高频小信号放大器

小信号放大器(高频)4.了解集中选频放大器电路；了解噪声概念； 二、学习要点（一）高频小信号放大器的分类 （l ）按器件分类高频小信号放大器若按器件分可分为晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器。

(2)按通带分类高频小信号放大器若按通带分可分为窄带放大器、宽带放大器。

（3）按负载分类高频小信号放大器若按负载分可分为谐振放大器、非谐振放大器。

本章重点介绍单级窄带负载为I ．C 调谐回路的谐振放大器，这种放大器不仅有放大作用，而且有选频作用。

对其他器件的单级谐振放大器、各种级联放大器以及集成电路放大器这略加讨论。

（二） 高频小信号放大器的质量指标 1.增益（放大系数）放大器输出电压Vo(或功率P 。

)与输入电压V i （或功率P i ）之比，称为放大器的增益或放大倍数，用A v （或A P ）表示（有时以dB 数计算）。

我们希望每级放大器在中心频率（谐振频率）及通频带处的增益尽量大，使满足总增益时级数尽量少。

电压增益：iov V V A =(6-1) 功率增益：ioP P P A =（6-2） 2.通频带放大器的电压增益下降到最大值的0，7（即v ／1）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用B ＝2△f 0.7表示，如图3－l 所示。

2△f 0.7也称为3分贝带宽。

图6－1 高频小信号放大器的通频带与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数Q e 。

此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄，并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。

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。

矩形系数（见图6-2）：7.01.01.022f f K r ∆∆=(6-3) 2△f 0.1为放大倍数下降至0．1处的带宽，K r0.1愈接近于1越好。

K r0.1表示对邻值干扰的抑制能力。

图6-2 理想的与实际的频率特性4．工作稳定性工作稳定性是指在电源电压变化或器件参数变化时，增益、通频带、选择性三个参数的稳定程度。

为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。

5．噪声系数放大器的噪声性能可用噪声系数表示：（输出信噪比）输入信噪比）no so ni si F P P P P N /(/=(6-4)N F 越接近1越好。

在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。

以上这些要求，相互之间既有联系又有矛盾。

增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。

因此应根据需要决定主次，进行分析和设计。

（三） 晶体管高频小信号等效电路与参数 高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。

y 参数等效电路和混合π等效电路是描述晶体管工作状况的重要模型。

y 参数与混合π参数有对应关系，y 参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。

晶体管在高频运用时，它的等效电路不仅包含着一些和频率基本没有关系的电阻，而且还包含着一些与频率有关的电容，这些电容在频率较高时的作用是不能忽略的。

晶体管在高频运用时s 它的等效电路主要有两种表示方法，形式等效电路和物理模拟等效电路（混合t 等效电路）。

1．形式等效电路（y 参数等效电路）形式等效电路把晶体管等效为有源四端网络，高频等效电路中主要采用y 参数进行分析，即U 1、U 2，为自变量，I 1，、I 2为参变量。

图6-3 为晶体管共发电路的y 参数等效电路。

1111122I y U y U =+ （6-5） 2211222I y U y U =+ （6-6）其中，211110/|i U y y I U ===称为输出短路时的输入导纳；112120/|r U y y I U ===称为输入短路时的反向传输导纳； 221210/|f U y y I U ===称为输出短路时的正向传输导纳； 122220/|o U y y I U ===称为输入短路时的输出导纳。

2．物理模拟等效电路（混合π等效电路）图6-4为晶体管混合π等效电路图中各元件名称及典型值范围如下：ｒbb ′： 基区体电阻, 约１５Ω～５０Ωｒb ′e ： 发射结电阻re 折合到基极回路的等效电阻, 约几十欧到几千欧。

ｒb ′c ：集电结电阻, 约１０k Ω～１０M Ω。

ｒce ：集电极—发射极电阻, 几十千欧以上。

ｃb ′e ：发射结电容, 约１０ ｃb ′c ：集电结电容, ｇm ：晶体管跨导,3．混合π等效电路的简化由于集电结电容 C b ′c 跨接在输入输出端之间, 是双向传输元件, 使电路的分析复杂化。

为了简化电路, 可以把C b ′c 折合到输入端b ′、 e 之间, 与电容C b ′e 并联, 其等效电容为：C M =(1+g m R ′L )C b ′c (2.1)即把C b ′c 的作用等效到输入端, 这就是密勒效应。

其中g m 是晶体管跨导, R ′L 是考虑负载后的输出端总电阻, C M 称为密勒电容。

另外, 由于r ce 和r b ′c 较大, 一般可以将其开路。

这样, 利用密勒效应后的简化高频混合π型等效电路如图（6—4）所示。

图6—5 简化高频混合π型等效电路（四） 晶体管谐振放大器1．单级单调谐回路谐振放大器单级单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联回路的组合，如图（6—5） 所示。

前面分析的晶体管等效电路和并联回路的结论均可应用。

2．单级单调谐回路谐振放大器的质呈指标 （1）电压增益)21(021.f fjQ g y n n A e feu ∆+-=∑ （6-7） 谐振时电压放大增益达到最大值：∑-=g y n n A feu 21.0，∑=g y n n A feu 210 （6-8）（2）放大器的通频带 放大器u uA A 随f 而变化的曲线，叫放大器的谐振曲线，如图6－6所示。

当210=u u A A 时得L Q f f 07.02=∆为放大器的通频带。

（3）选择性单调谐放大器的选择性用矩形系数表示为195.91102227.01.01.0>>=-=∆∆=f f K r （6—9）单调谐放大器的矩形系数比1大得多，因此选择性比较差。

