高頻小信號(hào)諧振放大器的應(yīng)用

第2章高頻小信號(hào)諧振放大器的應(yīng)用2.1概述

2.2小信號(hào)選頻放大器2.3集中選頻放大器2.4放大器的噪聲2.5技能訓(xùn)練2：接收與小信號(hào)調(diào)諧放大實(shí)訓(xùn)返回2.1概述在無線通信中，發(fā)射與接收的信號(hào)應(yīng)當(dāng)適合于空間傳輸。所以，被通信設(shè)備處理和傳輸?shù)男盘?hào)是經(jīng)過調(diào)制處理過的高頻信號(hào)，這種信號(hào)具有窄帶特性。而且，通過長(zhǎng)距離的通信傳輸，信號(hào)受到衰減和干擾，到達(dá)接收設(shè)備的信號(hào)是非常弱的高頻窄帶信號(hào)，在做進(jìn)一步處理之前，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過放大和限制干擾的處理。這就需要通過高頻小信號(hào)放大器來完成。這種小信號(hào)放大器是一種諧振放大器?；祛l器輸出端也接有這種小信號(hào)放大器，作為中頻放大器對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行放大。高頻小信號(hào)放大器廣泛用于廣播、電視、通信、測(cè)量?jī)x器等設(shè)備中。高頻小信號(hào)放大器可分為兩類：一類是以諧振回路為負(fù)載的諧振放大器；另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器。下一頁(yè)返回2.1概述

它們的主要功能都是從接收的眾多電信號(hào)中選出有用信號(hào)并加以放大，同時(shí)對(duì)無用信號(hào)、干擾信號(hào)、噪聲信號(hào)進(jìn)行抑制，以提高接收信號(hào)的質(zhì)量和抗干擾能力。諧振放大器常由晶體管等放大器件與LC并聯(lián)諧振回路或耦合諧振回路構(gòu)成。它可分為調(diào)諧放大器和頻帶放大器，前者的諧振回路需調(diào)諧于需要放大的外來信號(hào)的頻率上，后者諧振回路的諧振頻率固定不變。集中選頻放大器把放大和選頻兩種功能分開，放大作用由多級(jí)非諧振寬頻帶放大器承擔(dān)，選頻作用由LC帶通濾波器、晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等承擔(dān)。目前廣泛采用集中寬頻帶放大器。高頻小信號(hào)放大器主要性能指標(biāo)有諧振增益、通頻帶、選擇性及噪聲系數(shù)等。上一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器2.2.1諧振回路LC諧振回路是高頻電路里最常用的無源網(wǎng)絡(luò)，利用LC諧振回路的幅頻特性和相頻特性，不僅可以進(jìn)行選頻，即從輸入信號(hào)中選擇出有用頻率分量而抑制掉無用頻率分量或噪聲（如在選頻放大器和正弦波振蕩器中），而且還可以進(jìn)行信號(hào)的頻幅轉(zhuǎn)換和頻相轉(zhuǎn)換（如在斜率鑒頻和相位鑒頻電路里）。另外，用L、C組件還可以組成各種形式的阻抗變換電路和匹配電路。所以，LC諧振回路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是在高頻電路里卻是不可缺少的重要組成部分，在本書所介紹的各種功能的高頻電路單元里幾乎都離不開它。下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

LC諧振回路分為并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路兩種形式，其中并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際電路中用途更廣，且二者之間具有一定的對(duì)偶關(guān)系，所以只要理解并聯(lián)回路，則串聯(lián)諧振回路的特性用對(duì)偶方法就可以得到。1.并聯(lián)諧振回路的選頻特性信號(hào)源與電感線圈和電容器并聯(lián)組成的電路，叫作LC并聯(lián)回路，如圖2-2所示。圖中與電感線圈L串聯(lián)的電阻R代表線圈的損耗，電容C的損耗不考慮。為信號(hào)電流源。為了分析方便，在分析電路時(shí)也暫時(shí)不考慮信號(hào)源內(nèi)阻的影響。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

1）并聯(lián)諧振回路阻抗的頻率特性如圖2-2所示，并聯(lián)諧振回路阻抗表達(dá)式為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

根據(jù)式（2-8）和式（2-9）可作出并聯(lián)諧振回路阻抗的幅頻特性和相頻特性曲線，如圖2-3所示。下面討論并聯(lián)回路阻抗的頻率特性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

