高频电子线路第二版 第3章 高频小信号放大器

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①对于共发射极组态的y参数等效电路
I1 Ib
U1 U be
yie Ib /U be Uce0
yfe Ic /U be Uce0
I2 Ic
U 2 U ce
yre Ibe /Uce Ube 0
yoe Ic /Uce Ube 0
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Ic YLU c
U c
yfe yoe
YL
U
i
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Ib
yieU i
yre yfe yoe YL
Ui
放大器的输入导纳Yi为
Yi
UIbi
yie
yfe yre yoe YL
同理可得出放大器的输出导纳Yo
Yo
Ic U c
yoe
yfe yre yie Ys
由于yre的存在，放大器负载导纳YL 的变化会引起放 大器输入导纳Yi的变化。Ys的变化会引起放大器输出导 纳Yo变化。也就是放大器前后级参数的变化会产生相互 影响。
(2)回路有损耗和失配时的功率增益
AApp00
UUUUoi22oi22ggggiieeii21ee21
p1pp1gp2g2yfye fe 2
2
g gie2ie2 gige1ie1
p12 p22 yfe 2 gie2 g2 gie1
yfe 2 4goe gie1
4
p12
goe p22 g2
gie2
yfe 2 4goe gie1
U 2 U ec
yic Ib /U bc Uec0
yrc Ib /Uec Ubc 0
yfc Ie /U bc Uec0
yoc Ie /Uec Ubc 0
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3.2.2 晶体管的混合π等效电路
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rbb是基区扩展电阻,rbe 是发射结电阻, Cbe是发射结
的结电容。 rbe 26 0 / IEQ IEQ为静态工作点电流(mA)
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3.1.3 高频小信号放大器的主要技术指标
1.电压增益与功率增益
电压增益 Au 等于放大器输出电压与输入电压之比；
Au
uo ui
功率增益 Ap 等于放大器输出给负载的功率与输入功率 之比。
AP
Po Pi
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2.通频带
通频带的定义是放大器的电压增益下降到最大值的
Cbc )
计算数值。
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y参数与混合π等效电路参数的变换关系可根据y参 数的定义求出，其近似计算公式为
yie
1
gbe j(Cbe Cbc ) rbb gbe j(Cbe Cbc )
yre
1 rbb
jCbc gbe j(Cbe
Cbc )
yfe
gm IEQ / 26(mV )
rbe 26 0 / IEQ
rbb 从晶体管器件手册中可查得。
Cbc Cob,Cob是晶体管共基接法且发射极开路时c、
b间的结电容，从晶体管器件手册中可查得。
Cbe的数值可通过手册给岀的特征频率 fT和放大电路
的静态工作点的数值由 fT 0 fβ 和
fβ
1 2πrbe (Cbe
4.了解低噪声放大器的作用、性能特点和实现电路； 了解接收机的噪声指标的含义和灵敏度的概念。
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本章的教学内容
3.1 概述 3.2 晶体管的高频小信号等效电路 3.3 晶体管小信号谐振放大器 3.4 小信号谐振放大器的稳定性 3.5 场效应管高频小信号放大器 3.6 线性宽带集成放大电路 3.7 放大电路的噪声与低噪声放大器
1.放大器的y参数等效电路、输入导納和输岀导納
信号源用IS 和YS等效
负载为T2放 大器的输入
导纳Yie2
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设从T1管的ce两端向谐振回路看的等效负载导纳为YL
由晶体管内部特性决定 Ib yieUi yreUc Ic yfeUi yoeUc
而Ic 又要由外部负载 YL 所决定
0 gmrbe
根据定义， 0 / 2 所对应的 f 为 fβ 。
1 βrbe (Cbe Cbc ) 2 2
1 fβ 2πrbe (Cbe Cbc )
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已知 0 时,任意频率 f 的 的计算
0 0 1 j /β 1 jf / fβ
0
1 ( f / fβ)2
根据定义 Ic /Ib Uce 0 , Cbc 很小,忽略流过Cbc电流,可得
Ic gmU be
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U be
