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1、 通信电路教案高频小信号放大电路主要内容：. 概述. 晶体管高频等效电路. 谐振放大器. 宽频带放大器. 集中选频放大器. 集成高频放大电路的选用与实例介绍.章末小结2.1 概述 一、高频小信号放大器的类型： 窄频带放大电路。 1. 窄频带放大电路的作用：其对中心频率在几百千赫到几百兆赫, 频谱宽度在几千赫到几十兆赫内的微弱信号进行不失真的放大, 故不但需要有一定的电压增益, 而且需要有选频能力。 2.窄频带放大电路主要类型：由双极型晶体管(以下简称晶体管)、场效应管或集成电路等有源器件提供电压增益, LC谐振回路、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器或声表面波滤波器等器件实现选频功能。它有两种主要类型
2、：以分立元件为主的谐振放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。 宽频带放大电路1.宽频带放大电路作用：对几兆赫至几百兆赫较宽频带内的微弱信号进行不失真的放大, 故要求放大电路的下限截止频率很低(有些要求到零频即直流), 上限截止频率很高。 宽频带放大电路也是由晶体管、场效应管或集成电路提供电压增益。为了展宽工作频带,不但要求有源器件的高频性能好, 而且在电路结构上采取了一些改进措施。 二.高频小信号放大电路的分析工具：高频小信号放大电路是线性放大电路。 Y参数等效电路（适合于窄频带放大电路） 混合型等效电路是分析高频晶体管电路线性工作的重要工具。（适合于宽频带放大电路）2.2谐振放大电路：一谐
3、振放大电路的主要性能指标：电压增益，通频带，矩形系数，噪声系数。二晶体管高频Y参数等效电路晶体管在高频线性运用时常采用两种等效电路进行分析, 一是混合型等效电路, 一是参数等效电路。 参数等效电路是从模拟晶体管的物理机构出发, 用集中参数元件、 和受控源来表示管内的复杂关系。优点是各元件参数物理意义明确, 在较宽的频带内元件值基本上与频率无关。缺点是随器件不同而有不少差别, 分析和测量不方便。因而混合型等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。 参数法则是从测量和使用的角度出发, 把晶体管作为一个有源线性双口网络, 用一组网络参数构成其等效电路。优点是导出的表达式具有普遍意义, 分析和测量方便
4、。 缺点是网络参数与频率有关。由于高频小信号谐振放大器相对频带较窄, 一般仅需考虑谐振频率附近的特性, 因而采用这种分析方法较合适。 Y参数等效电路（网络参数模型） 网络参数的最大优点可以测量；晶体管采用Y参数等效电路晶体管的等效参数模型与谐振回路之间常以并联方式出现，则对于晶体管来讲，其可以看作是如下图所示的二端口网络：晶体管的Y参数等效电路：输入导纳 反向传输导纳 正向传输导纳 输出导纳 反向传输导纳yre表示晶体管的内部反馈越强, yre的存在有很大危害，是自激的根源，同时使分析过程变的复杂。正向传输导纳yfe表示晶体管的放大能力yfe，yfe越大，放大能力越强。忽略反相传输导纳的Y参数
5、等效电路yre在手册中，若给出其Y参数，而且必须给出相应的的工作频率与静态工作点。由于晶体管结电容的存在，Y参数一般是一个复数。因此Y参数的输入导纳以及输出导纳一般表示成直角坐标的形式，而正向传输导纳与反向传输导纳通常写成极坐标的形式，即：三、单调谐谐振回路放大器1电路原理图1） 直流偏置由R1、R2 、R3来实现）2） Cb 、 CC 为耦合电容，Ce为高频旁路电容3） 负载（或下级放大器）与回路的耦合采用自耦变压器耦合和电容耦合方式, 这样, 既可减弱负载（或下级放大器）导纳对回路的影响, 又可使前、 后级的直流供电电路分开。另外, 采用上述耦合方式也比较容易实现前、 后级之间的阻抗匹配。
6、 2.电路性能分析 为了分析单管单调谐放大器的电压增益, 图232给出了其等效电路。其中晶体管部分采用了参数等效电路, 忽略了反向传输导纳re的影响。输入信号源用电流源并联源导纳s表示, 负载假定为另一级相同的单调谐放大器, 所以用晶体管输入导纳ie表示。 1)下图为高频小信号谐振放大器的高频等效电路：2)下图为高频小信号谐振放大器的Y参数等效电路：若信号源用Is和Ys等效，变压器次级的负载为下一级相同型号的放大管（即具有相同的输入导纳Yie）。则其等效电路如下：将输入、输出参数等效到LC回路：我们先求 与 的关系式, 然后求出与 的关系, 即可导出 与 之比, 即电压增益 。 .因为负载的接
