第五講 高頻小信號放大器

1、第三章第三章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 3.1 高頻小信號放大器高頻小信號放大器3.2 高頻功率放大器的原理和特性高頻功率放大器的原理和特性3.3 高頻功率放大器的高頻效應高頻功率放大器的高頻效應3.4 高頻功率放大器的實際線路高頻功率放大器的實際線路3.1 高頻小信號放大器高頻小信號放大器 一、概述一、概述 1. 作用：作用：放大信號、選擇信號、抑制干擾放大信號、選擇信號、抑制干擾 。 2. 特點：特點： (a). 小信號工作狀態(tài)、直流工作點確定以后，電路參數(shù)都是常數(shù)，小信號工作狀態(tài)、直流工作點確定以后，電路參數(shù)都是常數(shù)，與外加信號無關，屬線性電路的范疇。與外加信號無關，屬線性電路的范疇

2、。 (b). 以晶體管或集成電路作為放大元件，以調諧回路作為負載（濾以晶體管或集成電路作為放大元件，以調諧回路作為負載（濾波或阻抗變換）。波或阻抗變換）。 3. 分類：分類： (a). 單級調諧放大器；單級調諧放大器； (b).單調諧回路放大器（低增益、窄頻帶的場合）；單調諧回路放大器（低增益、窄頻帶的場合）； (c).雙耦合回路放大器（選擇性好，用作中頻放大器）；雙耦合回路放大器（選擇性好，用作中頻放大器）； (d).多級調諧放大器；多級調諧放大器； (e).分散濾波諧振放大器；分散濾波諧振放大器； (f).集中參數(shù)濾波放大器。集中參數(shù)濾波放大器。 4.性能指標：性能指標： (a) 工作穩(wěn)定

3、：工作穩(wěn)定：不僅不能自激，且要遠離自激條件；不僅不能自激，且要遠離自激條件； (b) 諧振增益：諧振增益：天線上獲得的信號幾微伏至幾十微伏，天線上獲得的信號幾微伏至幾十微伏，到解調前要達到解調前要達0.11V左右，應有左右，應有80120dB其中中放其中中放應有應有6080dB。 (c)通頻帶：通頻帶：00.72LfBQ0.70LBfQ雙調諧回路時，雙調諧回路時，A=1時，時， 為了不失真放大已調信號，要求為了不失真放大已調信號，要求 B0.7Bs (d) 矩形系數(shù)、選擇性矩形系數(shù)、選擇性:表征放大器對通頻帶以外各表征放大器對通頻帶以外各種干擾信號的濾除能力，或從各種干擾中選出有用信種干擾信號

4、的濾除能力，或從各種干擾中選出有用信號的能力。號的能力。7 . 01 . 01 . 0BBK在理想情況下，在理想情況下，K0.1=1 3.1.1 高頻小信號諧振放大器的工作原理高頻小信號諧振放大器的工作原理 典型的高頻小信號諧振放大器的實際線路如圖典型的高頻小信號諧振放大器的實際線路如圖3-1(a)所示。所示。（a）高頻小信號諧振放大器的原理線路）高頻小信號諧振放大器的原理線路 圖圖 3-1 高頻小信號諧振放大器高頻小信號諧振放大器2021-10-297 3.1.2 放大器性能分析放大器性能分析 1 晶體管的高頻等效電路晶體管的高頻等效電路 圖圖3-2是晶體管在高頻運用時的混是晶體管在高頻運用

5、時的混等效等效電路電路, 它反映了晶體管中的物理過程它反映了晶體管中的物理過程, 也是分也是分析晶體管高頻時的基本等效電路。析晶體管高頻時的基本等效電路。 圖圖3-2 晶體管的混晶體管的混等效電路等效電路 圖中圖中gmUbe表示了放大能力；表示了放大能力； C發(fā)射結擴散電容；發(fā)射結擴散電容； C集電結的勢壘電容。通常直接用混集電結的勢壘電容。通常直接用混等效電路分析高等效電路分析高頻放大器的性能不方便。但據線性電路原理，可將混頻放大器的性能不方便。但據線性電路原理，可將混等效電路轉化為輸入輸出分離的等效電路轉化為輸入輸出分離的Y參數(shù)等效電路，如圖參數(shù)等效電路，如圖3-3所示。所示。晶體管的晶體