Ib
g b e
1
j (Cbe
Cbc )
Ic Ib
gbe
gm
j(Cbe
Cbc )
0 对应低频, Cbe 和Cbc 可忽略,则
0
1 jrbe (Cbe Cbc )
1
rbb
gm jCbc gbe j(Cbe
Cbc )
yoe 1 rbb
jCbcrbb gm gbe j(Cbe Cbc )
jCbc
yie gie jCie
yoe goe jCoe
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3.2.3 晶体管的高频参数
1.截止频率 fβ
当 下降到低频电流放大系数0的1/ 2 倍时，所对 应的频率称为 的截止频率fβ 。
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4.噪声系数
噪声系数是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个 参量。
线性网络(小信号放大器)的噪声系数的定义是线性 网络输入端信号噪声功率比Psi /Pni 与输出端信号噪声功 率比Pso／Pno的比值。用NF来表示。即
对于放大器来说，总是希望放大器本身产生的噪声 越小越好，即要求噪声系数接近于1。即放大器本身产 生的噪声为零。
g
p1 p2 yfe
jC
1
jL
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放大器谐振时，0C 1/(0L) 0 ,对应的谐振频率
0
1 LC
谐振电压增益
Au 0
p1 p2 yfe g
谐振电压增益的模
Au 0
p1 p2 yfe g
谐振电压增益的相移 180 o fe
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2.谐振时的功率增益 Ap0 根据定义 Ap Po / Pi , 可得
2.特征频率 fT 特征频率的定义是，当 下降到1时所对应的频率。
0
1
1 ( fT / fβ )2
fT fβ 02 1
晶体管的 0 1
fT 0 fβ
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当f fT， 1 时，但这并不意着晶体管已经没有
放大作用，这时放大器电压增益还有可能大于1。
3.最高振荡频率 fmax
条件下
Ap 0 m a x
p1 p2 p12 goe
yfe p22 gie2
2
gie2 gie1
2
p1 p2 yfe
2
gie2
p12 goe
p22 gie2
gie1
yfe 2 4goe gie1
最大功率增益由晶体管本身参数决定, 与外电路参 数无关。
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I2 y21U1 y22U 2
y11 yi I1 /U1 U2 0 称为输出短路时的输入导纳； y12 yr I1 /U2 U1 0 称为输入短路时的反向传输导纳； y21 yf I2 /U1 U2 0 称为输出短路时的正向传输导纳； y22 yo I2 /U2 U1 0 称为输入短路时的输出导纳。
1/ 2 倍时，所对应的频带宽度。常用2f0.7来表示。
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3.矩形系数
矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。而选 择性是表示选取有用信号，抑制无用信号的能力。
K r0.1
2f0.1 2f0.7
理想幅频特性
理想的频带放大器的频率 响应曲线应是矩形。即
Kr0.1 1
g p12 goe g0 p22 gie
总电容
C
p12Coe
C
p
2 2
Cie
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3.3.3 单调谐回路放大器的技术指标 1.电压增益 Au
Au Uo /Ui
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Y
g
jC
1
jL
由等效电路
U o p2
p1 yfeUi Y
g
p1 yfeUi
jC
1
jL
则
Au
U o U i
rbc是集电结的结电阻,由于集电结处于反向偏置，
其数值很大；Cbc是集电结的结电容，其数值较小。
高频率范围内, rbc 的值比
Cbc的容抗值要大得多，通常对 等效电路进行简化时常用Cbc 代
替C 和 bc rbc 的并联电路。简化等
效电路如图所示。
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混合π等效电路的参数的估算
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第3章 高频小信号放大器
本章教学基本要求
1.掌握小信号调谐放大器的电路、工作原理和分析 方法；了解宽频带放大器与集中选频滤波器的特点和使 用方法。
2. 了解电子电路中噪声的来源和影响因素；掌握 电阻热噪声的有关计算。
