高频电子线路第三章

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1、3.1 高频小信号放大器本章重点：高频小信号谐振放大器的 工作原理及性能指标计算。难 点：谐振放大器的性能分析。3.1 概述 一、高频放大器的作用与分类高频放大器的分类 1、按信号大小分：高频功率放大器，（大信号，通常用于发射机中 ）；高频小信号放大器（接收机前端的主要部分）； 3.1高频放大器的作用：放大高频信号。工作频率范围：（300K-300M）Hz 。2、按负载分谐 振 放大器：LC谐振回路作负载。非谐振放大器：以传输线变压器作负载。高频小信号放大器：用以放大微弱的高频小信号。按负载性质分：小信号调谐放大器：用LC谐振回路作负载。 可分为谐振放大器（频率可调，主要做高频放大级 ，接收天

2、线后第一级放大器）和中频（频带）放大 器（频率固定的中放电路）；集中选频放大器：用集中选择性滤波器做负载。 按带宽分： 窄频带放大器：窄带放大器用LC谐振回路或集中选频 滤波器做负载，具有放大、选频的功能。其中心频率 在（几百-几百M）Hz范围内，频带宽度约（几几十M ）Hz。 宽带放大器：用纯阻或变压器做负载，带宽较宽，越 （几M几百M）Hz。3.1.1 高频小信号调谐放大器的主要 质量指标1、增益（1） 电压放大倍数 或 电压增益 （2）功率放大倍数 或 功率增益 3.1.1，而在其它频率处增益减小，处及带宽对高频小信号放大器的要求是在中心频率内，有足够大的电压增益如图3.1.1所示。图3

3、.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线3.1.12通频带通频带也称为3dB带宽：指放大电路的电压增益比中心频率 处的增益下降3dB时的上、下限频率之间的频带 ，用 表示，如图3.1.1所示。 决定于负载回路值及形式；且随级数的增加 要求的带宽也各带宽越来越窄。同时用途不同， 不相同。如 中波广播： =（68）KHz 电视信号： =6MHz 3.1.1图3.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线实际中，也可用矩形系数来衡量放大器的频率特性与理想矩形的接近程度。矩形系数定义为 式中为放大电路增益下降到最大值的0.1时的）宽度。如图3.1.1所示。失谐（偏离理想情况下，选频特性应为矩形，即图3

4、.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线3、选择性4工作稳定性指放大器的工作状态，晶体管参数，电路元件放大器的不稳定现象表现为增益的变化，中心频率的偏移，通频带变窄，谐振曲线变形等，其极限状态是放大器产生自激。参数等发生可能变化时，其主要质量指标的稳定程度。3.1.15噪声系数 表征信号经放大后，信噪比变坏的程度。噪声系数的定义是放大器的输入信噪比（输入端的信 号功率与噪声功率之比）与输出信噪比之比，即通常是大于1的，越接近于1，放大器的输出噪声越小。放大器中产生噪声的原因有放大器本身产生的噪声 。在多级级联的放大器中，前一、二级放大器的噪声对 整个放大器的噪声起决定作用。为了减少放大器的内

5、部 噪声，在设计与制作时应当采用低噪声管，正确的选择 工作点电流，选用合适的电路等。3.1.13.1 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器的电路组成：晶体管和LC谐振回路。3.1.1晶体管高频等效电路参数等效电路）。另一是形式等效电路（）等效电路。 一是物理模拟（混合3.1一、混合型等效电路图3.1.1 晶体管高频共发射极混合型等效电路； 基区体电阻, 约发射结电阻折合到基极回路的等效电阻,约几十欧到几千欧；3.1.1：发射结电容, 约10皮法到几百皮法； ：集电结电阻, 约10k10M； ：集电结电容, 约几个皮法； ：晶体管跨导, 几十毫西门子以下； 各参数有关的公式如下： 其中 :是

