第3章高頻小信號放大器(2)

1、 諧振放大器是采用諧振回路作負(fù)載的放大器，具諧振放大器是采用諧振回路作負(fù)載的放大器，具有放大、濾波和選頻的作用。非諧振由阻容放大器和有放大、濾波和選頻的作用。非諧振由阻容放大器和各種濾波器組成，便于集成。各種濾波器組成，便于集成。iVVAoVi0PPPA i0Vlog20VVAioplog10PPA27 . 02 fB放大器的電壓增益下降到最大值的放大器的電壓增益下降到最大值的0.70.7（即（即1/ )1/ )倍時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，倍時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用用 表示。表示。2 2 f f 0.70.7也稱為也稱為3 3分貝帶寬。分貝帶寬。 f f0 2f

2、0.2 0.7 1 f 2f0.7 0VVAA0.5210f0PPAA為什么要求通頻帶？為什么要求通頻帶？ 放大器所放大的一般都是已調(diào)制的信號，已調(diào)制的信號都放大器所放大的一般都是已調(diào)制的信號，已調(diào)制的信號都包含一定譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，讓必要的包含一定譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，讓必要的信號頻譜分量通過放大器。信號頻譜分量通過放大器。 與諧振回路相同，放大器的通頻帶決定于回路的形式和回與諧振回路相同，放大器的通頻帶決定于回路的形式和回路的等效品質(zhì)因數(shù)路的等效品質(zhì)因數(shù)QL。此外，放大器的總通頻帶，隨著級數(shù)的。此外，放大器的總通頻帶，隨著級數(shù)的增加而變小。并且通頻帶愈寬

3、，放大器增益愈小。增加而變小。并且通頻帶愈寬，放大器增益愈小。7.01.0122ffKro7 . 001. 0r0.0122ffK f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 實(shí)際 2 f 0.1, , 2 f 0.01分別為放大倍數(shù)下降至分別為放大倍數(shù)下降至0.1和和0.01處的帶寬，處的帶寬，K Kr r愈接近于愈接近于1 1越好。越好。5 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)： 放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示：放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示： N NF F越接近越接近1 1越好越好 在多級放大器中，前二級的噪聲對整個放大器的噪聲起在多級放大器中，前二級的噪聲對整個放大器的噪聲起決

4、定作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小。決定作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小。 以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應(yīng)根據(jù)需定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應(yīng)根據(jù)需要決定主次，進(jìn)行分析和討論。要決定主次，進(jìn)行分析和討論。 )(/)(/nosonisiF輸輸出出信信號號噪噪比比輸輸入入信信號號噪噪比比PPPPN 為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，即限制每級為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，即限制每級增益，選擇內(nèi)反饋小的晶體管，應(yīng)用中和或失配方法等。增益，選擇內(nèi)反饋小的晶體管

5、，應(yīng)用中和或失配方法等。 4 . .工作穩(wěn)定性：工作穩(wěn)定性： 指在電源電壓變化或器件參數(shù)變化時以上三參數(shù)的穩(wěn)定程度指在電源電壓變化或器件參數(shù)變化時以上三參數(shù)的穩(wěn)定程度3. 1. 2 晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)一、一、 Y參數(shù)等效電路（形式等效電路）參數(shù)等效電路（形式等效電路）2121111UyUyI2221212UyUyI0|21111UUIY0|12112UUIY0|21221UUIY0|12222UUIY為為自自變變量量和和輸輸出出電電壓壓設(shè)設(shè)輸輸入入電電壓壓cebeUUceoebefeccerebeiebUYUYIUYUYI cebeoefereiecb

