W第2章 高頻小信號放大器-2

1、高頻電路高頻電路第第2 2章章 高頻小信號放大器高頻小信號放大器高頻電路高頻電路第第2.12.1節(jié)節(jié) 概概 述述2.1.1 高頻小信號放大器的功能高頻小信號放大器的功能功能功能：實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大。：實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大。特點特點有二：有二：（1）信號頻率高，放大器晶體管的極間電容的作用不能忽）信號頻率高，放大器晶體管的極間電容的作用不能忽視。視。（2）輸入信號小，可以認為放大器的晶體管（場效應(yīng)管）輸入信號小，可以認為放大器的晶體管（場效應(yīng)管）是在線性范圍內(nèi)工作。將晶體管（場效應(yīng)管）看成線性元是在線性范圍內(nèi)工作。將晶體管（場效應(yīng)管）看成線性元件，等效為二端口網(wǎng)

2、絡(luò)。即，放大器工作于線性放大狀態(tài)。件，等效為二端口網(wǎng)絡(luò)。即，放大器工作于線性放大狀態(tài)。例如，當輸入信號電壓為例如，當輸入信號電壓為ui=Uimcost時，輸出信號時，輸出信號電壓電壓uo=AuUimcost。振幅變大。振幅變大Au倍，而輸入輸出信號頻譜倍，而輸入輸出信號頻譜完全相同。完全相同。高頻電路高頻電路2.1.2 分類與用途分類與用途分類：分類：按信號的頻譜寬窄：寬頻帶、窄頻帶放大器；按信號的頻譜寬窄：寬頻帶、窄頻帶放大器；按器件：晶體管、場效應(yīng)管、集成電路放大器；按器件：晶體管、場效應(yīng)管、集成電路放大器；負載的性質(zhì)：諧振、非諧振負載的性質(zhì)：諧振、非諧振用途：用途： 接收機的前置高頻放大

3、器、中頻放大器接收機的前置高頻放大器、中頻放大器 發(fā)射機的高頻小信號放大器發(fā)射機的高頻小信號放大器高頻電路高頻電路2.1.3 高頻小信號放大器的主要性能指標高頻小信號放大器的主要性能指標（1）電壓增益（）電壓增益（AV、20lgAV） 功率增益（功率增益（AP、10lgAP） （2）通頻帶）通頻帶2f0.7（后續(xù)內(nèi)容）（后續(xù)內(nèi)容） （3）矩形系數(shù)）矩形系數(shù) （后續(xù)內(nèi)容）（后續(xù)內(nèi)容）（4）噪聲系數(shù)）噪聲系數(shù):輸入信噪比輸入信噪比/輸出信噪比輸出信噪比7 . 07 . 01 . 022ffKr高頻電路高頻電路第二節(jié)第二節(jié) 有關(guān)知識有關(guān)知識一、一、LC 諧振回路的特性（補充）諧振回路的特性（補充）高

4、頻電路高頻電路1、LC 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路SVLVCVLCrIr 代表電感的損耗電阻11 () X 1()SSZrjLLCCVVIrjLC阻 抗電 抗假 設(shè)回 路 電 流高頻電路高頻電路011000CLXLC0稱為串聯(lián)諧振回路的諧振頻率諧振時，阻抗 Z = r，最小，為純電阻在其它頻率上 X 0, 0,回路呈感性; 0,回路呈容性回路呈容性; 0,回路呈感性回路呈感性并聯(lián)諧振時的電壓最大，與外加電流同相并聯(lián)諧振時的電壓最大，與外加電流同相CrLIVS0討論討論高頻電路高頻電路諧振時流過電容諧振時流過電容C的電流的電流00000000001, 1CSSCSVLLIjCIjICrrjCLLr

5、QrIjQ I定義空載品質(zhì)因數(shù)流過電容的電流，在諧振時為信號源電流流過電容的電流，在諧振時為信號源電流的的Q0倍倍高頻電路高頻電路諧振時流過線圈諧振時流過線圈L上的電流上的電流000002000000001111LSSLSVLIIjIjLjL CrCrLLLLCQrrrCrIjQ I 流過電感的電流在諧振時同樣為信號源電流流過電感的電流在諧振時同樣為信號源電流的的Q0倍，僅相位與流過電容的電流相位相反，倍，僅相位與流過電容的電流相位相反，因此并聯(lián)諧振稱為電流諧振。因此并聯(lián)諧振稱為電流諧振。高頻電路高頻電路空載品質(zhì)因數(shù)空載品質(zhì)因數(shù)Q0LCGLCRCLrCLLCCLrQGCCRCrLCCrLCCr