2）并聯(lián)諧振回路端電壓頻率特性上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

諧振回路兩端的電壓為IsRP。由此可見，在信號(hào)源電流Is一定的情況下，并聯(lián)回路端電壓UAB的頻率特性與阻抗頻率特性相似，如圖2-4所示。3）并聯(lián)諧振回路諧振頻率在實(shí)際應(yīng)用中，并聯(lián)諧振回路頻率可以由式（2-13）近似求出。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

并聯(lián)回路準(zhǔn)確的諧振角頻率可以從式（2-14）求出，即4）品質(zhì)因數(shù)并聯(lián)回路諧振時(shí)的感抗或容抗與線圈中串聯(lián)的損耗電阻R之比，定義為回路的品質(zhì)因數(shù)，用Q0表示，即上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

5）諧振曲線、通頻帶及選擇性將式（2-10）與式（2-12）相比，得上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

由式（2-17）可以繪出并聯(lián)回路諧振曲線，如圖2-5所示。該曲線適用于任何LC并聯(lián)諧振回路。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

式中，Δf=f-f0，得從式（2-19）可以看出，在諧振點(diǎn)Δf=0，U/U0=1。隨著|Δf|的增大，U/U0將減小。對(duì)于同樣的偏離值Δf，Q0越高，U/U0衰減就越多，諧振曲線就越尖銳。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

2.2.2小信號(hào)諧振放大器LC諧振回路小信號(hào)放大器由放大器和LC諧振回路組成。放大器件可采用單管、雙管組合電路和集成放大電路等。諧振回路可以是單諧振回路或雙耦合諧振回路。1.單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧放大器是由單調(diào)諧回路作為交流負(fù)載的放大器。圖2-13所示為一個(gè)共發(fā)射極單調(diào)諧放大器。它是接收機(jī)中一種典型的高頻放大器電路。圖中R1、R2是放大器的偏置電阻，Re是直流負(fù)反饋電阻，C1、Ce是直流高頻旁路電容，它們起穩(wěn)定放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的作用。LC組成并聯(lián)諧振回路，它與晶體管共同起著選頻放大作用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

當(dāng)直流工作點(diǎn)選定以后，圖2-13可以簡(jiǎn)化成只包括高頻通路的等效電路，如圖2-14所示。由圖2-14可以看出，電路分為三部分，即晶體管本身、輸入電路和輸出電路。晶體管是諧振放大器的重要組件，在分析電路時(shí)，可用Y參數(shù)等效電路來說明它的特性。輸入電路由電感L與天線回路耦合，將天線來的高頻信號(hào)通過它加到晶體管的輸入端。輸出電路是由L與C組成的并聯(lián)諧振回路，通過互感耦合將放大后的信號(hào)加到下一級(jí)放大器的輸入端。本電路的晶體管輸出端與負(fù)載輸入端采用了部分接入的方式。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

2.單調(diào)諧放大器Y參數(shù)等效電路在分析高頻小信號(hào)放大器時(shí)，采用Y參數(shù)等效電路進(jìn)行分析是比較方便的。所以在電路化簡(jiǎn)時(shí)，可將電路中的晶體管等效成一個(gè)Y參數(shù)等效電路，如圖2-15所示。將晶體管Y參數(shù)等效電路代入圖2-14所示電路，則可得單調(diào)諧放大器Y參數(shù)等效電路，如圖2-16所示。3.單調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性由于晶體管集電極和基極之間存在結(jié)電容，其值雖然很?。ㄖ挥袔讉€(gè)皮法），但高頻工作時(shí)仍然使放大器輸出和輸入之間形成反饋通路（稱為內(nèi)反饋），上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

再加上諧振放大器中LC諧振回路阻抗的大小及性質(zhì)隨頻率劇烈變化的特性，使這種內(nèi)反饋隨頻率變化而劇烈變化，使放大器的幅頻特性曲線發(fā)生變形，增益、通頻帶、選擇性等都發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在某頻率點(diǎn)滿足自激條件，放大器將產(chǎn)生自激振蕩，破壞放大器的正常工作。諧振放大器工作頻率越高，LC諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)越高（即諧振增益越高），放大器的工作就越不穩(wěn)定。為了減小內(nèi)反饋的影響，提高諧振放大器工作穩(wěn)定性，常采用共射-共基組合電路構(gòu)成調(diào)諧放大器。其交流通路如圖2-21所示。圖中，VT1接成共射組態(tài)，VT2接成共基組態(tài)，由于共基電路輸入阻抗很小，使共射電路的輸出小，因此通過內(nèi)反饋對(duì)輸入端產(chǎn)生的影響小，故可提高放大器的穩(wěn)定性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

