第四章 高频小信号放大器(高频电子技术)

高频电子技术第四章 高频小信号放大器§4.1 概述低频放大器：工作频率较低，但带宽较宽；高频放大器：工作频率很高（中心频率在几百千赫至几百兆赫以上），但带宽很窄。

故高频放大器一般都是采用选频网络组成谐振放大器或非谐振放大器。

(1)谐振放大器：采用谐振回路（串、并联或耦合回路）作负载的放大器。

它又分为调谐放大器（高频放大器）和频带放大器（中频放大器）。

(2)非调谐放大器：由滤波器和阻容放大器组成的各种窄带、宽带放大器。

高频小信号放大器的主要质量指标：(1)增益：放大器输出电压与输入电压之比；(2)通频带：放大器的电压增益下降到最大值的0.7倍（2/1）时对应的频率范围：3db 带宽； 放大器的电压增益下降到最大值的0.5倍（2/1）时对应的频率范围：6db 带宽； (3)选择性：抑制干扰的能力。

(4)工作稳定性：电路元件参数发生改变时放大器的稳定程度。

(5)噪声系数：噪声系数＝输入端信噪比/输出端信噪比，如放大器内部噪声接近于零，则噪声系数接近于1，说明放大器本身引入的噪声很小。

§4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路的两种形式：形式等效电路和物理模拟等效电路。

形式等效电路：将晶体管等效为有源线性四端网络。

优点：分析电路方便，具有普遍意义；缺点：网络参数与频率有关。

物理模拟等效电路：用RLC 元件表示晶体管内部的复杂关系，即每一元件与晶体管内发生的某种物理过程有明显的关系，用这种物理模拟的方法得到的物理等效电路就是混合π等效电路。

优点：各个元件在很宽的频率范围内保持常数；缺点：分析电路不够方便。

4.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）（P91） 一、双口网络压控型伏安关系V AR （y 参数）：1V 2端口1和端口2都外接电压源。

端口电流1I 的表示式：sc1212111111211y y )1N ()1()1(I V V I I IV V I ++='''+''+'=++=产生的电流口中所有独立源作用在端只由网络产生的电流单独作用在端口电压源产生的电流单独作用在端口电压源端口电流2I 的表示式： sc21212222y y I V V I ++=其中，0,0111112===sc I V V I y 为端口1（输出）短路策动点（输入）导纳；i y,0211211===sc IV V I y 为端口1（输入）短路反向转移导纳；r y0,0122122===sc I VV I y 为端口2（输出）短路正向转移导纳；f y,0222221===sc IV V I y 为端口2（输入）短路策动点（输出）导纳；o y0,01sc121===V V I I 为两端短路时端口1的短路电流； 0,02sc221===V V I I 为两端短路时端口2的短路电流；写成矩阵形式：sc I V Y I +=，即⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡21212221121121sc sc I I V V y y y y I I一个双口网络可以用短路导纳矩阵Y 和短路电流向量scI 来表征，矩阵Y 中的各元素称为y 参数。

二、双口网络流控型伏安关系V AR （z 参数）：端口1和端口2都外接电流源。

写成矩阵形式：oc V I Z V +=，即⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡21212221121121oc oc V V I I z z z z V V0,0111112===oc V I I V z 为端口1开路策动点阻抗；0,0211211===oc V I I V z 为端口1开路反向转移阻抗；0,0122122===oc V I I V z 为端口2开路正向转移阻抗；0,0222221===oc V I I V z 为端口2开路策动点阻抗；0,01oc121===I I V V 为两端开路时端口1的开路电压； 0,02oc221===I I V V 为两端开路时端口2的开路电压；一个双口网络可以用开路阻抗矩阵Z 和开路电压向量ocV 来表征，矩阵Z 中的各元素称为z 参数。

三、双口网络混合型伏安关系V AR （h 参数）：1．混合I 型：端口1——电流源，端口2——电压源 写成矩阵形式：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡21212221121121sc oc I V V I h h h h I V 0,0111112===oc VV I V h 为端口1短路策动点阻抗；0,0211211===oc V I V V h 为端口1开路反向电压转移比；0,0122122===sc I V I I h 为端口2短路正向电流转移比；0,0222221===sc I I V I h 为端口2开路策动点导纳；0,01oc121===V I V V 为端口2短路时端口1的开路电压； 0,02sc221===V I I I 为端口1开路时端口2的短路电流；矩阵H 中的各元素称为h 参数。

2．混合II 型：端口1——电压源，端口2——电流源 四、晶体管y 参数等效电路如果双口网络内部不含独立电源（如晶体管），则压控型VAR 为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡21212221121121V V y y y y V V y y y y I I o f r i 211V y V y I r i +=212V y V y I o f +=得y 参数等效电路：图4.2.2（P92）此时，短路导纳参数仅与晶体管的参数有关，与外电路无关，所以称为内参数。

