高频电子线路(第四章 高频小信号放大器)

2 特 征 频 率 fT
定义： 定义：当 β 下降到 β β0 β0 ,β = 由于β = 2
1+ j f fβ
= 1 时所对应的频率为 f T
β
β0
由定义： 由定义：令
1+( fT fβ
2 0
f 1+ f β = 1 )2
β0
β0 / 2
低频区 1
可得
fT = f β
β
B2
4 YL 5
Rb2
Cb
Re
Ce
高频交流等效电路的画法原则： 高频交流等效电路的画法原则： (i)地与 地与Vcc都接入交流地 地与 都接入交流地 (ii)旁路电容视为短路 旁路电容视为短路 (iii)大电阻可视为开路 大电阻可视为开路
25 放大
分析第① 分析第①步： 画小信号等效电路） 画小信号等效电路）
β 0 = 100, 求其截止频率；当其工作在50 MHz时，
试估算此时的电流放大倍数 β
解:
150 由fT ≈ β 0 • f β ∴ 截止频率f β ≈ = = 1.5( MHz ) β 0 100
Q 工作频率50MHz >> 截止频率1.5MHz fT 150 ∴β ≈ = =3 50 f 低频时能放大电流100倍的三极管工作
− 1 ≈ β0 fβ
f fβ
fT
18
第四章 高频小信号放大器 §4.2.4 晶体管的高频参数
2 特 征 频 率 f T （续） fT ∴β = 由上一页 f T ≈ β 0 f β ∴ β 0 ≈ fβ
β0
f 1+ fβ
2
≈
fT f β f 1+ fβ
等效
-
I2
yi yr V2 yfV1 yo
+ V2
-
+ V2
-
用三极管引脚b,c,e来表示 来表示 用三极管引脚
ib + ube
-
ic
yie yreuce yfeube yoe
+ uce
12
第四章 高频小信号放大器 §4.2.1 形式等效电路（y参数）
y参数的求法和含义
& I1 yi = & V1
§4.2.4 晶体管的高频参数
主要的高频参数有：
截止频率 特征频率 最高振荡频率
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第四章 高频小信号放大器 §4.2.4 晶体管的高频参数
1 截止频率 f
β
电流放大倍数 β 随着工作频率下降到低 频值 β0的 1
2 时的频率
由于β0比1大的多,在频率为fβ时,|β|虽然下降到原来的0.707 大的多, 但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。 大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。
可 以 证 明 ： f max
1 ≈ 2π
gm 4 rb b ′ C b ′ e C b ′ c
(了解即可)
以上三个频率参数的大小顺序为： 以上三个频率参数的大小顺序为： f max > fT > f β 。
21
第三次作业
(1)教材P151 习题4.5
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第四章 高频小信号放大器
§4.3 单调谐回路谐振放大器
本节主要内容
单调谐回路谐振放大器的典型电路 §4.3.1 电压增益的分析 §4.3.2 功率增益及插入损耗 §4.3.3 通频带与选择性
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第四章 高频小信号放大器
单级单调谐回路谐振放大器 单调谐 谐 振 放 大 器 耦合回路 多级耦合回路谐振放大器 多级单调谐回路谐振放大器
单级耦合回路谐振放大器
§4.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（5）噪声系数
Psi / Pni (输入信噪比 ) 定义： N F = Pso / Pno (输出信噪比 )
此信号功率为 Psi 高频小信号 放大器 此信号功率为 Pni 此信号功率为 Pso
此信号功率为 Pno
N F 通常大于1, 越接近于1越好, 有多级放大器时, 前2级起决定作用 9
& I1 yr = & V2
& V1 = 0
称为输入短路时的反向 传输导纳
& I2 yo = & V2
& V1 = 0
称为输入短路时的输出 导纳
13
第四章 高频小信号放大器 §4.2.3 混合π参数和y参数的转换
yie和yoe的其他表示方法
yie yre V2 yfeV1 yoe
由于y 由于 ie和yoe均为复 而且虚部(电纳 电纳) 数，而且虚部 电纳 通常为正数， 通常为正数，所以在 图中， 图中，我们可以将其 看作一个电导g与一 看作一个电导 与一 个电容C的并联 的并联。 个电容 的并联。
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第四章 高频小信号放大器 §4.3 单调谐回路谐振放大器
