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1、第三章第三章 高频小信号放大器高频小信号放大器3.1 3.1 引言引言 一、高频放大器的作用与分类一、高频放大器的作用与分类高频放大器的分类高频放大器的分类1 1、按信号大小分：、按信号大小分： 高频功率放大器，（高频功率放大器，（大信号大信号，通常用于发射机中）；，通常用于发射机中）； 高频高频小信号小信号放大器（接收机前端的主要部分）；放大器（接收机前端的主要部分）； 2.1高频放大器的作用：高频放大器的作用：放大高频信号。放大高频信号。工作频率范围：（工作频率范围：（300K-300M300K-300M）Hz Hz 。2 2、按负载分、按负载分谐谐 振振 放大器：放大器：LCLC谐振回路
2、作负载。谐振回路作负载。非谐振放大器：以传输线变压器作负载。非谐振放大器：以传输线变压器作负载。二、高频小信号放大器二、高频小信号放大器 按有元器件分：按有元器件分： 1 1、以分离元件为主的高频小信号调谐放大器（用、以分离元件为主的高频小信号调谐放大器（用LCLC谐振回路谐振回路作负载）作负载） 又可分为：又可分为： 谐振放大器（频率可调，主要做高频放大级，接谐振放大器（频率可调，主要做高频放大级，接收天线后第一级放大器）收天线后第一级放大器） 中频（频带）放大器（频率固定的中放电路）；中频（频带）放大器（频率固定的中放电路）； 2、以集成电路为主的集中选频放大器、以集成电路为主的集中选频放
3、大器（用（用集中选集中选择性滤波器择性滤波器做负载）。做负载）。按带宽分：按带宽分： 1 1、窄频带放大器：、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。 2 2、宽带放大器：、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。三、高频小信号调谐放大器的主要质量指标三、高频小信号调谐放大器的主要质量指标1 1、增益、增益（1 1） 电压放大倍数电压放大倍数 或或 电压增电压增益益 （2 2）功率放大倍数）功率放大倍数 或或 功率增益功率增益 2.1.1，而在其它频率处
4、增益减小，而在其它频率处增益减小，处及带宽处及带宽对高频小信号放大器的要求是在中心频率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内，有足够大的电压增益如图如图3.1.13.1.1所示。所示。图3.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线2.1.12 2通频带通频带 通频带也称为通频带也称为3dB3dB带宽：指放大电路的电压增益比中带宽：指放大电路的电压增益比中心频率心频率 处的增益下降处的增益下降3dB3dB时的上、下限频率之间的频带，时的上、下限频率之间的频带，用用 表示，如图表示，如图2.1.12.1.1所示。所示。 决定于负载回路决定于负载回路值及形式；且随级数的增加值及
5、形式；且随级数的增加要求的带宽要求的带宽也各也各带宽越来越窄。同时用途不同，带宽越来越窄。同时用途不同，不相同。如不相同。如 中波广播： =（68）KHz 电视信号： =6MHz 2.1.1图3.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线 表示放大电路从各种干扰信号中选择有用信号，抑表示放大电路从各种干扰信号中选择有用信号，抑制干扰信号的能力，等于在中心频率制干扰信号的能力，等于在中心频率3 3、选择性、选择性上的电压放大上的电压放大与偏离与偏离为为处的放大倍数处的放大倍数倍数倍数的比值，即的比值，即显然，显然，S S值越大表明电路的选择性越好。值越大表明电路的选择性越好。2.1.1图3.1.1
6、 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。与理想矩形的接近程度。矩形系数矩形系数定义为定义为 式中式中为放大电路增益下降到最大值的为放大电路增益下降到最大值的0.10.1时的时的）宽度。如图）宽度。如图2.1.12.1.1所示。所示。失谐（偏离失谐（偏离理想情况下，选频特性应为矩形，即理想情况下，选频特性应为矩形，即图3.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线4 4工作稳定性工作稳定性 指放大器的工作状态，晶体管参数，电路元件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
7、增益放大器的不稳定现象表现为增益的变化，中心频率的变化，中心频率的偏移，通频带的偏移，通频带变窄，谐振曲线变形等，其极限变窄，谐振曲线变形等，其极限状态是放大器产生自激。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。参数等发生可能变化时，其主要质量指标的稳定程度。2.1.15 5噪声系数噪声系数 表征信号经放大后，信噪比变坏的程度。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，即号功率与噪声功率之比）与输出信噪比之比，即通常是大于通常是大于1 1的
8、，的，越接近于越接近于1 1，放大器，放大器的输出的输出噪声越小。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。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部噪个放大器的噪声起决定作用。为了减少放大器的内部噪声，在设计与制作时应当采用低噪声管，正确的选择工声，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。作点电流，选用合适的电路等。2.1.13.2 3.2 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 高频小信号调谐放大