6、UUYYYYII:即即式中：式中：導(dǎo)導(dǎo)納納稱稱為為輸輸出出短短路路時時的的輸輸入入0ceUbebieUIY傳傳輸輸導(dǎo)導(dǎo)納納稱稱為為輸輸入入短短路路時時的的反反向向0 beUcebreUIY傳傳輸輸導(dǎo)導(dǎo)納納稱稱為為輸輸出出短短路路時時的的正正向向0 ceUbecfeUIY導(dǎo)導(dǎo)納納稱稱為為輸輸入入短短路路時時的的輸輸出出0 beUcecoeUIYceoebefeccerebeiebUYUYIUYUYI 圖正向傳輸導(dǎo)納圖正向傳輸導(dǎo)納fefe越大越大, , 表示晶體管的放大能力越強(qiáng)；表示晶體管的放大能力越強(qiáng)；反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納rere越大越大, , 表示晶體管的內(nèi)部反饋越強(qiáng)。表示晶體管的內(nèi)部反饋

7、越強(qiáng)。rere的的存在存在, , 對實(shí)際工作帶來很大危害對實(shí)際工作帶來很大危害, , 是諧振放大器自激的根源是諧振放大器自激的根源, , 同時也使分析過程變得復(fù)雜同時也使分析過程變得復(fù)雜, , 因此應(yīng)盡可能使其減小因此應(yīng)盡可能使其減小, , 或削或削弱它的影響。晶體管的參數(shù)可以通過測量得到。通過查閱弱它的影響。晶體管的參數(shù)可以通過測量得到。通過查閱晶體管手冊也可得到各種型號晶體管的參數(shù)。晶體管手冊也可得到各種型號晶體管的參數(shù)。 參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓值、電流值有關(guān)參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓值、電流值有關(guān), , 而且是而且是工作頻率的函數(shù)。所以無論是測量還是查閱晶體管手冊工作頻率的函數(shù)。所以

8、無論是測量還是查閱晶體管手冊, , 都都應(yīng)注意工作條件和工作頻率。應(yīng)注意工作條件和工作頻率。 在高頻工作時晶體管結(jié)電容不可忽略在高頻工作時晶體管結(jié)電容不可忽略, , 參數(shù)是一個復(fù)數(shù)。參數(shù)是一個復(fù)數(shù)。yie=gie+jCie yoe=goe+jCoeyfe=|yfe|fe yre=|yre|re ；，納納和和輸輸出出電電容容分分別別是是放放大大器器的的輸輸出出導(dǎo)導(dǎo)和和其其中中oeoeCg輸輸入入導(dǎo)導(dǎo)納納和和輸輸入入電電容容。分分別別是是下下一一級級放放大大器器的的和和ie2ie2Cg C Re +UCC Ce Rb2 Rb1 Co P1 R0 P2 a b L RL Ci Ub=Ui U0 Uc

9、 一、電路一、電路Rb1、Rb2、Re為為偏置電阻，偏置電阻， 決定靜態(tài)工作點(diǎn)，決定靜態(tài)工作點(diǎn)，L 、 C組成組成LC諧振回路諧振回路R0 =1/G=1/GP是并聯(lián)回路本身是并聯(lián)回路本身 的損耗的損耗所謂單調(diào)諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)所謂單調(diào)諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)回路的組合。所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回回路的組合。所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回路的結(jié)論均可應(yīng)用。路的結(jié)論均可應(yīng)用。3. 1. 3 單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器二、等效電路分析二、等效電路分析 因?yàn)橛懻摰氖切⌒盘枺缏匀ブ绷鲄?shù)元件即可用因?yàn)橛懻摰氖切⌒盘?，如略去直流參?shù)元件

10、即可用Y Y參數(shù)等效電參數(shù)等效電路模擬。路模擬。 P1 GP P2 a b L Is Ys Ui + Ib Yie YreUc YfeUb Yoe Yie2 UC + Uo + C Ic B E C P1 GP P2 a b L Yie2 UC + Uo + C Ic E C YL Is Ys Ub =Ui + Ib Yie YreUc YfeUb Yoe UC + C Ic B E )3()2()1(LcccoeifeccreiiebYUIUYUYIUYUYIfecboeLYUUYY cfevboeLUYkUYY Y L代表由集電極代表由集電極C向右看的回路導(dǎo)納向右看的回路導(dǎo)納放大器的放大倍