单调谐回路谐振放大器的典型电路
一、实际电路图
Vcc Rb1 B1 VT C
1 2 3
Rb1、Rb2 为基极分压式偏置电阻 Re 为射极负反馈偏置电阻，稳定 为射极负反馈偏置电阻， 静态工作点
Cb、Ce 为旁路电容 对交流信号可 为旁路电容,对交流信号 信号可 视为短路 短路。 视为短路。
2
f 当工作频率f >> f β 时, >> 1, 分母中的1可忽略掉 fβ
∴β ≈
fT f β f fβ
fT = f
当工作频率f >> f β 时, 可以估算出工作频率下的电流放大倍数β
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第四章 高频小信号放大器 §4.2.4 晶体管的高频参数
例题 : 已知高频三极管9014的特征频率是150MHz，
Cb'c rbb' rb'c Cb'e ub'e rb'e gm ub’e rce
Cb'c b rbb' Cb'e
rb'c b' rce rb'e ree e
gm ub’e
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第四章 高频小信号放大器
§4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§4.2.3 混合π参数和y参数的转换
参数转换成y参数 （经常用的是将π参数转换成 参数） 经常用的是将 参数转换成 参数）
v BE
10
第四章 高频小信号放大器
§4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§4.2.1 形式等效电路（主要介绍y参数）
I2
图中，若以V1和V2为 自变量， I1和I2为参 变量，列出表达式：
I1 + V1
-
+ V2
-
& & & I1 = yiV1 + yrV2 & & & I =y V +yV
2 f 1
§4.1 概述
二、高频小信号放大器分类
按所用的材料分类：
晶体管（BJT) 场效应管（FET) 集电电路（IC)
通过学习基于晶体管的谐振放 大器来掌握基本原理，其他类 大器来掌握基本原理， 型的放大器原理基本相同。 型的放大器原理基本相同。
按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 按电路形式：单级放大器和多级放大器 按负载性质：
第四章 高频小信号放大器
电路性质：线性、甲类放大器
基础知识：
- 并联谐振回路 - 抽头等效变换
1
第四章 高频小信号放大器
本章内容
§4.1 概述 §4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数 §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* 注意：§4.6~4.10节不讲
yie = g ie + jωCie yoe = g oe + jωCoe
Cie goe gie yre V2 yfeV1 Coe
y y
fe reቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
= =
y y
fe re
e e
jϕ jϕ
fe
re
14
第四章 高频小信号放大器
§4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
c
§4.2.2 混合π等效电路
rcc
根据物理结构，分析客观 存在的寄生电容、电阻， 从而画出等效电路。
第四章 高频小信号放大器 §4.3 单调谐回路谐振放大器
二 高频交流等效电路
Ec Rb1 B1 VT C
1 L 2 3
放大电路由三部分组成
输入回路： 输入回路：输入变压器次 级绕阻 B1
B2
4 yL 5
Rb2
Cb
Re
Ce
晶体管：T 晶体管：
输出回路： 输出回路： LC 并联谐振回路， 并联谐振回路， 输出变压器 B2,及负载 YL 及负载
一个理想的放大器其主要指标（如增益、 通频带、中心频率等）应不随时间和外界 变化而变化，谓之稳定。 反之则为不稳定，不稳定的极限情况是自 激（无规则的、失控的正反馈）。 提高稳定性，避免自激的措施有
合理选择器件、合理设计PCB布局布线 单级的增益不要过高 加入稳定电路（如负反馈电路）等
8
第四章 高频小信号放大器
2∆f 0.7
20 lg 2
后面将会 证明谐振 放大器的 通频带与 谐振回路 的通频带 是类似的
6
调谐放大器电压增益的频率特性曲线
第四章 高频小信号放大器
§4.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（3）选择性
定义：表示放大电路从混合信号（有用信 号与干扰信号的叠加信号）中选出有用信 号，并抑制干扰信号的能力。 衡量指标
举例：若一个小信号放大器的增益为40dB，其实际电压放大倍数是多少?
