第1章 小信號(hào)調(diào)諧放大器-14

1、小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器 第一章第一章 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器1.1 概述概述 1.2 諧振回路諧振回路1.3 晶體管高頻小信號(hào)等效電路晶體管高頻小信號(hào)等效電路1.4 晶體管單回路諧振放大器晶體管單回路諧振放大器1.5 諧振放大器的級(jí)聯(lián)諧振放大器的級(jí)聯(lián)1.6 小信號(hào)集中選頻放大器小信號(hào)集中選頻放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器1.4 晶體管單回路諧振放大器晶體管單回路諧振放大器 * 小信號(hào)諧振放大器分類：小信號(hào)諧振放大器分類： 按諧振回路可分為：?jiǎn)握{(diào)諧放大器、雙調(diào)諧放大器及參差放大器等； 按晶體管連接方法區(qū)分有：共基極、共發(fā)射極、共集電極單調(diào)諧放大器等； 本節(jié)僅分析共發(fā)射

2、極單調(diào)諧放大器的工作原理及其主要性能指標(biāo)。 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器 一、單調(diào)諧放大器的電路組成及特點(diǎn)一、單調(diào)諧放大器的電路組成及特點(diǎn) 圖圖1.4.1 單調(diào)諧放大器單調(diào)諧放大器 C1為耦合電容，C2為旁路電容, 輸入電壓為Ui，晶體管輸入電流Ib，集電極電流Ib 。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器二、電路性能分析二、電路性能分析圖圖1.4.2 單調(diào)諧放大器等效電路單調(diào)諧放大器等效電路圖中：U01 為晶體管輸出到負(fù)載的電壓；Ui1 為輸入電壓。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器圖圖1.4.3 單調(diào)諧放大器原理性電路等效圖單調(diào)諧放大器原理性電路等效圖上圖中采用Y參數(shù)等效電路分析集電極部分電路

3、，具體參數(shù)含義如下：小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器1. 單調(diào)諧放大器的電壓增益單調(diào)諧放大器的電壓增益小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器(a)(b)圖圖1.4.4 單調(diào)諧回路折算到單調(diào)諧回路折算到LC回路兩端時(shí)的等效負(fù)載電路回路兩端時(shí)的等效負(fù)載電路221201012222120101221.4.4;iiiiNNggggNNNNCCCCNN從圖可以看出小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器圖圖1.4.3 單調(diào)諧放大器原理性電路等效圖單調(diào)諧放大器原理性電路等效圖小信號(hào)調(diào)諧放大器小

4、信號(hào)調(diào)諧放大器2. 單調(diào)諧放大器的功率增益單調(diào)諧放大器的功率增益02111221222222201112122000m1.4.3opiiiifeiioabiiuipiiiiipuuPAPPU gNyUgNNNPUggANg GNgggggAAA在此討論諧振時(shí)的功率增益：由圖可知，其中，為本級(jí)放大器的輸入端電導(dǎo)；為下一級(jí)晶體管的輸入電導(dǎo)或輸出端負(fù)載。若采用相同的晶體管或在阻抗匹配的情況下有：，可得：，若012ax01220max012;24ifepifepiggyGg gyAg g ：晶體管輸出導(dǎo)納；：晶體管負(fù)載電導(dǎo)。，且忽略回路損耗有其中：小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器22222222222

5、1201211212,ooabiabiiipooiiNINPUgUggNNNNggNNGkPKPabggoo1若考慮后，引入插入損耗有：回路無損耗時(shí)的輸出功率回路有損耗時(shí)的輸出功率不考慮時(shí)，負(fù)載上所獲得的功率為：其中，I 為I 等效到端的電流；為本級(jí)放大器的輸入端電導(dǎo)；為下一級(jí)晶體管的輸入電22212222120122oabiiippINPUggNNNggGNNG 導(dǎo)或輸出端負(fù)載。而考慮時(shí)有小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器00002201200122222212012122121101201111111,LLpipipoLLoiQQLQQLQQQLGNNLggGNNNNggGPNNPNNggN

