第三章 高频小信号放大器
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VCC Rb1 Tr1 T C L
1 2 3
输出回路 输入回路 晶体管 T C Tr2
3 2 L 1 5 4
Tr2
4 yL 5
Tr1
yL
Rb2
Cb
Re
Ce
2) 画出交流小信号等效电路，
输入回路 Tr1 晶体管 输出回路
3 L 2 1 5 4
负载和回路之间采用了 变压器耦合，接入系数
yL
T
C
Tr2
v54 N1 p1 v31 N
输出电流 I 2 I c
图 4.2.5 ｙ参数及混合π等效电路
由KCL得b、b’、c的电流方程为
1 1 Ib Vbe Vb'e rbb' rbb'
1 1 0 Vbe yb'e yb'c V b'e yb'c Vce r ' rbb' bb
Av 0 dn Avn
A Av0 Avn f
d (dB) 20lg dn
fn f0
高频小信号放大器的主要质量指标
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管 参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特 性的稳定。 增益变化 中心频率偏移 不稳定现象 通频带变窄 谐振曲线变形等 放大器自激（极端情况）
高频小信号放大器的分类
单振荡回路 谐振放大器（窄带） （调谐与非调谐） 高频小信号放大器 非谐振放大器（宽带） LC集中滤波器 石英晶体滤波器 陶瓷滤波器 声表面波滤波器 耦合振荡回路
高频小信号放大器的主要质量指标
1) 增益：（放大系数）
Vo 电压增益： Av Vi
Po 功率增益： Ap Pi
采用低噪声管 保障措施 正确选择工作点电流
选用合适线路等 总结：以上指标既有联系，又有矛盾；根据要求，决定主次。
高频小信号放大器的分析方法
几十μV～几mV
fo–fs=fi
1V左右
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源四端 网络参数微变等效电路来分析。
主要由晶体管内 反馈引起，放大 器完全不能工作
高频小信号放大器的主要质量指标
5) 噪声系数：指放大器输入端SNR与输出端SNR的比值。
Psi Pni 输入端SNR Fn Pso Pno 输出端SNR
Psi Pni Fn (dB) 10lg Pso Pno
放大器中，噪声总是有害无益，要求噪声系数接近1。
g m V b'e 表示晶体管放大作用的等效电流发生器。
gm 0 rb'e Ic 26
希望 C bc和 rbb尽量小。
C bc 将输出的交流电压反馈一部分到输入端（基极），可
能引起放大器自激。
rbb
在共基电路中引起高频负反馈，降低晶体管的电流放 大系数。
End
输入电压 V1 Vb 输出电压 V2 Vc 输入电流 I1 I b
End
高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几 百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的 放大器。
fo–fs=fi
几十μV～几mV 1V左右
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带 宽为６MＨz左右。
理想
2f 0.01 K r0. 01 2 f 0 . 7
实际 f
高频小信号放大器的主要质量指标
3) 选择性 ：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的） 中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择 性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。
② 抑制比：表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。
2. 特征频率 1时所对应的频率。
0
f 1 f β
2
1
所以 f T f β 1
2 0
0
0 / 2
1
通常0 1,
当f fβ时,
f T 0 f β。
0
fT fβ
f fβ
fT
fT 2 f fβ f f 1 f
图4.2.6 β截止频率和 特征频率
即 f f T
可以粗略计算在某工作频率f >> fβ的电流放大系数。
3. 最高振荡频率fmax
晶体管的功率增益AP 1时的工作频率。
f ≥fmax后， Ap<1，晶体管已经不能得到功率放大。
通常，为使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体
管的实际工作频率应等于最高频率的 1 1 。
0 V 2
0 V 1
放大器输入导纳Yi
I y V y V ie 1 re 2 1 I 2 y fe V1 yoe V2 I 2 YL V2
yre yfe Yi yie y Y oe L V1 I1
Po Ap 10 log Pi
Vo 分贝表示： A v 20 log Vi
