《高頻電子線路》第二章

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二章第二章 高頻小信號放大器高頻小信號放大器一一.高頻小信號放大器的功能與特點(diǎn)：高頻小信號放大器的功能與特點(diǎn)：功能：一般用在接收機(jī)的功能：一般用在接收機(jī)的前級前級，對信號的電壓進(jìn)行放大。，對信號的電壓進(jìn)行放大。特點(diǎn)：信號頻率較高（幾百特點(diǎn)：信號頻率較高（幾百KHz幾百幾百M(fèi)Hz），可以采用諧振電路；），可以采用諧振電路； 信號的幅度很小（信號的幅度很?。╱vmv級），可以采用線性模型進(jìn)行分析。級），可以采用線性模型進(jìn)行分析。二二.高頻小信號放大器的分類高頻小信號放大器的分類窄帶放大器（多采用諧振放大器）窄帶放大器（多采用諧振放大器）寬帶放大器寬帶放大器(非諧振放大器非

2、諧振放大器)三三 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo):電壓增益，通頻帶，矩形系數(shù)，穩(wěn)定性，噪聲系數(shù)電壓增益，通頻帶，矩形系數(shù)，穩(wěn)定性，噪聲系數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 分析小信號放大器的有關(guān)知識分析小信號放大器的有關(guān)知識 一、并聯(lián)諧振回路的基本特性一、并聯(lián)諧振回路的基本特性 1. 1. 并聯(lián)諧振回路的阻抗（導(dǎo)納）特性并聯(lián)諧振回路的阻抗（導(dǎo)納）特性 )1(0LCjGY 220)1(11LCGYZ 2.2.諧振頻率諧振頻率 CL 1: 當(dāng)當(dāng)LC10 導(dǎo)納有最小值，阻抗有最大值，此導(dǎo)納有最小值，阻抗有最大值，此時稱該并聯(lián)諧振電路諧振，此時的時稱該并聯(lián)諧振電路諧振，此時的（角）頻率稱為諧振（角）頻率。（角）頻率稱為諧振（角

3、）頻率。3.3.品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 的的有有功功功功率率或或諧諧振振時時）的的無無功功功功率率（或或諧諧振振時時00RrCLQ 000/1rCL諧諧振振電電阻阻）（諧諧振振時時的的電電抗抗 ）（諧諧振振時時的的電電抗抗諧諧振振電電阻阻CLR000/1 00001rCrLQ CRLRQ0000 并聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)Q Q的意義：可以衡量諧振曲線的尖銳程度。的意義：可以衡量諧振曲線的尖銳程度。lhWffB 定義：通頻帶定義：通頻帶 QfBW0 說明說明：Q Q0 0是在沒接入負(fù)載、信號源時的品質(zhì)因數(shù)，是在沒接入負(fù)載、信號源時的品質(zhì)因數(shù)， 稱為稱為無載（或空載）品質(zhì)因數(shù)無載（或空載）品質(zhì)因

4、數(shù)。 Q QL L為有載品質(zhì)因數(shù)。為有載品質(zhì)因數(shù)。所以，所以，有載時，電路通頻帶有載時，電路通頻帶 , , 選擇性選擇性 。0QQL4.4.諧振電阻諧振電阻CLQr1 CLQR 0串聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)5 阻抗的幅頻與相頻特性阻抗的幅頻與相頻特性二二.串并聯(lián)阻抗的等效變換串并聯(lián)阻抗的等效變換1.等效的含義：相同的工作頻率下，回路兩端的阻抗相等在較理想（Q值比較大）的情況下：122rQR 12XX 三三.并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)結(jié)與接入系數(shù)并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)結(jié)與接入系數(shù) 在高頻放大電路中，多采用諧振回路作為負(fù)載輸出，后一級放在高頻放大電路中，多采用諧振回路作為負(fù)載輸出，后一級放大電路如果直接聯(lián)接在前級的

