通信電子線路講義3-2上課講義

通信電子線路講義3-2..回路總電導(dǎo)為回路諧振電阻為

C2C1g’LLCg0g3.2晶體管的高頻小信號(hào)等效模型雙口網(wǎng)絡(luò):具有兩個(gè)端口的網(wǎng)絡(luò)四端網(wǎng)絡(luò)外部結(jié)構(gòu)與雙口網(wǎng)絡(luò)相同,但對(duì)流入流出電流沒(méi)有類似的規(guī)定,這是兩者的區(qū)別。端口:指一對(duì)端鈕,流入其中一個(gè)端鈕的電流總是等于流出另一個(gè)端鈕的電流。雙口網(wǎng)絡(luò)在每一個(gè)端口都有一個(gè)電流變量和一個(gè)電壓變量,因此共有四個(gè)端口變量。如設(shè)其中任意兩個(gè)為自變量,其余兩個(gè)為應(yīng)變量,則共有六種組合方式,也就是有六組可能的方程用以表明雙口網(wǎng)絡(luò)端口變量之間的相互關(guān)系。Ｙ參數(shù)方程就是其中的一組,它是選取各端口的電壓為自變量,電流為應(yīng)變量。晶體管的高頻小信號(hào)等效電路主要有兩種表示方法：物理模型等效電路：混合參數(shù)等效電路。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路：y

參數(shù)等效電路。高頻中常采用Y參數(shù)等效電路。因晶體管是電流受控元件，輸入輸出端都有電流，采用Y參數(shù)系較方便;另外很多導(dǎo)納的并聯(lián)可直接相加，使運(yùn)算簡(jiǎn)單。yiyoyru2yfu1+u1-+u2-i1i2+U1-+U2-i1i2設(shè)電壓u1和u2為自變量，電流i1和i2為參數(shù)量，可得Y參數(shù)系的約束方程：晶體管Y參數(shù)等效電路yiyoyru2yfu1+u1-+u2-i1i2í1受控電流源:yrU2

：輸出電壓對(duì)輸入電流的控制作用（反向控制）

yfU1

：輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用（正向控制）ｙfe越大,

表示晶體管的放大能力越強(qiáng)；ｙre越大,

表示晶體管的內(nèi)部反饋越強(qiáng)。ｙre的存在,對(duì)實(shí)際工作帶來(lái)很大危害,是諧振放大器自激的根源,同時(shí)也使分析過(guò)程變得復(fù)雜,因此應(yīng)盡可能使其減小,或削弱它的影響。

yiyoyru2yfu1共射電路

Y參數(shù)的物理意義輸入導(dǎo)納輸入電壓對(duì)輸入電流的控制作用。正向傳輸導(dǎo)納

輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用反向傳輸導(dǎo)納晶體管輸出電壓對(duì)輸入端的反作用輸出導(dǎo)納輸出電壓對(duì)輸出電流的控制作用*對(duì)于共基接法，y參數(shù)用表示，則:*對(duì)于共集接法，y參數(shù)用表示，則:Ｙ參數(shù)法從測(cè)量和使用的角度出發(fā),把晶體管作為一個(gè)有源線性雙口網(wǎng)絡(luò),用一組網(wǎng)絡(luò)參數(shù)構(gòu)成其等效電路。優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)出的表達(dá)式具有普遍意義,分析測(cè)量方便。缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與頻率有關(guān)。由于高頻小信號(hào)諧振放大器相對(duì)頻帶較窄,一般僅需考慮諧振頻率附近的特性,因而采用這種分析方法較合適。晶體管Ｙ參數(shù)獲取方法：測(cè)量、查閱晶體管手冊(cè)。測(cè)量方法：分別使輸出端或輸入端交流短路,在另一端加上直流偏壓和交流信號(hào),然后測(cè)量其輸入端或輸出端的交流電壓和交流電流,代入式中可求。Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’eeb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmub’ePN結(jié)特性：正偏

R小C大

反偏

R大C小

:基區(qū)縱向電阻。幾十Ω~100Ω:結(jié)電阻。較小幾十Ω～幾百Ω,:結(jié)電容，較大，100pf～500pf。:結(jié)電容，很小。2pf～10pf:極間電容，很小。發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏:結(jié)電阻，很大。100KΩ~100MΩ:受控電流源，而，稱為跨導(dǎo)，單位為S。:極間電阻，很大。幾十KΩ

