滿足自激振蕩的相位條件。當|S|>1時，