高频小信号放大器的主要质量指标
2) 通频带： 3dB带宽 6dB带宽
20.7 20.5
负载回路形式
回路的QL
通频带决定于
高频小信号放大器的主要质量指标
2) 通频带： 通频带越宽，放大器增益就越小，两者矛盾。 AM接收机（频带窄），矛盾不突出； 电视或雷达（频带宽），矛盾突出。 •牺牲单级增益，保证所需带宽，再加多 级保证总增益。 •放大器的总通频带随着放大级数的增加 而变窄。
采用自耦变压器-变压器耦合形式：
减弱本级输出导纳与下级晶体管输入导纳 YL对LC回路的影响;
适当选择初级线圈抽头位置与初次级线圈匝数比，可以使负载 导纳与晶体管的输出导纳相匹配，以获得最大功率增益。
图4.3.1
单调谐回路谐振放大ห้องสมุดไป่ตู้等效电路
代表晶体管放大作用的等效电流源 代表晶体管的输出电导与输出电容 代表回路本身的损耗 代表负载导纳
0 V 2
yV I1 yiV 1 r 2 yV I y V
2 f 1
o 2
称为输出短路时的输入导纳； 图 4.2.1 晶体管共发射极电路 称为输入短路时的反向传输导纳；
称为输出短路时的正向传输导纳； 称为输入短路时的输出导纳。
图 4.2.2 ｙ参数等效电路
0 V 1
yfe Av yoe YL V1
V2
图 4.2.2 ｙ参数等效电路
放大器输出导纳Yo
I y V y V ie 1 re 2 1 I 2 y fe V1 yoe V2 I1 Ys V1 ( I s 0)
又形式等效电路有：
I1 yi V1 yr V2 I 2 y f V1 yo V2
两种等效电路参数转换公式为：
yi Y11
yr Y12
yo Y22
y f Y21
End
1. 截止频率
下降到低频值 0的
0
f 1 j f
1 时所对应的频率。 2
3 L 2 1 5
T
C
4
Tr2
yL
优点：通用，没有涉及晶体管内部物理过程，分析电路方便， 适用于任何四端（或三端）器件。 缺点：网络参数与频率有关。
和输出电压 为自变量 设输入电压 V V 1 2
式中：
I yi 1 V 1 I yr 1 V 2 I yf 2 V 1 I yo 2 V 2
3 4
频率参数的关系: fmax fT fβ
End
4.3.1
电压增益
4.3.2 4.3.3 *4.3.4
功率增益 通频带与选择性 级间耦合网络
几十μV～几mV
fo–fs=fi
1V左右
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
通常需要多级放大器来提供足够高的增益和足够好的选 择性，从而为下一级（例如混频和检波）提供性能良好的有 用信号。
0
f 1 f
2
0
2
1
0
0 / 2
2. 特征频率 1时所对应的频率。
f T f β 02 1
f fβ
fT
通常0 1,
f T 0 f β。
当f > fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍 可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。
I 01 y fe Vi1 g 01、 C
01
Gp
1 Rp
YL gi 2 jCi 2
由式（4.2.10）可得放大器的电压增益为：Av
V o1
yoe yo1 YL' 为晶体管在输出端1、2两点之间看来的负载导纳，即下级晶 体管输入导纳与LC 谐振回路折算至1、2两点间的等效导纳。 ' y Y oe L 可以看成是1、2两点之间的总等效导纳。
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和 集成电路谐振放大器 场效应管高频小信号放大器 放大器中的噪声
*4.8 *4.9
*4.10 噪声的表示和计算方法
rbe 基射极间电阻
C b'e 发射结电容
rbb 基极电阻
rce
图 4.2.4 混合π等效电路
集射极间电阻 晶体管跨导
gm
由晶体管引线和封装等结构所形成，数 附加电容 C be、 C bc 、 Cce ： 值很小，高频下可以忽略。
26 0 rb'e IE
0 IE
为共射组态晶体管的低频电流放大系数； 为发射极电流，单位为mA。
+ +
yoe
yrevce yfevbe -
3
5
C u L2 31
1
v21
4
yL v 54
-
晶体管集、射回路与振 荡回路之间采用抽头接入， + 接入系数
yie
-
v 21 N 2 p2 v 31 N
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
图4.3.1 单调谐回路谐振放大器的原理性电路
高频小信号放大器的电路分析包括：1. 多级分单级，2. 静态分析，3. 动态分析，4. 整合系统几个基本步骤。
1. 多级分单级
前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级 放大器的负载。
1. 多级分单级
前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级 放大器的负载。
VCC Rb1 Tr1 C
I c gm V b'e yb'c V b'e ( yb'c gce )Vce
