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1、第3章 高频小信号放大器,3.1概述 放大高频小信号的放大器，称为高频小信号放大器。高频小信号的中心频率一般在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内。 对高频小信号放大器提出如下的指标 1）增益 2）通频带：收音机 中频放大器通频带约为68kHz； 而电视接收机的中频放大器通频带 为6MHz左右。,第3章 高频小信号放大器,3）选择性 放大器从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号，排除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。 （1）矩形系数 放大器应该对通频带内的各种信号频谱分量有同样的放大能力，而对通频带以外的邻近波道的干扰频率分量，则应完全抑制，不予放大。所以理想的放
2、大器频率响应曲线应呈矩形。但实际的曲线形状往往与矩形有较大的差异，如图3-1-2所示 为了评定实际曲线的形状接近理想矩形的程度，引入“矩形系数”参数,第3章 高频小信号放大器,矩形系数参数用Kr表示 式中，BW0.7为放大器的通频带；BW0.1和BW0.01分别为相对放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽。,图3-1-2,第3章 高频小信号放大器,矩形系数愈接近1，则实际曲线愈接近理想矩形，选择性愈好，滤除干扰信号的能力愈强。通常，小信号谐振放大器的矩形系数约在25的范围内。 （2）抑制比 又称抗拒比，通常说明对 某些特定组合频率，如中频、 像频等选择性的好坏。,第3章 高频小信号放大器,4）
3、工作稳定性 工作稳定性是指放大器的工作状态、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。为了使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，如限制每级增益、选择内反馈小的晶体管、应用中和或失配方法、采取必要的工艺措施（元件布局、接地、屏蔽等），以使放大器不自激或远离自激，且在工作过程中主要特性的变化不超出允许范围。,第3章 高频小信号放大器,5）噪声系数 放大器的噪声性能可用噪声系数来表示。在放大器中，总是希望它本身产生的噪声愈小愈好，即要求噪声系数
4、接近1。在多级放大器中，最前面的一、二级对整个放大器的噪声起决定作用，因此，要求它们的噪声系数尽量接近1。为了使放大器的内部噪声小，在设计与制作时应当采用低噪声管，正确地选择工作点电流，选用合适的线路等等。,第3章 高频小信号放大器,在高频电子线路中常采用Y参数电路模型 高频工作时，考虑到结电容的影响，且信号的工作频率范围较窄时，常采用Y参数电路模型。如果把电压作为自变量，电流作为因变量，则可直接写出三极管的小信号Y参数线性方程为,第3章 高频小信号放大器,Y参数为短路参数,在Y参数电路模型中 称为输出短路时的输入导纳 称为输入短路时的反向传输导纳； 称为输出短路时的正向传输导纳； 称为输入短
5、路时的输出导纳。,第3章 高频小信号放大器,短路导纳参数仅表示晶体管在输入端或输出短路时的参数。它们是晶体管本身的参数，只与晶体管的特性有关，而与外电路无关，所以又称内参数。晶体管构成放大器后，由于输入端、输出端都接有外电路，晶体管和有关外电路被看成一个整体，于是得到相应的放大器参数。它们不仅与晶体管有关，而且与外电路有关，故又称外参数。 高频混合型模型 当工作频率较高，三极管两个结电容的影响不能忽略时，等效电路中还应包括两个结电容 和 在考虑了这两个结电容之后，共发射极电路的模型如图,第3章 高频小信号放大器,共发射极电路的高频混合型模型 按照Y参数的定义，得出 混合型电路的参数与Y参数 之
