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1、2,第二章 高频小信号放大器,主要内容,第一节 概述 第二节 高频电路的基础知识 第三节 晶体管高频小信号 谐振放大器 第四节 小信号谐振放大器 的稳定性 第五节 场效应管高频放大器 第六节 线性宽带放大集成电路与集中滤波器,1、高频 是指放大器的工作频率在几百KHz几百MHz，必 须考虑放大器件的极间电容. 2、小信号 指的是放大器输入信号小，放大器件是 在线性范围内工作 3、高频小信号放大器的功能 是实现对微弱高频信号进行不失真放大,第一节 概述,一、高频小信号放大器的功能,超外差接收机组成方框图(以调幅广播为例),混 频,中频 放大,检 波,低频电 压放大,低频功 率放大,本机 振荡,高
2、频小信号放大,有源放 大器件,无源滤 波网络,高频小信号放大器：,高频小信号放大器功能的表示形式,数学表达式,频谱表示形式,按所用的器件： 晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集成电路（IC) 按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 按电路形式：单级放大器和级联放大器 按负载性质：谐振放大器和非谐振放大器 谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频的作用。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。,二、高频小信号放大器的分类,三、高频小信号放大器的主要技术指标,1、电压增益与功率增益,功率增益(Ap)等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。,电压增益(A
3、u)等于放大器输出电压与输入电压之比；,定义：放大器的电压增益下降到最大值的 倍时所 对应的频带宽度。常用 表示。,2、通频带,2f 0.7也称为3分贝带宽。,0.5,为什么要求通频带？ 放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。 与谐振回路相同，放大器的通频带取决于回路的形式和回路的等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变。并且通频带愈宽，放大器增益愈小。,放大器的选择性 从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系
4、数来表示。 按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。,其中2f 0.7为放大器的通频带, 2f 0.1为放大器电压增益下降至最大值的0.1倍时所对应的频带宽度，Kr愈接近于1越好。,3、矩形系数（选择性）,矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。,4、噪声系数,定义:,用分贝表示:,噪声系数是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个参量。对于放大器来说，总是希望放大器本身产生的噪声越小越好。,NF越接近1越好,一、滤波器（选频回路）的分类及功能,1、滤波器的功能:根据某一特定的性能要求实现对信号的频谱进行处理的电路。,按频率
5、特性分：低通、高通、带通和带阻滤波器,2、滤波器的分类：,第二节 高频电路的基础知识,滤波器的理想幅频特性,按所用器件的特点可分为无源和有源滤波器。,无源滤波器是由无源器件组成，例如LC滤波器、RC滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面滤波器等。,按处理的信号形式可分为模拟滤波器、数字滤波器和抽样数字滤波器。,有源滤波器是指在所构成的滤波器中含有放大器等有源电路，例如有源RC滤波器、开关电容滤波器等。,1、电感线圈的高频特性,1、电感元件在高频电路中不是理想无损电感，它的损耗电阻是不能忽略的。 2、一个实际的电感元件，可以用一个理想无损电感L和一个串联的损耗电阻 来等效。可用图（b）表示。
6、由于集肤效应的影响，损耗电阻 随频率增高而增大。 3、一个有损耗的电感线圈在工作频率 下通过 表可测得电感线圈的电感值和空载品质因数 ，而 的大小就反映损耗的大小。 4、电感线圈的品质因数定义是,一般情况下，线圈的 值通常在几十到三百左右。,有损电感的等效关系,趋肤效应 (skin effect ),当交变电流通过导线时，电流密度在导线横截面上的分布是不均匀的，并随着电流变化频率的升高，电流将越来越集中于导线的表面附近，导线内部的电流却越来越小的现象称为趋肤效应。,式中： R为物体的电阻（欧姆）； 为物质的电阻率，单位为欧姆米（. mm/m)。 L为长度，单位为米（m） S为截面积，单位为平方
7、米（mm）,5、一个实际电感可用串联电路等效。如图（b）,6、一个实际电感可用并联等效。 如图 (c),当 时：,2、电容元件的高频特性,一个实际的电容元件也是有损耗的，电容元件的损耗电阻的值主要决定于介质材料。目前，电容元件的Q值可达几千到几万的数量级，与电感元件相比，其损耗可忽略，因而在高频电路中一般认为是无损元件。,1、LC谐振回路有并联回路和串联回路两种形式，属于无源滤波网络；其作用是：,（1）选频滤波：从输入信号中选出有用频率分量，抑制无用频率分量或噪声。,（2）阻抗变换电路及匹配电路；,（3）实现频幅、频相变换：将频率的变化转换为振幅或相位的变化；将在频率调制中讲到。,二、LC串并
