射頻模擬電路電子教案：2-5小信號(hào)調(diào)諧放大器電路分析

1、第二章 射頻電子系統(tǒng)中的放大器設(shè)計(jì)2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 （2.1.12.1.7）2.2 高頻諧振功率放大器 （2.2.12.2.6）性能指標(biāo) ：電壓增益 ：放大器的輸出信號(hào)電壓(負(fù)載上的電壓) 與輸入信號(hào)電壓之比 。 功率增益 ：負(fù)載上輸出信號(hào)功率與輸入信號(hào)功率之 比 。1增益上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器性能指標(biāo) ：上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器2通頻帶與選擇性通頻帶：與諧振回路相同，決定于回路的形式和回路的等效品質(zhì)因數(shù)QL。放大器的總通頻帶，隨著級(jí)數(shù)的增加而變窄。并且，通頻帶愈寬，放大器的增益愈小。選擇性：放大器從含有各種不同頻率的信號(hào)總和(有用的和有害的)中選出有

2、用信號(hào)排除有害(干擾)信號(hào)的能力，稱為放大器的選擇性。通常諧振放大器的矩形系數(shù) ，約在25的范圍內(nèi)。性能指標(biāo) ：上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器3噪聲系數(shù)：定義為放大器輸入信噪比與輸出信噪比之比。在放大器中，總是希望它本身產(chǎn)生的噪聲愈小愈好。性能指標(biāo) ：上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器4工作穩(wěn)定：工作穩(wěn)定性是指放大器的工作狀態(tài)(直流院置)、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)生可能的變化時(shí)，放大器的主要特性的穩(wěn)定程度。一般的不穩(wěn)定象是增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變化、諧振曲線變形等。不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激以致使放大器完全不能工作。性能指標(biāo)要求 ：在穩(wěn)定工作條件下，滿足頻帶要求，

3、失真小，且具有盡可能大的增益。上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展高頻晶體管小信號(hào)等效電路模型問(wèn)題：1、yie？2、yoe？3、yfe？4、yre？上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展高頻晶體管小信號(hào)等效電路模型輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納 輸入短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納 輸出短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納 輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納 上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻參數(shù)問(wèn)題：1、截止頻率?2、特征頻率?3、最高振蕩頻率上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻參數(shù) 1、截止頻率 2、特征頻率 3、最高振蕩頻率上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻參數(shù) 1、截止頻率 2、特征頻率 3、最高振蕩頻率表示一個(gè)晶體管所能適用的最高極限頻率。通 常，為了使

4、電路工作穩(wěn)定，且有一定的功率增益，晶體管的實(shí)際工作頻率約為最高振蕩頻率的1/3至1/4。以上三個(gè)頻率大小的順序是： 最高； 次之； 最低。 上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器-基本電路1、部分接入2、直流偏置電路3、RFC4、C上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器-基本電路RF電路中電源的去耦合每個(gè)單元電路的交流分量自行構(gòu)成回路，不通過(guò)公共電源的內(nèi)阻。上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器-基本電路耦合電容、旁路電容及RFC電感值的選取上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大

5、器-基本電路1、部分接入2、直流偏置電路3、RFC4、C5、并聯(lián)諧振回路的LC6、高頻上看整個(gè)電路？上節(jié)內(nèi)容回顧與擴(kuò)展晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器-基本電路6、高頻上看整個(gè)電路？第二章 射頻電子系統(tǒng)中的放大器設(shè)計(jì)2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 （2.1.12.1.7）45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其簡(jiǎn)化規(guī)則：交流輸入信號(hào)為零；所有電容開(kāi)路；所有電感短路。結(jié)論：Rb1、Rb2、Re為偏置電阻，提供靜態(tài)工作點(diǎn)；1. 靜態(tài)分析畫(huà)出直流等效電路，Rb1Rb2ReVCC2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）4512

6、3Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其簡(jiǎn)化規(guī)則：有交流輸入信號(hào)，所有直流量為零；所有大電容短路；所有大電感開(kāi)路。（諧振回路L、C保留）1) 畫(huà)出交流等效電路，2. 動(dòng)態(tài)分析32154Tr1Tr2CLyLT輸入回路輸出回路晶體管2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）32154Tr1Tr2CLyLT輸入回路輸出回路晶體管32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-2) 畫(huà)出交流小信號(hào)等效電路， 負(fù)載和回路之間采用了變壓器耦合，接入系數(shù) 晶體管集、射回路與振蕩回路之間采用抽頭接入，接入系數(shù)

7、2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）6、高頻上看整個(gè)電路？輸入信號(hào)2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）6、高頻上看整個(gè)電路？輸入信號(hào)2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）一、一級(jí)中放交流等效電路及y參數(shù)等效電路2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）一、一級(jí)中放交流等效電路及y參數(shù)等效電路YL由集電極向右看進(jìn)

8、去的回路的總導(dǎo)納。2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大（P86）二、放大器的輸入導(dǎo)納 YiVc=?Ib=?2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益YL由集電極向右看進(jìn)去的回路的總導(dǎo)納。2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益YL由集電極向右看進(jìn)去的回路的總導(dǎo)納。YL 由回路兩端向右看進(jìn)去的回路的總導(dǎo)納。2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻

9、小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益廣義失諧討論：1、負(fù)號(hào)2、增益的模3、諧振時(shí)的增益4、通頻帶5、歸一化抑制比2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓

10、增益1、負(fù)號(hào)2、增益的模3、諧振時(shí)的增益4、通頻帶5、歸一化抑制比帶寬增益積為一常數(shù)帶寬和增益為一對(duì)矛盾。通頻帶2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）放大器的電壓增益大小與哪些因素有關(guān)（P 89）令 ，求得極值點(diǎn)2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）四、放大器的功率增益輸入功率輸入電壓的有效值2.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）諧振時(shí)令四、放大器的功率增益2

11、.1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器（P86）四、放大器的功率增益例1例1例1圖4.3.4 單調(diào)諧放大器的級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)形式End2.1.5多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器（了解） 若單級(jí)放大器的增益不能滿足要求，就要采用多級(jí)放大器。Av1Av2Avn如果各級(jí)放大器是由完全相同的單級(jí)放大器所組成，則2.1.5多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器（了解）如果各級(jí)放大器是由完全相同的單級(jí)放大器所組成，則2.1.5多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器（了解）1. 增益2. 通頻帶若每級(jí)都相同，則可求得n級(jí)放大器的通頻帶2.1.5多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器（了解）3. 選擇性（矩形系數(shù)）通頻帶 當(dāng)

12、級(jí)數(shù)n增加時(shí)，放大器的矩形系數(shù)有所改善，但這種改善是有限度的。2.1.5多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器（了解） 以上分析時(shí)，假定yre0，即輸出電路對(duì)輸入端沒(méi)有影響，放大器工作于穩(wěn)定狀態(tài)。下面，討論內(nèi)反饋yre的影響。1. 放大器的輸入導(dǎo)納和輸出導(dǎo)納可知2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析 如果放大電路輸入端也接有諧振回路(或前級(jí)放大器的輸出諧振回路)，那么輸入導(dǎo)納Yi并聯(lián)在放大器輸入端回路后(假定耦合方式是全部接入)，2. 自激振蕩的產(chǎn)生 (以輸入導(dǎo)納的影響為例)放大器等效輸入端回路實(shí)際電路中，2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析 如果反饋電導(dǎo)為負(fù)值，那么g= gs+gie1+gF= 0 可能

13、存在，即發(fā)生自激振蕩現(xiàn)象。3.自激產(chǎn)生的原因(以輸入導(dǎo)納的影響為例)反饋電導(dǎo)隨頻率變化的關(guān)系曲線 此時(shí)，如果g= gs+ gie + gF 0，即整個(gè)回路的能量消耗為零，回路中儲(chǔ)存的能量恒定，在電感與電容之間相互轉(zhuǎn)換，回路中的等幅振蕩得以維持，而不需外加激勵(lì)。2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析 為了消除自激以及提高放大器的穩(wěn)定性，下面確定產(chǎn)生等幅自激振蕩的條件。4. 自激產(chǎn)生的條件(以輸入導(dǎo)納的影響為例)回路諧振時(shí)，g= gs+ gie + gF = 0= 0分解為幅值和相位兩個(gè)條件2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析不發(fā)生自激的條件，回路諧振時(shí)，g= gs+ gie + gF = 0回

14、路諧振時(shí)，g= gs+ gie + gF 04. 自激產(chǎn)生的條件(以輸入導(dǎo)納的影響為例)2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析穩(wěn)定系數(shù) 如果KS1，放大器可能產(chǎn)生自激振蕩；如果KS 1，放大器不會(huì)產(chǎn)生自激。 KS越大，放大器離開(kāi)自激狀態(tài)就越遠(yuǎn)，工作就越穩(wěn)定。4. 自激產(chǎn)生的條件(以輸入導(dǎo)納的影響為例)2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析5. 穩(wěn)定性分析假設(shè)放大器輸入與輸出回路相同，(包括諧振回路)2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析5. 穩(wěn)定性分析2.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性分析5. 穩(wěn)定性分析增益和穩(wěn)定性為一對(duì)矛盾?？紤]到全部接入，即p1= p2=12.1.7小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定

15、性分析如前所述，由于晶體管內(nèi)存在yre的反饋，所以它是一個(gè)“雙向元件”。作為放大器工作時(shí)，yre的反饋?zhàn)饔每赡芤鸱糯笃鞴ぷ鞯牟环€(wěn)定。下面，討論如何消除yre的反饋，變“雙向元件”為“單向元件”。這個(gè)過(guò)程稱為單向化。AFCberbbCbcrbcrbevbercegm vbeAF提高穩(wěn)定性的單向化措施 避免自激的做法有中和法和失配法。 如果把負(fù)載導(dǎo)納YL取得比晶體管yoe大得多，即YL yoe ，那么輸入導(dǎo)納不發(fā)生自激的條件，回路諧振時(shí)，g= gs+ gie + gF 0所謂“失配”是指：信號(hào)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(jí)晶體管的輸出阻抗匹配。提高穩(wěn)定性的單向化措施 同理，如果把信號(hào)源導(dǎo)納Ys取得比晶體管yie大得多，那么輸出導(dǎo)納 因此，所謂“失配”是指：信號(hào)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(jí)晶體管的輸出阻抗匹配。 如果