小信号放大电路解读

第3章小信号放大电路按频带宽度分:窄带放大器：以各种选频电路作负载，例如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载，例如高频变压器、传输线变压器等按负载分:调谐放大器集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载单调谐放大器：输出端接调谐回路双调谐放大器：输入、输出端都接调谐回路参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同小信号放大电路的分类:作用：放大各种无线电设备中的高频小信号（微弱），通常是窄带放大器，以各种选频电路作负载（并联、耦合谐振回路等），所以还具有选频或滤波作用。组成：放大器件+负载回路（非线性电阻）要求：（1）增益要高（2）选择性要好（3）工作要稳定可靠（4）噪声要小另外，由于小信号谐振放大器放大的信号幅度很小，电路中用于放大的器件工作在线性范围，因而它们属于线性放大器，通常采用线性模型的等效电路分析法。3.1.1概述3.1小信号谐振放大器分类：调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路调谐于输入有用信号的频率；后者谐振频率为固定值。3.1.2单调谐回路谐振放大器电路1、采用分压式稳定偏置电路；2、T工作在甲类放大状态；3、输出端采用并联谐振电路，起选频作用，T的集电极采用部分接入，以提高谐振回路的有载Q值；4、信号输入与输出为实现阻抗匹配、满足最大功率传输均采用变压器耦合。一、电路和工作原理21345CL+_Ui+_Uo+_Ui交流通路二、主要参数分析计算1、放大器的交流小信号等效等效电路n1yfeUi+_gCLUo′将1－2和4－5分别折算到1－3端后的等效电路yfeUi+_yieUiC23145CoegoegLCL+_UoLY参数等效电路ieieieCjgyoeoeoeCjgyLLLCjgy）和（忽略reiemfeyCgy)(00222122211345213121回路的损耗为则下图中：，设：LCgggngngCCCnCnCNNnNNnLoeLoe2、分析计算（1）电压增益（电压放大倍数）gynnUUAfeiuo210当输出回路谐振时，ξ=0，即为纯电导。因此，谐振时电压增益Auo为：)1()1(2121jgUynnUnUjgUynZIUifeooifeon1yfeUi+_gCLUo′将1－2和4－5分别折算到1－3端后的等效电路（2）功率增益（谐振时功率放大倍数）LifeLooieiiioPogUgynngUPgUPPPA22122）（，其中＝定义：ieLuoieLfeioPoggAgggynnPPA2221）（＝a、失配损耗：如果负载失配导致输出功率减小引起的功率损耗。此时，若谐振回路理想、无损耗，则go=0，当输出端匹配时n12goe=n22gL，输出功率最大，功率增益最大，记为APomax：ieoefeiOPoggyPPA42maxmaxb、插入损耗：由于谐振回路的接入而引起功率增益下降，称为谐振回路的插入损耗——（1－Qe/Q）2。这样任意态下的功率增益表述为下式：22max)1()1(4QQPPAAePoPo功率损耗。下降的程度，称为失配反映了失配时功率增益，称为失配系数其中221222max)1(4)1(4PPgngnPPPAAoeLPoPo×（3）选择性和通频带选择性S：任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义为放大器的选择性。eeouuQfBWSffQAAS07.0202707.0)2(1111时，（4）矩形系数矩形系数K：放大器电压增益下降至谐振时增益的0.1倍（或0.01倍）时，相应的通频带放大器通频带之比，即95.91101101.01.0)(27.01.01.0027.001.001.07.01.01.0BWBWKQfBWSBWBWKBWBWKe，则令理想和实际的选频曲线BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.1K越接近于1,选频特性约好!例3－1：单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，BJT的参数为：gie=1.1×10－3S，goe=1.1×10-4S，|yfe|＝0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，N13＝20圈，N45＝4圈，L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。求：f0，Aou，BW0.7解：2.08.01345213121＝，＝接入系数：NNnNNn1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以gL=gie，CL=CieMHzCLfpFCCnCnCLoe4.3121171302221＝SggngngSLQggynnALoefeou402221000211048.1341852－回路总电导：回路空载时的电导为：倍、MHzQfBWQggQLgQLgQeee37.12311307.0000000，、3.1.3单调谐放大器的级连目的：提高增益（各级增益相乘）；改善频率选择性。一、同步调谐多级放大器（单级级连构成）电压放大倍数：Au=Au1•Au2……Aun＝Au1n（每一级都相同）级数n1234Bn/B11.00.640.510.43K0.19.954.663.743.1812110011001.01111.0)(7.01.0nnnKBWBWS得：，得：取单级矩形系数：选择性和通频带：频带越窄。可以看出级数越多，通，单级12)()(12)(7.01100nBWBWAAAASnnnuuuu二、参差调谐放大器将若干个单级谐振放大器级连,但每个谐振放大器的调谐频率不同，称为参差调谐放大器。