Vo 解 : 因为Av = 20 lg = 40dB Vi 所以 lg Vo =2 Vi 放大倍数 Vo = 100(倍) Vi
5
第四章 高频小信号放大器
§4.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（2）通频带
定义：放大器的电压增益下降到最大值的 0.7（即1/ 2 ）倍时，上、下限频率之间的 频率范围称为放大器的通频带，用 B = 2∆f 0.7 表示。也称为3dB带宽。
谐振放大器（以谐振电路作为负载） 非谐振放大器（以滤波器作为负载）
4
第四章 高频小信号放大器
§4.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（1）增益（放大倍数） ）增益（放大倍数）
Vo 电压增益Av = Vi
Vo 用分贝（dB）表示应为Av = 20 lg Vi
Po 功率增益Ap = Pi Ap = 10 lg Po Pi
o 2
其中的 yi、yr、yf、yo 合称为 y 参数 可以看出4个参数均为导纳量纲，故其称为 y 参数 个参数均为导纳量纲，
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第四章 高频小信号放大器 §4.2.1 形式等效电路（y参数）
根据y参数公式画出y参数等效电路
这个等效电路非常重要，希望同学们记住。
I2 I1 + V1
-
I1 + V1
第四章 高频小信号放大器
§4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
为什么要提出小信号等效电路?
回答：由于信号幅度很小（mv级），所以可认 为晶体三极管工作于线性区，如果把它等效成 我们学过的线性元件的组合电路，那么就可以 用我们学过的线性电路知识进行分析了。 把这一段
等效方法
近似看作 一段直线
重点
形式等效电路（如y参数、h参数） iC 物理模拟等效电路（π参数）
yL
输出回路 输入回路 晶体管 VT C
3 L2 1 5 4
B1
20 在50MHz的高频时只能放大3倍了！ 倍了！
fT
第四章 高频小信号放大器 §4.2.4 晶体管的高频参数
3 最 高 振 荡 频 率 f max
定义： 定义：晶体管的功率增益Gp = 1时的工作频率为 f
f max
max
表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。 表示一个晶体管所能适用的最高极限频率 。 在此频 率工作时， 晶体管已得不到功率放大。 率工作时 ， 晶体管已得不到功率放大 。 一般当 f > f max 时 ， 无 论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。 论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。
矩形系数 抑制比
矩形系数 K r 0.1 =
2∆f 0.1 2∆f 0.7
矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择 矩形系数越小，曲线越接近矩形， 调谐放大器电压增益的频率特性曲线 7 性越好，矩形系数最小值为 1 性越好，
第四章 高频小信号放大器
§4.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（4）工作稳定性
2
第四章 高频小信号放大器
§4.1 概述
一、高频小信号放大器的特点 ① 频率较高
中心频率一般在几百kHz到几百MHz频 带宽（2△f0.7）在几kHz到几十MHz
把这一段 近似看作 一段直线
② 小信号
信号较小，所以工作在 线性范围内(甲类 放大器)
iC
vBE
将晶体管非线性元件 线性模型代替
3
第四章 高频小信号放大器
& I2 yf = & V
1
I2 I1 + V1
-
& & & I1 = yiV1 + yrV2 & & & I 2 = y f V1 + yoV2
2 f 1 o 2
& V2 = 0
+ V2
-
称为输出短路时的输入 导纳
y参数可能是
复数，如 复数，
& V2 = 0
称为输出短路时的正向 传输导纳
(25+10j)ms
为什么要进行转换？
回答：拿到一个三极管时，往往只知道其物理 π参数，而不知道y参数。而且，由后面的推导， 同学们可知，y参数不仅与π参数有关，还与工 工 作频率有关！ 作频率
转换方法
由π参数电路出发，推出与y参数方程形式上一 样的表达式，则其系数即为y参数了。
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第四章 高频小信号放大器
§4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数