2.2.3多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器若單級(jí)調(diào)諧放大器的增益不能滿足要求，可采用多級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)。將圖2-13中晶體管VT2集電極上加一個(gè)諧振回路，就可得雙級(jí)單調(diào)諧放大電路，如圖2-22所示。下面分析多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器的性能指標(biāo)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

1.電壓增益設(shè)有n級(jí)單調(diào)諧放大器相互級(jí)聯(lián)，且各級(jí)的電壓增益相同，即則級(jí)聯(lián)后放大器的總電壓增益為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

諧振時(shí)，電壓增益為電壓增益諧振曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

從式（2-46）可以看出，級(jí)聯(lián)后總電壓增益是單級(jí)電壓增益的n次方。在圖2-23中，n=1是單級(jí)單調(diào)諧放大器電壓增益諧振曲線；n=2是雙級(jí)單調(diào)諧放大器電壓增益諧振曲線；n=3是三級(jí)單調(diào)諧放大器電壓增益諧振曲線。2.通頻帶令式（2-46）等于0.707，可得n級(jí)級(jí)聯(lián)放大器的總通頻帶為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2小信號(hào)選頻放大器

式中，f0/QL是單級(jí)單調(diào)諧放大器通頻帶。3.選擇性令式（2-46）等于0.1，可得n級(jí)級(jí)聯(lián)放大器總通頻帶BW0.1為將上式與式（2-47）相比，得矩形系數(shù)為上一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在小信號(hào)選頻放大電路中越來越多地采用集中選頻放大器。集中選頻放大器由兩部分部件組成：一部分是寬頻帶帶放大器一般由線性集成電路構(gòu)成，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，也可用其他分立元件寬頻帶放大器構(gòu)成。在集中選頻放大器里，先采用矩形系數(shù)較好的集中濾波器進(jìn)行選頻，然后利用單級(jí)或多級(jí)集成寬帶放大電路進(jìn)行信號(hào)放大。前者以集中預(yù)后者可充分發(fā)揮線性集成電路的優(yōu)勢(shì)。集中濾波器的任務(wù)是選頻，要求在滿足通頻帶指標(biāo)的同時(shí)，矩形系數(shù)要好。其主要類型有集中LC濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。下一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器

集中LC濾波器通常由一節(jié)或若干節(jié)LC網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)理論，按照帶寬、衰減特性等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前已得到了廣泛應(yīng)用。石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面濾波器等固體濾波器已被廣泛地應(yīng)用在通信電子線路中。1.陶瓷濾波器在通信、廣播等接收設(shè)備中，陶瓷濾波器有著廣泛的應(yīng)用。陶瓷濾波器是利用某些陶瓷材料的壓電效應(yīng)構(gòu)成的濾波器，常用的陶瓷濾波器是由鋯鈦酸鉛［Pb(ZrTi)O3］壓電陶瓷材料（簡(jiǎn)稱PZT）制成的。把這種陶瓷材料制成片狀，兩面涂銀作為電極，經(jīng)過直流高壓極化后就具有壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)就是當(dāng)陶瓷片發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生電荷，兩電極間產(chǎn)生電壓；上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器

而當(dāng)陶瓷片兩電極間加上電壓時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于陶瓷片固有頻率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度最大，陶瓷片表面產(chǎn)生電荷量的變化也最大，在外電路中產(chǎn)生的電流也最大，其作用類似于串聯(lián)諧振回路。其等效電路和電路符號(hào)如圖2-24（a）、（b）所示。圖中Co為壓電陶瓷片的固定電容值，Lq、Cq、rq分別相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)時(shí)晶體的等效質(zhì)量、等效彈性系數(shù)和等效阻尼。壓電陶瓷片的厚度、半徑等尺寸不同時(shí)其等效電路參數(shù)也就不同。從圖2-24所示電路可見，陶瓷片具有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是串聯(lián)諧振頻率fs，另一個(gè)是并聯(lián)諧振頻率fp。在串聯(lián)諧振頻率時(shí)陶瓷片的等效阻抗最?。ā?0?），并聯(lián)諧振頻率時(shí)，陶瓷片的等效阻抗最大，其阻抗頻率特性如圖2-25所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器

