高頻小信號精品課件

Charpter3

高頻小信號放大器晶體管高頻等效電路與參數(shù)3.2晶體管高頻小信號諧振放大器3.3諧振放大器的穩(wěn)定性3.4集中選頻放大器3.5放大器的噪聲3.6概述3.1例題3.71

頻率較高

中心頻率一般在幾百kHz到幾百MHz頻帶寬度在幾khz到幾十MHz2信號幅度小

信號較小故工作在線性范圍內(甲類放大器)高頻小信號放大器的特點§3.1概述高頻小信號放大器的分類按所用的材料：晶體管（BJT)、場效應管（FET)、集電電路（IC)按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按電路形式：單級放大器和多級放大器按負載性質：諧振放大器和非諧振放大器

諧振放大器是采用諧振回路作負載的放大器，具有放大、濾波和選頻的作用。非諧振由阻容放大器和各種濾波器組成，其機構簡單，便于集成。高頻小信號放大器的性能指標A增益B通頻帶C矩形系數(shù)E噪聲系數(shù)D工作穩(wěn)定性①增益（放大系數(shù)）電壓增益：功率增益：

分貝表示：②通頻帶

放大器的電壓增益下降到最大值的0.7倍時，所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示。2f0.7也稱為3分貝帶寬。0.5放大器所放大的一般都是已調制的信號，已調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路的等效品質因數(shù)QL。此外，放大器的總通頻帶，隨著級數(shù)的增加而變。并且通頻帶愈寬，放大器增益愈小。為什么要求通頻帶？③矩形系數(shù)

按理想情況，諧振曲線應為一矩形。為了表示實際曲線接近理想曲線的程度，引入“矩形系數(shù)”，它表示對鄰道干擾的抑制能力。2f0.1,2f0.01分別為放大倍數(shù)下降至0.1和0.01處的帶寬，Kr愈接近于1越好⑤噪聲系數(shù)：

放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示：

NF越接近1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決定作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應盡量小。

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，選擇內反饋小的晶體管，應用中和或失配方法等。④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。

⑥抑制比表示對某個干擾信號fn的抑制能力，用dn表示。An為干擾信號的放大倍數(shù)，Av0為諧振點f0的放大倍數(shù)。

例Av0=100An

=1用分貝表示dn(dB)=20lgdn§3.2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)3.2.1形式等效電路（網(wǎng)絡參數(shù)等效電路）式中：212211VyVyIVyVyIofri+=+=ú?ùê?éú?ùê?é=ú?ùê?é2121:VVyyyyIIofri即導納稱為輸出短路時的輸入0112==ViVIy傳輸導納稱為輸入短路時的反向0211==VrVIy傳輸導納稱為輸出短路時的正向0122==VfVIy導納稱為輸入短路時的輸出0221==VoVIy為自變量和輸出電壓設輸入電壓21VV

把晶體管內部的物理過程用集中原器件RLC表示。用這種物理模型的方法所涉及到的物理等效電路就是所謂的π參數(shù)等效電路。混合π參數(shù)等效電路

混合π等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的頻率下：

rbc與Cbc引起的容抗相比rbc可視為開路。rbe與Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略rce與回路負載比較，可視為開路。

簡化后的等效電路如圖：這是對工作頻率較高時的簡化電路，對工作頻率范圍不同時，等效電路可進行不同的簡化。頻率低時可忽略電容的作用。3.2.3Y參數(shù)等效電路

簡化混合π等效電路，如圖所示

為輸出短路時的輸入導納為輸出短路時的正向傳輸導納為輸入短路時的反向傳輸導納為輸入短路時的輸出導納011ie2==VVIy012fe2==VVIy021re1==VVIy022oe1==VVIy推導：

(一)令V2=0，求yie、yfe。

簡化混合π等效電路，如圖所示。

(1)

(2)

V1小引起I小

起又

(二)

令，求yre、yoe

(3)

(4)

故(1)、(2)、(3)、(4)中的Ybe可認為相同。。

3.2.3晶體管的高頻參數(shù)（1）截止頻率由于β0比1大的多,在頻率為fβ時,|β|雖然下降到原來的0.707但是仍然比1大的多,因此晶體管還能起到放大的作用。（2）特征頻率當頻率增高，使|β|下降到1時的頻率。2001,1??è?+=+=bbbbbbffffj由于電流放大系數(shù)β與f的關系：故可以粗略計算在某工作頻率下的電流放大系數(shù)。(3)最高振蕩頻率fmax

fmax表示晶體管所能夠適應的最高極限頻率。在此工作頻率時晶體管已經(jīng)不能得到功率放大，當f>fmax時,無論使用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。晶體管的功率增益時的工作頻率可以證明:

R1、R2、R3為偏置電阻，決定工作點，

LF、CF為濾波電路，負壓供電

C4、L組成L、C諧振回路

R4是加寬回路通頻帶用

Rp是并聯(lián)回路本身的損耗§3.3

晶體管高頻小信號諧振放大器3.3.1

單調諧回路諧振放大器因為討論的是小信號，略去直流參數(shù)元件即可用Y參數(shù)等效電路模擬。

由圖可知：

YL代表由集電極C向右看的回路導納（對外電路而言Vc是上負下正，故Ic有一負號）

（1）放大器的等效電路?????íì￠-=+=+=)3()2()1(LccCoeifeccreiiebYVIVyVyIVyVyI又(3)=(2)(4)代入(1)

(4)放大器的輸入導納:iLoefecVYyyV￠+-=iLoefereiebVYyyyyI)????è?￠+-=\LoefereieibiYyyyyVIY￠+-==（2）放大器的質量指標電壓指標根據(jù)電壓變比關系：所以：由于：所以：ioVVVA=ab2oVpV=1cabpVV=c12oVppV=()LoefeicYypypVVpp￠+-===1212ioVVVA()LoefeLoefeLoefeYypypppYypypYypyp+-=÷÷????è?+-=￠+-=2121211212VA()()LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefeww1A22212222121V++++++-=：所以LjCjgyppfeww1A21V++-=SS則：可寫成附近時在諧振角頻率的導納，當角頻率式中分母視為并聯(lián)回路VA0ww÷÷????è?D+-=S0Lfe21VffQ2j1gyppA結論：功率增益放大器的通頻帶當和為定值時（電路定了，其值也定了，帶寬增益乘積為常數(shù)）決定于與，因為選擇管子時應選取大的，應減少，但也不能取的太小，因為不穩(wěn)定的電容的影響大。設

P1、P2=1帶寬增益乘積為一常數(shù)矩形系數(shù)所以單調諧回路放大器的矩形系數(shù)遠大于1，故其鄰道選擇性差，這是單調諧回路放大器的缺點。3.3.2多級單調諧回路諧振放大器

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)放大器。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。增益通頻帶根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶結論①為了使總的通頻帶不變,每級的帶寬都要增加為原來的X倍。②當每級通頻帶加寬X倍時,每級的增益都會降低為原來的1/X。矩形系數(shù)結論:單調諧回路特點是電路簡單,調試容易,但選擇性差,增益和通頻帶的矛盾比較突出?！?/p>

3.4

諧振放大器的穩(wěn)定性（1）自激產(chǎn)生的原因

gF改變了回路的QL值,bF引起回路失諧。

gF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可能為負值，即呈負電導性，使回路的總電導減小，QL增加，通頻帶減小，增益也因損耗的減少而增加，即負電導gF供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當gF=gs+gie（回路原有電導）則回路總電導g=0，QL

，放大器失去放大性能，處于自激振蕩工作狀態(tài)。（2）放大器產(chǎn)生自激的條件當Ys+Yz=0

回路總電導g=0

放大器產(chǎn)生自激。此時放大器的反饋能量抵消了回路損耗能量，且電納部分也恰好抵消。表明放大器反饋的能量抵消回路損耗的能量，且電納部分也切好得到抵消。

2121,jjjxxx====即：

產(chǎn)生自激的條件：

還可推導穩(wěn)定系數(shù)討論：Avo與S的關系

討論：

①(Avo)s與f有關，f(Avo)s，fyre內反饋厲害。

②選管應選大些的為好

③(Avo)s只考慮內部反饋，未考慮外部反饋。當S=5時，

(Avo)s是保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益，稱為穩(wěn)定電壓增益，為保證放大器穩(wěn)定工作，Avo不允許超過(Avo)s?？朔约?/p>

由于yre的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。（3）克服自激的方法

中和法外加一個電容抵消正反饋電消除yre的反饋容的作用,失配法使GL或gs的數(shù)值增大，使輸入輸出回路與晶體管匹配,以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性

中和法：在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內反饋互相抵消。

具體線路：

電橋平衡時，CD兩端的回路電壓不會反映到AB兩端,即對應兩邊阻抗之比相等。

失配法