高频小信号放大器

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1、第5、6次课（共27次课）主讲：刘靖主讲：刘靖高频电子线路高频电子线路1上一页第2章 高频小信号放大器 下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助 一、作用 放大有用信号 抑制无用的干扰信号（选择性）二、分类 调谐放大器：主要是指放大器的集电极负载为谐振回路（如LC谐振回路），谐振回路调谐于输入有用信号的频率。 频带放大器（固定中频）：谐振频率为固定值。 窄带放大器：以各种选频电路作负载，例如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等。 宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载，例如高频变压器、传输线变压器等。2上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助三、与低频小信号放大器比较相同点：晶体

2、管工作于线性工作状态。不同点：工作频段不同，相对带宽不同，负载不同。第2章 高频小信号放大器 3上一页第2章 高频小信号放大器 下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助四、质量指标1.增益：放大器的输出电压与电压输入之比。符号:2.通频带:或3dB带宽， 等于 时对应频率的范围。 与被放大已调信号的带宽相适应，以有效放大已调信号，防止频率失真；同时减少噪声影响。 放大器的通频带宽度与增益之间存在矛盾，需要合理解决。4通常要求： =25，可以接近1 。上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助3.选择性：放大器从众多不同频率信号中，排除有害（干扰 ）信号，选取有用信号的能力。衡量选择性好

3、坏的主要指标： 矩形系数Kr :Kr：表示实际曲线与理想矩形接近的程度。Kr 愈接近1，实际曲线愈接近矩形，选择性愈好；Kr 愈大于1，则实际曲线离矩形愈远，选择性愈差。 第2章 高频小信号放大器 5上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助 抑制比说明某些特定频率（中频、象频等）选择性的好坏或例如：,则 d=100,或d(dB)=40dB第2章 高频小信号放大器 6上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助4.噪声系数（后续讲授） 放大器的内部噪声； 整机一、二级的噪声系数应尽量小。5.工作稳定性 主要是不要自激。第2章 高频小信号放大器 为了讨论三极管调谐放大器，首先需要导出高

4、频晶体管在线性状态下的小信号等效电路。7小信号等效 电路的种类形式等效电路（网络参数模型）：将晶体 管等效为有源线性二端口网络。优点：导出的表达式具有普遍意义， 分析、计算方便。缺点：网络参数与频率有关。适于分 析窄带放大器。物理模拟等效电路（物理参数模型）：模 拟晶体管的内部物理结构，用集中参数元 件构成等效电路；优点在于各元件在很宽 频率范围内保持常数；缺点在于参数不具 有普遍性，分析计算复杂；适于分析宽带 放大器。第2章 高频小信号放大器 2.2 晶体管高频小信号等效电路8注意： 1）在不同场合，同一晶体管可用不同的等效电路表示。 2）对不同等效电路，同一晶体管的参数间可以互相转换。3)

5、 对于二端口网络，有四个变量；可任选其中两个作自变量 ，其余两个作为参变量，可得六种不同的参数系；但最常 用的只有h，y，z三种参数系。 4) 通信电子电路中，常采用 y 参数系等效电路。理由： 晶体管是电流受控元件，输入和输出都有电流，采用3) y 参数系较方便；4) 导纳的并联可直接相加，使运算简单。U2+beceI1I2U1+_92.2.1 晶体管的y参数等效电路 对共发射极组态的四个变量，选择电压 为自变量，电流 为参变量，则有：输出交流短路时的输入导纳 ：输出端交流短路时的正向传 输导纳，是体现三极管电流控 制作用的参数 ：输入交流短路时的反向传输导 纳，是输出与输入耦合的主要因 数

6、，也称反馈导纳：输入端交流短路时的输出导纳 U2+beceI1I2U1+_晶体管共发射极电路 10根据电流、电压关系式，可绘出晶体管y参数等效电路图 ：2.2.1 晶体管的y参数等效电路 y参数等效电路 表 示输入 作用在输出端引起的受控电流源，代表了晶体管 的正向传输能力。正向传输导纳越大，晶体管的放大能力越强 。 表示输出电压 的反馈在输入端引起的受控电流源，代表晶 体管的反向传输能力。 反馈导纳 yr 越大，内部的反馈 越强。yr 的存在，给实际工作带来 很大的危害，应尽可能减小 。11考虑信号源和负载后，y参数等效电路图变为：上述两式表明： 放大器的输入导纳与输出负载有关，反映了晶体管

7、的内部有反馈，这个反馈是由yr 引起的。 放大器的输出导纳与信号源有关，也反映了晶体管的内部有反馈，这个反馈也是由yr 引起的 。 计算可得，放大器的总输入导纳Yi和总输出导纳 Y0分别为： 12 Y参数与静态工作点有关，在这点上与H参数一样； Y参数与三极管的工作频率有关； 如果工作频率不是特别高，对三极管来讲，Y参数均为容性参数。 y参数等效电路特征： 2.2.1 晶体管的y参数等效电路 计算亦可得，放大器的电压增益为： 表明： 1) 晶体管的正向传输导纳越大，放大器的增益也越大。 2) 负号说明：若 均为实数，则 的相位差为1800 （注：非特殊说明时，只考虑此情况）。13上一页下一页湖

