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1、第三章 高频小信号放大器,电路性质：线性、甲类放大器 基础知识： - 并联谐振回路 - 抽头等效变换,本章内容,3.1 概述 3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数 3.3 晶体管谐振放大器 3.4谐振放大器的稳定性 3.5 非调谐式与集成电路放大器,第三章 高频小信号放大器,射频前端电路（RF Front-End IC）：输入回路；高频放大；本地振荡器；混频器。输出中频信号。,高频放大和中频放大是高频小信号放大器。,具有低通传输特性的负反馈控制系统（自动增益控制AGC）。,3.1 概述,一、高频小信号放大器的特点 频率较高 中心频率一般在几百kHz到几百MHz频 带宽（2f0.7）在几khz
2、到几十MHz 小信号 信号较小，所以工作在 线性范围内(甲类 放大器),第三章 高频小信号放大器,把这一段近似看作一段直线,二、高频小信号放大器分类,按所用的材料分类： 晶体管（BJT) 场效应管（FET) 集电电路（IC) 按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 按电路形式：单级放大器和多级放大器 按负载性质： 谐振放大器（以谐振电路作为负载） 非谐振放大器（以阻容耦合电路作为负载）,3.1 概述,第三章 高频小信号放大器,通过学习基于晶体管的谐振放大器来掌握基本原理，其他类型的放大器原理基本相同。,三、高频小信号放大器的质量指标,3.1 概述,（1）增益（放大倍数）,第三章 高频小信号放大器,
3、（2）通频带,定义：放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/ ）倍时，上、下限频率之间的频率范围称为放大器的通频带，用 表示。也称为3dB带宽。,第三章 高频小信号放大器,3.1 概述,三、高频小信号放大器的质量指标,后面将会证明谐振放大器的通频带与谐振回路的通频带是类似的,（3）选择性,定义：表示放大电路从混合信号（有用信号与干扰信号的叠加信号）中选出有用信号，并抑制干扰信号的能力。 衡量指标 矩形系数 抑制比,第三章 高频小信号放大器,3.1 概述,三、高频小信号放大器的质量指标,矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择性越好，矩形系数最小值为 1,（4）工作稳定性,一个理想的放大器其主要指
4、标（如增益、通频带、中心频率等）应不随时间和外界变化而变化，谓之稳定。 反之则为不稳定，不稳定的极限情况是自激（无规则的、失控的正反馈）。 提高稳定性，避免自激的措施有 合理选择器件、合理设计PCB布局布线 单级的增益不要过高 加入稳定电路（如负反馈电路）等,第三章 高频小信号放大器,3.1 概述,三、高频小信号放大器的质量指标,（5）噪声系数,定义：,第三章 高频小信号放大器,3.1 概述,三、高频小信号放大器的质量指标,高频小信号 放大器,此信号功率为Psi,此信号功率为Pni,此信号功率为Pso,此信号功率为Pno,3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数,为什么要提出小信号等效电路? 回
5、答：由于信号幅度很小（mv级），所以可认为晶体三极管工作于线性区，如果把它等效成我们学过的线性元件的组合电路，那么就可以用我们学过的线性电路知识进行分析了。 等效方法 形式等效电路（如y参数、h参数） 物理模拟等效电路（参数）,第三章 高频小信号放大器,把这一段近似看作一段直线,3.2.1 形式等效电路（主要介绍y参数）,图中，若以V1和V2为 自变量， I1和I2为参 变量，列出表达式：,第三章 高频小信号放大器,3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数,+ V1 -,+ V2 -,其中的 yi、yr、yf、yo 合称为 y 参数,可以看出4个参数均为导纳量纲，故其称为 y 参数,y参数的求法
6、和含义,第三章 高频小信号放大器,3.2.1 形式等效电路（y参数）,y参数可能是复数，如(25+10j)ms 课上思考： 复数意味着什么物理含义？,根据y参数公式画出y参数等效电路,这个等效电路非常重要，希望同学们记住。,第三章 高频小信号放大器,3.2.1 形式等效电路（y参数）,+ V1 -,+ V2 -,等效,利用y参数求单纯三级管放大电路的电压增益,第三章 高频小信号放大器,3.2.1 形式等效电路（y参数）,+ V1 -,+ V2 -,yie和yoe的其他表示方法,第三章 高频小信号放大器,3.2.3 混合参数和y参数的转换,由于yie和yoe均为复数，而且虚部(电纳)通常为正数，
7、所以在图中，我们可以将其看作一个电导g与一个电容C的并联。,3.2.2 混合等效电路,rbb：基区体电阻； rbe：发射结电阻； Cbe：发射结电容；Cbc：集电结电容； rbc：集电结电阻；rce：集-射极电阻。 gm：晶体管跨导，反映放大能力，gm =IC/26=0/rbe。 三个附加电容： Cbe 、Cce和 Cbc，数值很小，可忽略。,与静态工作点有关,3.2.2 混合等效电路,rbb：25 ； rbe：150 ； Cbe：500pF；Cbc：5pF； rbc：1M ；rce：100K 。,3.2.3 混合参数和y参数的转换,为什么要进行转换？ 回答：拿到一个三极管时，往往只知道其物理
8、参数，而不知道y参数。而且，由后面的推导，同学们可知，y参数不仅与参数有关，还与工作频率有关！ 转换方法 由参数电路出发，推出与y参数方程形式上一样的表达式，则其系数即为y参数了。,第三章 高频小信号放大器,3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数,（经常用的是将参数转换成y参数）,由参数推出y参数的原理,.,b,e,c,e,Cce,由参数推出y参数的原理(续),第三章 高频小信号放大器,3.2.3 混合参数和y参数的转换,3.2.4 晶体管的高频参数,为什么要了解晶体管的高频参数? 回答：晶体三极管在高频下放大性能出一定的衰减特性(观察参数电路图不难看出)，与低频下的一些参数不一样。 主要的高