如果晶体管接入外电路，由于输入端和输出端接有外电路，此时得出的y 参数不仅与晶体管有关，而且与外电路有关，所以称为外参数。

以晶体管共射电路（带外电路）为例：图4.2.3（P93）s I Y L211V y V y I re ie +=(4.2.3)212V y V y I oe fe +=(4.2.4) 22V Y I L -=(4.2.5)由以上公式消去2I ，2V 可得11V y y y y y I L oe fe re ie ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-= 因此输入导纳：Loe fe re ie i y y y y y V IY +-==11 可见，输入导纳i y 与负载导纳L y 有关，晶体管内部有反馈 。

求输出导纳时，应由以上公式消去1I ，1V 求2I ，2V 的关系，此时应将电流源开路（电压源短路），有（理解：求伏安关系实际上是求电路本身的阻抗或导纳特性，此时电路中的电压和电流为设定的虚拟量，并不真实存在，因此应去除电路中存在的的有固定值的电压、电流源的影响。

求输出电阻两种方法：一、输出开路电压和短路电流，实际上测电流时输出加负载；二、将输入信号短路，保留信号源内阻，在输出加电压，求此时的电流，由电压和电流得到输出电阻）11V Y I s -=，代入211V y Vy I re ie +=(4.2.3)可得 21V y y y V sie re +-=，代入212V y V y I oe fe +=(4.2.4)可得22V Y y y y y I s ie fe re oe ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-= 输出导纳：sie fe re oe o Y y y y y V I Y +-==22可见，输出导纳o y 与信号源导纳s y 有关，也反映了晶体管内部有反馈 。

由212V y V y I oe fe +=(4.2.4)和22V Y I L -=(4.2.5)消去2I ，可得电压增益：Loe fe v Y y y V V A +-==12与正向转移导纳有关，导纳越大，阻抗越小，放大器增益越大。

4.2.2 混合π等效电路 图4.2.4（P95）bcb b r '：基极电阻； e b r '：基-射极间电阻； e b C '：发射结电容；c b r '：集电结电阻； c b C '：集电结电容； ce r ：集-射极间电阻；eb m V g ' ：晶体管放大作用的等效电流发生器，m g 称为晶体管跨导。

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bc根据混合π等效电路可得)(1eb be b b b V V r I ''-= )()(1ce e b c b e b e b e b be b b V V y V y V V r -+=-''''''（即可以分成c b '和e b '两条支路电流的和） )(1eb cec b ce cee b m c V V y V r V g I '''-++= 其中，e b e b e b e b eb eb e b e b e b C j g C j r C j r C j r y '''''''''+=+=+=ωωωω111，c b c b c b C j g y '''+=ω 另be b V V =，cec V V =，整理得 c c b e b b b cb bc b e b b b c b e b b V y y r y V y y r y y I )(1)(1'''''''''++-+++=（消掉eb V ' ）c c b e b b b c b m b b c b c b ce b c b e b b b cb m cV y y r y g r y y g V y y r y g I ])(1)([)(1'''''''''''++-+++++-=（消掉eb V ' ） 对照c r b i b V y V y I +=和c o b f c V y V y I +=，并满足c b m y g '>>，c b e b y y ''>>，c b ce g g '>>可得b b e b e b b b eb e b e b b b e bc b e b b b c b e b ie i r C j g r C j g y r y y y r y y y y ''''''''''''''+++=+≈+++==ωω)1(1)(1 b b e b e b b b c b c b e b b b c b c b e b b b c b re r r C j g r C j g y r y y y r y y y '''''''''''''+++-=+-≈++-==ωω)1()(1)(1 b b e b e b b b me b b b m c b e b b b c b m fef r C jg r g y r g y y r y g y y ''''''''''++=+≈++-==ω)1(1)(1b b e b e b b b cb c b mb bc b ce eb b b mb bc b c b ce c b e b b b c b m b b c b c b ce oe o r C j g r C j g g r C j g y r gr y y g y y r y g r y y g y y ''''''''''''''''''''+++++≈+++≈++-++==ωωω)1(1)(1)(四个参数均为复数，可以表示为ie ie ie C j g y ω+=oe oe oe C j g y ω+=fe fe fe y y ϕ∠=re re re y y ϕ∠=令e b b b g r a ''+=1，b b e b r C b ''=ω则22b a C b ag g e b e b ie ++≈''ω；22b a C C eb ie+=' 22b a r g C b ag g g b b m c b c b ce oe +++≈'''ω；22b a bg r g aC C C cb b b mc b cb oe +-+≈'''' 22b a g y m fe +≈；abfe arctan-=ϕ 22b a C y cb re +≈'ω；)arctan2(ab re +-=πϕ 4.2.4 晶体管的高频参数（P98）1．截止频率βf共射电路的电流放大系数β随工作频率的上升而下降，当β降低至低频值0β的2/1时的频率称为β截止频率，用βf 表示。