陶瓷濾波器具有無須調(diào)諧、體積小、加工方便等優(yōu)點(diǎn)，但工作頻率不太高（幾十兆赫茲以下）、相對(duì)頻寬較窄。使用時(shí)，其輸入阻抗須與信號(hào)源阻抗匹配，其輸出阻抗也須與負(fù)載阻抗匹配；否則其頻率特性將會(huì)變壞。另外，其頻率特性較難控制，生產(chǎn)一致性較差。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器

石英晶體濾波器特性與陶瓷濾波器相似，但Q值高很多，因此頻率特性好，但價(jià)格較高。2.聲表面波濾波器目前，應(yīng)用最普遍的集中濾波器是聲表面波濾波器。聲表面波濾波器SAWF（SurfaceAcousticWaveFilter）是利用某些晶體的壓電效應(yīng)和表面波傳播的物理特性制成的一種新型電—聲換能器件。壓電效應(yīng)是指，當(dāng)晶體受到應(yīng)力作用時(shí)，在它的某些特定表面上將出現(xiàn)電荷，而且應(yīng)力大小與電荷密度之間存在著線性關(guān)系，這是正壓電效應(yīng)；當(dāng)晶體受到電場(chǎng)作用時(shí)，在它的某些特定方向上將出現(xiàn)應(yīng)力變化，而且電場(chǎng)強(qiáng)度與應(yīng)力變化之間存在著線性關(guān)系，這是逆壓電效應(yīng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器

自20世紀(jì)60年代中期問世以來，聲表面波濾波器的發(fā)展非常迅速。它不僅不需要調(diào)整，而且具有良好的幅頻特性和相頻特性，其矩形系數(shù)接近1。聲表面波濾波器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-26所示。它以鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛或石英等壓電材料為基片，在經(jīng)過研磨拋光的極薄的壓電材料基片上，用蒸發(fā)、光刻、腐蝕等工藝制成兩組叉指狀電極，其中與信號(hào)源連接的一組稱為發(fā)送叉指換能器，與負(fù)載連接的一組稱為接收叉指換能器。當(dāng)把輸入電信號(hào)加到發(fā)送換能器上時(shí)，叉指間便會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。由于逆壓電效應(yīng)的作用，基體材料將產(chǎn)生彈性變形，從而產(chǎn)生聲波振動(dòng)。向基片內(nèi)部傳送的體波會(huì)很快衰減，而表面波則向垂直于電極的左、右兩個(gè)方向傳播。向左傳送的聲表面波被涂于基片左端的吸聲材料所吸收，向右傳送的聲上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器

表面波由接收換能器接收，由于正壓電效應(yīng)，在叉指對(duì)間產(chǎn)生電信號(hào)，并由此端輸出。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率f等于換能器的頻率f0時(shí)，各節(jié)所激發(fā)的表面波同相疊加，振幅最大。其頻率特性曲線如圖2-27所示。聲表面波濾波器的濾波特性，如中心頻率、頻帶寬度、頻響特性等一般由叉指換能器的幾何形狀和尺寸決定。這些幾何尺寸包括叉指對(duì)數(shù)、指條寬度a、指條間隔b、指條有效長(zhǎng)度B和周期長(zhǎng)度M等。只要合理設(shè)計(jì)叉指電極，就能獲得預(yù)期的頻率特性。目前聲表面波濾波器的中心頻率可在10MHz～1GHz之間，相對(duì)帶寬為5%～50%，插入損耗最低僅幾個(gè)分貝，矩形系數(shù)可達(dá)1.2。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3集中選頻放大器

為了保證對(duì)信號(hào)的選擇性要求，聲表面波濾波器在接入實(shí)際電路時(shí)必須實(shí)現(xiàn)良好的匹配。圖2-28所示為一接有聲表面波濾波器的預(yù)中放電路，濾波器輸出端與一寬帶放大器相接。來自混頻器的中頻信號(hào)經(jīng)預(yù)中放放大后輸入聲表面波濾波器，經(jīng)濾波后從SAWF的輸出端平衡輸出，通過匹配電路加至集成寬帶中頻放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)濾波器輸入端和輸出端各自對(duì)外有良好的阻抗匹配。上一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲2.4.1電噪聲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。起伏噪聲電流流過電阻本身就會(huì)在其兩端產(chǎn)生起伏噪聲電壓。下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