式中
yb'e gb'e jCb'e
yb'c gb'c jCb'c
消去V b 'e，并用 V b 代替V be ， V c 代替 V ce ，得：
I b Y11 V b Y12 Vc I c Y21 V b Y22 Vc
高频小信号放大器的主要质量指标
3) 选择性 ：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的） 中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择 性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。
① 矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。
K r 01
2f 0.1 2f 0.7
AV/AVo 1 0.7 2f0.7 0.1 2f0.1
yre yfe Yo yoe yie Ys V2 I2
图 4.2.3 晶体管放大器及其 ｙ参数等效电路
End
y（导纳）参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。
图 4.2.4 混合π等效电路
优点： 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。 缺点：
rbc 集电结电阻
C bc 集电结电容
1 L2 3
Tr2
4 yL 5
T
Rb2
Cb
Re
Ce
2. 静态分析
画出直流等效电路， 其简化规则：交流输入信号为零； 所有电容开路；所有电感短路。
VCC Rb1 Tr1 T C L2
3
1
Tr2
4 yL 5
Rb1
VCC
Rb2
Rb2
Re
Cb
Re
Ce
结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；
3. 动态分析 1) 画出交流等效电路， 其简化规则：有交流输入信号，所有 直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路 L、C保留）
End
4.2.1 4.2.2
形式等效电路（网络参数等效电路） 混合π等效电路
4.2.3
4.2.4
混合π等效电路参数与 形式等效电路ｙ参数的转换
晶体管的高频参数
因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗 并联组成，采用导纳分析比较方便，为此, 引入晶体管的y（导 纳）参数等效电路。
输入回路 Tr1 晶体管 输出回路
1 2 3
输出回路 输入回路 晶体管 T C Tr2
3 2 L 1 5 4
Tr2
4 yL 5
Tr1
yL
Rb2
Cb
Re
Ce
2) 画出交流小信号等效电路，
输入回路 Tr1 晶体管 输出回路
3 L 2 1 5 4
负载和回路之间采用了 变压器耦合，接入系数
yL
T
C
Tr2
v54 N1 p1 v31 N
输出电流 I 2 I c
图 4.2.5 ｙ参数及混合π等效电路
由KCL得b、b’、c的电流方程为
1 1 Ib Vbe Vb'e rbb' rbb'
1 1 0 Vbe yb'e yb'c V b'e yb'c Vce r ' rbb' bb
Av 0 dn Avn
A Av0 Avn f
d (dB) 20lg dn
fn f0
高频小信号放大器的主要质量指标
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管 参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特 性的稳定。 增益变化 中心频率偏移 不稳定现象 通频带变窄 谐振曲线变形等 放大器自激（极端情况）
高频小信号放大器的分类
单振荡回路 谐振放大器（窄带） （调谐与非调谐） 高频小信号放大器 非谐振放大器（宽带） LC集中滤波器 石英晶体滤波器 陶瓷滤波器 声表面波滤波器 耦合振荡回路
高频小信号放大器的主要质量指标
1) 增益：（放大系数）
Vo 电压增益： Av Vi
Po 功率增益： Ap Pi
采用低噪声管 保障措施 正确选择工作点电流
选用合适线路等 总结：以上指标既有联系，又有矛盾；根据要求，决定主次。
高频小信号放大器的分析方法
几十μV～几mV
fo–fs=fi
1V左右
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源四端 网络参数微变等效电路来分析。
主要由晶体管内 反馈引起，放大 器完全不能工作
高频小信号放大器的主要质量指标
5) 噪声系数：指放大器输入端SNR与输出端SNR的比值。
Psi Pni 输入端SNR Fn Pso Pno 输出端SNR
Psi Pni Fn (dB) 10lg Pso Pno
放大器中，噪声总是有害无益，要求噪声系数接近1。
g m V b'e 表示晶体管放大作用的等效电流发生器。
gm 0 rb'e Ic 26
希望 C bc和 rbb尽量小。