混合π參數(shù)法是從模擬晶體管的物理機(jī)構(gòu)出發(fā),用集中參數(shù)元件Ｒ、Ｃ和受控源來(lái)表示管內(nèi)的復(fù)雜關(guān)系。

優(yōu)點(diǎn):

各元件參數(shù)物理意義明確,在較寬的頻帶內(nèi)元件值基本上與頻率無(wú)關(guān)。

缺點(diǎn):

隨器件不同而有不少差別,分析和測(cè)量不方便。因而混合π型等效電路法較適合于分析寬頻帶小信號(hào)放大器。145123R1R2ReyLCbCeCB1B2TLEc3.2.1單調(diào)諧回路諧振放大器R1R2ReEc32154B1B2CLyLT輸入回路輸出回路晶體管電路圖45123R1R2ReyLCbCeCB1B2TLEc32154B1B2CLyLT32154yieyoeyreuceyfeubeCyLLib+ube-iC+uce-YiSo：放大器的輸入導(dǎo)納Yi不僅與晶體管的輸入導(dǎo)納Yie有關(guān)，而且還與放大器的負(fù)載YL’有關(guān)。原因：Yre的存在yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYSiCyieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe其中：1B1B12.3.2多級(jí)單調(diào)諧放大器Au1Au2Aun(2)

n級(jí)放大器的矩形系數(shù)

可知:ｎ級(jí)相同的單調(diào)諧放大器的總增益比單級(jí)放大器的增益提高了,而通頻帶比單級(jí)放大器的通頻帶縮小了,且級(jí)數(shù)越多,頻帶越窄。

Inanotherword：如多級(jí)放大器的頻帶確定以后,級(jí)數(shù)越多,則要求其中每一級(jí)放大器的頻帶越寬。所以,增益和通頻帶的矛盾是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題,特別是對(duì)于要求高增益寬頻帶的放大器來(lái)說(shuō),這個(gè)問(wèn)題更為突出。這一特性與低頻多級(jí)放大器相同。3.3小信號(hào)諧振放大器的穩(wěn)定性

共射電路由于電壓增益和電流增益都較大,所以是諧振放大器的常用形式。以上我們?cè)谟懻撝C振放大器時(shí),都假定了反向傳輸導(dǎo)納ｙre＝０,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ｙre≠0,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(gè)反饋?zhàn)銐虼?且在相位上滿足正反饋條件,則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩。

要提高放大器的穩(wěn)定性：（1）是從晶體管本身想辦法,減小其反向傳輸導(dǎo)納ｙre值。ｙre的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容Ｃb‘c選擇晶體管時(shí)應(yīng)盡量使其Ｃb'c減小,使反饋容抗增大,反饋?zhàn)饔脺p弱。（2）是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用,使它單向化。具體方法有中和法與失配法。

中和法是在晶體管的輸出端與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?。由于ｙre的實(shí)部（反饋電導(dǎo)）通常很小,可以忽略,所以常常只用一個(gè)電容ＣN來(lái)抵消yre的虛部（反饋電容）的影響,就可達(dá)到中和的目的。①放大器的穩(wěn)定系數(shù)

調(diào)諧放大器等效電路

S越大，放大器越穩(wěn)定.對(duì)于一般放大器來(lái)說(shuō)，就可以認(rèn)為是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系數(shù)與電路參數(shù)的關(guān)系：（Page29）

將輸入電壓與正反饋電壓的比值定義為穩(wěn)定系數(shù).②單調(diào)諧放大器的穩(wěn)定電壓增益

什么是穩(wěn)定電壓增益？

不加任何穩(wěn)定措施，并滿足穩(wěn)定系數(shù)S（例如）要求時(shí)，放大器工作于諧振頻率的最大電壓增益。

放大器的等效電路

則當(dāng)回路諧振時(shí)，諧振電壓增益為將穩(wěn)定系數(shù)S式中的代入上式穩(wěn)定電壓增益結(jié)論:根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)的要求()確定這是沒(méi)有穩(wěn)定措施的情況下，允許的最高電壓增益。實(shí)際的電壓增益，則放大器穩(wěn)定。穩(wěn)定電壓增益與電路參數(shù)的關(guān)系