6、NKK且 可見，與故00220max01202000max00121412LLfeLPifeLpuuiQQQQyQAg gQyQAAAQg g有關(guān)，越小，則差損越小，考慮插損后，匹配時(shí)的最大功率增益為：小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器3）放大器的通頻帶）放大器的通頻帶00.723uuAAfBWfdB隨隨 而而變變化化的的曲曲線線，叫叫做做放放大大器器的的；而而放放大大器器電電壓壓增增益益下下降降到到最最大大增增益益的的1 12 2時(shí)時(shí)，對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的頻頻率率范范圍圍為為，可可用用、諧諧振振曲曲線線通通頻頻帶帶或或帶帶寬寬表表示示。2000.700.7000000.7000.712121,1222

7、1Q42uuLuLuLLLAAQffAQffBWfAfQCCf Cgf CfLggQf 由由于于 如如果果：則則故故：可可見見：品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)越越高高，通通頻頻帶帶越越窄窄；反反之之越越寬寬。其其中中，；小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器4）放大器的增益帶寬積）放大器的增益帶寬積 定義放大器的增益帶寬積為：定義放大器的增益帶寬積為：000.700.7121200220.7120224242PLfefeuuPfeuCf CGgCfQffyyN NN NAANGNCfyN NGBPABWNC 又，故有增益帶寬積為：0uGBPABW可見增益帶寬積是一個(gè)常數(shù)，它取決于電路參數(shù)?？梢娫鲆鎺挿e是一個(gè)常數(shù)

8、，它取決于電路參數(shù)。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器5）單調(diào)諧放大器的選擇性）單調(diào)諧放大器的選擇性以以矩矩形形系系數(shù)數(shù)來來分分析析：0.1 0.10.700.10200.120.10.10.721,0.10.1221210121019.9512uruLLrfAkfAQffffQfkf 如如果果則則其其中中故故矩矩形形系系數(shù)數(shù)： 所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，故其鄰道選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器 例2 在下圖中, 已知工作頻率f030MHz, Vcc=V, Ie=2mA。晶體管采用3DG47型高頻管。其參數(shù)在上述工作條件和工作頻率處的數(shù)值如下：

9、gie=1.2mS,Cie=12pF；goe=400S,Coe=9.5pF；|yfe|=58.3mS, fe=-22；|yre|=310S, re=-88.8,回路電感L=1.4H, 接入系數(shù)1=1, 2=0.3, 0=100,負(fù)載是另一級(jí)相同的放大器負(fù)載是另一級(jí)相同的放大器。 求諧振電壓增益振幅u0和通頻帶BW,并求回路電容是多少時(shí), 才能使回路諧振？ 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器666002212-6-62-3-33120326260211137.9 10100230 101.4 1037.9 10400 100.31.2 100.55 100.3 58.3 10320.55 1011

10、20(230 10 )1.4 10poeiefeuopgsQLggn gn gn n yAgCpFLCCn Cs所以從而，又且2222212209.50.3129.4eieoeienCCnn CpFCC小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器2030012061231110.55 10222 3.14 20 104.38230 1020 106.850.55 101.15LLLLQQgCQBWgQcCQgMHzK由于，可得回路插入損耗：回路無損耗時(shí)的輸出功率回路有損耗時(shí)的輸出功率 要進(jìn)一步增大電壓增益, 可采用多級(jí)放大器。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器 本節(jié)涉及內(nèi)容： 1.5.1 多級(jí)單調(diào)諧放大器多

11、級(jí)單調(diào)諧放大器 1.5.2 調(diào)諧放大器穩(wěn)定性調(diào)諧放大器穩(wěn)定性 1.5 諧振放大器的級(jí)聯(lián)諧振放大器的級(jí)聯(lián) 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器一、電壓增益一、電壓增益1212uuummuuumAAAAA AA、如如果果放放大大器器有有 級(jí)級(jí)，各各級(jí)級(jí)的的增增益益為為則則總總增增益益為為m m二、通頻帶二、通頻帶m20020.701A21mmmuummuLAAAAAQff如如果果各各級(jí)級(jí)放放大大器器的的增增益益相相同同, ,則則有有：1.5.1 多級(jí)單調(diào)諧放大器多級(jí)單調(diào)諧放大器 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器根據(jù)通頻帶的定義可以求m級(jí)放大器的通頻帶100.72020.7011221221mmmmmL

