高频电子线路-高频小信号放大器-课件

第3章高频小信号放大器主要内容概述高频小信号放大器的指标高频电路的基本知识晶体管高频小信号谐振放大器小信号谐振放大器的稳定性晶体管高频小信号谐振放大器1.晶体管高频小信号等效电路2.单调谐回路谐振放大器3.多级单调谐回路谐振放大器第一节概述高频放大的必要性无线信号——无线信道——有衰减远距离传输——距离越远——衰减越大接收设备接收到的高频电平——只有微伏级高频小信号放大器主要应用于接收设备中的高频放大器和中频放大器中第一节概述对高频小信号放大器的要求信号不失真放大器工作在线性区，可以应用二端口网络分析信号频谱——输入与输出完全相同选频（滤波）作用信号频谱宽度——有限噪声、干扰——全频范围目的：提取有用信号，抑制无用信号有源放大元件选频网络晶体管、场效应管、集成运放LC谐振晶体、陶瓷、声表面波等固体滤波器3.1概述高频小信号放大器的分类按器件：晶体管、场效应管、集成运放按负载性质：谐振、非谐振按信号频谱：宽频带、窄频带低频中——没有窄带放大器的概念通信中——应用窄带放大器本章主要以窄带高频小信号放大器为主高频小信号放大器的指标1中心频率F0调谐放大器的工作频率一般为几百KHz~几百MHz调谐放大器的主要指标选择有源器件和计算谐振回路参数的依据高频小信号放大器的指标2增益电压增益(Au)：放大器输出电压与输入电压之比功率增益(AP)：放大器输出功率与输入功率之比ouiuAu输出电压输入电压opiPAP输出给负载的功率输入功率高频小信号放大器的指标3通频带B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B或者2△f0.7表示。输入信号的频率在通频带内的信号正常放大通频带外的信号不能正常放大，即电压增益小，可近似认为不能通过放大器124矩形系数Kr0.1矩形系数表征放大器选择性好坏的一个选择性：表示选取有用信号，抑制无用信号的能力理想：——矩形高频小信号放大器的指标7.01.01.022ffKr高频小信号放大器的指标5工作稳定性指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元器件参数等发生变化时，放大器主要性能的稳定程度主要不稳定现象：增益变化中心频率偏移通频带变化谐振曲线变形自激——最坏情况高频小信号放大器的指标6噪声系数NF表征放大器性能好坏的一个参量输出信噪功率比输入信噪功率比nosonisiFPPPPN//nosonisiFPPPPN//lg10)dB(3.2晶体管高频小信号等效电路y参数等效电路适合于窄频带小信号放大器混合π等效电路适合于宽频带小信号放大器在分析高频小信放大器时，采用Ｙ参数等效电路进行分析是比较方便的，——以y参数等效电路为主。y参数等效电路一个晶体管可以看成二端口网络二端口网络u1u2i1i22121111UyUyI2221212UyUyI0|2111UUIY0|12112UUIY0|21221UUIY0|12222UUIY四个参数均具有导纳量纲第三节晶体管高频小信号谐振放大器一，晶体管高频小信号等效电路（一）y参数等效电路二端口网络理论：22212122121111UyUyIUyUyI1I2I1U2U1U2U1I2I11y212Uy22y121Uy共发射极晶体管＋－Ib.Ube.becIc.＋－Uce.VbbeceierecbecefeoeIYUYUIYUYUYieYreUce.YfeUbe.Ib.＋－Ube.Uce.bYoe＋－cIc.e(a)gieYreUce.YfeUbe.Ib.＋－Ube.Uce.bgoe＋－cIc.CoeCiee(b)实际应用Y参数等效电路晶体管Y参数等效电路Yie是晶体管输出端短路时的输入导纳，反映了晶体管放大器输入电压对输入电流的控制作用，其倒数是电路的输入阻抗。yie=gie+jωCieYfe是晶体管输出端短路时的正向传输导纳，反映了晶体管输入电压对输出电流的影响，即反映了晶体管的放大能力。Yre是晶体管输入端短路时的反向传输导纳，反映了晶体管输出电压对输入电流的影响，即晶体管内部的反馈作用。简化时，Yre=0。Yoe是晶体管输入端短路时的输出导纳，反映了晶体管输出电压对输出电流的作用，其倒数是电路的输出阻抗。yoe=goe+jωCoe00cecebieUbecfeUbeIYUIYU00bebebreUcecoeUceIYUIYU共射接法y参数：ceoebefeccerebeiebUyUyIUyUyIbIcIbeUceUbeUceUbIcIieycereUyoeybefeUy简化的共射接法y参数：beUceUbIcIieyoeybefeUy0rey令放大器的输入输出导纳单调谐回路谐振放大器bieirececfeioeceIyVyVIyVyV12Y参数方程：cLceIYV3是集电极与发射极之间向右看过去的回路总负载导纳。LYrefebiieioeLyyIYyVyYrefecooeceiesyyIYyVyY通常很小，设0reyryiieooeYyYy三个方程联立解：refebieioeLyyIyVyY2、BJT的高频参数（高频特性）01fjf⑴截止频率（共射）f当下降为低频段值的分之一时，所对应的工作频率称为截止频率。02021ff通常，所以处的，晶体管仍具有电流放大作用。f101⑵特征频率Tf当下降为1时，所对应的工作频率称为特征频率。0211Tff2001Tff0Tff尽管，无电流放大作用，但BJT可能还有电压放大作用，所以仍有功率放大。