高频电子线路(第三章 高频小信号放大器)资料
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第三章 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
第三章 高频小信号放大器
本章内容
§3.1 概述 §3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数 §3.3 单调谐回路谐振放大器 §3.4 多级单调谐回路谐振放大器 §3.5 双调谐回路谐振放大器* 注意：§3.6~3.10节不讲
-
+ V2
-
yV yV I 1 i 1 r 2 yV yV I
2 f 1
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
第三章 高频小信号放大器 §3.2.1 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
Vo 解 : 因为Av 20lg 40dB Vi 所以lg Vo 2 Vi V 放大倍数 o 100(倍) Vi
第三章 高频小信号放大器
§3.1 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 2f 0.7 表示。也称为3dB带宽。
b' rce
gm ub’e
rb'e
ree e
rb'c
Cb'e ub'e rb'e gm ub’e rce
其中 Cb’c 和 rbb’ 在高频时危害最大
Cb'c rbb' rb'c
Cb'e
ub'e
rb'e
gm ub’e
rce
rb'e为基-射极电阻，可表示为：rb'e =260 / I E，0为共发射极组态晶体管 的低频电流放大倍数；I E 为发射极电流，单位为mA。
yie gie jCie
Coe
yoe goe jCoe
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
c
§3.2.2 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。
Cb'c rbb'
b
Cb'c rbb' Cb'e
rb'c
Cb’e是发射结电容; rb’c是集电结电阻; Cb’c是集电结电容; rbb’是基极 电阻。
其中 Cb’c 和 rbb’ 在高频时危害最大。 Cb’c将输出的交流电压反馈 一部分到输入端，可能引起放大器的自激。 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。所以希望他们的值 尽量小。 gm为晶体管的跨导，可表示为：gm =0 / rb'e Ic / 26，Ic的单位为mA。
非谐振放大器（以阻容耦合电路作为负载）
第三章 高频小信号放大器
§3.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（1）增益（放大倍数）
Vo 电压增益Av Vi
用分贝（dB）表示应为Av 20lg Vo Vi
源自文库
Po 功率增益Ap Pi Ap 10lg
Po Pi
举例：若一个小信号放大器的电压增益为40dB，其实际电压放大倍数是多少?
rce为集-射极电阻。
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§3.2.3 混合π 参数和y参数的转换
（经常用的是将π参数转换成y参数）
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 作频率有关！
第三章 高频小信号放大器
§3.1 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
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
iC
线性范围内(甲类 放大器)
vBE
第三章 高频小信号放大器
主要的高频参数有：
截止频率
特征频率
最高振荡频率
第三章 高频小信号放大器 §3.2.4 晶体管的高频参数
1 截止频率 f
电流放大倍数 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 但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。
f f
fT
第三章 高频小信号放大器 §3.2.4 晶体管的高频参数
2 特征频率 fT （续）
利用上页的结论 , 当工作频率f f 时, 可以估算出工作频率下 的电流放大倍数
由上一页
fT 0 f
fT 0 f
0
f 1 f
第三章 高频小信号放大器 §3.2.1 形式等效电路（y参数）
y参数的求法和含义
I yi 1 V 1
I yf 2 V
1
I2
yV yV I 1 i 1 r 2 yV yV I 2 f 1 o 2
2 f 1 o 2
0 V 2
+ V1
-
I1
利用y参数求单纯三级管放大电路的 电压增益
I2 + V1
-
yie
yre V2
yfeV1
yoe
+ V2
-
Y’L
根据I 2的电流方程: V 2 YL' y fe V1 yoe V2
y fe V2 单纯三极管电压增益 AvT V1 yoe YL (教材P63公式3.2.10)
§3.1 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） 集成电路（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 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：
谐振放大器（以谐振电路作为负载）
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。
第三章 高频小信号放大器 §3.2.3 混合π参数和y参数的转换
由π参数推出y参数的原理
Ib
rbb' rb'c Cb'c
Ic
引入中间变量Vb’e （最后会消去）
书上公式3.2.13 将上式代入可得 书上公式3.2.14
I2 即I c I1即I b + V1 即Vbe
-
+ V2即Vce
-
yV yV I 2 f 1 o 2
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§3.2.4 晶体管的高频参数
为什么要了解晶体管的高频参数?