5、負(fù)載上，會嚴(yán)重影響前級放大電路的大電路如果直接聯(lián)接在前級的負(fù)載上，會嚴(yán)重影響前級放大電路的性能（前級放大電路諧振回路的性能（前級放大電路諧振回路的Q值會下降）值會下降） 從能量的傳輸角度來看，要求前級放大電路的輸出電阻和后級從能量的傳輸角度來看，要求前級放大電路的輸出電阻和后級放大電路的輸入電阻匹配，如果直接連接很難做到，放大電路的輸入電阻匹配，如果直接連接很難做到，所以在高頻電路中：多級放大電路的聯(lián)接，放大電所以在高頻電路中：多級放大電路的聯(lián)接，放大電路和負(fù)載的之間的聯(lián)接要考慮阻抗變換，即要采用路和負(fù)載的之間的聯(lián)接要考慮阻抗變換，即要采用部分接入的形式。部分接入的形式。（四）接入系數(shù)（四）接

6、入系數(shù)p p 1 1與與2 2重合時，重合時， 全部接到電路兩端，對回路影響最明顯；全部接到電路兩端，對回路影響最明顯；2 2從上向下滑動時，從上向下滑動時， 與回路的連接與回路的連接 ，對回路的影響，對回路的影響 ；2 2與與3 3重合時，重合時， 與回路脫離聯(lián)系，對回路沒任何影響。與回路脫離聯(lián)系，對回路沒任何影響。LRLRLR該變化過程，反映在下式中：該變化過程，反映在下式中：LLRNNR221,)( 12NNp LLRpR2,1 23R0CLN1N2RL1“部分接入部分接入”的概的概念念 接入系數(shù)接入系數(shù)P反映的是外電路（負(fù)載，后級電路）對本反映的是外電路（負(fù)載，后級電路）對本電路的影響

7、程度電路的影響程度一、一、Y Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路1.Y1.Y參數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程參數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程 coebfeccrebiebUyUyIUyUyI oefereieyyyyYUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.bIcI第三節(jié)第三節(jié) 晶體管高頻小信號等效電路晶體管高頻小信號等效電路2.Y2.Y參數(shù)的物理意義參數(shù)的物理意義 0 CUbbieUIy晶體管的輸入導(dǎo)納晶體管的輸入導(dǎo)納 它說明了輸入電壓對輸入電流的控制作用。它說明了輸入電壓對輸入電流的控制作用。0 CUbcfeUIy正向傳輸導(dǎo)納正向傳輸導(dǎo)納 它表示輸入電壓對輸出電流的控制作用它表示輸入電壓對輸出電流的控制作用0

8、 bUcbreUIy反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納 它代表晶體管輸出電壓對輸入端的反作用它代表晶體管輸出電壓對輸入端的反作用。0 bUccoeUIy晶體管的輸出導(dǎo)納晶體管的輸出導(dǎo)納 它說明輸出電壓對輸出電流的控制作用。它說明輸出電壓對輸出電流的控制作用。三三.高頻參數(shù)高頻參數(shù)(1) (1) 截止頻率截止頻率 （共射截止頻率）：（共射截止頻率）： 下降到下降到0.707 0.707 時的頻率。時的頻率。 f 0 (2) (2) 特征頻率特征頻率 下降到下降到1 1時的頻率。時的頻率。 Tf (3(3）最高振蕩頻率）最高振蕩頻率 晶體管的共射極接法晶體管的共射極接法功率功率放大倍數(shù)放大倍數(shù) 下降到下降到

9、1 1時的頻率時的頻率 。 maxfpK第四節(jié)第四節(jié) 晶體管諧振放大器晶體管諧振放大器RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5一一.（單管）單調(diào)諧回路諧振放大器（單管）單調(diào)諧回路諧振放大器（一）放大器的等效電路及其簡化（一）放大器的等效電路及其簡化由于放大的信號幅度很小，所以可以用由于放大的信號幅度很小，所以可以用Y參數(shù)模型來參數(shù)模型來取代晶體管。取代晶體管。RL2LC5V(b)431高頻小信號放大器高頻小信號放大器交流交流等效模型等效模型 coebfeccrebiebUYUYIUYUYI cLcUYIISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.(2)