8、联谐振回路的特性,2、LC串联谐振回路,1、一个无负载电阻 的串联LC电路，由于电感L有损耗，可等效为如图（a）所示的LCR串联电路。,LC串联谐振回路,串联回路的阻抗,谐振频率,串联回路的品质因数是表征回路谐振过程中电抗元件的储能与电阻元件耗能的比值。由于回路无负载电阻，对应的品质因数称为空载品质因数。,串联振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小值，而偏离这个特定频率的时候阻抗将迅速增大。单振荡回路的这种特性称为谐振特性，这个特定频率就叫做谐振频率。,3、LC串联谐振回路,串联回路的阻抗,式中，,谐振频率,接入负载电阻 后的有载品质因数,2、若接入负载电阻 后，可等效为如图（b）所示的LCR
9、 串联电路。,谐振电阻,当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗。用表示,LC串联谐振回路,%,有载品质因数Q ： 谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻r的比值称为回路的品质因数，以Q表示，它表示回路损耗的大小。 当谐振时： 因此串联谐振时，电感L和电容C上的电压达到最大值且为输入信号电压的Q倍，故串联谐振也称为电压谐振。因此，必须预先注意回路元件的耐压问题。,3、LC串联谐振回路的频率特性,在串联回路两端加一恒压信号 ，则流过电路的电流,当 谐振时，流过电路电流最大 ，称为谐振电流。,用 对 进行归一化，得回路电流的相对值,其相对电流值的模及相角为,相对幅频特性与相频特性,幅频特性,相频特
10、性,通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q值叫做无载Q（空载Q值） 如式 把接入信号源内阻和负载电阻的Q值叫做有载Q值，用QL表示： 其中R为回路本身的损耗，RS为信号源内阻，RL为负载,信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响,结论：串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小(恒压源）和负载电阻RL也不大的情况。, 阻抗特性： 时，呈容性。 时，纯电阻。 时，呈感性,4、LC串联谐振回路,电压特性：谐振时电感线圈和电容两端的电压模值相等(方向相反) 且等于外加电压的 倍。即,电流特性:谐振时流过回路的电流的最大,品质因数: 其中 为特性阻抗,谐振频率：,1、一个无负载电阻 的并联LC电路
11、，由于电感L有损耗，可等效为如图（a）所示LC并联电路。,并联回路的导纳为,式中,5、LC并联谐振回路,LC并联谐振回路,在回路加电流源 激励时，定义能使回路端电压 与激励电流 同相的频率为并联回路谐振频率，用 表示，令 ，则得,式中， 为回路无阻尼振荡频率， 为回路的空载品质因数,当 不很高时，并联回路的谐振频率 不等于回路无阻尼振荡频率 。而当 比较高时， ，这对于多数通信电路，近似条件是成立的。,若将并联电路等效为图（b）的形式，则在 条件下，,2、若接入负载电阻 ，则在 的条件下回路两端等效电阻为 与 并联，即 。由于是并联回路其导纳为,式中,谐振频率,有载品质因数,3、LC并联谐振回
12、路的频率特性。,并联谐振回路的导纳,图2-9 并联回路的阻抗特性,由图可以看出， 时，回路谐振，回路等效为纯电阻，其阻值最大为R。随着 偏离 ，阻抗值越来越小。 回路呈容抗特性， 回路呈感抗特性。,由于输出电压 ，以 时输出电压 对 归一化，可得并联谐振回路的相对幅频特性和相位特性。,信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响, 阻抗特性： 时，呈感性。 时，纯电阻。 时，呈容性,5、LC并联谐振回路,谐振频率：,电流特性：谐振时流过电感线圈和电容的电流模值相等(方向相反) 且等于外加电流源的 倍。即,电压特性:谐振时回路的输出电压最大,品质因数: 其中 为特性阻抗,1、回路谐振（,）时：,串联
13、谐振回路的阻抗,并联谐振回路的阻抗,2、实际应用中：,串联回路适合于信号源和负载串接，从而使信号电流有效的送给负载。,并联回路适合于信号源和负载并接，使信号在负载上得到的电压振幅最大。,串并联回路比较,三、串并联阻抗的等效互换,1、“等效”的概念,在工作频率 相同的条件下，AB两端的阻抗相等。,、互换关系,串并联电路等效互换,串联电路转换为等效并联电路后， 为 的 倍，而 与 相同。,、结论,串联转换为等效并联后Q值不变。,1、“等效”的概念,在工作频率 相同的条件下，AB两端的阻抗相等。,四、并联谐振回路的耦合联接与接入系数,并联谐振回路的作用:选频滤波、阻抗变换,三极管或负载直接并联在LC
14、回路中存在的问题： 谐振回路Q值下降，通频带增宽，选择性变差。 影响中心频率 ，且稳定性变差。 阻抗不匹配,、变压器耦合联接的阻抗变换,因 与 是绕在同一磁芯上，是紧耦合，可认为是理想变压器。设次级负载电阻 得到功率为 ，它是由初级电压 通过变压器耦合给次级的。根据功率关系 ，初级提供 。而 ，故,2、自耦变压器耦合联接的阻抗变换,阻抗变比关系：,自耦变压器耦合联接方式适用于与晶体管的联接，它除了能实现阻抗变换外，还能为晶体管的集电极提供直流通路。,2、自耦变压器耦合联接的阻抗变换,上面变比关系推导的近似条件是Qc21，Qc1。,3、电容分压式耦合联接与阻抗变换,双电容分压的连接方式可以避免绕
15、制变压器线圈时抽头的麻烦。在实际电路中，这种方法被较多的使用。,4、接入系数与阻抗变换关系,首先定义与变换有关的接入系数p的定义：,变比关系的通式:,利用以上的变比关系可以很方便地对电路进行各种变换。,上面以电阻 的等效变换推导了几种常用的联接方式的变换关系。为了在分析电路时运用的方便，可将变换关系推广到电抗、电容、电流源和电压源的等效变换。,第三节 晶体管高频小信号谐振放大器,晶体管在高频线性运用时常采用两种等效电路进行分析, 一是参数等效电路, 一是混合型等效电路。,混合型等效电路:,参数等效电路:,物理参数模型，参数物理意义明确, 在较宽的频带内参数值基本上与频率无关。适合于分析宽频带小信号放大器。 ,网络参数模型，Y参数与频率有关,适合用于窄带小信号放大器