回答：晶体三极管在高频下放大性能表现出一
定的衰减特性，与低频下的特性不一样。
0 100, 求其截止频率；当其工作在50MHz时，
试估算此时的电流放大倍数 ?
150 由f T 0 f 截止频率f 1.5( MHz) 0 100
工作频率50MHz 截止频率 1.5MHz fT 150 3 f 50 低频时能放大电流100倍的三极管工作
等效方法
重点
近似看作 一段直线
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）
vBE
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§3.2.1 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
Vbe
Cb'e
Vb'e
rb'e
gm ub’e
rce
Vce
Vbe Vbe 根据rbb上的欧姆定律列出第一 个方程I b rbb
根据b点的节点电流方程列出第二个方程Ib Vbe yb 'e (Vbe Vce ) ybc
Vce 根据c点的节点电流方程列出 第三个方程I c g mVbe (Vce Vbe ) ybc rce
第三章 高频小信号放大器 §3.2.3 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yie和yoe均为复 数，而且虚部(电纳) 通常为正数，所以在 图中，我们可以将其 看作一个电导g与一 个电容C的并联。
Cie
gie
goe
yre V2 yfeV1
矩形系数 抑制比
矩形系数 K r 0.1
2f 0.1 2f 0.7
矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择 调谐放大器电压增益的频率特性曲线 性越好，矩形系数最小值为 1
第三章 高频小信号放大器 §3.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（4）工作稳定性
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
2
fT f f 1 f
2
f 当工作频率f f 时, 1, 分母中的 1可忽略掉 f
fT f f f
fT f
第三章 高频小信号放大器 §3.2.4 晶体管的高频参数
例题1: 已知高频三极管9014的特征频率是150MHz，
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
第三章 高频小信号放大器 §3.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（5）噪声系数
) 定义： N F Psi / Pni (输 入 信 噪 比
Pso / Pno (输 出 信 噪 比 )
此信号功率为 Pso
这个等效电路非常重要，希望同学们记住。
I1 I2
yi yr V2 yfV1 yo
I2
I1 + V1
-
+ V2
-
等效
+ V1
-
+ V2
-
用三极管引脚b,c,e来表示
ib + ube
-
ic
yie yreuce yfeube yoe
+ uce
-
第三章 高频小信号放大器 §3.2.1 形式等效电路（y参数）
书上公式3.2.15
第三章 高频小信号放大器 §3.2.3 混合π参数和y参数的转换
由π参数推出y参数的原理(续)
将上面三个方程整理 , 消去Vb 'e可得两个方程: Ib ybe ybc ybc Vbe Vce 1 rbb ( ybe ybc ) 1 rbb ( ybe ybc )
2f 0.7
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
20lg 2
调谐放大器电压增益的频率特性曲线
第三章 高频小信号放大器 §3.1 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
+ V2
-
称为输出短路时的输入 导纳
y参数可能是
传输导纳 0 称为输出短路时的正向 V 2
0 V 1
复数，如
(25+10j)mS
I yr 1 V
课上思考：
称为输入短路时的反向 传输导纳
2
复数意味着什 么物理含义？
I yo 2 V 2
0 V 1
称为输入短路时的输出 导纳
高频小信号 放大器
此信号功率为 Psi
此信号功率为 Pni
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
第三章 高频小信号放大器
§3.2 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
在50MHz的高频时只能放大3倍了！
2 特征频率 fT
fT 定义：当 下降到 1 时所对应的频率为 0 0 由 于 , 2
1 j f f
由定义：令
0
1 (
2 0
fT f
f 1 f 1 )2
0
0 / 2
低频区 1
可得
fT f
1 0 f
g m ybc ybc rbb ( g m ybc ) Ic Vbe [ g ce ybc ]Vce 1 rbb ( ybe ybc ) 1 rbb ( ybe ybc )
对比y参数方程 yV yV I
1 i 1 r 2
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
第三章 高频小信号放大器
本章内容
§3.1 概述 §3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数 §3.3 单调谐回路谐振放大器 §3.4 多级单调谐回路谐振放大器 §3.5 双调谐回路谐振放大器* 注意：§3.6~3.10节不讲
-
+ V2
-