6、管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路（b）晶體管的）晶體管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路（a）晶體管的共發(fā)射極電路）晶體管的共發(fā)射極電路圖圖3-3 晶體管的晶體管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 在（在（b）圖中）圖中.0.0.0.0cbcbbieUbbieUccfeUbcoeUcIYUIYUIYUIYU輸出交流短路時的輸入導納輸出交流短路時的輸入導納輸入交流短路時的反向傳輸導納輸入交流短路時的反向傳輸導納輸出交流短路時的正向傳輸導納輸出交流短路時的正向傳輸導納輸入交流短路時的輸出導納輸入交流短路時的輸出導納 在忽略在忽略rbe及滿足及滿足CC的條件下的條件下, Y參數(shù)與混參數(shù)與混參參數(shù)之間的關系為數(shù)之間

7、的關系為 使用使用Y參數(shù)比較方便，但參數(shù)比較方便，但Y參數(shù)不完整，所以還需要參數(shù)不完整，所以還需要引出混引出混參數(shù)，并給出兩者間的換算關系如下。參數(shù)，并給出兩者間的換算關系如下。Y1111iebbbbmoebbmfebbrebbjCjCrjCrgYjCjCrgYjCrjCYjCr13 23 33 43 由圖由圖3-2可以得到晶體管可以得到晶體管 Y 參數(shù)等效電路的參數(shù)等效電路的 Y 參數(shù)參數(shù)方程方程coebfeccrebiebUYUYIUYUYI晶體管的晶體管的內部方程內部方程a53 b53 圖圖 3-2 晶體三極管等效電路晶體三極管等效電路 (a) 混混等效電路等效電路; (b) Y參數(shù)等效

8、電路參數(shù)等效電路 2 放大器的性能參數(shù)放大器的性能參數(shù) 忽略管子內部的反饋忽略管子內部的反饋, 即令即令Yre = 0, 由圖由圖3-3可得可得cLcbSSbUYIUYII圖圖 3-3 圖圖3 -1 高頻小信號放大器的高頻等效電路高頻小信號放大器的高頻等效電路 晶體管的晶體管的外部方程外部方程a63 b63 (3) 輸出導納輸出導納YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0LoerefeiebbiLoefebcYYYYYUIYYYYUUK(1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)K(2) 輸入導納輸入導納Yi由反向傳輸導納由反向傳輸導納引入的輸入導納引入的輸入導納由反向傳輸導納由反向傳輸導納引入

9、的輸出導納引入的輸出導納73 83 93 3.1.3高頻諧振放大器的穩(wěn)定性高頻諧振放大器的穩(wěn)定性 1 放大器的穩(wěn)定性放大器的穩(wěn)定性 反向傳輸導納反向傳輸導納Yre引入的輸入導納引入的輸入導納, 記為記為Yir。 忽略忽略 r bb的影響的影響, 則由式則由式(3-3)、 (3-4)有有 將將Yoe歸入負載中歸入負載中, 并考慮諧振頻率并考慮諧振頻率0附近情況附近情況, 有有 (4) 通頻帶通頻帶B 0.707與矩形系數(shù)與矩形系數(shù)K 0.1 通頻帶通頻帶B 0.707為為 LoQfB707. 0(3-10) femreYgYj C 將將Y Yoeoe歸入負載中歸入負載中, , 并考慮諧振頻率并考

10、慮諧振頻率0 0附近情況附近情況, , 有有0000(12)(12)mmirLLLLjC gC gYjCj QCj Q 則輸入導納為則輸入導納為 由式可知，當回路諧振時由式可知，當回路諧振時=0，Yir為一電容；當為一電容；當0時，時，Yir的電導為正，是正反饋；的電導為正，是正反饋；0時，時，Yir的的電導為正，是負反饋，這將引起放大器的不穩(wěn)定。電導為正，是負反饋，這將引起放大器的不穩(wěn)定。113 0(12)oeLLLYYGj Q圖圖3-4 放大器的頻率特性放大器的頻率特性考慮反饋時的放大器的頻率特性如圖考慮反饋時的放大器的頻率特性如圖3-4所示。所示。 提高放大器穩(wěn)定性可以從兩方面入手。一是

