高频小信号放大器-高频电子线路（电子教案）

YANGTZENORMALUNIVERSITY第4章高频小信号放大器YANGTZENORMALUNIVERSITY了解高频小信号放大器的主要质量指标；熟悉晶体管高频小信号的两种等效电路；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；了解多级单调谐回路谐振放大器与双调谐回路谐振放大器的特点;理解谐振放大器稳定与否的判据和可采取的稳定措施；了解集成电路谐振放大器的特点；了解噪声的来源；理解噪声的表示方式：噪声系数、噪声温度、灵敏度、等效噪声频带宽度的意义与表示式。学习目的YANGTZENORMALUNIVERSITY学习重点晶体管在高频小信号时的等效电路--形式等效电路与混合等效电路；单调谐回路谐振放大器的电压增益、功率增益、通频带与选择性的计算；谐振放大器工作不稳定的原因及措施；了解集成电路谐振放大器的特点；晶体管产生噪声的来源；理解噪声的表示方式：噪声系数、噪声温度、灵敏度、等效噪声频带宽度。YANGTZENORMALUNIVERSITY学习难点噪声的各种计算方法；掌握单调谐回路谐振放大器的增益、通频带与选择性等的计算；YANGTZENORMALUNIVERSITY4.2晶体管高频小信号等效电路与参数4.3单调谐回路谐振放大器4.4多级单调谐回路谐振放大器4.5双调谐回路谐振放大器4.1概述4.7谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器4.8场效应管高频小信号放大器4.9放大器中的噪声4.10噪声的表示和计算方法4.6谐振放大器的稳定性与稳定措施YANGTZENORMALUNIVERSITY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YANGTZENORMALUNIVERSITY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MHz300KHz300YANGTZENORMALUNIVERSITY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。YANGTZENORMALUNIVERSITY高频小信号放大电路分为窄频带放大电路和宽频带放大电路两大类。前者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。后者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。YANGTZENORMALUNIVERSITY窄频带放大电路由双极型晶体管(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：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。高频小信号放大电路是线性放大电路。Y参数等效电路和混合π型等效电路是分析高频晶体管电路线性工作的重要工具,晶体管、场效应管和电阻引起的电噪声将直接影响放大器和整个电子系统的性能。YANGTZENORMALUNIVERSITY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：YANGTZENORMALUNIVERSITY高频小信号放大器的主要质量指标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。YANGTZENORMALUNIVERSITY②抑制比：表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。n0nvvAAdfAv0f0AAvnfnYANGTZENORMALUNIVERSITY4)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。YANGTZENORMALUNIVERSITY出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。低频小信号模型高频小信号模型AFAYANGTZENORMALUNIVERSITYEnd高频小信号放大器的分析方法晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源四端网络参数微变等效电路来分析。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YANGTZENORMALUNIVERSITY4.2.1形式等效电路（网络参数等效电路）4.2.2混合π等效电路4.2.3混合π等效电路参数与形式等效电路ｙ参数的转换4.2.4晶体管的高频参数YANGTZENORMALUNIVERSITY因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便，为此,引入晶体管的y（导纳）参数等效电路。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输出回路晶体管YANGTZENORMALUNIVERSITY图4.2.1晶体管共发射极电路图4.2.2ｙ参数等效电路为自变量和输出电压设输入电压21VV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YANGTZENORMALUNIVERSITY图4.2.2ｙ参数等效电路LoefereieiYyyyyY2L22ce122re1ie1feVYIVyVyIVyVyI放大器输入导纳YiYANGTZENORMALUNIVERSITY图4.2.3晶体管放大器及其ｙ参数等效电路siefereoeoYyyyyY)0(s1s12ce122re1ie1feIVYIVyVyIVyVyI放大器输出导纳YoLoefeYyyVVA12vYANGTZENORMALUNIVERSITYy（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‘eEndy（导纳）参数的优点：没有涉及晶体管内部的物理过程，适用于任何四端（三端）器件。YANGTZENORMALUNIVERSITYy（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等效电路是基极基极体bbr阻微变等效电射结是由基区到发ebr结电容是发射)C(Cμeb流发生器的等效电表示晶体管放大作用eb'mVg为微变跨导。mg优点：各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。缺点：YANGTZENORMALUNIVERSITY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较大，可以将其开路和由于cbecrrYANGTZENORMALUNIVERSITY011ie2VVIyieiejCg022oe1VVIyoeoejCgyieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe)(1cbebbbCCr)(π2cb'eb'mTCCgffYANGTZENORMALUNIVERSITY)(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EndYANGTZENORMALUNIVERSITY1.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YANGTZENORMALUNIVERSITYβf02/0Tff12.特征频率1120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。YANGTZENORMALUNIVERSITY3.最高振荡频率fmax时的最高工作频率。晶体管的功率增益1PGf≥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。βTff频率参数的关系:YANGTZENORMALUNIVERSITY4.3.1电压增益4.3.2功率增益4.3.3通频带与选择性4.3.4级间耦合网络YANGTZENORMALUNIVERSITY通常需要多级放大器来提供足够高的增益和足够好的选择性，从而为下一级（例如混频和检波）提供性能良好的有用信号。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YANGTZENORMALUNIVERSITY高频小信号放大器的电路分析包括：1.多级分单级，2.静态分析，3.动态分析，4.整合系统几个基本步骤。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。YANGTZENORMALUNIVERSITY1.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。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCCYANGTZENORMALUNIVERSITY45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC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。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，Rb1Rb2ReVCCYANGTZENORMALUNIVERSITY45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC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）1)画出交流等效电路，3.动态