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，噪聲電壓正是不規(guī)則地偏離此平均值而起伏變化。但是，起伏噪聲的均方值是確定的，可以用功率計(jì)測(cè)量出來。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)無線電頻段內(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)包含了所有可見光波長(zhǎng)這一現(xiàn)象，人們把這種在整個(gè)無線電頻段內(nèi)具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪聲。在單位頻帶內(nèi)，電阻所產(chǎn)生的熱噪聲電壓的均方值為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

式中S(f)稱為噪聲功率譜密度；k為玻耳茲曼常數(shù)，為1.38×10-23J/K；T為熱力學(xué)溫度，K。絕對(duì)溫度T（K）與攝氏溫度T（℃）間的關(guān)系為電阻熱噪聲頻譜很寬，但只有位于放大器通頻帶Δf內(nèi)那一部分噪聲功率才能通過放大器得到放大。能通過放大器的電阻熱噪聲電壓的均方值為式中，Δfn為等效噪聲帶寬。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

因此，噪聲電壓的有效值（噪聲電壓）為噪聲電流的均方值為所以，一個(gè)實(shí)際電阻可以分別用噪聲電流源和噪聲電壓源表示，如圖2-30所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

理想電抗元件是不會(huì)產(chǎn)生噪聲的，但實(shí)際電抗元件是有損耗電阻的，這些損耗電阻會(huì)產(chǎn)生噪聲。對(duì)于實(shí)際電感的損耗電阻一般不能忽略，而對(duì)于實(shí)際電容的損耗電阻一般可以忽略。2.晶體管噪聲晶體管的噪聲一般比電阻熱噪聲大，它有以下四種形式。1）熱噪聲和電阻相同，在晶體管中電子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)同樣會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。其中基極電阻所引起的熱噪聲最大，發(fā)射極和集電極電阻的熱噪聲一般很小，可以忽略。所以產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

2）散粒噪聲散粒噪聲是晶體管的主要噪聲源。散粒噪聲是沿用電子管噪聲中的詞。在二極管和三極管中都存在散粒噪聲。晶體三極管是由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，當(dāng)晶體管處于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)為正向偏置，發(fā)射結(jié)所產(chǎn)生的散粒噪聲較大；集電結(jié)為反向偏置，集電結(jié)所產(chǎn)生的散粒噪聲可忽略不計(jì)。發(fā)射結(jié)散粒噪聲電流均方值為式中，q為電子電荷（1.6×10-19C）；IE為發(fā)射極直流電流。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

3）分配噪聲晶體管發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的多數(shù)載流子，大部分到達(dá)集電極，成為集電極電流，而小部分在基區(qū)內(nèi)被復(fù)合，形成基極電流。這兩部分電流的分配比例是隨機(jī)的，因而造成通過集電結(jié)的電流在靜態(tài)值上下起伏變化，引起噪聲，把這種噪聲稱為分配噪聲。晶體管集電極電流分配噪聲電流均值為式中，a為共基極狀態(tài)的電流放大系數(shù)；a0為相應(yīng)于零頻率的a值。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

4）閃爍噪聲閃爍噪聲又稱為低頻噪聲。一般認(rèn)為，這種噪聲是由于晶體管清潔處理不好或有缺陷造成的。其特點(diǎn)是頻譜集中在低頻（約1kHz以下），在高頻工作時(shí)通?？刹豢紤]它的影響。3.場(chǎng)效應(yīng)管噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲主要包括：場(chǎng)效應(yīng)管溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲；柵極漏電流產(chǎn)生的散粒噪聲；表面處理不當(dāng)引起的閃爍噪聲。一般說來，場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲比晶體管的噪聲低。綜合以上討論，可畫出晶體管共基接法噪聲等效電路，如圖2-31所示。圖中沒有計(jì)入閃爍噪聲，其中，分別代表散粒噪聲、分配噪聲和基區(qū)體電阻產(chǎn)生的熱噪聲。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

2.4.2噪聲系數(shù)1.噪聲系數(shù)的定義要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，噪聲系數(shù)定義為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

輸出信噪比要比輸入信噪比低。NF反映出放大系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的大小。噪聲系數(shù)可由式（2-58）表示，即上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