12、LAffAQQff 121mX 可可見見通通頻頻帶帶變變窄窄, ,成成為為帶帶寬寬縮縮減減因因子子上面的分析表明上面的分析表明: 為了使總的通頻帶不變,每級(jí)的帶寬都要增加為原來的 X倍。 當(dāng)每級(jí)通頻帶加寬X倍時(shí),每級(jí)的增益都會(huì)降低為原來 的1/X。0.7(2)mf小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器三、選擇性三、選擇性(以矩形系數(shù)為例以矩形系數(shù)為例)0100.110.10.110.70.1(2)100121001:221uummLmmrmmAAffQfkf 根根據(jù)據(jù)定定義義 : :當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)故故結(jié)論結(jié)論:單調(diào)諧回路特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單單調(diào)諧回路特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,調(diào)試容易調(diào)試容易,但選擇性差但選擇性差,增增

13、益和通頻帶的矛盾比較突出。益和通頻帶的矛盾比較突出。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器例1 某中頻放大器的通頻帶為MHz, 現(xiàn)采用兩級(jí)或三級(jí)相同的單調(diào)諧放大器, 兩種情況下對(duì)每一級(jí)放大器的通頻帶要求各是多少？解: 根據(jù)選擇性討論可知, 當(dāng)n=2時(shí), 因?yàn)?620.72660.712660.713100.1216 106 1011.8 102136 1011.8 1021(2)1001ZZmmLBWBWBWHnBWHfmfQ 所以，要求每一級(jí)帶寬為：所以，要求每一級(jí)帶寬為：同理當(dāng)時(shí)，要求每級(jí)帶寬為：同理當(dāng)時(shí)，要求每級(jí)帶寬為：級(jí)帶寬為：級(jí)帶寬為：小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器10.10.11100

14、121nnnnnBWKBW有有 表1列出了n0.1與的關(guān)系。 表表1 單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級(jí)數(shù)的關(guān)系單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級(jí)數(shù)的關(guān)系 級(jí)數(shù)n12345678910矩形系數(shù)Kn01 9.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56 從表中可以看出從表中可以看出, 當(dāng)級(jí)數(shù)增加時(shí)當(dāng)級(jí)數(shù)增加時(shí), 放大器矩形系數(shù)有所改放大器矩形系數(shù)有所改善善, 但這種改善是有一定限度的但這種改善是有一定限度的, 最小不會(huì)低于最小不會(huì)低于2.56。 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器一、引起小信號(hào)調(diào)諧放大器不穩(wěn)定的因素一、引起小信號(hào)調(diào)諧放大器不穩(wěn)定的因素 放大器的輸入導(dǎo)納Yi 晶體

15、管的內(nèi)部反饋對(duì)放大器的有害影響晶體管的內(nèi)部反饋對(duì)放大器的有害影響 1.使放大器調(diào)試?yán)щy使放大器調(diào)試?yán)щy 由于 的存在，這給放大器的調(diào)試帶來了很多不便。 rey圖圖1.5.1 計(jì)算計(jì)算Yi的等效電路的等效電路1.5.2 調(diào)諧放大器穩(wěn)定性調(diào)諧放大器穩(wěn)定性 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器圖圖1.5.1 計(jì)算計(jì)算Yi的等效電路的等效電路(1)(2)febiebrecccboeLcfeboecferebcbiiecLcboeLiieferereoeyIy Uy UIUUyYIy Uy Uy yIUIYyIY UUyYYyy yyy 根據(jù)上圖可得：根據(jù)上圖可得：由 的兩個(gè)關(guān)系式得：由 的兩個(gè)關(guān)系式得：將