③放大器穩(wěn)定的判斷（例題）例如，已知某晶體管在工作頻率為時(shí)，。用其做放大器，若認(rèn)為是穩(wěn)定的?？梢杂?jì)算：★說(shuō)明用該晶體管設(shè)計(jì)制作放大器，只要放大器電壓增益不大于12.52，在沒(méi)有任何穩(wěn)定措施條件下，放大器是穩(wěn)定的。即滿足的要求。

1.中和法為了抵消Yre的反饋,從集電極回路取一與反相的電壓,通過(guò)Yn反饋到輸入端。則中和條件為:則中和條件為:注意：（1）由于ｙre是隨頻率而變化的,所以固定的中和電容ＣN只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用,

對(duì)其它頻率只能有部分中和作用,（2）又因?yàn)椋鵵e是一個(gè)復(fù)數(shù),中和電路應(yīng)該是一個(gè)由電阻和電容組成的電路,但這給調(diào)試增加了困難。（3）另外,如果再考慮到分布參數(shù)的作用和溫度變化等因素的影響,中和電路的效果很有限。

失配法通過(guò)增大負(fù)載電導(dǎo)ＹL,進(jìn)而增大總回路電導(dǎo),使輸出電路嚴(yán)重失配,輸出電壓相應(yīng)減小,從而反饋到輸入端的電流減小,對(duì)輸入端的影響也就減小?？梢?jiàn),失配法是用犧牲增益而換取電路的穩(wěn)定。

2.失配法失配法的實(shí)質(zhì)：是降低放大器的電壓增益，以確保滿足穩(wěn)定的要求。

用兩只晶體管按共射—共基方式連接成一個(gè)復(fù)合管是經(jīng)常采用的一種失配法。由于共基電路的輸入導(dǎo)納較大,當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較小的共射電路連接時(shí),相當(dāng)于使共射電路的負(fù)載導(dǎo)納增大而失配,從而使共射晶體管內(nèi)部反饋減弱,穩(wěn)定性大大提高。

3.4電噪聲

電子電路的輸出端與有用信號(hào)同時(shí)存在的一種隨機(jī)變化的電流或電壓，沒(méi)有有用信號(hào)時(shí)，它也存在。

eg:廣播的“沙沙”聲；電視的“雪花”背景或波紋線,都是接收機(jī)中的放大器和其它元器件存在噪聲的結(jié)果。噪聲對(duì)有用信號(hào)的接收產(chǎn)生了干擾,特別是當(dāng)有用信號(hào)較弱時(shí),噪聲的影響就更為突出,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使有用信號(hào)淹沒(méi)在噪聲之中而無(wú)法接收。噪聲的種類很多。有的是從器件外部竄擾進(jìn)來(lái)的,稱為外部噪聲；有的是器件內(nèi)部產(chǎn)生的,稱為內(nèi)部噪聲。本書(shū)只介紹內(nèi)部噪聲。內(nèi)部噪聲源主要有電阻熱噪聲、晶體管噪聲和場(chǎng)效應(yīng)管噪聲三種。3.4.1電阻熱噪聲

電阻熱噪聲是由于電阻內(nèi)部自由電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。在運(yùn)動(dòng)中自由電子經(jīng)常相互碰撞,因而其運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向都是不規(guī)則的。溫度越高,運(yùn)動(dòng)越劇烈。只有當(dāng)溫度下降到絕對(duì)零度時(shí),運(yùn)動(dòng)才會(huì)停止。自由電子這種熱運(yùn)動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)形成非常微弱的電流,這種電流呈雜亂起伏的狀態(tài),稱為起伏噪聲電流。起伏噪聲電流流過(guò)電阻本身就會(huì)在其兩端產(chǎn)生起伏噪聲電壓。由于起伏噪聲電壓的變化是不規(guī)則的,其瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)相位是隨機(jī)的,所以無(wú)法計(jì)算其瞬時(shí)值。起伏噪聲電壓的平均值為零,噪聲電壓不規(guī)則地偏離此平均值而起伏變化。but:起伏噪聲的均方值是確定的,可以用功率計(jì)測(cè)量出來(lái)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在整個(gè)無(wú)線電頻段內(nèi),當(dāng)溫度一定時(shí),單位電阻上所消耗的平均功率在單位頻帶內(nèi)幾乎是一個(gè)常數(shù),即其功率頻譜密度是一個(gè)常數(shù)。對(duì)照白光內(nèi)包含了所有可見(jiàn)光波長(zhǎng)這一現(xiàn)象,人們把這種在整個(gè)無(wú)線電頻段內(nèi)具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪聲。