11、數(shù)放大器的放大倍數(shù): :數(shù)學(xué)分析：數(shù)學(xué)分析：P1 GP P2 a b L Yie2 UC + Uo + C Ic E C LjCPCjgPGPYPLjCjGPYieiePiePL11112222212221說明說明:iLoefereiebUYYYYYI (4) 代入代入(1) iLoefecUYYYU (3) = (2)(4)ieLoefereieibiYYYYYYUIY 放大器的輸入導(dǎo)納放大器的輸入導(dǎo)納: :放大器的輸出導(dǎo)納放大器的輸出導(dǎo)納: :oeiesfereoeccoYYYYYYUIY )3()2()1(LcccoeifeccreiiebYUIUYUYIUYUYI數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)分析(續(xù)續(xù)

12、)：三、放大器的質(zhì)量指標(biāo)三、放大器的質(zhì)量指標(biāo)1）電壓增益電壓增益ioVUUA 根據(jù)電壓變比關(guān)系：根據(jù)電壓變比關(guān)系：aboUpU2 1pUUcab coUppU12 LoefeicYYpYpUUpp1212ioVUUA212222111pYYpLjCjGpYLiepLLoefeLoefeLoefeYYpYpppYYpYpYYpYp2121211212VA所以：所以：由于：由于：所以：所以： P1 GP P2 a b L Yie2 UC + Uo + C Ic E C 222ieieieoeoeoeCjgYCjgY ：令令 LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe 1A2221222

13、2121V ：所所以以；，納和輸出電容納和輸出電容分別是放大器的輸出導(dǎo)分別是放大器的輸出導(dǎo)和和其中其中oeoeCg輸輸入入導(dǎo)導(dǎo)納納和和輸輸入入電電容容。分分別別是是下下一一級級放放大大器器的的和和ie2ie2Cg2222122221;g ieoeieoeCpCpCCGpgpgp令令LjCjgyppfe1A21V則則諧諧振振回回路路的的導(dǎo)導(dǎo)納納式式中中分分母母視視為為一一個個并并聯(lián)聯(lián): :說明 jgyppffQjgyppfeLfe 121A21021V：可可寫寫成成附附近近時時在在諧諧振振角角頻頻率率的的導(dǎo)導(dǎo)納納，當(dāng)當(dāng)角角頻頻率率式式中中分分母母視視為為并并聯(lián)聯(lián)回回路路VA0是是回回路路的的等等

14、效效品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)gC0LQ的的失失諧諧是是工工作作頻頻率率對對式式中中000f,21ffffLC：電壓增益的相關(guān)結(jié)論電壓增益的相關(guān)結(jié)論的的函函數(shù)數(shù)是是工工作作頻頻率率 fV VA A，時時當(dāng)當(dāng)0 0f f i ie e2 22 22 2o oe e2 21 1f fe e2 21 1f fe e2 21 1V V0 0g gp pg gp pG Gp py yp pp pg gy yp pp pA A。1 18 80 0，1 18 80 0y y1 18 80 0f fe ef fe ef fe e而而是是的的相相差差不不一一定定是是，因因此此輸輸入入和和輸輸出出之之間間一一個個相相角角是

15、是一一個個復(fù)復(fù)數(shù)數(shù)，它它也也有有的的相相位位差差。此此外外號號表表明明輸輸入入和和輸輸出出有有 - - o ofefe18018000相位差才是相位差才是V V和和V V，當(dāng)頻率較低時，當(dāng)頻率較低時，i io o成成反反比比。導(dǎo)導(dǎo)成成正正比比，和和回回路路的的總總電電與與晶晶體體管管正正向向傳傳輸輸導(dǎo)導(dǎo)納納f fe ev vo og gy yA A2）放大器的放大器的諧振曲線諧振曲線與與通頻帶通頻帶做做放放大大器器的的諧諧振振曲曲線線隨隨f f而而變變化化的的曲曲線線，叫叫VoVAA 220VoV11211AA ffQL 由由于于LLVoVQfBffQA07 . 07 . 007 . 0f21

