小信号谐振放大器及电子噪声

2 0
I1 反向传输导纳： yre U 2
I2 yoe 输出导纳： U2
U1 0
I2 正向传输导纳： y fe U1 U
2 0
U1 0
X
对混合等效电路和Y参数等效电路的说明 • 混合等效电路中的每一元件值都与晶体管内发生的 某种物理过程具有明显的关系；而Y参数等效电路没 有牵涉晶体管的物理机构和工作的物理过程。
X
第
11 页
• 混合等效电路和Y参数等效电路的参数可以互相转换
yie
g b ' e j Cb ' e Db
yre
j Cb ' c Db
gm y fe Db yoe j Cb 'c j Cb 'c rbb' g m Db
Db 1 rbb' ( gb'e j Cb'e )
型交流等效电路
Y参数等效电路
X
3.１.1 晶体管的混合等效电路
第 5 页
b
rbb'
I b
g b' c
b
'
I c
I c1
g mU be
c
U ce
U U b' eg ' be be
Cb 'e
Cb 'c
g ce
e
各元件意义和数值：
集电结势垒电容 Cb 'c ，约为几PF。它将输出的交流电 压反馈一部分到输入端（基极），可能引起放大器自激。 （越小越好）。 发射结扩散电容 Cb 'e 。
X
第
3.2.1
谐振放大器在接收机中的作用
17 页
• 基本作用：放大信号、选择信号和抑制干扰。 • 对于高频放大器： （1）选择信号：负载是谐振回路，具有选择信号的能 力，并在一定的频率范围内调谐。 （2）提高灵敏度； 接收机灵敏度定义：当接收机的输出满足一定的 信号噪声比和输出的一定功率时，天线所需最小的感 应电动势。与增益和内部噪声有关。 为什么在变频器前端加入高频放大器可以提高灵 敏度？ （3）抑制本振能量的向外辐射；
第 7 页
g bc ： 1 g bc rbc
1 g ce rce
可以忽略。
集射极电导 g ce ： 可以忽略。
X
第
3.1.2 Y参数等效电路
8 页
I 1
yie
I 2
y reU 2 y feU 1 yoe
U 1
输入导纳：yie I1 U1 U
U 2
Y参数方程组 : y U I 1 ie 1 y reU 2 y U I y U fe 1 oe 2 2
X
晶体管的混合等效电路的参数
基极体电阻 rbb' ：产生热噪声；损耗有用信号；在共基 电路，会引起高频负反馈。希望其尽量小。 发射结结电导 g b' e ：
第 6 页
g be
互导
Ie 1 rb'e 26 0
gm
：
( 0 I c1 / I b1 , I b1 U b 'e / rb 'e )
X
第
25 页
（5）噪声低
放大器的噪声性能可用噪声系数表示。
NF Si / N i So / N o
一般希望噪声越小越好，噪声系数接近于1。 在多级放大器中，最前面一、二级对整个放大器 的噪声起决定作用。 采取的措施：采用低噪声管，正确选择工作点 电流，选用合适的线路。
X
第
3.3
单调谐共发射极谐振放大器
X
第
14 页
④任意 f 的 的计算：
0
f 2 1 ( ) f
f T 0 f
为了使电路工作稳定,且有一定的功率增 益,晶体管的实际工作频率因为最高振荡频率 的 1 3~14
X
第
3.2小信号谐振放大器
15 页
R2
u0
R1
C1
R3
C2
、 R2为直流偏置电阻； R3为直流反馈电阻； C2 C1 、 为交流旁路电容； L C 组 成并联谐振回路
RS RS
P2 p
2
2 U2
R
' S ' gs p2 gs
得 R
或
对于 I S 有 P 1 U1 I S 由 P 1 P 2
' P2 U 2 I S
' 得 IS pI S
X
第
28 页
U be yie
Ib
Ic yreU ce
y feU be
yoe
晶体管Y参数 U ce
0为共射极组态晶体管的低频电流放大系数;
互导表示由发射极扩散到集电极的电流与发射结 电压的比值。它的大小反映了发射结电压对集电极电 X 流的控制能力。
式中, I e为发射极电流 I 0 Ie c1 gm (S ) U r' 26
be be
晶体管的混合等效电路的参数
集电结电导
X
第
20 页
（2）通频带符合要求 由于放大器所放大的一般是已调制的信号，而 已调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器 必须有足够宽的通频带，让必要的信号中的频谱分 量通过放大器。 放大器的电压增益下降到最大值的0.7(即1 2） 时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用 2f 0.7 表示。 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。且放大器的总通频带，随着级数的增 加而变窄。
第
第3章
3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
小信号谐振放大器及电子噪声
1 页
概述 高频晶体管 小信号谐振放大器 双调谐共发射极调谐放大器 小信号谐振放大器的稳定性 多级放大器及集中选择性放大器 电子噪声与噪声系数
X
第
3.0
概述
2 页
• 高频小信号放大器：放大高频小信号(中心频率在 几百KHz到几十MHz的范围内）的放大器。 • 放大器的分类： 按照所用器件：晶体管、场效应管和集成电路 放大器； 按照通过频谱的宽窄：窄带和宽带放大器； 按照电路的形式：单级和级联放大器； 按负载性质：谐振放大器和非谐振放大器； • 小信号谐振放大器: 采用谐振回路作为负载，放 大微弱的高频信号(中心频率在几百KHz到几十MHz 的范围内）的晶体管窄带放大器。
X
第
小信号谐振放大器在通信系统中的位置
小信号（接收机） ：
3 页
输入 回路
高频 放大
混频器
中频 放大
解调器
低频 放大
本地 振荡器
自动 增益 控制
高频放大和中频放大是高频小信号放大器。
X
3.1 高频晶体管 晶体管在高频线性应用时，可用等效 电路说明特性并分析。它常用到两种等效电 路： 混合
第 4 页
1 为并联回路的导纳 YL g jC jL
X
C
26 页
EC
C3 R C1
Rs Vs