6、间的转换,第3章 高频小信号放大器,输入导纳 反向传输导纳 正向传输导纳 输出导纳,第3章 高频小信号放大器,单级单调谐回路谐振放大器 图1表示某接收机中频放大器的部分线路。它由三级放大器组成。,第3章 高频小信号放大器,由图3-3-1可见，单调谐回路共发射极放大器，就是晶体管共发射极电路和并联谐振回路的组合。高频交流通路,第3章 高频小信号放大器,图3-3-2为高频等效电路,第3章 高频小信号放大器,我们以晶体管T2这一级放大器为例，并应用y参数等效电路进行分析。从它的基极起（包括偏置电阻R1和R2）至耦合电容C2止，算是这一级放大器的线路。前一级放大器是本级的信号源，其作用由电流源 和放大
7、器输出导纳Ys代表，后一级放大器的输入导纳yie是本级的负载阻抗。通常，如G5（即1/R5）与G6（即1/R6）之和远小于yie时，其作用可忽略，否则就必须考虑其作用。 略去图中与交流等效电路无关的元件。假定G1（即1/R1）与G2（即1/R2）之和远小于本级的输入导纳yie，则电阻R1、R2、R3和电容C3仅决定直流工作点；LF和CF为滤波电路 ，其作用是消除各级放大器相互之间的有害影响，可得如图所示的单级共发射极谐振放大器的高频交流通路,第3章 高频小信号放大器,从图3-3-2的高频等效电路中可见 （3） 式中： 代表由集电极c向右看进去的回路总导纳将式（3）代入（2），得 所以 （4）,
8、第3章 高频小信号放大器,将式（4）代入（1），得 所以，放大器的输入导纳Yi为 前面已经说明，yie为晶体管共发连接时本身（输出端短路）的输入导纳。而Yi则为晶体管接成放大器且输出端接有负载 时的输入导纳。,第3章 高频小信号放大器,在下面的分析中，我们暂时不考虑yre的作用，即令yre0，所以Yiyie。至于如何消除yre的作用问题，将在后面讨论。 下面逐项分析放大器的质量指标。 1）电压增益 由图3-3-2可见，放大器的输入电压为Vi，输出电压为V0，则电压增益为,第3章 高频小信号放大器,为了求出输出电压 ，必须先求晶体管的集电极电压 由式（4）可得 下面根据回路抽头时阻抗的变比关系来
9、计算 首先将下级的yie2从低抽头转换到全部回路上，变为 由图3-3-2可见，回路由L、C4和Rp组成。Rp代表并联回路的谐振电阻，化成电导形式时，Gp1/Rp。L为回路电感，C为回路电容（即C4），则ab两点间的导纳为,第3章 高频小信号放大器,再将YL从高抽头（ab点）转换到集电极上（cb点），得 式中，p1是集电极c的接入系数，p1Nbc/Nab；p2是下级输入导纳的接入系数，p2Nbd/Nab；Nab、Nbc、Nbd分别为图3-3-2中电感L各点ab、bc和bd间的线圈匝数。 同样，从电压变比关系得,第3章 高频小信号放大器,所以 将它带入到 因为 所以 上式是单调谐放大器电压增益的一
10、般表达式,第3章 高频小信号放大器,将yoe写成yoegoejCoe，yie2写成yie2gie2jCie2，并将 代入上式，经整理后得 式中，goe和Coe分别是放大器的输出电导和输出电容；gie2和Cie2分别是下级放大器的输入电导和输入电容。令,第3章 高频小信号放大器,则上式变为 式中的分母为并联回路的导纳，当角频率在谐振角频率附近时，可写成 式中,第3章 高频小信号放大器,f0为放大器调谐回路的谐振频率；fff0是工作频率f对谐振频率f0的失谐， 是回路的等效品质因数 当谐振时（f0），则 上式中的负号，表示输入和输出电压有180的相位差。,第3章 高频小信号放大器,有时，晶体管集电
11、极回路采用如图3-3-3所示的耦合回路。若电感L1与L2之间耦合很紧（耦合系数k1），则L2可以看成是L1在N2匝处抽的头。所以接入系数p1N1/N，p2N2/N。 由式（3-3-16）可见，单调 谐放大器在谐振时的电压增益和 晶体管的正传输导纳yfe成正比， 和回路的总电导g成反比。yfe愈 大，g愈小，则愈大。,第3章 高频小信号放大器,2）功率增益Ap 在谐振时功率增益 式中，Pi为放大器的输入功率；Po为输出端负载gie2上获得的功率。在谐振时可将图3-3-2右边简化成图3-3-4。 由图3-2和图3-4可见：,第3章 高频小信号放大器,所以谐振时的功率增益 式中，gie1和gie2分