7、入系数为2, 晶体管的接入系数为1, 所以负载等效到回路两端的导纳为n22yie。 设从集电极和发射极之间向右看的回路导纳为YL, 则:由于 是 上的电压, 且 与 相位相反, 所以由Y参数方程(2.2.3)可知:根据自耦变压器特性 因此放大器的技术指标 1.电压增益根据定义，而故：电压增益可表达为：其中，g与C分别为谐振回路总电导和总电容：2谐振频率3回路有载Q值 4 谐振频率处的放大器的电压增益5放大器的通频带由于fe是复数, 有一个相角fe, 所以一般来说, 图所示放大器输出电压与输入电压之间的相位并非正好相差。 另外, 由上述公式可知, 电压增益振幅与晶体管参数、 负载电导、回路谐振电
8、导和接入系数有关： (1) 为了增大u0, 应选取|yfe|大, oe小的晶体管。(2) 为了增大u0, 要求负载电导小, 如果负载是下一级放大器, 则要求其ie小。 (3) 回路谐振电导e0越小, u0越大。而e0取决于回路空载值0, 与0成反比。 (4) u0与接入系数1、2有关, 但不是单调递增或单调递减关系。由于1和2还会影响回路有载值e, 而e又将影响通频带,所以1与2的选择应全面考虑, 选取最佳值。 实际放大器的设计是要在满足通频带和选择性的前提下, 尽可能提高电压增益。 在单管单调谐放大器中, 选频功能由单个并联谐振回路完成, 所以单管单调谐放大器的矩形系数与单个并联谐振回路的矩
9、形系数相同, 其通频带则由于受晶体管输出阻抗和负载的影响, 比单个并联谐振回路加宽, 因为有载Q值小于空载Q值。 例21在图231中, 已知工作频率0MHz, cc, emA。晶体管采用型高频管。其参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下gie=12mS,Cie=12pF；goe=400S,Coe=95pF；|yfe|=583mS, fe=-22；|yre|=310S, re=-88.8,回路电感1.4H, 接入系数1, 20.3, 0100。 负载是另一级相同的放大器。 求谐振电压增益振幅u0和通频带07，并求回路电容是多少时, 才能使回路谐振？解：（忽略yre的作用）geo=g=ge0+n
10、21goe+n22gie=37.910-6+40010-6+0.321.210-3=0.5510-3S从而 Au0=因为又所以由 可得 4.38MHz 从对单管单调谐放大器的分析可知, 其电压增益取决于晶体管参数、 回路与负载特性及接入系数等, 所以受到一定的限制。如果要进一步增大电压增益, 可采用多级放大器。 三、多级多单调谐放大器当单级调谐放大器的增益或者选择性不能满足要求时，则将几级放大器级联，构成多级调谐放大器。1、多级单调谐放大器多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上，则称为多级单调谐放大器。设放大器有级, 各级电压增益振幅分别为u1, u2, , un, 则总电压增益振幅是各级电压
11、增益振幅的乘积, 即 nu1u2un 如果每一级放大器的参数结构均相同, 根据式（2315）, 则总电压增益振幅 谐振频率处电压增益振幅单位谐振函数通频带（前提是每级具有相同的通频带）因此，级数越多，放大器的增益越高，但通频带却变窄了,增益和通频带的是一个矛盾关系！例2.2 某中频放大器的通频带为MHz, 现采用两级或三级相同的单调谐放大器, 两种情况下对每一级放大器的通频带要求各是多少？解: 因为所以,当n=2时,要求每一级带宽同理, 当n=时, 要求每一级带宽例3: 三级相同的单调谐放大器，中心频率f0=465kHz，若要求总的带宽为8kHz，求每一级的带宽和品质因数。解：由则矩形系数，根
12、据定义, N(f)=An/An0=0.1, 可求得:级单调谐放大器的矩形系数:表231列出了n0.1与的关系。 表2.3.1 单调谐放大器矩形系数与级数的关系 级数n12345678910矩形系数Kn01 9.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56从表中可以看出, 当级数增加时, 放大器矩形系数有所改善, 但这种改善是有一定限度的, 最小不会低于.。 2、参差调谐放大器 各级的调谐频率不同特点：有较宽的通频带，且在带内频带特性平坦，带外又有较陡峭的特性。二、双调谐回路谐振放大器1)集电极负载为双调谐耦合回路2）初、次级均采用了部分接入方式特点： 1）双调谐放大器在临界耦合的条件下谐振电压增益是单调谐的1/2倍。2）双调谐的通频带和单调谐通频带的关系：频带较宽。3）矩形系数小于单调谐，选择性好，即缺点是调试麻烦四、谐振放大器的稳定性 谐振放大器不稳定原因：前面分析电路曾假定晶体管的yre=0。但是，在实际运用中，晶体管存在着反向传输导纳yre，放大器的输出电压可通过晶体管的yre反向作用到输入端，引起输入电流的变化，这种反馈作用将可能引起放大器产生自激等不良后果 提高谐振放大器稳定性的措施 1从晶体管本身想办法，减小yre的值。re的