11、在式提高放大器穩(wěn)定性可以從兩方面入手。一是在式(3-9)中，盡量減小第二項的分子中，盡量減小第二項的分子 ，而減小，而減小 會使放大器的增益減會使放大器的增益減小，所以主要是減小反向傳輸導納小，所以主要是減小反向傳輸導納 ，即首先在挑選擔當小，即首先在挑選擔當小信號放大器的晶體管時，應選擇信號放大器的晶體管時，應選擇 小的晶體管。其次是在選小的晶體管。其次是在選定晶體管后，定晶體管后，借助于外加元件來抵消借助于外加元件來抵消 Yre的作用，這種方法的作用，這種方法稱中和法；稱中和法；另一方面增大分母另一方面增大分母 ，當晶體管選好后，晶體管，當晶體管選好后，晶體管的輸出導納的輸出導納Yoe被確

12、定了，被確定了，只能通過改變負載導納只能通過改變負載導納YL，使放，使放大器工作在失配狀態(tài)下，所有又稱為失配法。大器工作在失配狀態(tài)下，所有又稱為失配法。可見，失配法可見，失配法是以犧牲增益為代價來換取穩(wěn)定性的一種方法。中和法和失是以犧牲增益為代價來換取穩(wěn)定性的一種方法。中和法和失配法的原理電路分別如圖配法的原理電路分別如圖3-5(a)和和(b)所示。所示。 2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法 A.中和法中和法 圖圖3-5是利用是利用中和電容中和電容Cn的中和電路。的中和電路。 為了抵消為了抵消Yre的反饋的反饋, 從集電極回路取一與從集電極回路取一與 反相的電壓反相的電壓 ,

13、通過通過Cn反饋到輸入端。反饋到輸入端。cUnU圖圖3-5 中和電路中和電路cbcbnncbCNNCLLCLjCjLjCj212120010011II則中和條件為則中和條件為 根據電橋平衡有根據電橋平衡有調節(jié)調節(jié)CN使得使得 即實現(xiàn)了中和。即實現(xiàn)了中和。123 圖圖 3-6 共共發(fā)發(fā)- 共基電路共基電路 B.失配法失配法 圖圖3-6是通過增大負載導納，進而增大總回路導納，是通過增大負載導納，進而增大總回路導納，使得輸出電路使得輸出電路失配失配，輸出電壓減小對輸入端的影響也，輸出電壓減小對輸入端的影響也就減小。是以增益為代價來換取穩(wěn)定性的方法。就減小。是以增益為代價來換取穩(wěn)定性的方法。 共基極電

14、路的輸入導納共基極電路的輸入導納較大，當它和輸出導納較較大，當它和輸出導納較小的共發(fā)電路相連時，相小的共發(fā)電路相連時，相當于增大了共發(fā)電路的負當于增大了共發(fā)電路的負載導納而使之失配，從而載導納而使之失配，從而使共發(fā)電路內部的反饋減使共發(fā)電路內部的反饋減弱，提高了穩(wěn)定性。弱，提高了穩(wěn)定性。 圖圖 3-7 雙柵場效應管調諧放大器雙柵場效應管調諧放大器 場效應場效應管也有穩(wěn)定性問題，這是因漏極的電容構成管也有穩(wěn)定性問題，這是因漏極的電容構成了輸出和輸入之間的反饋。采用雙柵極場效應管作高頻了輸出和輸入之間的反饋。采用雙柵極場效應管作高頻小信號放大器，則可獲較高增益，噪聲也較低。圖小信號放大器，則可獲較

15、高增益，噪聲也較低。圖3-7是是雙柵極場效應管調諧放大器的電路。雙柵極場效應管調諧放大器的電路。nKKKK002010 211a2/2)1 (nna總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)單回路歸一化頻率特性單回路歸一化頻率特性多級放大器級聯(lián)歸一化頻率特性多級放大器級聯(lián)歸一化頻率特性 3.1.4 多級諧振放大器級聯(lián)多級諧振放大器級聯(lián) 1多級單調諧放大器級聯(lián)多級單調諧放大器級聯(lián) 多級單調諧放大器的諧振頻率相同多級單調諧放大器的諧振頻率相同, 均為信號的中均為信號的中心頻率。心頻率。 133 143 153 表表3-2 多級雙調諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)多級雙調諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)表表3-1 多級單調諧放大