6、发射极静态电流, 是晶体管低频短路电流是晶体管特征频率。放大系数,3.1.1注意:各参数均与静态工作点有关。二、参数等效电路双口网络即具有两个端口的网络，如图3.1.3所示。参数方程是选取各端口的电压为自变量, 电流为应变量, 其方程如下 图3.1.3 双口网络3.1.1其中 四个参量均具有导纳量纲，即 所以参数又称为短路导纳参数, 即确定这四个参数时必须使某一个端口电压为零, 也就是使该端口交流短路。3.1.1图3.1.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 3.1.1如共发射极接法的晶体管, 如图3.1.4所示, 相应的参数方程为 式中， 分别称为输入导纳、反向传输导纳正向传输导纳和输出导纳

7、。 其中 图3.1.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 三、参数与混合 参数的关系可忽略3.1.13.1.2 单管单调谐放大器一、电路组成及工作原理图3.1.5 高频调谐放大器的典型线路 （a）原理电路 （b）交流通路 1、各元件的作用构成晶体管的分压式电流反馈直流偏置电路，以保证晶体管工作在甲类状态。3.1.2电容CB、CE对高频旁路，电容值比低频放大器中小得多。LC振荡回路作为晶体管放大器的负载，为放大器提供选频回路。振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配。3.1.2图3.1.5 高频调谐放大器的典型线路 （a）原理电路 （b）交流通路2、简单工作原理 信号由输入端的高频变压器引入，晶体

8、管放大器的负载为部分接入的振荡回路，该回路对输入信号频率谐振，即 。此时，回路 呈现的阻抗最大，而对其它频率的阻抗很小， 因而输入信号频率的电压得到放大，而其它频 率信号受到抑制。同时振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配，以提供晶体管集电极所 需要的负载电阻，从而在负载（下一级晶体管 的输入）上得到最大的电压输出。所以，振荡 回路的作用是实现选频滤波及阻抗匹配。二、电路性能分析 1、放大器的小信号等效电路及其简化图3.1.6 单管放大器的小信号 （a）小信号等效电路 （b）简化电路3.1.2图中设得到的小信号等效电路如下图所示。其中改改其中 3.1.2由图知：所以 2、电路性能分析（1）电压

9、放大倍数（增益）3.1.2谐振电压放大倍数（增益） 式中负号表示输出电压和输入电压之间的相位相差 。同时，由于是复数，其相角为 故放大器在回路谐振时，。当工作频率较低时，和相位才相差，即输出电压和输入电压反相位。谐振电压放大倍数（增益）的振幅值 3.1.2和输入电压之间，而是的相位差并不是输出电压结论：电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐 振电导和接入系数有关： （A） 为了增大, 应选取大, 小的晶体管。 （B） 为了增 大, 要求负载电导小, 如果负载是下小。一级放大器, 则要求其（C） 回路谐振电导越小, 越大。而取决于 值, 与成反比。回路空载品质因数（D） 与接入系数 有关,

10、但不是单调递增或单调递减关系。由于还会影响回路有载品质因数值而 又将影响通频带,所以 的选择应全面考虑, 选取最佳值。 3.1.2（2）、放大器的频率特性其中幅频特性表达式为 图3.1.7 放大器的谐振曲线 3.1.2放大器的频率特性 曲线如图示。（3）放大器的通频带令 ，得到放大器的通频带为 越高，放大器的通频带越窄，反之越宽。 （4）放大器的增益带宽积将 代入 得到放大器的增益带宽积为 3.1.2（5）矩形系数 （6）、结论要想既得到高的增益，又保证足够宽的通频带，除3.1.2了选用 大的晶体管外，还应该尽量减小谐振回路的总电容 。C、 的减小与电路的稳定性相矛盾，减小 即应该减小外接电容