9、器的电路组成：高频小信号调谐放大器的电路组成： 晶体管晶体管和和LCLC谐振回路。谐振回路。3.2.13.2.1晶体管高频等效电路晶体管高频等效电路参数等效电路）。参数等效电路）。另一是形式另一是形式等效电路（等效电路（）等效电路。）等效电路。 一是物理模拟（混合一是物理模拟（混合2.2一、混合一、混合型等效电路型等效电路图3.2.1 晶体管高频共发射极混合型等效电路； 2.2.1各主要参数有关的公式如下：各主要参数有关的公式如下： 另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图3.2.23.2.2图（图（a a）所示，图）所示，图 (b)(b)是简化等效电路
10、。是简化等效电路。图3.2.2 晶体管高频共基极等效电路及其简化电路 2.2.1二、参数等效电路二、参数等效电路 双口网络即具有两个端口的网络，如图双口网络即具有两个端口的网络，如图2.2.32.2.3所示。所示。 Y Y参数方程是选取各端口的电压为自变量参数方程是选取各端口的电压为自变量, , 电流为应电流为应变量变量, , 其方程如下其方程如下 图3.2.3 双口网络2.2.1其中其中 四个参量均具有导纳量纲，即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所以参数又称为短路导纳参数, , 即确定这即确定这四个参数时必须使某一个端口电压为零四个参数时必须使某一个端口电压为零, ,
11、也就是也就是使该端口交流短路。使该端口交流短路。2.2.1图3.2.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 2.2.1 如共发射极接法的晶体管如共发射极接法的晶体管, , 如图2.2.4所示所示, , 相应的相应的参数方程为参数方程为 式中，式中， 分别称为输入导纳、反向传输导纳分别称为输入导纳、反向传输导纳正向传输导纳和输出导纳。正向传输导纳和输出导纳。 其中其中 图3.2.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 三、参数与混合三、参数与混合 参数的关系参数的关系2.2.1 由混合由混合 等效电路与参数的定义即可求出等效电路与参数的定义即可求出Y Y参参数如下式数如下式（请自行推导得出下式请自行
12、推导得出下式）3.2.2 3.2.2 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理图3.2.5 高频调谐放大器的典型线路（a）原理电路 （b）交流通路 构成晶体管的分压式电流反馈直流偏置电路，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。以保证晶体管工作在甲类状态。2.2.2旁路电容旁路电容C CB B、C CE E对高频旁路，电容值比低频放大器中对高频旁路，电容值比低频放大器中小得多。小得多。 LCLC振荡回路作为晶体管放大器的负载，为放大器提供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
13、抗匹配。选频回路。振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配。图3.2.6 单管放大器的小信号（a）小信号等效电路 （b）简化电路二、电路性能分析二、电路性能分析1 1、放大器的小信号等效电路及其简化、放大器的小信号等效电路及其简化2.2.2图中设图中设2 2、电路性能分析、电路性能分析（1）电压放大倍数（增益）谐振电压放大倍数（增益）的振幅值谐振电压放大倍数（增益）的振幅值 谐振电压放大倍数（增益）谐振电压放大倍数（增益） （2）、放大器的频率特性其中幅频特性表达式为其中幅频特性表达式为 图2.2.7 放大器的谐振曲线 2.2.2 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
14、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 2.2.2（5）矩形系数 得到放大器的增益带宽积为 小结小结（请自行总结请自行总结）1、放大倍数、放大倍数中负号（中负号（-）的）的意义意义？和输入电压和输入电压之间之间的相位差是？的相位差是？输出电压输出电压为使输出电压为使输出电压和输入和输入电压电压反相位，应如何选择反相位，应如何选择晶体管？晶体管？2 2、电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐、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的关系如何？为了增大电压增益，振电导和接入系数的关系如何？为了增大电压增益，应如何选择上述参数？应如
15、何选择上述参数？ 晶体管选定以后（晶体管选定以后（ 值已经确定），接入系数值已经确定），接入系数不变时，放大器的谐振电压增益不变时，放大器的谐振电压增益 与那些因素有关？与那些因素有关？3、由增益带宽积、由增益带宽积试说明：试说明：例例3.2.13.2.1 在图3.2.5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？ 解解
16、：暂不考虑 的作用（ ）。 根据已知条件可得 回路总电导 电压增益为回路总电容故外加电容C通频带3.2.3 3.2.3 多级单调谐回路谐振放大器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，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。称为多级单调谐放大器。n n级放大器级联，则级放大器级联，则总电压增益的振幅值为为：一、电压增益电压增益 若每一若每一级参数均相级参数均相同，则同，则谐振电压增益谐振电压增益 所以，单位谐振函数所以，单位谐振函数二、通频带二、通频带n n 级放大器的通频带级放大器的通频带由上式知，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，当多级放大器带宽确定后，级数越多，要求每一级的带宽越宽。（放大器多级级联动画） 例例3.2.2 3.2.2 某中频放大器的通频带为某中频放大器的通频带为 6MHz6MHz，现，现采用两级或三级相同的单调谐放大器，对每一级放大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？器的通频带要求各是多少？解解：根据式(2.2.25)，当n=2时 所以要