16、器的帶寬和矩形系數(shù)多級單調諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)級數(shù)增大，曲線變窄，等效噪聲帶寬下降，矩形系數(shù)改善級數(shù)增大，曲線變窄，等效噪聲帶寬下降，矩形系數(shù)改善a.帶寬隨級數(shù)而下降的程度比單調諧回路要?。粠掚S級數(shù)而下降的程度比單調諧回路要??；b.矩形系數(shù)改善。矩形系數(shù)改善。 2. 多級雙調諧放大器多級雙調諧放大器 2/4)41 (nna結論：結論： 1.優(yōu)點：雙調諧級聯(lián)與單調諧級聯(lián)相比較，優(yōu)點：雙調諧級聯(lián)與單調諧級聯(lián)相比較，雙調諧能解決帶寬與選擇性之間的矛盾；雙調諧能解決帶寬與選擇性之間的矛盾； 2.缺點：級數(shù)相同時，雙調諧級聯(lián)比單調諧缺點：級數(shù)相同時，雙調諧級聯(lián)比單調諧級聯(lián)所用的原件數(shù)目多，調諧復雜

17、。級聯(lián)所用的原件數(shù)目多，調諧復雜。163 3. 參差調諧放大器參差調諧放大器 圖圖3-8是采用單調諧回路和雙調諧回路組是采用單調諧回路和雙調諧回路組成的參差調諧放大器的頻率特性。成的參差調諧放大器的頻率特性。 特點：特點：多級參差放大器中各級調諧回路多級參差放大器中各級調諧回路所調諧的頻率彼此不同。所調諧的頻率彼此不同。 目的：目的：增加放大器總的帶寬，使頻率特增加放大器總的帶寬，使頻率特性的邊沿陡峭。性的邊沿陡峭。 圖圖3-8 參差調諧放大器的頻率特性參差調諧放大器的頻率特性 a單、雙回路特性；單、雙回路特性；b總特性總特性 3.1.5 高頻集成放大器高頻集成放大器 前面介紹的調諧放大器有三

18、大缺點：前面介紹的調諧放大器有三大缺點： 1. 增益和穩(wěn)定性有矛盾；增益和穩(wěn)定性有矛盾； 2. 多級放大器級聯(lián)回路多，調諧起來不方便；多級放大器級聯(lián)回路多，調諧起來不方便； 3.回路直接與有源器件相連，其頻率特性易受回路直接與有源器件相連，其頻率特性易受晶體管的參數(shù)及工作點變化的影響。晶體管的參數(shù)及工作點變化的影響。 高頻集成放大器分為兩種類型，一種是非選頻的高高頻集成放大器分為兩種類型，一種是非選頻的高頻集成放大器。它的主要應用場合是某些不需要選頻功頻集成放大器。它的主要應用場合是某些不需要選頻功能的設備，通常其負載是電阻或高頻變壓器；另一種是能的設備，通常其負載是電阻或高頻變壓器；另一種是

19、選頻集成放大器，應用場合是需要有選頻功能的設備，選頻集成放大器，應用場合是需要有選頻功能的設備，如接收機的中頻放大器就是它的典型應用。為滿足高增如接收機的中頻放大器就是它的典型應用。為滿足高增益放大器的選頻要求，集成放大器一般采用集中濾波器益放大器的選頻要求，集成放大器一般采用集中濾波器來做它的選頻電路。如第二章介紹的晶體濾波器、陶瓷來做它的選頻電路。如第二章介紹的晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面濾波器等都可以和高頻集成放大器搭配濾波器、聲表面濾波器等都可以和高頻集成放大器搭配使用。集中選頻放大器的組成如圖使用。集中選頻放大器的組成如圖3-10所示。所示。圖圖3-10 集中選頻放大器組成框圖集中選頻放大器組成框圖 高頻集成放大器的高頻集成放大器的優(yōu)點：優(yōu)點： 1.線路簡單、性能穩(wěn)定、調整方便；線路簡單、性能穩(wěn)定、調整方便； 2.頻率特性好，有專門的濾波器來保障頻率特性好，有專門的濾波器來保障(窄帶時用晶窄帶時用晶體；寬帶情況下用體；寬帶情況下用SAV)。 3.可高度集成，減小電路的體積、重量?？筛叨燃桑瑴p小電路的體積、重量。 集中選頻放大器以集中預選頻代替了逐級選頻，可以集中選頻放大器以集中預選頻代替了逐級選頻，可以減小晶體管參數(shù)不穩(wěn)定對選頻回路的影響，保證調諧放大減小晶體管參數(shù)不穩(wěn)定對選頻回路的影響，保證調諧放大器指標的穩(wěn)定、減小調試的難度，而且有利于充分發(fā)揮線器