16、2,21A ：故故則則如如果果。通頻帶越窄；反之越寬通頻帶越窄；反之越寬可見：品質(zhì)因數(shù)越高，可見：品質(zhì)因數(shù)越高，3）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：7 . 01 . 00.1r 22kff則則如如果果1 . 0AAV0V1 . 0)2Q(11201 . 0LffL020.1Qf1102f195. 911022k27 . 01 . 0r0.1 ff：故矩形系數(shù)故矩形系數(shù)所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，故其，故其選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)。選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)。習(xí)題： 3-2 （1），（

17、2）一、一、多級單調(diào)諧回路諧振放大器多級單調(diào)諧回路諧振放大器 若單級放大器的增益不能滿足要求，就可以采用多級級聯(lián)放大若單級放大器的增益不能滿足要求，就可以采用多級級聯(lián)放大.級聯(lián)后的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)生變化。級聯(lián)后的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)生變化。1）增益增益mAAA21mVmV2V1AAAA則總增益為則總增益為級，各級的增益為級，各級的增益為如果放大器有如果放大器有、m m結(jié)論結(jié)論: :級數(shù)級數(shù)m m越多，總增益越大。越多，總增益越大。為為帶帶寬寬縮縮減減因因子子窄窄. .通通頻頻帶帶稱稱越越越越多多結(jié)結(jié)論論：級級數(shù)數(shù)12,1 mXm11()21mmBB 2）通頻帶通

18、頻帶 為為m級放大器的通頻帶級放大器的通頻帶()mB1()/mBB0.1K3）選擇性選擇性( (以矩形系數(shù)為例以矩形系數(shù)為例) )結(jié)論結(jié)論: :級數(shù)級數(shù)m m越多，矩形系數(shù)越小。越多，矩形系數(shù)越小。 具體數(shù)值見教材具體數(shù)值見教材P70P70頁表頁表3-13-1可見可見: :單調(diào)諧回路特點(diǎn)是電路簡單單調(diào)諧回路特點(diǎn)是電路簡單, ,調(diào)試容易調(diào)試容易, ,但選擇性差但選擇性差, , 增益和通頻帶的矛盾比較突出。增益和通頻帶的矛盾比較突出。0.1K1()/mBB二、二、多級多級雙調(diào)諧放大器雙調(diào)諧放大器 它是改善放大器選擇性和解決放大器增益和它是改善放大器選擇性和解決放大器增益和通頻帶之間矛盾的有效方法之

19、一。通頻帶之間矛盾的有效方法之一。具體參數(shù)見教材具體參數(shù)見教材P70頁表頁表3-21()/mBB0.1K三、三、寬帶集成運(yùn)算寬帶集成運(yùn)算放大器放大器A/D公司寬帶集成運(yùn)放舉例公司寬帶集成運(yùn)放舉例型號型號電源電壓電源電壓(V)帶寬帶寬(MHz)5 ,5 152.7 5 ,512 ,53. 1. 5 諧振放大器的穩(wěn)定性諧振放大器的穩(wěn)定性穩(wěn)穩(wěn)定定的的原原因因。導(dǎo)導(dǎo)致致自自激激的的產(chǎn)產(chǎn)生生，是是不不會會的的存存在在形形成成正正反反饋饋，參參數(shù)數(shù)中中由由于于r re ey yY Y .1一、自激產(chǎn)生的原因一、自激產(chǎn)生的原因 2 。自自激激，是是不不穩(wěn)穩(wěn)定定的的原原因因會會的的存存在在, ,C C中中實(shí)實(shí)

