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1、1,第2章小信号谐振放大器,2,本章基本要求,掌握:小信号谐振放大器的电路组成、原理及分析方法； 熟悉放大器的噪声系数、高频集成放大器的特点。,3,2.1 概述,在无线通信过程中，通信信道数多，所占频段范围较宽, 工作频率也较高(从几百kHz到几百MHz，如卫星通信系统中, 工作频率可达数GHz)。同一通信频段内，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接收机则只选择出所需要的信号进行放大。,因此，接收机中的放大器除了要有足够的增益外, 还应具有选择不同频率的信号的能力，于是便产生了各种各样的选频放大器，但无论是哪一种类型的电路，它们主要由两部分组成: 一部分是其核心器件放大器件。另一部分是用作
2、选择信号的线性选频网络。,5,2.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数,1. 增益,2. 通频带,3. 选择性,4. 噪声系数,5. 稳定性,6,2.2有源器件的高频小信号等效电路,在小信号放大器的分析和设计中, 通常是采用等效电路法, 即假定放大器工作于线性状态, 把电路中的有源器件用线性等效电路来代替, 以便采用经典电路理论来进行分析、计算。 根据导出的方法不同，器件的等效模型可分为两类： 第一类是根据器件内部的物理结构及其物理模型所得出的模拟等效电路，其等效模型为混合型等效电路。 第二类是把器件等效为有源四端网络，用一些网络参数组成的等效模型，主要有H 参数等效电路、Y参数等效电路等。
3、,7,1 BJT、FET器件的混合型等效模型及其参数,8,1 BJT高频混合型等效模型及其参数,图2-2-1(a)为BJT的共发射极接法, 根据晶体三极管的物理结构及物理过程可得其小信号高频混合型等效模型如图2-2-1(b)所示。,(2-2-1),称为正向传输电导或跨导。,(2-2-2),9,2 FET的高频混合等效模型及其参数,10,称为交流短路时的漏极输出电阻, 定义为:,(2-2-4),11,2.2.2 混合型参数与Y 参数的关系,12,(2-2-6),(2-2-7),(2-2-8),(2-2-9),13,14,称为输出短路时的输入导纳,称为输出短路时的正向传输导纳,称为输入短路时的反向
4、传输导纳,称为输入短路时的输出导纳,15,(2-2-11),16,晶体三极管的4个Y参数都是复数，为了计算方便， 可表示为,(2-2-12),17,由于晶体管在高频运用时, 其放大特性与工作频率有关, 因而常引用晶体管的频率特性参数来表明它的高频特性。,是晶体管低频运用时的共射极电流放大系数,18,当值下降到0dB时所对应的频率称为特征频率, 用符号,表示,19,2.3 小信号调谐放大器,小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大微弱的高频信号。 所谓“小信号”是指两种情况: 一是信号幅度足够小，使得所有有源器件(晶体三极管、 场效应管或IC)都可采用二端口Y参数或线性等效电路模型代替; 二是
5、放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系。,20,“等效电路”法的主要步骤,用“等效电路”法分析小信号调谐放大器，可分为三个主要步骤： 首先是认识电路，包括认清电路的组态（共射电路等）、各元器件的作用，这是电子线路读图的基础； 其次分析电路的直流通路(直流偏置)和交流通路，以便了解电路的实际功能； 最后在画出交流等效电路（如Y参数等效电路）的基础上，根据定义计算放大电路的各参数，以此分析放大器的电路特性、技术性能和频率响应等。,21,2.3.1 晶体管调谐放大器 2.3.1.1 单调谐放大器,22,调谐放大器的基本原理,2）交流分析：在交流等效电路中，由于晶体管的输入、输出导纳与调谐回路并联，
6、使回路值降低，回路谐振频率也改变。为使电路获得最大的功率增益，还要求放大器前后级之间阻抗匹配。,1）直流工作状态的分析方法,3）交流等效电路,23,Y参数等效电路,24,是初级回路自耦变压器的接入系数，,是一次、二次侧之间变压器耦合的接入系数,25,图2-3-2 单调谐放大器等效电路,26,图2-3-2 单调谐放大器等效电路,27,1. 放大器的输入导纳,由图2-3-2 b可得到：,所以,28,2. 电压增益,(2-3-1),由图2-3-2 c中,由电压放大倍数的定义有:,(2-3-5),，由图2-3-2 c中,(2-3-6),29,根据变压器电压变换关系，由图2-3-2 a 可得,于是，,(
7、2-3-8),30,求电压增益的方法之二,也可以将图2-3-2 b 等效为图2-3-2 e ，从图中得到,“”号表示共射极放大器的反相作用,31,(2-3-12),32,3. 通频带与选择性,图2-3-3 单调谐放大器的频率特性,33,(2-3-16),(2-3-17),34,4. 功率增益,(2-3-18),35,由式（2-3-18）可得最大功率增益为：,（2-3-19,(2-3-20),36,谐振时,37,称为回路的插入损耗，,称为失配损耗。,38,例2-3-1,110.4(0.3)21.5=1.54 (mS),由已知参数，可得到谐振时的电压增益为:,回路总电容为,回路外接电容应为,pF,