6、CrQLGLRLCrLrLLCrLrLQCLrCrrLQpPpPpP1111111110000020000000002000000由r、RP、Gp的定義（ Gp = G0 ， Rp = R0)PLRCr高頻電路高頻電路二、串并聯(lián)阻抗的等效互換二、串并聯(lián)阻抗的等效互換222222212222222122222222222222222211,XRXRXXRXRrXRXRjXRXRjXRjXRjXr所謂所謂“等效等效”是指是指在在工工作頻率作頻率相同的條件下，相同的條件下，AB跨兩段的阻抗相等?？鐑啥蔚淖杩瓜嗟?。X1,X2是感抗值或容抗值高頻電路高頻電路討論討論121212XRQQQrX可以證明類似

7、于類似于Q0，定義串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)，定義串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)Q1=X1/r1 ， 并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)Q2=R2/X22222122222222222222212222222221,11111X RRrRRRXQXR XXXXXRXQR2221121121(1)(1)RQrQ rXXXQ，2221222222212222,R XrRXR XXRX高頻電路高頻電路三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)當并聯(lián)諧振回路作為放大器的負載時，當并聯(lián)諧振回路作為放大器的負載時，晶體管的集電晶體管的集電極和后面的極和后面的負載一般不負載一般不直接接入直接接入

8、諧振回路諧振回路,而是采用而是采用部分接入部分接入的的方式方式。部分接入，可降低。部分接入，可降低晶體管的集電極晶體管的集電極輸出電阻輸出電阻rce和負載電阻和負載電阻RL對諧振回路的影響，對諧振回路的影響，有利有利于于提高回路的有載品質(zhì)因數(shù)。提高回路的有載品質(zhì)因數(shù)。1,)(12pGpGGGLQLLLpoL高頻電路高頻電路三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)與接入系數(shù)=p 接入系數(shù)定義：轉(zhuǎn)換前的感抗（或容抗）轉(zhuǎn)換后的感抗（或容抗）轉(zhuǎn)換前的圈數(shù)轉(zhuǎn)換后的電容轉(zhuǎn)換后的圈數(shù)轉(zhuǎn)換前的電容高頻電路高頻電路（一）變壓器耦合聯(lián)接的變比關(guān)系（一）變壓器耦合聯(lián)接的變比關(guān)系22212112

9、2211222,()LLLLLUUPPPPRRUNRRRUN2121LLNpNRRp據(jù) 定 義實現(xiàn)了阻抗變換高頻電路高頻電路（二）自耦變壓器耦合聯(lián)接的變比關(guān)系（二）自耦變壓器耦合聯(lián)接的變比關(guān)系2212LLNRpRNNp，2122()LLNNRRN 同 上 可 以 推 出 ：實現(xiàn)了阻抗變換高頻電路高頻電路（三）雙電容分壓耦合聯(lián)接的變比關(guān)系（三）雙電容分壓耦合聯(lián)接的變比關(guān)系2222222221212222222212211,11()()LLLSCLLLCLSLSLSLSLLRRRQC RC RC CCCCRQ RRCRC RCCCRRCC 2212121222122122111111LLCCpCC

10、CCC CCCCCCCCCRRp 實現(xiàn)了阻抗變換高頻電路高頻電路（四）電壓源部分接入（四）電壓源部分接入212SSVNpVNNp，高頻電路高頻電路（五）電流源部分接入（五）電流源部分接入212SsNpIpINN，高頻電路高頻電路（六）接入系數(shù)與物理量的換算（六）接入系數(shù)與物理量的換算p 轉(zhuǎn)換前的感抗（圈數(shù)）、轉(zhuǎn)換后的感抗（圈數(shù)）2,gLLgggVRRVIp Ipp222222LLLLLLLLLLLLLLLLLLRXZRjXRXppZZpYgjBgp gBp BYp Y阻 抗， 電 阻， 電 抗阻 抗導(dǎo) 納， 電 導(dǎo)， 電 納導(dǎo) 納=p轉(zhuǎn)換前的容抗轉(zhuǎn)換后的電容轉(zhuǎn)換后的容抗轉(zhuǎn)換前的電容第一次課en