C bc 将输出的交流电压反馈一部分到输入端（基极），可
能引起放大器自激。
rbb
在共基电路中引起高频负反馈，降低晶体管的电流放 大系数。
End
输入电压 V1 Vb 输出电压 V2 Vc 输入电流 I1 I b
End
高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几 百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的 放大器。
fo–fs=fi
几十μV～几mV 1V左右
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带 宽为６MＨz左右。
理想
2f 0.01 K r0. 01 2 f 0 . 7
实际 f
高频小信号放大器的主要质量指标
3) 选择性 ：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的） 中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择 性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。
② 抑制比：表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。
2. 特征频率 1时所对应的频率。
0
f 1 f β
2
1
所以 f T f β 1
2 0
0
0 / 2
1
通常0 1,
当f fβ时,
f T 0 f β。
0
fT fβ
f fβ
fT
fT 2 f fβ f f 1 f
图4.2.6 β截止频率和 特征频率
即 f f T
可以粗略计算在某工作频率f >> fβ的电流放大系数。
3. 最高振荡频率fmax
晶体管的功率增益AP 1时的工作频率。
f ≥fmax后， Ap<1，晶体管已经不能得到功率放大。
通常，为使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体
管的实际工作频率应等于最高频率的 1 1 。
0 V 2
0 V 1
放大器输入导纳Yi
I y V y V ie 1 re 2 1 I 2 y fe V1 yoe V2 I 2 YL V2
yre yfe Yi yie y Y oe L V1 I1
Po Ap 10 log Pi
Vo 分贝表示： A v 20 log Vi
高频小信号放大器的主要质量指标
2) 通频带： 3dB带宽 6dB带宽
20.7 20.5
负载回路形式
回路的QL
通频带决定于
高频小信号放大器的主要质量指标
2) 通频带： 通频带越宽，放大器增益就越小，两者矛盾。 AM接收机（频带窄），矛盾不突出； 电视或雷达（频带宽），矛盾突出。 •牺牲单级增益，保证所需带宽，再加多 级保证总增益。 •放大器的总通频带随着放大级数的增加 而变窄。
采用自耦变压器-变压器耦合形式：
减弱本级输出导纳与下级晶体管输入导纳 YL对LC回路的影响;
适当选择初级线圈抽头位置与初次级线圈匝数比，可以使负载 导纳与晶体管的输出导纳相匹配，以获得最大功率增益。
图4.3.1
单调谐回路谐振放大ห้องสมุดไป่ตู้等效电路
代表晶体管放大作用的等效电流源 代表晶体管的输出电导与输出电容 代表回路本身的损耗 代表负载导纳
0 V 2
yV I1 yiV 1 r 2 yV I y V
2 f 1
o 2
称为输出短路时的输入导纳； 图 4.2.1 晶体管共发射极电路 称为输入短路时的反向传输导纳；
称为输出短路时的正向传输导纳； 称为输入短路时的输出导纳。
图 4.2.2 ｙ参数等效电路
0 V 1
yfe Av yoe YL V1
V2
图 4.2.2 ｙ参数等效电路
放大器输出导纳Yo
I y V y V ie 1 re 2 1 I 2 y fe V1 yoe V2 I1 Ys V1 ( I s 0)
又形式等效电路有：
I1 yi V1 yr V2 I 2 y f V1 yo V2
两种等效电路参数转换公式为：
yi Y11
yr Y12
yo Y22
y f Y21
End
1. 截止频率
下降到低频值 0的
0
f 1 j f
1 时所对应的频率。 2
3 L 2 1 5
T
C
4
Tr2
yL
优点：通用，没有涉及晶体管内部物理过程，分析电路方便， 适用于任何四端（或三端）器件。 缺点：网络参数与频率有关。
和输出电压 为自变量 设输入电压 V V 1 2
式中：
I yi 1 V 1 I yr 1 V 2 I yf 2 V 1 I yo 2 V 2
3 4
频率参数的关系: fmax fT fβ
End
4.3.1
电压增益
4.3.2 4.3.3 *4.3.4
功率增益 通频带与选择性 级间耦合网络
几十μV～几mV
fo–fs=fi
1V左右
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
通常需要多级放大器来提供足够高的增益和足够好的选 择性，从而为下一级（例如混频和检波）提供性能良好的有 用信号。
0
f 1 f
2
0
2
1
0
0 / 2
