高频电子线路4章17节201310

10
如电流源开路得： I1 YsV1
将上式带入 I1yieV 1yreV 2 得：
I1 yieV1 yreV2 I2 y feV1 yoeV2
I2 YLV2
再将上式带入
V1

yre yie Ys
V2
I2yfeV1yoV e2 得：
为了简单明了，图
中略去直流电源，
并以YL代表负载导 纳， Ys和Is 代表信 号源的内导纳和电 流，用y 参数等效 Is 电路来代表晶体管 。
信号源
I1
Is
+
Ys
V1
-
I2 +
V2 YL
-
I1
+
Ys V1 Yi
-
晶体管
yie
yfeV1 yreV2
yoe
I2
+
YL
Yo
V2
-
9
I1 yieV1 yreV2 I2 y feV1 yoeV2 Is
晶体管
a
+
N
负载YL
Io1 yfeVi1
+ Vo1
1 go1 Co1 Y′L Vo C Gp
N1
-
-
L1
+
N2 Vi2 L2 -
Ci2 gi2
2
b
g o 1 g i 2 C o 1 C i 2
p
2 1
g
o
1
p
2 2
g
i2
p
2 1
C
o1
p
2 2
C
i2
Y
+ Vo
g′o1 Co′1
y f y fe 1 r g b m b y b e (1 r b b g b e g )m jC b e r b b
yoyoegceybc1y bcrrb bb by gb m e
g c ejC b c r b b g m (1 r b g b b g c b e)j C jb C cb e r b b
Av

-
p1 p 2 y fe Y
-
p1 p 2 y fe
G p

j( C

1) L1
Y
A vop1G p2pyfeGpp 1g po 21y fegi2
+ Vo
CΣ
G′ p
L1
-
为了获取最大功率增益，应适当地选取p1和p2的值，使负 载导纳YL能与晶体管电路的输出导纳相匹配。匹配条件是：

I1
I2
yr

I1 V2
输入短路反向传输导纳
V1 0
+
V1
yi
yr V2
+ yo V2
yf

I2 V1
V2
输出短路正向传输导纳
0
-
yf V1 图4.2.2 y 参数等效电路
-
c
+
yo

I2 V2
输入短路时输出导纳
V1 0
b +
V1 I1
I2 V2
-
-8
e
图4.2.3是晶体管 放大器的基本电路。
yyorV V12
7
得到 y 参数物理意义：
I1 y iV1 y rV2 I2 y f V1 y oV2
yi