20、際際e eb b形形成成正正反反饋饋和和參參數(shù)數(shù)上上是是由由于于混混 C C Ub e + Ib Yi e Yr eUc e Yf eUb e Yo e Uc e + C Ic B E b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e rbe Yce 由于由于yre（或（或Cbc）的存在，晶體管是一個雙向的器件，的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性可以：增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性可以： 中和法中和法 消除消除yre的反饋的反饋失配法失配法 使輸入和輸出回路與晶體管阻抗不匹配。使輸入和輸出回路與晶體管阻抗不匹配。 由于阻抗不匹配，減小輸出電壓，從而減小反由于阻抗不匹配，減小輸出電壓，從而

21、減小反饋到輸入回路的影響?zhàn)伒捷斎牖芈返挠绊? ,以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性定性. .二、克服自激的方法二、克服自激的方法 然后考慮實(shí)行晶體管的單向化。其單向化的方法有：然后考慮實(shí)行晶體管的單向化。其單向化的方法有：首先考慮選用首先考慮選用y yrere（或（或C Cbcbc）小的晶體管；）小的晶體管；(1) (1) 中和法：中和法： 在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。 AL1L2BCbcCNVi+BAViCN+VoCbcCDL1L20V

22、NCCLL11bc21cb21cb21NCNNCLLC 電橋平衡時，電橋平衡時，CDCD兩端的回路電壓兩端的回路電壓 不會反映到不會反映到ABAB兩端兩端, ,即對應(yīng)兩邊阻抗之比相等。即對應(yīng)兩邊阻抗之比相等。理解理解? BG1 yiyie YL 失配 BG2 復(fù)合管 方法方法:使信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管使信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負(fù)載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。輸出端負(fù)載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。 原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入 電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。電路的影

23、響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。 失配法應(yīng)用舉例失配法應(yīng)用舉例-共發(fā)一共基級聯(lián)放大電路共發(fā)一共基級聯(lián)放大電路: :(2) (2) 失配法失配法（3 3）. . 中和法與失配法比較中和法與失配法比較 中和法：中和法： 優(yōu)點(diǎn)：簡單，增益高優(yōu)點(diǎn)：簡單，增益高 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶 因?yàn)榫w管離散性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于因?yàn)榫w管離散性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于 批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)。 采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參 數(shù)變化沒有改善效果。數(shù)變化沒有改善效果。 失配法：失配法： 優(yōu)點(diǎn)：

24、優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響； 頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作； 生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。 缺點(diǎn)：增益低。缺點(diǎn)：增益低。 一、一、二級二級共射共射- -共基共基級聯(lián)中頻放大器電路級聯(lián)中頻放大器電路 下圖表示國產(chǎn)某調(diào)幅通信機(jī)接收部分所采用的二級中下圖表示國產(chǎn)某調(diào)幅通信機(jī)接收部分所采用的二級中 頻放大器電路。頻放大器電路。輸入C30.047F3AG22680T1R10R65.1kR95.6k2kR3C40.047FC50.047FR7150R1110kC60.047F

25、R122.7kC90.047F3AG22T2C7560pFC856pFTr13AG22T3R165.1kR131.5kR142002kR15C100.047F0.047FC113AG22T4R175.1kR180.047FC1215V輸出R1910kR205. 1kC13C14560pF560pFTr215V穩(wěn)壓8V3.1.6 高頻小信號高頻小信號調(diào)諧放大器應(yīng)用舉例調(diào)諧放大器應(yīng)用舉例二、二、 由由MC1590構(gòu)成的選頻放大器構(gòu)成的選頻放大器： 器件器件MC1590內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個雙端輸入、雙端輸出的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路全差動式電路。其具有工作頻率高，不易自激的特點(diǎn)，并帶有自動增益控制的功能。其具有工作頻率高，不易自激的特點(diǎn)，并帶有自動增益控制的功能。 器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路選頻。器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路選頻。 C2 L2 C2 Vi RL V0 C6 +12V L3 3 2 1 8 7 6 4 5 MC1590 C5 V(AGC) C3 C4 三、三、MC111