参差调谐放大器可以增加带宽，同时又得到边沿较陡峭的频率特性。因此，它用于宽带和高选择性的场合。fofo1fo2f|K|fsfs双参差fofo1fo2f|K|三参差合成曲线更接近于矩形3.1.4双调谐放大器（通频带宽，选择性好）临界耦合状态(η=1)时的最大电压放大倍数为：级数n1234B1/B21.00.80.710.66K0.13.152.161.91.8电路较复杂；调整比较困难。efeuQfBWSBWSgynnA07.047.021max02,42:2和3.1.5集成电路调谐放大器使用集成宽带放大器或专用高频集成放大器构筑调谐放大器实现的方案为:1、宽带放大器+集中选频滤波器2、前置放大器+集中选频滤波器+宽带放大器宽带放大器集中滤波器集中滤波器前置放大器宽带放大器VT1VT2VT31026413121198754E307uiuo+6V-6V+_11025784612111、集成射频/中频放大器4E3074E307的内部原理电路和引脚如下左图所示。在使用时将④与⑥、⑦与⑧短路连接，⑤与①之间接，就构成了一个典型的恒流源差动放大电路。⑦和⑧之间可以加接电阻，增大反馈，减小静态功耗。该芯片的供电电压为±8V，单端输出时，VT1和VT2的特征频率300~600MHz。右图是芯片的典型应用电路。+12VXG1590UoRL=50uAGC39PF1~10pF26T2UsRs=50T115514433887762XG159024pF1~10pF1~10pF10H10H10k51k0.002F0.002F0.002F2、两级60MHz中频放大器XG1590是通用型高频线性集成放大器芯片，带有自动增益控制功能。当芯片调谐在60MHz工作时，功率增益为45dB，非调谐工作时BW0.7=10MHz，当自动增益控制电压UAGC=5~7V时，控制范围达60dB，芯片采用单电源供电，最大电源电压18V。该电路是应用于某雷达系统的中频放大器，整个电路的功率增益约为80dB，带宽为1.5MHz。A703uoRL=50+12V0.001F200pF40pF17~45pF35784T27~45pFusRs=50T13、30MHz射频放大器高频集成放大器A703组成的30MHz射频放大器，电源电压为12V，消耗功率110mW。变压器T1初级匝数为10圈，次级匝数为10圈；T2初级匝数为12圈，次级匝数为1圈，线径为#22，磁芯是T44—10型。该电路主要特性指标为：电压增益35dB，功率增益37dB，带宽1MHz，噪声系数6dB。Auyre增大自激yre=0ff0yfe对放大器幅频特性的影响3.2小信号调谐放大器的稳定性在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待,但是实际上三极管的高频小信号模型是双向传输的。yre的影响将在小信号谐振放大器中产生两个问题：其一是影响小信号谐振放大器的谐振频率，特别是当输入端也接有谐振回路时，yre中的电容成分会引起放大器的频率特性发生明显的畸变，使得多级调谐放大器调整变得很困难。其二是yre中的电导成分会引起放大器自激，使放大器不稳定。3.2.1谐振放大器的输入导纳Yi及稳定性分析ceb2Uyre1Uyfeyoeyie1I2I+_1U+_2Uysy'LsIyi称反馈导纳。引起的，是由三极管内部参数＝由图可知：reFFieLoefereiereiereieiyyyyyyyyyUUyyUUyyUUIy1212111一、输入导纳当ω＝ωo时，y''L为纯电导；当ωωo时，y''L呈感性；当ωωo时，y''L呈容性。因此，gF随频率的变化可正可负，若gF0，gi增大，当一定时，减小，为负反馈，电路稳定工作；若gF0，gi减小，当一定时，增大，为正反馈，当gF+gie+gs0时，电路产生自激。sI1UsI1U稳定工作的条件：gF+gie+gs00ggg,ggg)21(,,sieFsieF000稳定工作时必须满足：输入端总电导为忽略时：在谐振频率点FFLLmLoefereFrebbmfejbgQjggCjyyyyyCjyrgy3.2.2提高放大器稳定性的方法（1）选择高频性能好的三极管。通常Cbc(即C)越小越好。（2）中和法。在晶体管外部接一个中和电容CN来抵消内部反馈有害的影响。N1N2iUCbcCN1I2I如果中和电路使和相等，此时，正反馈的影响被抵消。起到使放大器稳定工作的作用。2I1I组合放大电路：采用共射——共基级联电路V1V2VT2管的Cb‘c不构成正反馈，而VT1管由于负载阻抗很小，导致该级增益很低，VT1和VT2之间处于严重失配状态，也不会构成自激振荡。（3）失配法。是一种通过适当降低放大器的增益，提高放大器的稳定性的方法。3.3集成宽带放大器宽带放大器是一种线性放大器，属于模拟集成电路的范畴，与模拟电子线路课程中的运算放大器没有本质的区别。但是，随着现代通信技术的发展，对宽频带放大器频带宽度的要求越来越高，从低频段0Hz直流开始，一直延伸到几百MHz甚至GHz，如此宽的频带范围，对集成电路的制造提出了很高的要求，而且在集成芯片的使用上，有时还要增加许多用于展宽频带的电抗补偿电路。F733是通用型的集成宽带放大器，国外同类型号为LM733、μA733，其封装形式和主要功能相同。该芯片在没有外接频率补偿的条件下，能够放大0Hz~120MHz的电压信号，改变增益调节端G1、G2的连接方式，可以提供10、100、400三种增益供选用。输入与输出可以采用单端方式，也可以采用双端（平衡）方式。F733的内部原理电路如图所示。电路由差动输入级VT1、VT2，中间差动放大级VT3、VT4，输出差动级VT5、VT6和偏置电流源共四部分组成，三级放大器均采用差动放大电路，其中输入级R3~R6四个电阻用来调节增益，当⑨—④脚短路时，电压增益为300~500；⑨—④断开，③—⑩短路时，电压增益为90~110；③④⑨⑩四个管脚均开路时，电阻全部参与反馈，电压增益为9~11。R5VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8V