11、C ，但分布参数的影响将加大，会造成电路不稳定。解决的方法采用部分接入的方式。 例3.1.1 在图3.1.5中, 已知工作频率 = 30MHz, cc6, 2mA。晶体管采用3DG47型NPN高频管，其 参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下： ， ， ； ； ， ； ， ； 回路电感14H, 接入系数 ， ，回路 空载品质因数 100，负载是另一级相同的放大器。 求放大器的谐振电压增益 、通频带 ，且回路电 容C取多少时，回路谐振？ 3.1.2解：暂不考虑 的作用（ ）。 根据已知条件可得 回路总电导 电压增益为3.1.2回路总电容故外加电容C通频带3.1.2(3 ) 图 3 3 图3 1

12、高频小信号放大器的高频等效电路 (4) 2 放大器的性能参数忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 由图3 3可得(1)(2)(3) 输出导纳Yo(3 9) (1) 电压放大倍数K(2) 输入导纳Yi(3 7) (3 8) (4)带入（3）把(3 7)带入（1）把(3)带入（1）解出Ub，再带入（2） 1 放大器的稳定性反向传输导纳Yre引入的输入导纳, 记为Yir。 忽略r bb的影响, 则由式(3 3)、 (3 4)有将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率0附近情况, 有3.1.3高频谐振放大器的稳定性将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率0附近情况, 有(3 11) 则 2. 提高放大器稳

13、定性的方法是利用中和电容Cn的中和电路。 为了抵消Yre的反馈, 从集电极回路取一与 反相的电压 , 通过Cn反馈到输入端。根据电桥平衡有则中和条件为 (3 12) 图 3 5 中和电路(a) 原理电路; (b) 某收音机实际电路图 3 6 共发共基电路3.1.3 多级单调谐回路谐振放大器当多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上时， 称为多级单调谐放大器。n级放大器级联，则总电压增益 的振幅值为： 一、电压增益若每一 级参数均相 同，则谐振电压增益 3.1.3所以，单位谐振函数二、通频带n 级放大器的通频带由上式知，级联的放大器级数越多，总增益 越大，但通频带 越窄。换句话说，当多级放大器带宽

14、 确定后，级数越多，要求每一级的带宽越宽。3.1.3（放大器多级级联动画）三、矩形系数n级单调谐放大器的矩形系数为由该表知，级联的放大器级数越多， 虽有所改善，但 效果不大。123456789109.954.83.753.43.23.13.02.942.922.92.56由以上分析知，单调谐放大器的选择性差，增益和通频带的矛盾突出。改善放大器选择性和解决其增益与通频 带之间的矛盾的有效方法之一是采用参差调谐放大器。 3.1.3矩形系数与级数n的关系如下表所示：3.1.4多级谐振放大器 1多级单调谐放大器多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中 心频率。 (3 13) (3 14) (3

15、15) 2. 多级双调谐放大器 (3 16) 3. 参差调谐放大器 图3 8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调谐放大器的频率特性。图3 9示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。 3.1.5 高频集成放大器高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成 放大器, 主要用于某些不需要选频功能的设备中, 通常 以电阻或宽带高频变压器作负载; 另一种是选放大器, 用于需要有选频功能的场合, 如接收机的中放就是它的 典型应用。 图3 10(a)中, 集中选频滤波器接于宽带集成放 大器的后面。 图3 10(b)是另一种接法。 图3 10 集中选频放大器组成框图图 3 11示出了Mini Circuits公司生产的一集成 放大器MRA8的应用电路， MRA8是硅单片放大器, 其 主要指标见表3 3。 图 3 11 集成选频放大器应用举例 例3.1.2 某中频放大器的通频带为 6MHz，现采用两级或三级相同的单调谐放大器，对每一级放大 器的通频带要求各是多少？ 解：根据式(3.1.25)，当n=2时 所以要求每一级放大器的带宽同理，当n=3时，要求每一级放大器的带宽3.1.33.1.4 参差调谐放大器一、 双参差调谐放大器所谓双参差调谐，是将两级单调谐回路放大器的谐振频率，分别调整到略高于和略低于信号的中心频率。图3.1.8 双参