11、d高頻電路高頻電路第三節(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一、一、y參數(shù)等效電路（以共參數(shù)等效電路（以共e接法為例）接法為例）212221212212121111UyUyUyUyIUyUyUyUyIofri1212UUIIy根據(jù)兩端口網(wǎng)絡(luò)理論，選、為自變量，、為參變量，得到 參數(shù)系的方程組高頻電路高頻電路111112212221122212ierefeoeIy Uy Uy Uy UIy Uy Uy Uy U高頻電路高頻電路212111110121202121022220/iUrUfUoUyyIUyyIUyyIUyyIU輸出短路時的輸入導(dǎo)納輸入短路時的反向傳輸導(dǎo)納輸出短路時

12、的正向傳輸導(dǎo)納輸入短路時的輸出導(dǎo)納說明：y是復(fù)數(shù)，含容抗部分，隨信號頻率變化第三節(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一、晶體管一、晶體管y參數(shù)等效電路（參數(shù)等效電路（以共以共e接法為例）接法為例）111 112212221 122212irfoIy Uy UyUyUIy Uy UyUyU受控電流源高頻電路高頻電路二、晶體管混合二、晶體管混合等效電路等效電路1cecerC1b cb crC高頻電路高頻電路三、三、晶體管晶體管高頻參數(shù)高頻參數(shù)定義：是晶體管共e電流放大倍數(shù)，其數(shù)值大小與工作（信號）頻率有關(guān)，原因是晶體管的結(jié)電容在信號頻率高到一定時，流過的電流不可忽略。00高頻

13、電路高頻電路推導(dǎo)推導(dǎo)0|cecUbII定義00()(1()1()cmb ebb eb eb eb ccmm b ebb eb eb cb eb em b eb eb eb cb cIg UIUgCCIgg rg rIgCCrrCCCC令，為在低頻時，晶體管的電流放大系數(shù)高頻電路高頻電路（一）晶體管截止頻率（一）晶體管截止頻率f 01()bebebcrCC定義：定義：當當|下降到低頻電流放大系下降到低頻電流放大系數(shù)數(shù)0的的0.707倍時，所對應(yīng)的頻率稱倍時，所對應(yīng)的頻率稱為為截止頻率截止頻率f 。0220001=2()=,=21()=1() 1bb eb ebbb cceefrCrCCCffff

14、得，高頻電路高頻電路（二）晶體管特征頻率（二）晶體管特征頻率f T01ff定義：定義：當當|下降到下降到1時，所對應(yīng)的時，所對應(yīng)的頻率稱為頻率稱為特征頻率特征頻率f T 。02200011()11TTfffff令得（ 注 意）00高頻電路高頻電路（三）最高振蕩頻率（三）最高振蕩頻率f max定義：定義：晶體管的功率增益晶體管的功率增益Ap=1時所對應(yīng)的頻率時所對應(yīng)的頻率稱為最高振蕩頻率稱為最高振蕩頻率f max 。maxmax124mbbb eb cTgfr C Cffff T 表明晶體管沒有電流放大倍數(shù)，但表明晶體管沒有電流放大倍數(shù)，但可可有電壓放大倍數(shù)。有電壓放大倍數(shù)。f max 表明晶體

15、管沒有功率放大倍數(shù)，表示一個晶體管所能適表明晶體管沒有功率放大倍數(shù)，表示一個晶體管所能適用的最高極限頻率，實際要取其用的最高極限頻率，實際要取其1/3或或1/4。高頻電路高頻電路第四節(jié)第四節(jié) 諧振放大器諧振放大器一、一、單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器1、電路組成2、直流偏置電路3、調(diào)諧回路、單調(diào)諧、雙調(diào)諧4、部分接入高頻電路高頻電路單級的交流等效電路單級的交流等效電路2ieYLC13245iU1ToU高頻電路高頻電路（一）等效電路（一）等效電路2ieYLC13245iU1ToUYi高頻電路高頻電路推導(dǎo)輸入導(dǎo)納推導(dǎo)輸入導(dǎo)納Yi()bieireccfeioeccLcfecioeLfebi