yV yV I 1 i 1 r 2 yV yV I
2 f 1
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
第三章 高频小信号放大器 §3.2.1 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
Vo 解 : 因为Av 20lg 40dB Vi 所以lg Vo 2 Vi V 放大倍数 o 100(倍) Vi
第三章 高频小信号放大器
§3.1 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 2f 0.7 表示。也称为3dB带宽。
b' rce
gm ub’e
rb'e
ree e
rb'c
Cb'e ub'e rb'e gm ub’e rce
其中 Cb’c 和 rbb’ 在高频时危害最大
Cb'c rbb' rb'c
Cb'e
ub'e
rb'e
gm ub’e
rce
rb'e为基-射极电阻，可表示为：rb'e =260 / I E，0为共发射极组态晶体管 的低频电流放大倍数；I E 为发射极电流，单位为mA。
yie gie jCie
Coe
yoe goe jCoe
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
c
§3.2.2 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。
Cb'c rbb'
b
Cb'c rbb' Cb'e
rb'c
Cb’e是发射结电容; rb’c是集电结电阻; Cb’c是集电结电容; rbb’是基极 电阻。
其中 Cb’c 和 rbb’ 在高频时危害最大。 Cb’c将输出的交流电压反馈 一部分到输入端，可能引起放大器的自激。 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。所以希望他们的值 尽量小。 gm为晶体管的跨导，可表示为：gm =0 / rb'e Ic / 26，Ic的单位为mA。
非谐振放大器（以阻容耦合电路作为负载）
第三章 高频小信号放大器
§3.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（1）增益（放大倍数）
Vo 电压增益Av Vi
用分贝（dB）表示应为Av 20lg Vo Vi
源自文库
Po 功率增益Ap Pi Ap 10lg
Po Pi
举例：若一个小信号放大器的电压增益为40dB，其实际电压放大倍数是多少?
rce为集-射极电阻。
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§3.2.3 混合π 参数和y参数的转换
（经常用的是将π参数转换成y参数）
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 作频率有关！
第三章 高频小信号放大器
§3.1 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
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
iC
线性范围内(甲类 放大器)
vBE
第三章 高频小信号放大器
主要的高频参数有：
截止频率
特征频率
最高振荡频率
第三章 高频小信号放大器 §3.2.4 晶体管的高频参数
1 截止频率 f
电流放大倍数 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 但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。
f f
fT
第三章 高频小信号放大器 §3.2.4 晶体管的高频参数
2 特征频率 fT （续）
利用上页的结论 , 当工作频率f f 时, 可以估算出工作频率下 的电流放大倍数
由上一页
fT 0 f
fT 0 f
0
f 1 f
第三章 高频小信号放大器 §3.2.1 形式等效电路（y参数）
y参数的求法和含义
I yi 1 V 1
I yf 2 V
1
I2
yV yV I 1 i 1 r 2 yV yV I 2 f 1 o 2
2 f 1 o 2
0 V 2
+ V1
-
I1
利用y参数求单纯三级管放大电路的 电压增益
I2 + V1
-
yie
yre V2
yfeV1
yoe
+ V2
-
Y’L
根据I 2的电流方程: V 2 YL' y fe V1 yoe V2
y fe V2 单纯三极管电压增益 AvT V1 yoe YL (教材P63公式3.2.10)
§3.1 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） 集成电路（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 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：
谐振放大器（以谐振电路作为负载）
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。
第三章 高频小信号放大器 §3.2.3 混合π参数和y参数的转换
由π参数推出y参数的原理
Ib
rbb' rb'c Cb'c
Ic
引入中间变量Vb’e （最后会消去）
书上公式3.2.13 将上式代入可得 书上公式3.2.14
I2 即I c I1即I b + V1 即Vbe
-
+ V2即Vce
-
yV yV I 2 f 1 o 2
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§3.2.4 晶体管的高频参数
为什么要了解晶体管的高频参数?