12、别是本级和下一级晶体管的输入电导。 如果，回路本身损耗Gp与 相比可以忽略，则匹配条件为 则最大的功率增益为,第3章 高频小信号放大器,在实际情况下，回路本身损耗Gp不容忽略，考虑了Gp的作用后，最后功率增益可表示为 式中，QL1/（0Lg）为回路有载品质因数，Q01/（0LGp）为回路空载品质因数，而 称为回路插入损耗。,第3章 高频小信号放大器,3）放大器的通频带 与并联谐振回路相似，放大器 随f而变化的曲线，叫做放大器的谐振曲线，如图3-3-5所示。 因此,第3章 高频小信号放大器,当 时，得BW0.7因此，通频带 BW0.7 为 由上式可见，QL愈高，则通频带愈窄，反之愈宽。另外，电压
13、增益 Am也能用通频带BW0.7来表示。 因为回路有载品质因数,第3章 高频小信号放大器,所以 将上式代入Am的表达式，可得谐振时电压增益的另一种表示式：,第3章 高频小信号放大器,此式说明，晶体管选定以后（即yfe值已经确定），接入系数不变时，放大器的谐振电压增益Am只决定于回路的总电容C和通频带BW0.7的乘积。电容愈大，通频带 愈宽，则增益愈小。 因此，要想既得到高的增益，又保证足够宽的通频带，除了选用较大的 yfe 晶体管外，还应该尽量减小谐振回路的总电容量C。C也不可能很小。在极限的情况下，回路不接外加电容（图3-3-1中的C4），回路电容由晶体管的输出电容、下级晶体管的输入电容、电
14、感线圈的分布电容和安装电容等组成。另外，这些电容都属于不稳定电容（随着晶体管电压变化或更换晶体管等而改变），其改变会引起谐振曲线不稳定，使通频带改变。因此，从谐振曲线稳定性的观点来看，希望外加电容大，亦即C大，以使不稳定电容的影响相对减小。,第3章 高频小信号放大器,通常，对宽带放大器而言，要使放大量大，则要求C尽量小。这时谐振曲线不稳定是次要的，因为频带很宽。反之，对窄频带放大器，则要求C大些（外加电容大），使谐振曲线稳定（不会使通频带改变，以至引起频率失真）。这时因频带窄，放大量是足够大的。 4）单调谐放大器的选择性 放大器的选择性是用矩形系数表示的,第3章 高频小信号放大器,所以矩形系数
15、 上面所得结果表明，单调谐回路放大器的矩形系数远大于1。也就是说，它的谐振曲线和矩形相差较远，所以其邻道选择性差。这是单调谐振回路放大器的缺点 。 例 图3-3-1中，设工作频率f30MHz；晶体管用3DG47型NPN高频管。当VCE6V，IE2mA时，其y参数是 gie1.2mS，Cie12pF；goe400S，Coe9.5pF； 58.3mS，,第3章 高频小信号放大器,回路电感L=1.4H；接入系数p1=1，p2=0.3；回路空载品质因数Q0=100。 求单级放大器谐振时的电压增益Avm；通频带BW0.7；回路电容C是多少值，才能使回路谐振？ 解：设暂不考虑yre的作用(yre =0)
16、因为 所以 回路总电导为,第3章 高频小信号放大器,gie为下级晶体管的输入电导。当下级采用相同晶体管时 电压增益为 回路总电容为,第3章 高频小信号放大器,故外加电容应为 通频带为,3.5 谐振放大器的稳定性,小信号放大器的工作稳定性是重要的质量指标之一。下面讨论和分析小信号调谐放大器工作不稳定性的原因，并提出一些改进放大器稳定性的措施。 假定放大器工作于稳定的状态，即输出电路对输入端没有影响（yre=0），但实际上，由于晶体管存在着反向传输导纳，输出电压可以反作用到输入端，引起输入电流的 Ii变化，即反馈作用。yre的反馈作用，可以从放大器输入导纳的式中看出,3.5 谐振放大器的稳定性,如果放大器输入端也接有谐振回路，那么输入导纳并联在放大器输入端回路上，如图3-5-1所示。当没有反馈导