1⑶最高振荡频率maxf当功率增益为1时，所对应的工作频率称为最高振荡频率。maxTfff为使电路工作稳定，且保证一定的功率增益：max14~13ff二，单调谐回路谐振放大器图2-14此处为2级单调谐；R1、R2、Re：提供直流偏压；Cb、Ce：高频旁路电容2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2iUCCV本节要求掌握：画出单调谐放大电路的高频等效电路；技术指标的计算;（一）画放大器的高频等效电路首先，2级单调谐变为单级单调谐2L3C14R1R2CbReCe5T1CR1R2CbReCeT2iUCCVyie22L3C14R1R2CbReCe5T1iUCCV（一）画放大器的高频等效电路然后，画单级单调谐的交流通路yie22L3C14R1R2CbReCe5T1iUCCVT1yie22L1C354iU知识点：Vcc：交流接地Cb、Ce：交流短路（一）画放大器的高频等效电路然后，交流通路中三极管用y参数取代T1yie22L1C354iU知识点：Y参数等效电路;Ui=Ube;Uc即Uce;信号源用电流源代替；输出电压在第二级；yie22L1C354iUbIcIieycereUyoeyifeUysIsYoU图2-15cU（一）画放大器的高频等效电路然后，简化电路yie22L1C354iUbIcIieycereUyoeyifeUysIsYoU图2-15cU图2-16（a）yie22L1C354oeyifeUyoUcU知识点：令yre=0;即忽略后级对前级的反馈作用单调谐放大器的等效电路VCL23514YL(b)L2C35YL14YoeYfeUbe.＋－Yiec＋－bUbe.e(c)考虑到为保证实用的单调谐放大器稳定地工作，都采取了一定的措施，使内部反馈很小，即Yre=0单调谐放大器的等效电路L2C35YL14goeYfeUbe.＋－Coe(d)Uo.（一）画放大器的高频等效电路最后，进行抽头阻抗变换知识点：yoe用goe和Coe并联表示;电感有损耗电导g0；yie2用gie2和Cie2并联表示;抽头阻抗变换；图2-16（b）L1C3oegp21ifeUyp1oeCp210g222iegp222ieCp20pU图2-16（a）yie22L1C354oeyifeUyoUcU1345213121,NNpNNp单调谐放大器的等效电路1122112222,,ssbefeoeoeoeoeLLLLIpIpYUgpgCpCgpgCpCp1YfeUbe.goe'Coe'LCg0gL'CL'(e)4512121313,NNppNN0001gLQ说明：CL即Cie2单调谐放大器的等效电路0oeLoeLggggCCCC211sooYgjCjLIUUYp导纳输出电压p1YfeUbe.gΣLCΣ＋－Uo'.(f)（二）放大器的技术指标1.电压增益LjCjgY1ieoeieoeCpCCpCgpggpg222122021YUyppUifeo12由电路：LjCjgyppYyppUUAfefeiou12121gyppAgyppAfeufeu2102103.3单调谐回路谐振放大器二、放大器技术指标分析（1）电压增益谐振时：结论：谐振时电压增益与晶体管正向传输导纳成正比，与回路两端总电导成反比；放大器输出电压与输入电压的相位差是180°121ofeubeppYUAUgjCjL01LC120feuppYAg120feuppYAguoAfeyfe（2）谐振曲线012120011[1()]1()ufefeuoooLppYppYAALgjCgjCLjQjLLgL0000111211()1()uoouLLLAfffAjQjQjQfff0fff一般失谐：广义失谐：02/LQff011uuAjA2011uuAA下图是分别用、和表示的放大器的谐振特性曲线。ff用频率表示用一般失谐表示用广义失谐表示（2）放大器的通频带由可得：通频带：02/LQff2011uuAA20.71121(2/)LQff00.72LffQ1当f0确定时，ＱL越低，通频带愈宽。（2）放大器的矩形系数由可得：矩形系数：单级单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，说明它的选择性差。这是它的一大缺点。2010.11uuAA00.1299LffQ0.10299LfQfAu/Au010.7070.1fLf0fHBW0.7BW0.1理想实际f00.1999.95rK例1：单调谐放大电路如下页图示，：比为设输入耦合回路的电压时的参数为：工作点和工作频率为晶体管在直流回路电感，工作频率已知11,)3.12.0(,)4.364.26(,)3.008.0(,)4.386.2(7.10,5,6,20,100,4,7.105,01.0,8.1,2.6,15452313013021msjymsjymsjymsjyMHzNNNQuHLMHzfkRuFCCkRkRkRrefereieLebebb（1）画出高频等效电路。（2）求谐振时电容C=？（3）忽略Yre,求总的电压放大倍数（4）求带宽B0.7,矩形系数iUU/01.0rK解：(1)高频等效电路如下：以下分四步来分析高频等效电路的画法：第一步：由原电路画出交流通路第二步：由交流通路画Y参数等效电路第三步，忽略Yre的化简电路第四步：抽头阻抗变换\L等效损耗电阻\yoe=goe+jωCoe,7.013121NNp25.01