回答：晶体三极管在高频下放大性能表现出一
定的衰减特性，与低频下的特性不一样。
0 100, 求其截止频率；当其工作在50MHz时，
试估算此时的电流放大倍数 ?
150 由f T 0 f 截止频率f 1.5( MHz) 0 100
工作频率50MHz 截止频率 1.5MHz fT 150 3 f 50 低频时能放大电流100倍的三极管工作
等效方法
重点
近似看作 一段直线
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）
vBE
第三章 高频小信号放大器
§3.2 晶体管高频小信号等效电路和参数
§3.2.1 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
Vbe
Cb'e
Vb'e
rb'e
gm ub’e
rce
Vce
Vbe Vbe 根据rbb上的欧姆定律列出第一 个方程I b rbb
根据b点的节点电流方程列出第二个方程Ib Vbe yb 'e (Vbe Vce ) ybc
Vce 根据c点的节点电流方程列出 第三个方程I c g mVbe (Vce Vbe ) ybc rce
第三章 高频小信号放大器 §3.2.3 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yie和yoe均为复 数，而且虚部(电纳) 通常为正数，所以在 图中，我们可以将其 看作一个电导g与一 个电容C的并联。
Cie
gie
goe
yre V2 yfeV1
矩形系数 抑制比
矩形系数 K r 0.1
2f 0.1 2f 0.7
矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择 调谐放大器电压增益的频率特性曲线 性越好，矩形系数最小值为 1
第三章 高频小信号放大器 §3.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（4）工作稳定性
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
2
fT f f 1 f
2
f 当工作频率f f 时, 1, 分母中的 1可忽略掉 f
fT f f f
fT f
第三章 高频小信号放大器 §3.2.4 晶体管的高频参数
例题1: 已知高频三极管9014的特征频率是150MHz，
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
第三章 高频小信号放大器 §3.1 概述
三、高频小信号放大器的质量指标
（5）噪声系数
) 定义： N F Psi / Pni (输 入 信 噪 比
Pso / Pno (输 出 信 噪 比 )
此信号功率为 Pso
这个等效电路非常重要，希望同学们记住。
I1 I2
yi yr V2 yfV1 yo
I2
I1 + V1
-
+ V2
-
等效
+ V1
-
+ V2
-
用三极管引脚b,c,e来表示
ib + ube
-
ic
yie yreuce yfeube yoe
+ uce
-
第三章 高频小信号放大器 §3.2.1 形式等效电路（y参数）
书上公式3.2.15
第三章 高频小信号放大器 §3.2.3 混合π参数和y参数的转换
由π参数推出y参数的原理(续)
将上面三个方程整理 , 消去Vb 'e可得两个方程: Ib ybe ybc ybc Vbe Vce 1 rbb ( ybe ybc ) 1 rbb ( ybe ybc )
2f 0.7
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
20lg 2
调谐放大器电压增益的频率特性曲线
第三章 高频小信号放大器 §3.1 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
+ V2
-
称为输出短路时的输入 导纳
y参数可能是
传输导纳 0 称为输出短路时的正向 V 2
0 V 1
复数，如
(25+10j)mS
I yr 1 V
课上思考：
称为输入短路时的反向 传输导纳
2
复数意味着什 么物理含义？
I yo 2 V 2
0 V 1
称为输入短路时的输出 导纳
高频小信号 放大器
此信号功率为 Psi
此信号功率为 Pni
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
第三章 高频小信号放大器
§3.2 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
在50MHz的高频时只能放大3倍了！
2 特征频率 fT
fT 定义：当 下降到 1 时所对应的频率为 0 0 由 于 , 2
1 j f f
由定义：令
0
1 (
2 0
fT f
f 1 f 1 )2
0
0 / 2
低频区 1
可得
fT f
1 0 f
g m ybc ybc rbb ( g m ybc ) Ic Vbe [ g ce ybc ]Vce 1 rbb ( ybe ybc ) 1 rbb ( ybe ybc )
对比y参数方程 yV yV I
1 i 1 r 2