高频电子线路第四章

1、了解高频小信号放大器的主要质量指标：增益、通频带、选择性等的含义。2、熟悉高频小信号放大器的两种等效电路“形式等效电路、混合π等效电路。3、掌握单调谐回路谐振放大器的增益、通频带与选择性的计算。4、了解单、双调谐回路谐振放大器的特点。5、理解谐振放大器的稳定性与稳定措施。6、了解集成电路谐振放大器的特点。7、了解噪声的来源，理解的噪声的表示方式。高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。高频放大fsfs本地振荡fo混频fo–fs=fifi低频放大检波中频放大FF几十μV～几mV1V左右普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带宽为６MＨz左右。高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。音频射频微波MHz300KHz300单振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器谐振放大器（窄带）非谐振放大器（宽带）LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器（调谐与非调谐）高频小信号放大器的分类有源器件谐振回路窄带谐振放大器宽带非谐振放大器滤波器高频小信号放大器本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。高频小信号放大器的主要质量指标ioVVAlog20vioPPAplog101)增益：（放大系数）电压增益：分贝表示：ioVVAvioPPAp功率增益：2)通频带：3)选择性：①矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。7.01.01022ffKr7.001.0r0.0122ffKfAV/AVo2f0.12f0.7理想0.10.71实际从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。②抑制比：表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。n0nvvAAdfAv0f0AAvnfn4)工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。基本共射极放大电路稳Q共射极放大电路不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。一、形式等效电路（网络参数等效电路）图4.2.1晶体管共发射极电路21VV和输出电压设输入电压式中：称为输出短路时的输入导纳；021r1VVIy012f2VVIy022o1VVIy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。011i2VVIy2r1i1VyVyI2o1f2VyVyI图4.2.2ｙ参数等效电路图4.2.2ｙ参数等效电路LoefereieiYyyyyY2L22ce122re1ie1feVYIVyVyIVyVyI1、放大器输入导纳Yi图4.2.3晶体管放大器及其ｙ参数等效电路siefereoeoYyyyyY)0(s1s12ce122re1ie1feIVYIVyVyIVyVyI2、放大器输出导纳YoLoefeYyyVVA12vy（导纳）参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。图4.2.4混合π等效电路优点：各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。缺点：eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmvb‘e二、混合π等效电路体电阻是基极rbb电阻是基射reb极间射是)(μeb结电容发CC流源的等效受控电表示晶体管放大作用eb'mVg为微变跨导。mg图4.2.5ｙ参数及混合π等效电路E0eb'26rI26rCeb'0mIgbrbbgmVbebgbcCbcCbeceβeb'eb'ffrC或1三、等效电路参数的转换011ie2VVIyieiejCg022oe1VVIyoeoejCgyieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe)(1cbebbbCCr)(π2cb'eb'mTCCgff)(1cbebbbCCr011ie2VVIyieieCjg012fe2VVIybbcbebm)(j1rCCg022oe1VVIyoeoejCgbbebcbj1jrCC021re1VVIymfegycbrejCycbceoejCgy)(jcbebeb'ieCCgy)(2cb'eb'mTCCgff1.截止频率时所对应的频率。的下降到低频值210ffj1.0201ffβf02/0Tff12.特征频率120βTff时所对应的频率。1当ffT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。,10通常。βTff0四、晶体管的高频参数βf02/0Tff11120βff120βTff所以时所对应的频率。1图4.2.6β截止频率和特征频率,10通常。βTff0201ffTff即,时当βffffffffTββT可以粗略计算在某工作频率ffβ的电流放大系数。3.最高振荡频率fmax时的最高工作频率。晶体管的功率增益1PGf≥fmax后，Gp1，晶体管已经不能得到功率放大。由于晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自激振荡器的必要条件，所以也不能使晶体管产生振荡。βTmaxfff频率参数的关系:4.电荷存储效应图4.3.1单调谐回路谐振放大器的原理性电路与等效电路前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器的负载。1.多级分单级前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器的负载。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；2.静态分析画出直流等效电路，其简化规则：交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。Rb1Rb2ReVCC45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC1)画出交流等效电路，其简化规则：有交流输入信号，所有直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路L、C保留）3.动态分析32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-2)画出交流小信号等效电路负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数NNp131541vv晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数NNp231212vv32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即yre=0。其中：ie1ie1iejCgyoe1oe1oejCgyie2ie2LjCgY32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-把晶体管集电极回路和负载折合到振荡回路两端yfeubeyoeYLYLyfeubeyoe+u54-+u31-p1yfevbe+v31-其中：ie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpgg2ie2ieL1oe1oeoejjCgyCgybe312iovvvvvpA31254vvvpoLCgypj1jvbefe131vp1yfevbe+v31-32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-其中：ie2ie2Loe1oe1oejjCgyCgyie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpggp1yfevbe+v31-其中：)21(121210LfefjjjffQgyppLCgyppAevbe312iovvvvvpAie2ie2Loe1oe1oejjCgyCgyie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpggLCgypj1jbefe131vvp1yfevbe+v31-)21(121210LfefejjjffQgyppLCgyppAv谐振时2ie22oe121pfe21fe210gpgpgyppgyppAvgpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-整个收、发机系统的功率增益是其一项重要性能指标，因此需要考虑高频小信号放大器的功率增益水平。由于在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益：：放大器的输入功率上获得的功率：输出端负载谐振时）；iie2oioP0g(PPPPGp1yfevbe+v31-1ie2iigVP；2ie2oogVP电导。是下一级晶体管的输入ie2g导。是本级晶体管的输入电1iegioPoPPG故：1ie2ie2ioggVVie12ie22fe2221gyggpp即：ie2221oe21p0gpgpg1oeie12feie2221oe21ie1ie22fe22211ie2ie22ie221oe212fe2221maxP044ggygpgpggyppgggpgpyppG讨论：则可得最大功率增益为：i)如果设LC调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配。gpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-gpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-ii)如果LC调谐回路存在自身损耗，且输出回路传输匹配则可得最大功率增益为：即ie2221oe21p0gpgpgmax020202max0)1()1(4PLLoe1ie1fePGQQQQggyG20)1(1QQL称为回路的插入损耗而值空载值有载QLgQQLggCQLp000011通过分析放大器幅频特性来揭示其通频带与选择性。)2j1(0Lfe21ffQgyppAvgyppAfe210v20L0211AffQAvv,210vvAA如果：1207.0LffQ则L07.02Qff故：可见ＱＬ越高，则通频带越窄。1.通频带L07.02QffgCQ0LLQ07.02故：gC00Cg;fe210gyppAvΣfe217.002.CyppAvCyAfe7.002.v带宽增益积为一常数带宽和增益为一对矛盾。1.通频带2.选择性（矩形系数）7.01.01022ffKr20020)(11LQAAvv7.02L020.121101102Q20)2(11LQ7.01.0221.0)2(11201.0LQ令11021不论其Q值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远。fAV/AVo2f0.12f0.7理想0.10.71实际图4.3.4单调谐放大器的级间耦合网络形式若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器。)j()j()j(ioVVAv)j()j()j()j()j()j(1)-o(oo1o2io