16、eireioeLferebiieioeLIy Uy UIy Uy UIY UyUUyYyIy UyUyYy yIYyUyY 又有YiYi定義定義:在放大器的輸入端接一電源后，在放大器的輸入端接一電源后，就會在放大器的輸入端產(chǎn)生輸入電流就會在放大器的輸入端產(chǎn)生輸入電流和輸入電壓，二者的比值和輸入電壓，二者的比值iiereL結(jié)果：輸入導(dǎo)納Y 不僅與晶體管的輸入導(dǎo)納y 有關(guān),由于y 的存在，還與放大器的負載導(dǎo)納Y 有關(guān)。高頻電路高頻電路推導(dǎo)輸出導(dǎo)納推導(dǎo)輸出導(dǎo)納Yo0()scfeioecbieirecbsireiciesrecfecoeciesferecooeciesIIy Uy UIy Uy UIY

17、UyUUyYyIyUy UyYy yIYyUyY 先令，開路，保留信號源內(nèi)阻Yo定義:去掉輸入端的信號源電流，保留信號源內(nèi)阻.若在放大器的輸出端（?)接一電壓源，在輸出端就產(chǎn)生電流，二者的比值YioOeres結(jié)果：輸出導(dǎo)納Y 不僅與晶體管的輸出導(dǎo)納y 有關(guān),由于y 的存在，還與放大器輸入端的信號源內(nèi)導(dǎo)納Y 有關(guān)。高頻電路高頻電路（二）放大器的技術(shù)指標（二）放大器的技術(shù)指標oeoeoeieieiejCgyjCgy在不考慮晶體管在不考慮晶體管內(nèi)部反饋內(nèi)部反饋情況下，情況下，輸出端輸出端等效電路等效電路簡化為簡化為go Cie2 gie2設(shè)設(shè)T1、T2相同相同1CUP4512121313,NNppN

18、N高頻電路高頻電路1、推導(dǎo)電壓增益、推導(dǎo)電壓增益221222121oePieoeieYgCLgp ggp gCp CCp C11212121200111()1, , feifeiofefeouifeup y Up y UUpYgCLp p yp p yUAUgCgCLLp p yAgLC 放大器諧振時并聯(lián)總導(dǎo)納：01200180ufeufeAp p yAg是最大值，1CUP高頻電路高頻電路2、諧振曲線（、諧振曲線（相對電壓增益與信號頻率相對電壓增益與信號頻率關(guān)系，歸關(guān)系，歸1化）化）121200000000000000201()1111()111111()1()2()11feufeuLLLuu

19、p p ygCALp p yACgLgCffQgLgfffffQQfffAA 0fff 一般失諧廣義失諧高頻電路高頻電路4、矩形系數(shù)、矩形系數(shù)LLuuLLQffffQAAffQffffQ07 . 007 . 0200002:1221112)(通頻帶200.1000.10.111101299299:99uuLLrAAfQfffQK矩形系數(shù)3、通頻帶、通頻帶0.10.10.72:2rfKf矩形系數(shù)第二次END高頻電路高頻電路二、多級單調(diào)諧回路諧振放大器二、多級單調(diào)諧回路諧振放大器（一）多級電壓增益（一）多級電壓增益mumumuuumAAAAAAA)(1321 同的單級放大器組成若多級放大器是完全相

20、多級放大器UiUO+-高頻電路高頻電路（二）多級諧振曲線（二）多級諧振曲線1101 01 02220()()()11121()mmmuummmuummLAAAAAAfQf多級放大器級聯(lián)時，諧振曲線等于各級諧振曲線的乘積高頻電路高頻電路（三）多級通頻帶（三）多級通頻帶0220.7020.701100.70.71112(2)1()(2)1()2(2)2121(2)mmmmmLmmLmmmLAAfQffQffffQ多級放大器的通頻帶比單級放大器通頻帶要窄多級放大器的通頻帶比單級放大器通頻帶要窄高頻電路高頻電路（四）多級矩形系數(shù)（四）多級矩形系數(shù)0220.1020.10100.110.10.110.7