I1 V1
V2 0
输出短路时输入导纳


I1 I 2



yi yf
y y
r o

VV12
p22gi2
p12go1
Gp 2
于是可求得匹配时所需接入系数值为：
p1 p2
G p , 2 g o1 G p 2 g i2
将 上 两 A ov 式 p1G p2 py代 feG 入 pp 1g po 21 y fe gi2得 ：
(Avo)m ax2
常用分贝表示，则 d(dB )2l0gd
Av /Av0 Av0
如当Avo=100， Av=1则d=100，用分贝表示 Av
d(d)B 2l0 g 10 40 d0B 4）工作稳定性
0
fn f0
f
图4.1.3 说明抑制比的谐振曲线
5）噪声系数
6
§4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数
4.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路） 这种电路是将晶体管等效地看成有源四端网络
17
图4.3.1为单调谐回路
谐振放大器原理性电路与
等效电路,图中为了突出
输入
+
所要讨论的中心问题，故 信号 Vi1
-
略去实际电路中的附属电
路等。
晶体管
a
+
N
1
L1
+
Vo -
C
+
Vo1
-+
L2 +
Vi2 -
YL
负载
VCC -
2
(a) 原理性电路
负载YL
Io1 yfeVi1
+ Vo1
1 go1 Co1 Y′L Vo C Gp
第4章 高频小信号放大器
主要内容： §4.1 概述 §4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 §4.3 单调谐回路谐振放大器 §4.4 多级单调谐回路谐振放大器 §4.5 双调谐回路谐振放大器 §4.6 谐振放大器的稳定性与稳定措施 §4.7 谐振放大器的常用电路 §4.8 场效应管高频小信号放大器* §4.9 放大器中的噪声* §4.10 噪声的表示和计算方法*
2
§4.1 概述
高频小信号放大器—是指中心频率为几百kHz~几百MHz， 频带宽度在几kHz~几十MHz的范围的放大器。
分类： 窄带放大器
按频带宽度 宽带放大器
晶体管放大器 按所用元件 场效应管放大器
集成电路放大器
单级放大器
谐振放大器
按电路形式
按负载性质
多级放大器
非谐振放大器
对高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作 在晶体管的线性范围内。这就允许把晶体管看成线性元件， 因此可以作为有源线性四端口网络来分析。
Cce
c
yr V2 yf V1
I2
+
yo V2 -
14
y i y ie 1 y r b b b e y b e (1 r b g b b g e b e)j C jb C eb e r b b
y r y r e 1 y r b b b c y b e ( 1 r b g b b g c b e )j C jb C cb e r b b
引入了矩形系数
1 0.7
2f0.7
kr0.12 2 ff0 0..7 1 kr0.012 2 ff00..071
0.1
0
2f0.1
f
图4.1.2 理想与实际的频率特性
kr越接近1，说明实际曲线越接近理想矩形，选择性越好。
5
②抑制比
用 d A vo 表示放大器对干扰的抑制能力 Av
放大器从含有各种不同频率的信号总和（有用的和有害的） 中选出有用的信号，排除有害（干扰）信号的能力，称为放 大器的选择性。
4
这里介绍两种基本指标：①矩形系数和②抑制比。
①矩形系数（通常说明对邻近波道选择性的好坏）
理想的频带放大器的频率响应曲线应呈现矩形。
实际曲线的形状应接近理想矩形。
Av /Av0
Cb c
b'
rb' c
c
rce
Cb' c Cb' e gmVb' e
Cce
c
13
4.2.3 混合π等效电路参数与形式等效电路y 参数的转换
Cb c
根据π等效电路， 写出节点电流方程。
b
rb b '
r b' e Cb e
b +
V1 I1
-
c +
I2 V2
e
I1
+
V1 yi
-
b'
rb' c
c
rce
Cb' c Cb' e gmVb' e
N1
-
-
L1
+
N2 Vi2 L2 -
2
b
(b) 等效电路
Ci2 gi2
图4.3.1 单调谐回路谐振放大器的原理性电路与等效电路
18
4.3.1 电压增益Av
由式(4.2.10)可得放大 输入
+
器的电压增益为:
信号 Vi1 -
1
L1
+
Vo -
C
+
Vo1
-+
L2 +
Vi2 -
YL
负载
VCC
-
Av
V Voi11
A v V V oi11
yfe yoeYL
p12yfe Y
20
晶体管
a
+
N
负载YL
Io1 yfeVi1
+ Vo1
1 go1 Co1 Y′L Vo C Gp
N1
--ຫໍສະໝຸດ L1+N2 Vi2 L2 -
Ci2 gi2
2
b
从上图可知，本级的实际电压增益是：
Av V Vii12
(N NV12i)1Vo1
I2 YLV2
I1
+
Ys V1 Yi
-
晶体管
yie
yfeV1 yreV2
yoe
解上面的方程组得： I1 (yieyyoreeyYfeL)V1
输入导纳为：
Yi V I11 (yieyyoreeyYfeL)
I2
+
YL
Yo
V2
-
上式说明，输入导纳Yi与负载导纳YL有关，这反映晶体管 有内部反馈，而该反馈是由反向传输导纳yre所引起的。
I2
(yoe
yreyfe yieYs
)V2
而输出导纳为： Yo V I22 (yoeyyireeyY fes)
11
最后由 I 2yfV e 1y oV e 2 I 2 Y L V 2 可得电压增益：
Av
VV12