10、輸出導(dǎo)納YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS 0(1)輸入導(dǎo)納YiLoerefeiebbiYYYYYUIY 1.電壓增益： iuUUA0（二）放大器的技術(shù)指標(biāo)（二）放大器的技術(shù)指標(biāo) jwLjwcgyppAfeu121 gyppAfeu210其中與分別為諧振回路總電導(dǎo)和總電容:當(dāng)諧振回路諧振的時候，電容和電感 的作用互相抵消 2 諧振頻率和諧振曲線LCf210回路有載值 QL= LgwgCw001220011211)( ffQAAfNLuu諧振特性方程：3）通頻帶LQffBW07 . 02 4）矩形系數(shù)99227 . 01 . 01 . 0 ffKr 由于fe是復(fù)數(shù), 有一個相角fe

11、, 所以一般來說, 諧振時放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差。 另外, 由上述公式可知, 電壓增益振幅與晶體管參數(shù)、 負(fù)載電導(dǎo)、回路諧振電導(dǎo)和接入系數(shù)有關(guān)： (1) 為了增大u0, 應(yīng)選取|yfe|大, oe小的晶體管。 (2) 為了增大u0, 要求負(fù)載電導(dǎo)小, 如果負(fù)載是下一級放大器, 則要求其ie小。 (3) 回路諧振電導(dǎo)e0越小, u0越大。而e0取決于回路空載值0, 與0成反比。 (4) u0與接入系數(shù)p1、p2有關(guān), 但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系。由于p1和p2還會影響回路有載值L, 而L又將影響通頻帶,所以p1與p2的選擇應(yīng)全面考慮, 選取最佳值。 實(shí)際放大器的設(shè)計(jì)是要

12、在滿足通頻帶和選擇性的前提下, 盡可能提高電壓增益。 在單管單調(diào)諧放大器中, 選頻功能由單個并聯(lián)諧振回路完成, 所以單管單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)與單個并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)相同。由于有載Q值小于空載Q值，其通頻帶比單個并聯(lián)諧振回路加寬。 例：在圖2.3.1中, 已知工作頻率f030MHz, Vcc, e mA。晶體管采用型高頻管。其參數(shù)在上述工作條件和工作頻率處的數(shù)值如下： gie=1.2mS, Cie=12pF, goe=400S, Coe=9.5pF, |yfe|=58.3mS,fe=-22, |yre|=310S, re=-88.8,1.4H 接入系數(shù)p1, p20.3, 0100。 負(fù)載

13、是另一級相同的放大器。 求諧振電壓增益振幅u0和通頻帶07，并求回路電容是多少時, 才能使回路諧振？sLwQge666000109 .37104 . 11030210011 所以 g=ge0+p21goe+p22gie=0.5510-3S從而 Au0=321055. 0103 .583 . 03321gynnef因?yàn)镻FLwc20104 . 1)10302(1162620又所以ieoecncnCC2221pFCncnCCieoe4 . 9123 . 05 . 92022221 由 QL= gcw0HzcgQfBWL612307 . 01032. 4102014. 321055. 02 可得 從

14、對單管單調(diào)諧放大器的分析可知, 其電壓增益取決于晶體管參數(shù)、 回路與負(fù)載特性及接入系數(shù)等, 所以受到一定的限制。如果要進(jìn)一步增大電壓增益, 可采用多級放大器。 二.多級單調(diào)諧回路放大器 設(shè)放大器有m級, 各級電壓增益振幅分別為u1, u2, , um, 則總電壓增益振幅是各級電壓增益振幅的乘積, 即 mu1u2um （一）電壓增益 （二）單位諧振函數(shù) N（f）= 2200)2(11mLmmffQAA (三）放大器通頻帶BWm=(2f 0.7)m= 7 . 010011212BWQfmm 由上述公式可知, m級相同的單調(diào)諧放大器的總增益比單級放大器的增益提高了, 而通頻帶比單級放大器的通頻帶縮小