8、39,5. 计算接入系数的考虑,由功率配匹的条件,由上述两式可解得,40,6. 多级单调谐放大器的级联,41,多级放大器谐振特性及通频带,42,2.3.1.2 双调谐放大器,多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这种放大器称为双调谐放大器。,图2-3-5所示是一种常用的双调谐放大电路。,43,44,45,典型的双回路等效电路,图2-3-6 双调谐放大器等效电路,46,为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，即:,47,(1) 电压放大
9、倍数,由图2-3-6 b，并根据电路分析理论列出下列方程:,(2-3-31),48,考虑到两个回路的参数相同，可得到,49,双调谐放大器谐振特性曲线和电压放大倍数的一般表达式分别为,（ =1 时）,50,双调谐放大器谐振曲线,51,(2) 通频带与选择性,双调谐放大器较常使用的是临界耦合，这时的谐振曲线为:,同样可得矩形系数为:,52,（3） 多级双调谐放大器,根据上式， 可求得n级双调谐放大器的通频带为:,称为通频带缩小系数。,53,2.3.2 场效应管调谐放大器,(1) 场效应管在正常工作时，栅极电流很小(A级)，所以场效应管的输入阻抗很高，一般在107以上。 (2) 场效应管的恒流特性比
10、晶体管好，在恒流区内，场效应管的输出电阻比晶体管的输出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的Q值，提高调谐放大器的选择性。,54,2.3.3 调谐放大器的稳定性 2.3.3.1谐振放大器不稳定的原因,55,如前所述，放大器的输入导纳是频率的函数,设,令,时，,56,2.3.3.3 提高谐振放大器稳定性的措施,例2-3-2,57,(1) 中和法,平衡条件为,即,58,(2) 失配法,例2-3-3,59,2.4 高频集成放大器 2.4.1 高频集成放大器的特点,(1) 电路结构与元器件参数具有对称性。在集成电路的制作工艺中，相同元器件制作工艺相同，特性和参数的一致性好。往往采用
11、结构对称或元件参数匹配的电路形式(如差分放大器等)，利用参数补偿的原理来提高电路的性能，尤其是提高电路的高频特性。 (2) 用有源器件代替无源器件。由于集成化的晶体管有源器件占用的芯片面积小，参数也易匹配，在模拟集成电路中，通常用晶体管或FET等有源器件代替电路中的电阻、 电容等无源器件。 (3) 采用复合结构的电路。由于复合结构电路的性能好，因而在模拟集成电路中，常采用复合晶体管：共射共基组合、共集共基组合或共源共栅组合等复合结构电路。 (4) 外接元件少、可靠性高。由于在半导体芯片上制作电感、大容量电容及高阻值电阻等较为困难。,60,2.4.2高频集成电路放大器 2.4.2.1 高频集成选
12、频放大电路,图2-4-1 MC1350组成的放大器,61,2.4.2.2 高频宽带放大器,图2-4-3 TA7060组成的放大器,图2-4-4 高频宽带集成放大器upc1651,62,2.5 放大器的噪声,2.5.1内部噪声的特点和来源,2.5.1.1电阻热噪声,内部噪声主要由电阻、谐振电路和半导体器件内部所具有的带电粒子无规则运动产生的。,电阻内部的带电粒子（自由电子）在一定温度下，总是处于无规则的热运动状态，产生起伏电流脉冲。大量的带电粒子所产生的许多个起伏电流脉冲相叠加，就形成了电阻的热噪声电流，从而可在电阻两端产生噪声电压和噪声功率。,63,电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱
13、范围， 如图2-5-1所示。,64,65,噪声电压的有效值为:,66,2.5.1.2 晶体管的噪声,(1) 散粒噪声,散粒噪声是晶体管的主要噪声。,由于晶体管内部载流子随机地通过PN结，即单位时间内通过PN结的载流子数目不同，使得通过集电结的电流在平均值上下作不规则的起伏变化，其基本性质与热噪声相似，频谱范围也非常宽。,其中，发射结散粒噪声电流的均方值为,(2) 热噪声,(3) 分配噪声,67,2.5.2 噪声系数2.5.2.1 放大器的噪声系数定义,或,（5-2-12）,68,69,则,实际上放大器输出端的总噪声功率,70,可以得,放大器自身内部噪声,因此,71,2.5.2.3 多级放大器的噪声系数,72,经过两级放大器后的输出噪声功率包括三部分：,73,结论:多级放大器的总噪声系数,主要取决于前一、 二级,后面各级的噪声系数对总噪声系数的影响较小。,74,本章要点,重点 掌握小信号谐振单调谐放大器的电路组成及分析方法；放大器的噪声系数； 难点 调谐放大器的接入系数、Y参数等效电路分析方法 熟悉双调谐放大器、多级放大器的特点；放大器的稳定性； 了解放大器的噪声来源,