8、南理工学院物理与电子信息系目录帮助2.2.1 混合等效电路（物理模拟等效电路）基极体电阻，25量级，在共基电路中引 起高频负反馈，降低电流放大系数。第2章 高频小信号放大器 管内基极管外基极引出端14上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助发射结电容，扩散电容，500PF量级。受控电流源， ，50mS量级。集-射电阻，100K量级。集电结电阻，1M量级集电结电容，5PF量级基射之间的电阻， ，150量级内部反馈元件，是 自激源之一，有害 ，不稳定因素。第2章 高频小信号放大器 跨导15上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助说明： 高频管和低频管的混合等效电路，形式上是相同的，

9、只是参数的数量级不同. 是高频晶体管潜在的不稳定因素 。低频时可以忽略，但在高频时是放大器工作不稳定的主要因素，须重点关注。第2章 高频小信号放大器 和162.2.2 混合等效电路参数与y参数的转换 可以推算出晶体管共发射极y参数与混合参数间的近似关系为 ： 晶体管的y参数与内部的物理参数有紧密联系。 四个y参数都是容性参数。可见，17为分析方便，今后将Y参数记为：导纳电导j 电纳18例题 2.1 单调谐放大电路中，以LC并联谐振回路为负载，若谐 振频率f0=6.5MHZ，C= 100pF， =200kHZ。（1）求回路的 电感L和QL。（2）如将通频带展宽为400kHZ，应在回路两端并 接一

10、个多大的电阻？ 未接并联电阻前,回路的总电导为： 接上并联电阻后, 总电导为：因解：19例2.2： 单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该放大器完全 相同的下一级放大器，BJT的参数为：gie=2.5103S， goe=2.510-4S，|yfe|0.06S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈， N1320圈， N454圈， L13=1.5uH，C=15pF，Q0=150。 求：f0，Av，2f0.7 .解：负载是与该放大器完全相同的下一级 放大器，所以gL=gie，CL=Cie202）回路空载时的电导：回路有载时的总电导：求得 Av21例 2.3 一晶体管组成的单回路中频放大器

11、如图所示。已知 fo=465kHz，晶体管经中和后的参数为：gie=0.4mS,Cie=142pF， goe=55S，Coe=18pF，yfe=36.8mS,yre=0，回路等效电容 C=200pF，中频变压器的接入系数p1 =N1/N=0.35， p2 =N2/N=0.035，回路无载品质因数Q0=80，设下级也为同一晶体 管，参数相同。试计算：（1）回路有载品质因数 QL和 3 dB带 宽2f0.7; （2）放大器的电压增益。根据已知条件可知，能够忽略中 和电容和yre的影响。得：解：22232.2.3 多级单调谐放大器1. n 级放大器的增益： 设各级电压增益分别为AV1、AV2、 AV

12、n，则总电压增益：，谐振时的电压总增益为： 如果各级放大器的参数及增益相同，均为且通频带相同，均为，则有：n级放大器的归一化电压增益为：242. n级放大器的通频带令 ，可得则: 可见，n级放大器级联之后，总的通频带是单级放大器的通频带的 ,倍，比单级通频带变窄。称为频率缩小系数 253. n 级放大器的矩形系数令 即，则得：矩形系数 ：可见，当级数 n 增加时，放大器的矩形系数有所改善；但这种改善是有限度的，一般级数越多，Kr的改善越缓慢。当 n 时，也只有2.56，与理想矩形仍有一定距离。 26例2.4 在三级相同的单调谐放大器中，中心频率为465kHZ，每个回路的QL=100，试问（1）

13、总的通频带等于多少？（2) 如果要使总的通频带为80kHZ，则允许最大的QL为多少？解：（1）总的通频带为：（2）每个回路允许最大的QL为27上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系目录帮助晶体管混合等效电路中 ， （即yr）的存在，有可能导致放大器工作不稳定。2.2.4 小信号放大器的稳定性问题第2章 高频小信号放大器 1. 使调试放大器困难由于的存在，若调整输出回路（即改变 ），放大器的输入端就受到影响。同样，若调整输入回路， 改变，放大器的输出导纳随之改变，输出回路的调谐和匹配也发生变化。因此调整工作需要反复进行多次，非常麻烦。282. 使放大器工作不稳定yr 把一部分输出信号反馈到晶体

14、管的输入端。尽管反馈可能较小，但由于放大后的信号信号比输入信号大很多，所以反馈信号不可忽略。反馈信号回到输入端后，又由晶体管加以放大，再通过反馈到输入端，如此循环不止。条件适合时，放大器即使不需要外加信号，也能够产生正弦波或其它波形的振荡，产生自激。一旦出现自激，放大器的正常工作就被破坏了。292.2.5 提高稳定性的措施（P55）1. 尽量减小 ：随着电子技术的发展，得到逐步改善。 2.失配法：晶体管输入电阻与信号源电阻不匹配；输出端负载阻抗与本级晶体管输出电阻不匹配，都称为失 配。总之，放大器的输入或输出回路有一边不匹配 或两边都不匹配，都是失配。3.中和法：在晶体管输出端与输入端之间外接RN、CN反馈支路，使内部反馈电流与外部反馈电流大小相等，相位相反，互相抵消。 30上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系小结本堂课小结作业：2.1、 2.2 、2.3 、2.4 目录帮助1.高频电压放大器的概念与质量指标；2.单调谐回路谐振放大器的组成原则与工作原理；3.等效电路各参量的物理意义。第2章 高频小信号放大器 31