9、频参数有： 截止频率 特征频率 最高振荡频率,第三章 高频小信号放大器,3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数,第三章 高频小信号放大器,3.2.4 晶体管的高频参数,由于0比1大的多,在频率为f时,|虽然下降到原来的0.707 但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。,第三章 高频小信号放大器,3.2.4 晶体管的高频参数,（续）,第三章 高频小信号放大器,3.2.4 晶体管的高频参数,低频时能放大电流100倍的三极管工作在50MHz的高频时只能放大3倍了！,第三章 高频小信号放大器,3.2.4 晶体管的高频参数,(了解即可),3.3 单调谐回路谐振放大器,本节主要内容 单调谐回路
10、谐振放大器的典型电路 3.3.1 电压增益的分析 3.3.2 功率增益及插入损耗 3.3.3 通频带与选择性,第三章 高频小信号放大器,单调谐回路谐振放大器的典型电路,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,一、实际电路图(如何求增益，带宽等）,分析第步：直流变交流 （即画小信号等效电路）,直流变交流的画法原则：,(i)地与Vcc都接入交流地,(ii)旁路电容视为短路,(iii)大电阻可视为开路,放大,单调谐回路谐振放大器的典型电路,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,二、交流(小信号)等效电路图,单调谐回路谐振放大器的典型电路,第三章 高频小信号放大器,3
11、.3 单调谐回路谐振放大器,三、将三极管用y参数模型等效后的电路图,单调谐回路谐振放大器的典型电路,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,四、忽略yre参数(不考虑反馈)后的电路图,yfeVi1,yoe,YL,1,2,3,4,5,单调谐回路谐振放大器的典型电路,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,五、L1与L2紧耦合时（相当于抽头）的电路图,yfeVi1,yoe,YL,1,2,3,5,单调谐回路谐振放大器的典型电路,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,六、将yoe和YL看作实际器件（电导与电容的并联）后的电路图,yfeVi1,go1,1
12、,2,3,5,Co1,gi2,Ci2,+ Vi2 -,3.3.1 电压增益的分析,分析目标：Av=Vi2 /Vi1 采用两种方法分析： 方法一：“彻底等效法” ，即将所有从抽头接入电路的元件都进行“去抽头等效变换” 方法二：教材上的方法（两级分析，先分析 Vo1 / Vi1，再分析Vi2 / Vo1） 推荐同学们按方法一分析,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,分析方法一（电路）,第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,yfeVi1,1,2,3,5,+,-,Vi2,p1yfeVi1,Co1,go1,gi2,Ci2,分析方法一（计算任意频率下电压增益Av）,第三
13、章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,此为任意频率下的电压增益,分析方法一（计算谐振频率下Av0 ）,第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,我们通常只关心其幅度,例3.3.1第1问）,三极管T1与T2同型号,三极管的参数如下,求谐振电压增益,第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,例3.3.1（续）,第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,例3.3.1（续）,第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,分析方法二(教材的方法),第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,yfeVi1,go1,1,2,3,5,Co1,g
14、i2,Ci2,+ Vi2 -,如何求这一项呢?,分析方法二 (续),第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,分析方法二 (续),第三章 高频小信号放大器,3.3.1 电压增益的分析,上页已经求出,从而两种方法得到了相同的结果,后面的推导一样了 但是方法二有点绕弯,3.3.2 功率增益及插入损耗,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,三者并联为Gp,小信号放大器功率增益表达式,第三章 高频小信号放大器,3.3.2 功率增益及插入损耗,插入损耗K1,定义：,第三章 高频小信号放大器,3.3.2 功率增益及插入损耗,Gp,插入损耗K1 (续),第三章 高频小信号放大器
15、,3.3.2 功率增益及插入损耗,注意：K1是大于1的数,例3.3.1（续，第2问）,电路图和已知不变，求功率增益及插入损耗,第三章 高频小信号放大器,3.3.2 功率增益及插入损耗,通过QL及K1的大小，可对计算进行验证： QL一定小于Q0，但一定远远大于1；K1一定大于1，而且一般不超过10,3.3.3 通频带与选择性,在讲谐振回路的通频带时，我们引入了归一化谐振曲线；同样在研究小信号放大器的通频带时，我们引入“归一化增益曲线”的概念，即,第三章 高频小信号放大器,3.3 单调谐回路谐振放大器,与串并联回路谐振曲线形式上完全一样，只不过要用有载时的QL,千万不要用Q0,高频小信号放大器的通频带,第三章 高频小信号放大器,3.3.3 通频带与选择性,一定要注意此处是QL不是Q0,高频小信