功率譜密度1)熱噪聲電壓和功率譜密度阻值為Ｒ的電阻產(chǎn)生的噪聲電壓功率頻譜密度為：其中：k是波爾茲曼常數(shù),k=1.38×10-23J／K;

Ｔ是電阻溫度,以絕對(duì)溫度Ｋ計(jì)量。在頻帶寬度內(nèi)產(chǎn)生的熱噪聲方均值電流和方均值電壓分別為：

So:一個(gè)實(shí)際電阻可以分別用噪聲電流源或噪聲電壓源表示?！鱢n：電路的等效噪聲帶寬RRu2ngi2n(a)(b)不能直接把噪聲電壓相加而只能把產(chǎn)生噪聲的兩個(gè)源的功率相加（或者將兩個(gè)噪聲電壓的方均值相加）：

可見(jiàn)——兩個(gè)串聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓均方值相當(dāng)于兩個(gè)電阻串聯(lián)阻值所產(chǎn)生的熱噪聲。

在兩個(gè)噪聲源互不相關(guān)的條件下，計(jì)算兩個(gè)串聯(lián)電阻的總噪聲電壓：可見(jiàn)——兩個(gè)并聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓方均值相當(dāng)于兩個(gè)電阻并聯(lián)阻值所產(chǎn)生的熱噪聲。（用電流源來(lái)推導(dǎo)）

3.4.2晶體管噪聲

晶體管噪聲主要包括以下四部分：１.熱噪聲

構(gòu)成晶體管的發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的體電阻和引線電阻均會(huì)產(chǎn)生熱噪聲,其中以基區(qū)體電阻rbb'的影響為主。２.散粒噪聲散粒噪聲是晶體管的主要噪聲源。它是由單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)PN結(jié)的載流子數(shù)目隨機(jī)起伏而造成的。人們將這種現(xiàn)象比擬為靶場(chǎng)上大量射擊時(shí)彈著點(diǎn)對(duì)靶中心的偏離,故稱為散粒噪聲。在本質(zhì)上它與電阻熱噪聲類似,屬于均勻頻譜的白噪聲。發(fā)射結(jié)散粒噪聲其主要作用。S(f)=2qI0S(f)=4kTrbb’３.分配噪聲在晶體管中,通過(guò)發(fā)射結(jié)的非平衡載流子大部分到達(dá)集電結(jié),形成集電極電流,而小部分在基區(qū)內(nèi)復(fù)合,形成基極電流。這兩部分電流的分配比例是隨機(jī)的,從而造成集電極電流在靜態(tài)值上下起伏變化,產(chǎn)生噪聲,這就是分配噪聲。分配噪聲實(shí)際上也是一種散粒噪聲,但它的功率頻譜密度是隨頻率變化的,頻率越高,噪聲越大。４.閃爍噪聲

產(chǎn)生這種噪聲的機(jī)理目前還不甚明了,一般認(rèn)為是由于晶體管表面清潔處理不好或有缺陷造成的,其特點(diǎn)是頻譜集中在約１KHz以下的低頻范圍,且功率頻譜密度隨頻率降低而增大。在高頻工作時(shí),可以忽略閃爍噪聲。（一）噪聲電路的等效噪聲頻帶寬度則：又因?yàn)椋骸娣e相等因?yàn)椋核裕汗β蕚鬏斚禂?shù)

線性網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲帶寬與信號(hào)通頻帶是不同的兩個(gè)概念，前者是從噪聲角度引出來(lái)的，后者是對(duì)信號(hào)而言的。對(duì)于單調(diào)諧回路而言：

如果放大器內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲,當(dāng)輸入信號(hào)與噪聲通過(guò)它時(shí),二者都得到同樣的放大,那么放大器的輸出信噪比與輸入信噪比相等。而實(shí)際放大器是由晶體管和電阻等元器件組成，熱噪聲和散粒噪聲構(gòu)成其內(nèi)部噪聲,所以輸出信噪比總是小于輸入信噪比。為了衡量放大