3.掌握噪声系数的定义和计算方法；了解噪声温度 的概念。
4 p12 goe p22 gie2 ( p12 goe p22 gie2)2
( p12 goe
p22 gie2)2 g2
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3.1.2 高频小信号放大器的分类与用途 高频小信号放大器的分类： 按照所放大信号的频谱宽窄可分为宽带小信号放大
器和窄带小信号放大器； 按照所用负载的性质可分为谐振和非谐振小信号放
大器。 高频小信号放大器的主要用途：
接收机的前置高频放大器(低噪声放大器)；
接收机的中频放大器。
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2.简化的等效电路(假设晶体管的 yre 0 )
变压器一次侧的电感量为L，在工作频率时其空载
品质因数为Q0，则空载谐振电导g0=1/ω0LQ0。
yie gie jCie
yoe goe jCoe p1 N12 / N13 p2 N45 / N13
总电导
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Ap0
U
2 o
gie2
U
2 i
gie1
p1 p2 yfe g
2
gie2 gie1
2
p1 p2 p12 goe g0
yfe p22 gie2
gie2 gie1
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(1)谐振时的最大功率增益
在回路无损耗( Q0 , g0 0 )及匹配( p12goe p22gie2 )
gmU be 表示晶体管放大作用的等效电流源， 而 gm IEQ / 26(mV ) ，表示晶体管的放大能力，称为跨导， 单位为S。
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混合π等效电路的简化
rce是集电极与发射极之间电阻，其数值很大，可忽 略其影响。 Cce是集电极与发射极之间的电容，其值很 小，等效时可合并到集电极负载电路中去。
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3.2 晶体管的高频小信号等效电路
晶体管和场效应管是组成放大器的主要器件。
晶体管和场效应管的特性是非线的,在分析不同类 形的放大器时，会根据具体条件进行相应的近似等效。
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3.2.1 晶体管的Y参数等效电路
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I1 y11U1 y12U 2
②对于共基极组态的y参数等效电路
I1 Ie
U1 U eb
I2 Ic
U 2 U cb
yib Ie /Ueb Ucb0
yrb Ie /Ucb Ueb0
yfb Ic /Ueb Ucb0
yob Ic /Ucb Ueb0
③对于共集电极组态的y参数等效电路
I1 Ib
U1 U bc
I2 Ie
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3.1 概 述
3.1.1 高频小信号放大器的功能
高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号 进行不失下页 退出
高频小信号放大器的特点是：
（1）高频是指被放大信号的频率在数百千赫至数百 兆赫。由于频率高，放大器的晶体管的极间电容的作用 不能忽略。
哈尔滨工程大学首页上页下页退出高频电子线路本章的教学内容31概述32晶体管的高频小信号等效电路33晶体管小信号谐振放大器3434小信号谐振放大器的稳定性35场效应管高频小信号放大器36线性宽带集成放大电路37放大电路的噪声与低噪声放大器哈尔滨工程大学首页上页下页退出高频电子线路31概述311高频小信号放大器的功能高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真地放大
（2）小信号是指放大器输入信号小，可以认为放大 器的晶体管(或场效应管)是在线性范围内工作。这样就 可以将晶体管(或场效应管)看成为线性元件，分析电路 时可将其等效为二端口网络。也就是放大器工作于线性 放为大uo状 态AuU，im输co入s信t ，号其电中压A为u 为ui放 U大im器co的s电t 时压,增输益出。电从压信 号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频 谱是完全相同的。
晶体管的功率增益 AP 1时所对应的频率称最高振 荡频率 fmax 。
fmax
1 2π
gm 4rbbCbeCbc
fβ fT fmax
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3.3 晶体管小信号谐振放大器
3.3.1 单调谐回路谐振放大器
单 调 谐
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3.3.2 单调谐回路放大器的等效电路及分析