15、了, 且級數(shù)越多, 頻帶越窄。所以, 增益和通頻帶的矛盾是一個嚴(yán)重的問題, 特別是對于要求高增益寬頻帶的放大器來說, 這個問題更為突出。這一特性與低頻多級放大器相同。 例:某中頻放大器的通頻帶為MHz, 現(xiàn)采用兩級或三級相同的單調(diào)諧放大器, 兩種情況下對每一級放大器的通頻帶要求各是多少？67 . 021210612BWBW解: 當(dāng)m=2時, 因?yàn)樗? 要求每一級帶寬ZHBW62167 . 0103 . 912106 同理, 當(dāng)m時, 要求每一級帶寬ZHBW63167 . 0108 .1112106 （四）矩形系數(shù)121100117 . 01 . 01 . 0 mmmmmBWBWK附表附表:單

16、調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級數(shù)的關(guān)系單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級數(shù)的關(guān)系 級數(shù)n12345678910矩形系數(shù)Kn01 9.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56第五節(jié)第五節(jié) 小信號諧振放大器的穩(wěn)定性小信號諧振放大器的穩(wěn)定性 以上我們在討論諧振放大器時, 都假定了反向傳輸導(dǎo)納re, 即晶體管單向工作, 輸入電壓可以控制輸出電流, 而輸出電壓不影響輸入。實(shí)際上re0, 即輸出電壓可以反饋到輸入端, 引起輸入電流的變化, 從而可能引起放大器工作不穩(wěn)定。如果這個反饋?zhàn)銐虼? 且在相位上滿足正反饋條件, 則會出現(xiàn)自激振蕩。為了提高放大器的穩(wěn)定性, 通常從兩個方面著手

17、。一是從晶體管本身想辦法, 減小其反向傳輸導(dǎo)納re值。 二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用, 使它單向化。 具體方法有中和法中和法與失配法失配法。一一.諧振放大器存在不穩(wěn)定的原因諧振放大器存在不穩(wěn)定的原因（定性分析）（定性分析）二二.放大器的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益放大器的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益 （定量計(jì)算）（定量計(jì)算）這部分不要求，略。有興趣的同學(xué)自學(xué)三三.提高諧振放大器穩(wěn)定性的措施提高諧振放大器穩(wěn)定性的措施（一）中和法（一）中和法re的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容bc（由混（由混合合型等效電路圖可知型等效電路圖可知, bc跨接在輸入、跨接在輸入、 輸出

18、端之間）輸出端之間）中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路（中和電路）反饋電路（中和電路）, 以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)re的反饋?zhàn)鞯姆答佔(zhàn)饔?。由于用。由于re的實(shí)部（反饋電導(dǎo)）通常很小的實(shí)部（反饋電導(dǎo)）通常很小, 可以忽略可以忽略, 所以常所以常常只用一個電容常只用一個電容N來抵消來抵消yre的虛部（反饋電容）的影響的虛部（反饋電容）的影響, 就可就可達(dá)到中和的目的。達(dá)到中和的目的。 為了使通過為了使通過N的外部電流和通過的外部電流和通過bc的內(nèi)部反饋電流相位相的內(nèi)部反饋電流相位相差差,從而能互相抵消從而能互相抵消, 通常在晶體管輸出端添加一個通常在晶體管輸出端添加一個反反相相的耦合變壓器的耦合變壓器由于由于re是隨頻率而變化的是隨頻率而變化的, 所以固定的中和電容所以固定的中和電容N只能在某一個只能在某一個頻率點(diǎn)起到完全中和的作用頻率點(diǎn)起到完全中和的作用, 對其它頻率只能有部分中和作用對其