高频电子线路第二版第3章高频小信号放大器

高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学第3章高频小信号放大器本章教学基本要求1.掌握小信号调谐放大器的电路、工作原理和分析方法；了解宽频带放大器与集中选频滤波器的特点和使用方法。2.了解电子电路中噪声的来源和影响因素；掌握电阻热噪声的有关计算。3.掌握噪声系数的定义和计算方法；了解噪声温度的概念。4.了解低噪声放大器的作用、性能特点和实现电路；了解接收机的噪声指标的含义和灵敏度的概念。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学本章的教学内容3.1概述3.2晶体管的高频小信号等效电路3.3晶体管小信号谐振放大器3.4小信号谐振放大器的稳定性3.5场效应管高频小信号放大器3.6线性宽带集成放大电路3.7放大电路的噪声与低噪声放大器高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.1概述3.1.1高频小信号放大器的功能高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真地放大。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学高频小信号放大器的特点是：（1）高频是指被放大信号的频率在数百千赫至数百兆赫。由于频率高，放大器的晶体管的极间电容的作用不能忽略。（2）小信号是指放大器输入信号小，可以认为放大器的晶体管(或场效应管)是在线性范围内工作。这样就可以将晶体管(或场效应管)看成为线性元件，分析电路时可将其等效为二端口网络。也就是放大器工作于线性放大状态，输入信号电压为时,输出电压为，其中为放大器的电压增益。从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是完全相同的。tUucosimitUAuucosimouA高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.1.2高频小信号放大器的分类与用途高频小信号放大器的分类：按照所放大信号的频谱宽窄可分为宽带小信号放大器和窄带小信号放大器；按照所用负载的性质可分为谐振和非谐振小信号放大器。高频小信号放大器的主要用途：接收机的前置高频放大器(低噪声放大器)；接收机的中频放大器。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.1.3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电压增益等于放大器输出电压与输入电压之比；功率增益等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。uApAiouuAuioPPPA高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学2.通频带通频带的定义是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。常用来表示。2/17.02f高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.矩形系数矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。而选择性是表示选取有用信号，抑制无用信号的能力。理想的频带放大器的频率响应曲线应是矩形。即1r0.1K理想幅频特性7.01.0r0.122ffK高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学4.噪声系数噪声系数是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个参量。线性网络(小信号放大器)的噪声系数的定义是线性网络输入端信号噪声功率比Psi/Pni与输出端信号噪声功率比Pso／Pno的比值。用NF来表示。即对于放大器来说，总是希望放大器本身产生的噪声越小越好，即要求噪声系数接近于1。即放大器本身产生的噪声为零。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.2晶体管的高频小信号等效电路晶体管和场效应管是组成放大器的主要器件。晶体管和场效应管的特性是非线的,在分析不同类形的放大器时，会根据具体条件进行相应的近似等效。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.2.1晶体管的Y参数等效电路称为输出短路时的输入导纳；称为输入短路时的反向传输导纳；称为输出短路时的正向传输导纳；称为输入短路时的输出导纳。2121111UyUyI2221212UyUyI011i112/UUIyy021r121/UUIyy012f212/UUIyy022o221/UUIyy高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学①对于共发射极组态的y参数等效电路b1IIbe1UUc2IIce2UU0bebiece/UUIy0ceberebe/UUIy0becfece/UUIy0cecoebe/UUIy高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学②对于共基极组态的y参数等效电路③对于共集电极组态的y参数等效电路e1IIeb1UUc2IIcb2UU0ebeibcb/UUIy0cberbeb/UUIy0cbcobeb/UUIy0ebcfbcb/UUIyb1IIbc1UUe2IIec2UU0bcbicec/UUIy0ecbrcbc/UUIy0ecbrcbc/UUIy0bcefcec/UUIy0eceocbc/UUIy高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.2.2晶体管的混合π等效电路是基区扩展电阻,是发射结电阻,是发射结的结电容。IEQ为静态工作点电流(mA)表示晶体管放大作用的等效电流源，而，表示晶体管的放大能力，称为跨导，单位为S。EQ0eb/26IrbbrebrebCebmUg)mV(26/EQmIg高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学混合π等效电路的简化rce是集电极与发射极之间电阻，其数值很大，可忽略其影响。Cce是集电极与发射极之间的电容，其值很小，等效时可合并到集电极负载电路中去。