21、1110(2)1()(2)1()100(2)1001(2)1001()(2)21mmmmmLmmLmmLmmrmmmAAfQffQfffQfKf級數(shù)越多，矩陣系數(shù)越小級數(shù)越多，矩陣系數(shù)越小100.7(2)21mmLffQ 【已知】高頻電路高頻電路第五節(jié)第五節(jié) 放大器的穩(wěn)定性放大器的穩(wěn)定性一、存在不穩(wěn)定的原因一、存在不穩(wěn)定的原因由于晶體管存在反向傳輸導(dǎo)納由于晶體管存在反向傳輸導(dǎo)納yr，放大器的輸出，放大器的輸出電壓可通過晶體管的電壓可通過晶體管的yr反向作用到輸入端，引起反向作用到輸入端，引起輸入電流的變化，這種反饋作用將可能引起放大輸入電流的變化，這種反饋作用將可能引起放大器產(chǎn)生自激。器產(chǎn)生自

22、激。高頻電路高頻電路第五節(jié)第五節(jié) 放大器的穩(wěn)定性放大器的穩(wěn)定性一、存在不穩(wěn)定的原因一、存在不穩(wěn)定的原因s=+,+grefeiieFieoeLrefeFFFFoeLFFieyyYyYyyYyyYgjbYyYgggQ L放 大 器 輸 入 導(dǎo) 納是 頻 率 的 函 數(shù) ，在 某 些 頻 率 ，有 可 能 為 負 值 。輸 入 回 路 總 電 導(dǎo) :可 能 接 近 零 ，Yi高頻電路高頻電路二、穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益二、穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益,iiiiiicUUUUUUU為信號源提供的電壓為反饋電壓如果在相位和幅度上與相同就意味的即使沒有僅在的作用下 就可以得到相同的輸出也就意味著放大器產(chǎn)生了自激振蕩（一）

23、放大器的穩(wěn)定系數(shù)（一）放大器的穩(wěn)定系數(shù)高頻電路高頻電路()()()rereiiesiesiiesoeLfecioirLefeeyyUyYyYUyYyUUyYyYSUy y定義穩(wěn)定系數(shù)S越大，放大器越穩(wěn)定；越大，放大器越穩(wěn)定；S=1為維持自激振蕩的條件。一般認為為維持自激振蕩的條件。一般認為S5就可以認為是穩(wěn)定的。就可以認為是穩(wěn)定的。2()()1cos()iesoeLrefefereggggSyy直接給出簡化后的計算公式：由放大器的參數(shù)確定高頻電路高頻電路（二）單級調(diào)諧放大器的穩(wěn)定增益（二）單級調(diào)諧放大器的穩(wěn)定增益cos(120referefesuySyA所謂所謂穩(wěn)定電壓增益穩(wěn)定電壓增益，是指晶

24、體管不加任何穩(wěn)定措施，而滿足穩(wěn)，是指晶體管不加任何穩(wěn)定措施，而滿足穩(wěn)定系數(shù)定系數(shù)S（例如（例如S5）要求時，放大器）要求時，放大器允許允許工作于諧振頻率的工作于諧振頻率的最最大電壓大電壓增益。電路的實際增益不能超過增益。電路的實際增益不能超過最大電壓最大電壓增益增益。我們直。我們直接給出公式：接給出公式：此式是說明，在此式是說明，在晶體管晶體管確定后，根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)確定后，根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)S的要求，可計的要求，可計算算穩(wěn)定電壓增益穩(wěn)定電壓增益。如果實際沒加任何穩(wěn)定措施的放大器的電壓增益小于如果實際沒加任何穩(wěn)定措施的放大器的電壓增益小于穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓增益增益，說明實際對應(yīng)的，說明實際對應(yīng)的S比要求的比要求的S值要大，放大器穩(wěn)定，否則值要大，放大器穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。由放大管的正向、反向傳輸參數(shù)確定高頻電路高頻電路三、提高穩(wěn)定性的措施三、提高穩(wěn)定性的措施所謂中和，是在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個附所謂中和，是在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個附加的外部反饋電路，以抵消晶體管加的外部反饋電路，以抵消晶體管 內(nèi)部內(nèi)部yre的反饋作用。的反饋作用。只要只要YN與與yre的電流大小相等，方向相反，兩電流正好抵消，的電流大小相等，方向相反，兩電流正好抵消，對輸入電流