16、表達(dá)式帶入 式，得：將表達(dá)式帶入 式，得：可見放大器輸入導(dǎo)納 包括兩部分：可見放大器輸入導(dǎo)納 包括兩部分：晶體管輸入導(dǎo)納；晶體管輸入導(dǎo)納；輸出電路通過反饋導(dǎo)納作用，在輸入電路產(chǎn)生的等效導(dǎo)納輸出電路通過反饋導(dǎo)納作用，在輸入電路產(chǎn)生的等效導(dǎo)納LY；小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器 放大器的輸出導(dǎo)納Yo 圖圖1.5.2 放大器輸出的等效電路放大器輸出的等效電路rebsbbbcsiebiebrecferebcooecfeboeciessyIYUIUUYyIy Uy Uy yUIYyIy Uy UyYY 根根據(jù)據(jù)戴戴維維南南定定理理可可得得：由由 的的兩兩個(gè)個(gè)關(guān)關(guān)系系式式得得：將將表表達(dá)達(dá)式式帶帶入入

17、式式，得得: :上上式式表表明明，放放大大器器輸輸出出導(dǎo)導(dǎo)納納和和信信號(hào)號(hào)源源內(nèi)內(nèi)阻阻也也有有關(guān)關(guān)。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器 由于內(nèi)反饋?zhàn)饔?，放大器的輸入與輸出導(dǎo)納分別與負(fù)載及信號(hào)源導(dǎo)納有關(guān)。ferebiieieFboeLFFFFFy yIYyyYUyYYgjbgb其中，和分別為電導(dǎo)部分和電納部分。其中，和分別為電導(dǎo)部分和電納部分。2.使放大器工作不穩(wěn)定使放大器工作不穩(wěn)定在實(shí)際中的在實(shí)際中的yre的存在會(huì)導(dǎo)致自激的產(chǎn)生，是不穩(wěn)定的原因。的存在會(huì)導(dǎo)致自激的產(chǎn)生，是不穩(wěn)定的原因。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器gsLCyieYFYSYi gF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可能為負(fù)值，即呈負(fù)電導(dǎo)

18、性，使回路的總電導(dǎo)減小，QL增加，通頻帶減小，增益也因損耗的減少而增加，即負(fù)電導(dǎo)gF供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當(dāng)gF=gs+gie（回路原有電導(dǎo)）則回路總電導(dǎo)g=0，QL ，放大器失去放大性能，處于自激振蕩工作狀態(tài)。自激產(chǎn)生的原因自激產(chǎn)生的原因 圖圖1.5.3 晶體管內(nèi)部負(fù)反饋晶體管內(nèi)部負(fù)反饋 對(duì)頻率特性的影響對(duì)頻率特性的影響小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器二、解決小信號(hào)調(diào)諧放大器不穩(wěn)定的辦法二、解決小信號(hào)調(diào)諧放大器不穩(wěn)定的辦法中和法 消除yre的反饋失配法 使gL或gs的數(shù)值增大，從而使輸入和輸出回路與晶 體管匹配。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器(1) 中和法： 中和法是在晶體管的輸出端與

19、輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路（中和電路）, 以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)yre的反饋?zhàn)饔? 達(dá)到中和的目的。 圖圖1.5.4 中和原理中和原理圖中yn表示了用來抵消反饋影響的外加導(dǎo)納。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器1110000,renrenoiereonorenrenorenreniiUUyIYyUyIIyUy UyyyUyyy完全中和時(shí)，等效反向傳輸導(dǎo)納等于 ：根據(jù) 參數(shù)定義式：輸入端短路時(shí)，上無電流通過，得若完全中和，則有：即小結(jié)：小結(jié)：1中和法不能在一個(gè)頻段中和法不能在一個(gè)頻段滿足實(shí)際要求滿足實(shí)際要求；2這樣一個(gè)電阻、電容網(wǎng)這樣一個(gè)電阻、電容網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和調(diào)試都很復(fù)雜絡(luò)設(shè)計(jì)和調(diào)試都很復(fù)雜。小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器 電橋平衡時(shí)，CD兩端的回路電壓 不會(huì)反映到AB兩端,即對(duì)應(yīng)兩邊阻抗之比相等。0V11122211bcNb cb cNCLLNCCCLLNC A L1 L2 B Cbc CN Vi + + D C BAViCN+VoCbcCDL1L2圖圖1.5.5 放大器中和電路及等效電路放大器中和電路及等效電路(a) 放大器中和電路(b