噪聲系數(shù)通常只適用于線性放大器，因?yàn)榉蔷€性電路會(huì)產(chǎn)生信號(hào)和噪聲的頻率變換，噪聲系數(shù)不能反映系統(tǒng)的附加噪聲性能。由于線性放大器的功率增益為或上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

式中，GPPni為信號(hào)源內(nèi)阻Rs產(chǎn)生的噪聲經(jīng)放大器放大后，在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率；而放大器輸出端的總噪聲功率Pno應(yīng)等于GPPni和放大器本身噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率Pnao之和，即將式（2-60）代入式（2-59），則得上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

2.信噪比與負(fù)載的關(guān)系設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為Rs，信號(hào)源的電壓為Us（有效值），當(dāng)它與負(fù)載電阻RL相接時(shí)，在負(fù)載電阻RL上的信噪比計(jì)算如下。信號(hào)源在RL上的功率為信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在RL上的功率為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

在負(fù)載兩端的信噪比為結(jié)論：信號(hào)源與任何負(fù)載相接并不影響其輸入端信噪比，即無論負(fù)載為何值，其信噪比都不變，其值為負(fù)載開路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值之比。3.用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù)放大器輸入信號(hào)源電路。放大器的噪聲系數(shù)NF為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

式中，Pai和Pao分別為放大器的輸入和輸出額定信號(hào)功率；Pani和Pano分別為放大器的輸入和輸出額定噪聲功率。信號(hào)源輸入額定噪聲功率為式中，GPa1為放大器的額定功率增益。4.多級(jí)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算已知各級(jí)的噪聲系數(shù)和各級(jí)功率增益，求多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)，如圖2-34所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

由噪聲系數(shù)定義可得在第二級(jí)輸出端，由第一級(jí)和第二級(jí)產(chǎn)生的總噪聲為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

由于由Ro1產(chǎn)生的噪聲已在Pano1中考慮，故這里應(yīng)減掉，所以第一、二兩級(jí)的噪聲系數(shù)為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

5.等效噪聲溫度在某些低噪聲系統(tǒng)中，往往采用等效輸入噪聲Te來表示它的噪聲性能。設(shè)放大器的噪聲系數(shù)為NF，噪聲源的溫度為T0，則折算到放大器輸入端的噪聲功率為EkT0Δf，相當(dāng)于新的溫度為NFT0，則它的溫升為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

Te只代表放大器本身的熱噪聲溫度，與噪聲功率大小無關(guān)。由上式可知：多級(jí)放大器的等效噪聲溫度為6.晶體管放大器的噪聲系數(shù)根據(jù)圖2-35所示的共基極放大器噪聲等效電路，可求出各噪聲源在放大器輸出端所產(chǎn)生的噪聲電壓均方值總和，然后根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可得到放大器的噪聲系數(shù)的計(jì)算公式為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大器的噪聲