3．多级单调谐回路谐振放大器 、 （1）多级放大器的电压增益假如，放大器有n 级，各级的电压增益分别为1u A 、2u A 、…un A , 则总增益为各级增益的乘积，即un u u n A A A A ...21= （6—10）如果多级放大器是由完全相同的单级放大器组成的，则nu n A A 1= （6—11）（2）多级放大器的通频带对n 级放大器而言，通频带为enn n Q f f f 017.017.0)12(2)12()2(-=∆-=∆ （6-12） 式中，2Δf 0.7为单级放大器的通频带，121-n称为带宽缩减因子，它意味着级数增加后，总通频带变窄的程度。

（3）多级单调谐放大器的选择性（矩形系数） n 级单调谐回路放大器的矩形系数为121100)2()2(117.01.01.0--=∆∆=n nnn r f f K单调谐回路放大器的优点是电路简单·调试容易，其缺点是选择性差（矩形系数离理想的矩形系数K ，。

l ＝l 较远），增益和通频带的矛盾比较突出。

要解决这个矛盾常采用双调谐回路谐振放大器。

（五） 谐振放大器的稳定性 1、自激产生的原因由于晶体管为双向器件，内部存在反向传输导纳，所以当放大器的正反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消时，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。

2、克服自激的方法由于晶体管由反向传输导纳存在，实际上晶体管为双向器件。

为了抵消或减少反向传输导纳的作用，应使晶体管单向化。

单向化的方法有两种：一种是消除反向传输导纳的反馈作用，称为中和法；另一种是使负载电导g L或信号源电导的数值加大，使得输人或输出回路与晶体管失去匹配，称为失配法。

（1）中和法在晶体管的输出端和输入端之间插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。

具体线路如图6－5所示，C N为外接电容，由于反向传输导纳与ω有关，故中和法只能在一个频率上完全中和。

图6－7 共发一共基级联放大器电路（2）失配法失配法是以牺牲增益来提高放大器的稳定性的。

失配法一般采用共发共基级联放大器实现，如图6－6所示。

复合管的输人导纳和输出导纳基本上不再互相依赖，可把它看成单向器件。

级联放大器的输出端可以直接和阻抗较高的调谐回路相匹配，不再需要抽头接人，有利于提高放大器的增益。

（3）中和法与失配法的优缺点中和法的优点是电路简单，增益不受影响；其缺点是只能在一个频率上完全中和，不适合宽带放大器；因为晶体管离散性大，所以实际调整麻烦，不适于批量生产。

采用中和法来稳定放大器工作，对由于温度等原因引起的各种参数变化没有改善效果。

失配法的优点是性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。

失配法的缺点是增益较低。

（六）集成电路谐振放大器放大器件用集成电路构成的调谐放大器称集成调谐放大器。

集成电路体积小、外部接线及焊点少，使电路的工作频率、稳定性、可靠性可以提高。

但高品质因数电感和较大的电容不易在基片上制造，使选频放大器不能全部集成化，通常需外接选频电路和一些相关元件。

在选择集成电路时，首先考虑工作频率范围和3dB带宽，再考虑其增益、噪茹系数、输出阻抗等因素。

有些器件具有自动增益控制（AGC）功能，从器件AGO磊施加电压（或电流）可控制其增益。

三、典型例题[例1]在图中, 已知工作频率ｆ0＝３０MHz, Ｖcc＝６Ｖ, Ｉe＝２mA。

晶体管采用３ＤＧ４７型高频管。

其Ｙ参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下：g ie=12mS,C ie=12pF；goe=400μS,C oe=95pF；|y fe|=583mS, ∠φfe=-22°；|y re|=310μS, ∠φre=-888°,Ｌ＝１４μH, 接入系数ｎ1＝１, ｎ2＝０３, Ｑ0＝１００。

负载是另一级相同的放大器。

求谐振电压增益振幅Ａu0和通频带ＢＷ07，并求回路电容Ｃ是多少时, 才能使回路谐振？321055.0103.583.03321≈⨯⨯⨯=--∑g y n n ef PF L w c 20104.1)10302(1162620≈⨯⨯⨯⨯==∑-πie oe c n c n C C 2221++=∑pFC n c n C C ie oe 4.9123.05.92022221≈⨯--=--=∑eQc w π20∑12307.0102014.321055.022--∑∑⨯⨯⨯⨯===c g Q w BW e ππ67.021210612⨯=-=BW BW ZH BW 62167.0108.1112106⨯=-⨯=解：因为S LQ g e 666000109.37104.11030210011--⨯≈⨯⨯⨯⨯⨯==πω oe ie e g n g n g g 22210++=∑=37.9×10-6+400×10-6+0.32×12×10-3 =0.55×10-3S从而：A u0=因为又所以由 Q e =可得：【例2】某中频放大器的通频带为６MHz, 现采用两级或三级相同的单调谐放大器,两种情解: 根据式, 当n=2时, 因为所以, 要求每一级带宽同理, 当ｎ＝３时, 要求每一级带宽四、思考题和习题1． 小信号谐振放大器有何特点？2．单调谐放大器有哪些主要技术指标？它们主要与哪些因素有关？为什么不能单纯追求最大的放大量？3．如何理解放大倍数、噪声系数与灵敏度之间的关系？如何理解选择性与通频带的关系？4．参差调谐放大电路与多级单调谐放大电路的区别是什么？5．双参差调谐放大电路与双调谐放大电路有什么异同？ 6．集中调谐放大电路与多级调谐放大电路比较有什么优点？7． 在同步调谐的多级单谐振回路放大器中，当级数增加时，放大器的选择性和通频带将如何变化？ZH BW 63167.0108.1112106⨯=-⨯=8．集中选频放大器如何构成？它有什么优点？ 9．什么是晶体与压电陶瓷的压电效应？10． 说明陶瓷滤波器和声表面波滤波器的工作特点。