是集电结的结电阻,由于集电结处于反向偏置，其数值很大；是集电结的结电容，其数值较小。高频率范围内,的值比的容抗值要大得多，通常对等效电路进行简化时常用代替和的并联电路。简化等效电路如图所示。cbrcbCcbrcbCcbCcbrcbC高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学混合π等效电路的参数的估算从晶体管器件手册中可查得。,Cob是晶体管共基接法且发射极开路时c、b间的结电容，从晶体管器件手册中可查得。的数值可通过手册给岀的特征频率和放大电路的静态工作点的数值由和计算数值。obcbCCebCTfβ0Tff)(2π1cbebebβCCrf)mV(26/EQmIgEQ0eb/26Irbbr高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学y参数与混合π等效电路参数的变换关系可根据y参数的定义求出，其近似计算公式为)(j1)(jcbebebbbcbebebieCCgrCCgy)(j1jcbebebbbcbreCCgrCy)(j1jcbebebbbcbmfeCCgrCgycbcbebebbbmbbcboej)(j1jCCCgrgrCyieieiejCgyoeoeoejCgy高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.2.3晶体管的高频参数1.截止频率当下降到低频电流放大系数的倍时，所对应的频率称为的截止频率。根据定义,很小,忽略流过电流,可得βf02/1βfcbCcbC0bcce/UIIebmcUgI高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学对应低频,和可忽略,则根据定义，所对应的为。2)(12cbebebβCCr)(2π1cbebebβCCrf)(jcbebebmbcCCggII)(j1cbebebbebCCgIU)(j1cbebeb0CCr0ebCcbCebm0rg2/0fβf高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学已知时,任意频率的的计算2.特征频率特征频率的定义是，当下降到1时所对应的频率。晶体管的0fβ0β0/j1/j1ffTf1)/(12βT0ff2β0)/(1ff120βTff10β0Tff高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学当，时，但这并不意着晶体管已经没有放大作用，这时放大器电压增益还有可能大于1。3.最高振荡频率晶体管的功率增益时所对应的频率称最高振荡频率。Tff1maxf1PAmaxfmaxTβfffcbebbbmmax4π21CCrgf高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.3晶体管小信号谐振放大器3.3.1单调谐回路谐振放大器单调谐高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.3.2单调谐回路放大器的等效电路及分析1.放大器的y参数等效电路、输入导納和输岀导納信号源用IS负载为T2放和YS等效大器的输入导纳Yie2高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学设从T1管的ce两端向谐振回路看的等效负载导纳为由晶体管内部特性决定而又要由外部负载所决定LYcoeifeccreiiebUyUyIUyUyIcLcUYIiLoefecUYyyUcILY高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学放大器的输入导纳Yi为同理可得出放大器的输出导纳Yo由于yre的存在，放大器负载导纳的变化会引起放大器输入导纳Yi的变化。Ys的变化会引起放大器输出导纳Yo变化。也就是放大器前后级参数的变化会产生相互影响。LYiLoefereiiebUYyyyUyILoerefeieibiYyyyyUIYsierefeoeccoYyyyyUIY高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学2.简化的等效电路(假设晶体管的)变压器一次侧的电感量为L，在工作频率时其空载品质因数为Q0，则空载谐振电导g0=1/ω0LQ0。总电导总电容0reyie22oe21CpCCpCie220oe21gpggpgieieiejCgyoeoeoejCgy13121/NNp13452/NNp高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3.3.3单调谐回路放大器的技术指标1.电压增益由等效电路则uALCgyppUUAuj1jfe21ioLCgUypYUyppUj1jife1ife12oio/UUAuLCgYj1j高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学放大器谐振时，,对应的谐振频率谐振电压增益谐振电压增益的模谐振电压增益的相移feo180gyppAufe210gyppAufe210LC100)/(100LC高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学2.谐振时的功率增益根据定义,可得0pAio/PPApie1ie22ie2220oe21fe21ie1ie22fe21ie12iie22o0gggpggpyppgggyppgUgUAp高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学(1)谐振时的最大功率增益在回路无损耗()及匹配()条件下最大功率增益由晶体管本身参数决定,与外电路参数无关。0,00gQie222oe21gpgpie1ie22ie222oe21fe21ie1ie22ie222oe21fe21max02gggpgpyppgggpgpyppApie1oe2fe4ggy高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学(2)回路有损耗和失配时的功率增益ie1ie22fe21ie12iie22o0gggyppgUgUAp2ie222oe21ie1oe2feie12ie22fe222144ggpgpggygggyppie1ie22fe21ie12iie22o0gggyppgUgUAp22ie222oe212ie222oe21ie222oe21ie1oe2fe)()(44ggpgpgpgpgpgp