yfe yo eYL
上式说明，晶体管的正向传输导纳越大，则放大器的增益 越大。

yfe yoeYL
2
yoe yo1go1j C o1
Vo1

yoe
yfe YL
Vi1
晶体管
a
+
N
负载YL
Io1 yfeVi1
+ Vo1
1 go1 Co1 Y′L Vo C Gp
N1
-
-
L1
+
N2 Vi2 L2 -
Ci2 gi2
2
b
为了分析方便把前后回路折算到ab两端。
19
15
4.2.4 晶体管的高频参数
0
1）截止频率 f
0.70

o

o
1 0
1 j(f / f)
1(f / f)2
f fT f
图4.2.6
2）特征频率 fT
o
1
1( fT / f)2
3）最高频率 fmax
fT f o2 1
o2 1
fT o f
(ppV12i)1Vo1

p1 p2 y fe Y
Av
VVoi11


p12 yfe Y
从右图可知，总的导纳是：
Y
YGpj(C1L1)
+ Vo
CΣ
G′ p
L1
-
21
根据并联谐振原理，在谐振点（ω=ωo）时：
C1L1,
YGp
可得到在谐振点（ω=ωo）的增益为：
C
Gp L1 C′i2 g′i2
+ Vo
-
-
yo1 p12yoe
YL p12YL
Y
CΣ
G′ p
L1
p 1 N N 1 p 2 N N 2G p G p g o 1 g i2C C C o 1 C i 2
Yp1 2(yoeYL )
式中负号表明，如果yfe、yoe与YL均为实数，则V1与V2相 位差180°。
12
4.2.2 混合π等效电路 上面分析的形式等效电路，没有牵涉到晶体管的物理机 构和工作的物理过程，因此不仅适合于晶体管，也适用于 任何四端器件。
混合π等效电路在《低频电子线路》中详细讨论过。
b
rb b '
r b' e Cb e
g i2 g o 1 G p G 2 p, 即 p 2 2 g i2 ： p 1 2 g o 1 G p
22
g i2 g o 1 G p G 2 p, 即 p 2 2 g i2 ： p 1 2 g o 1 G p
通常LC回路本身的损耗Gp很小，与 p12 go1 相比可以忽略， 因而上式变为：
如选输入电压V1和输出电压V2
为自变量，输入电流I1和输出电流
b
I2为参变量，则得到 y 参数。
+ V1 I1
c +
I2
V2
本章主要采用 y 参数分析电路 -
e
图4.2.1
从图可得
I1 yiV1 yrV2 I2 yfV1 yoV2
II12yyfi
3
本章重点讨论晶体管单级放大器。其他简略的讨论。 对高频小信号放大器提出如下的要求（质量指标）：
1）增益 2）通频带
AVo Vi
Gp
Po Pi
Av /Av0
1 0.7
通频带2Δf 0.7，也称3dB带宽 通频带2Δf 0.5，也称6dB带宽 3）选择性
2f0.7
0
f1 f0 f2
f
图4.1.1 放大器通频带
1
主要掌握和了解的内容：
1.了解高频小信号放大器的主要质量指标：增益、通频带、 选择性等含义；
2.熟悉晶体管高频小信号的两种等效电路：形式等效电路 和混合π等效电路；
3.熟悉并掌握单调谐回路谐振放大器的增益、通频带与选 择性的计算；
4.了解多级单调谐回路谐振放大器与双调谐回路放大器的 特点；
5.理解谐振放大器稳定与否的判据和可采取的稳定措施。
晶体管的功率增益为1时的工 作频率，称为最高振荡频率。
fmax21
gm 4rbbCbeCbc
16
§4.3 单调谐回路谐振放大器
输入
b
R1
C4
p2 d p1 c
L
R5
T1
C1
T2
a C2
+
Vi - R2 CF LF
+
R3 C3
Vo R6
-
CF LF
T3 输出
CF LF
-
+
图 三级单调谐回路共发射级放大器