式中，ICO為集電極的反向飽和電流；其他符號(hào)的意義同前。2.4.3降低噪聲系數(shù)的措施通過以上分析，對(duì)電路產(chǎn)生噪聲的原因以及影響噪聲系數(shù)大小的主要原因有了基本了解?，F(xiàn)對(duì)降低噪聲系數(shù)的有關(guān)措施歸納如下。（1）選用低噪聲元器件。（2）選擇合適的直流工作點(diǎn)。（3）選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻。（4）選擇合適的工作帶寬。上一頁(yè)返回2.5技能訓(xùn)練2：接收與小信號(hào)調(diào)諧放大實(shí)訓(xùn)1.實(shí)訓(xùn)目的（1）了解諧振回路的幅頻特性分析——通頻帶與選擇性。（2）了解信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)諧振回路的影響，并掌握頻帶的展寬方法。（3）掌握放大器的動(dòng)態(tài)范圍及其測(cè)試方法。2.實(shí)訓(xùn)預(yù)習(xí)要求實(shí)訓(xùn)前預(yù)習(xí)本章有關(guān)內(nèi)容。3.實(shí)訓(xùn)說明下一頁(yè)返回2.5技能訓(xùn)練2：接收與小信號(hào)調(diào)諧放大實(shí)訓(xùn)1）小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作過程高頻小信號(hào)放大器電路是構(gòu)成無線電設(shè)備的主要電路，它的作用是放大信道中的高頻小信號(hào)。為使放大信號(hào)不失真，放大器必須工作在線性范圍內(nèi)，如無線電接收機(jī)中的高放電路就是典型的高頻窄帶小信號(hào)放大電路。窄帶放大電路中，被放大信號(hào)的頻帶寬度小于或遠(yuǎn)小于它的中心頻率。如在調(diào)幅接收機(jī)的中放電路中，帶寬為9kHz，中心頻率為465kHz，相對(duì)帶寬Δf/f0為百分之幾。因此，高頻小信號(hào)放大電路的基本類型是選頻放大電路，選頻放大電路以選頻器作為線性放大器的負(fù)載，或作為放大器與負(fù)載之間的匹配器。它主要由放大器與選頻回路兩部分構(gòu)成。用于放大的有源器件可以是半導(dǎo)體三極管，也可以是場(chǎng)效應(yīng)管、電子管或者是集成運(yùn)算放大器。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.5技能訓(xùn)練2：接收與小信號(hào)調(diào)諧放大實(shí)訓(xùn)用于調(diào)諧的選頻器件可以是LC諧振回路，也可以是晶體濾波器、陶瓷濾波器、LC集中濾波器和聲表面波濾波器等。本實(shí)訓(xùn)用三極管作為放大器件，LC諧振回路作為選頻器。在分析時(shí)，主要用以下參數(shù)衡量電路的技術(shù)聲系數(shù)、靈敏度、通頻帶與選擇性。單調(diào)諧放大電路一般采用LC回路作為選頻器的放大電路，它只有一個(gè)LC回路，調(diào)諧在一個(gè)頻率上，并通過變壓器耦合輸出，圖2-36所示為該電路原理圖。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.5技能訓(xùn)練2：接收與小信號(hào)調(diào)諧放大實(shí)訓(xùn)為了改善調(diào)諧電路的頻率特性，通常采用雙調(diào)諧放大電路，其電路如圖2-37所示。雙調(diào)諧放大電路是由兩個(gè)彼此耦合的單調(diào)諧放大回路所組成。它們的諧振頻率應(yīng)調(diào)在同一個(gè)中心頻率上。兩種常見的耦合回路是：①兩個(gè)單調(diào)諧回路通過互感M耦合，如圖2-37（a）所示，稱為互感耦合雙調(diào)諧回路；②兩個(gè)單調(diào)諧回路通過電容耦合，如圖2-37（b）所示，稱為電容耦合雙調(diào)諧回路。若改變互感系數(shù)M或者耦合電容C，就可以改變兩個(gè)單調(diào)諧回路之間的耦合程度。通常用耦合系數(shù)k來表征其耦合程度，即上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.5技能訓(xùn)練2：接收與小信號(hào)調(diào)諧放大實(shí)訓(xùn)式中，是等效到初、次級(jí)回路的全部電容之和。2）實(shí)際電路分析實(shí)際電路中，由BG601等元器件組成單調(diào)諧放大器，由BG602等元器件組成雙調(diào)諧放大器，它們的天線輸入端（J601和J603）接收10MHz調(diào)制波信號(hào)，至放大管之間的LC元件組成天線輸入匹配回路。切換開關(guān)K601用于改變射極電阻，以改變BG601的直流工作點(diǎn)。切換開關(guān)K602用于改變LC振蕩回路的阻尼電阻，以改變LC回路的Q值。切換開關(guān)K603可改變雙調(diào)諧回路的耦合電容，以觀測(cè)η＜1、η=1、η＞1三種狀態(tài)下的雙調(diào)諧回路幅頻特性曲線。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.5技能訓(xùn)練2：接收與小信號(hào)調(diào)諧放大實(shí)訓(xùn)4.實(shí)訓(xùn)儀器與設(shè)備（1）TKGPZ-2型高頻電子線路綜合實(shí)訓(xùn)箱。（2）掃頻儀。（3）雙蹤示波器。5.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟首先在實(shí)訓(xùn)箱上找到本次實(shí)訓(xùn)所用到的單元電路，然后接通實(shí)訓(xùn)箱電源，并按下+12V、+5V、-12V總電源開關(guān)K1、K2、K3以及本實(shí)訓(xùn)單元電源開關(guān)K600。（1）輸入回路的調(diào)節(jié)。將掃頻儀的輸出探頭接在J