2. 特征频率 1时所对应的频率。
f T f β 02 1
f fβ
fT
通常0 1,
f T 0 f β。
当f > fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍 可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。
I 01 y fe Vi1 g 01、 C
01
Gp
1 Rp
YL gi 2 jCi 2
由式（4.2.10）可得放大器的电压增益为：Av
V o1
yoe yo1 YL' 为晶体管在输出端1、2两点之间看来的负载导纳，即下级晶 体管输入导纳与LC 谐振回路折算至1、2两点间的等效导纳。 ' y Y oe L 可以看成是1、2两点之间的总等效导纳。
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和 集成电路谐振放大器 场效应管高频小信号放大器 放大器中的噪声
*4.8 *4.9
*4.10 噪声的表示和计算方法
rbe 基射极间电阻
C b'e 发射结电容
rbb 基极电阻
rce
图 4.2.4 混合π等效电路
集射极间电阻 晶体管跨导
gm
由晶体管引线和封装等结构所形成，数 附加电容 C be、 C bc 、 Cce ： 值很小，高频下可以忽略。
26 0 rb'e IE
0 IE
为共射组态晶体管的低频电流放大系数； 为发射极电流，单位为mA。
+ +
yoe
yrevce yfevbe -
3
5
C u L2 31
1
v21
4
yL v 54
-
晶体管集、射回路与振 荡回路之间采用抽头接入， + 接入系数
yie
-
v 21 N 2 p2 v 31 N
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
图4.3.1 单调谐回路谐振放大器的原理性电路
高频小信号放大器的电路分析包括：1. 多级分单级，2. 静态分析，3. 动态分析，4. 整合系统几个基本步骤。
1. 多级分单级
前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级 放大器的负载。
1. 多级分单级
前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级 放大器的负载。
VCC Rb1 Tr1 C
I c gm V b'e yb'c V b'e ( yb'c gce )Vce
式中
yb'e gb'e jCb'e
yb'c gb'c jCb'c
消去V b 'e，并用 V b 代替V be ， V c 代替 V ce ，得：
I b Y11 V b Y12 Vc I c Y21 V b Y22 Vc
高频小信号放大器的主要质量指标
3) 选择性 ：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的） 中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择 性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。
① 矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。
K r 01
2f 0.1 2f 0.7
AV/AVo 1 0.7 2f0.7 0.1 2f0.1
yre yfe Yo yoe yie Ys V2 I2
图 4.2.3 晶体管放大器及其 ｙ参数等效电路
End
y（导纳）参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。
图 4.2.4 混合π等效电路
优点： 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。 缺点：
rbc 集电结电阻
C bc 集电结电容
1 L2 3
Tr2
4 yL 5
T
Rb2
Cb
Re
Ce
2. 静态分析
画出直流等效电路， 其简化规则：交流输入信号为零； 所有电容开路；所有电感短路。
VCC Rb1 Tr1 T C L2
3
1
Tr2
4 yL 5
Rb1
VCC
Rb2
Rb2
Re
Cb
Re
Ce
结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；
3. 动态分析 1) 画出交流等效电路， 其简化规则：有交流输入信号，所有 直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路 L、C保留）
End
4.2.1 4.2.2
形式等效电路（网络参数等效电路） 混合π等效电路
4.2.3
4.2.4
混合π等效电路参数与 形式等效电路ｙ参数的转换
晶体管的高频参数
因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗 并联组成，采用导纳分析比较方便，为此, 引入晶体管的y（导 纳）参数等效电路。
输入回路 Tr1 晶体管 输出回路