L
1
C C
L1
L2
R
L
R
2
R3
C2
X
第
1.等效电路

U1 I RS S
27 页
N L

N1
C
R0

U2
' R I S ' S
U2


p N1
N
U1
U2 U12
' S
信号源部分接入等效电路
N L R0
C
对于 RS 有 P 1 由 P 1 P 2
实际的频率响应曲线：如图。
X
第
23 页
1
0.7
Kv K v0
矩形系数 K r ：
V0 ( j ) av ( ) V0 ( j0 )
K r 0.1 K r 0.01
2f 0.1 2f 0.7 2f 0.01 2f 0.7
2f 0.7
0.1
2f 0.1
f
矩形系数愈接 近1，实际曲线愈 接近理想矩形，一 般在2～5范围内。
R1
调谐放大器原理电路图
X
第
小信号谐振放大器的分类
16 页
1. 按谐振频率是否可调 （1）调谐放大器：调谐回路随外来信号频率 谐振，回路电容可调，见图3-2-1 P41 （2）频带放大器：调谐回路基本不变。（中 频放大器）图3-2-2 P41 2.按谐振回路数目 （1）单调谐谐振放大器：放大器负载为单个 谐振回路。 （2）双调谐谐振放大器：负载为两个相互耦 合的谐振回路。
X
第
21பைடு நூலகம்页
1
0.7
Kv K v0
2f 0.7 也 通频带 V0 ( j ) av ( ) V0 ( j0 ) 称为3dB带宽，因为
电压增益下降3dB带 宽即等于下降至1 2。
2f 0.7 f0
f
放大器的通频带
根据不同用途， 放大器的通频带差异 较大。例如：收音机 中放通频带约为 6∼8KHz；而电视接收 机中放通频带约为 6MHz；

I b yieU be y reU ce I c y feU be yoeU ce yie g ie jCie yoe g oe jCoe y fe y fe fe y re y re re

等效电路
gie 、goe: 晶体管 输入、 输出电导
X
理想的与实际的频率特性
第
24 页
（4）工作稳定可靠
工作稳定性是指放大器的工作状态（直流偏 置）、晶体管参数、电路元件参数等可能发生变化 时，放大器的主要特性的稳定程度。
一般的不稳定现象：增益漂移、中心频率偏移、 通频带变化、选频特性曲线变形等，极端情况下放 大器可能发生自激。 采取的稳定措施：限制每级增益、选择内反馈 比较小的晶体管、应用中和或失配方法、采取必要 工艺措施，使放大器远离自激。
Coe Cb 'c
Cie 、Coe: 晶体管
输入、 输出电容
X
第
29 页
见图3-3-1 P44
说明: ①首先画出晶体管的Y参数等效电路，由于不考虑晶体 管内部反馈的影响,即 yre = 0 ，所以没有 yreuce 这 一项，得到图3-1-1的（a）。
②为计算方便，需要将晶体管等效电流源右边的所有 元件参数折合到输出回路的两端，包括晶体管等效 电流源: yfeUs 。折合时，需要注意折合是从抽头向 回路，阻抗和导纳的变比是P2，电流源的变比是 P 。
X
第
30 页
③通常有 y s g1,2 ，所以忽略 g 1 ,2 ， 得到图3-3-1的（b）。 晶体管等效电流源 yfeUs 折算为 p1yfeUs
2 g ' g 0 p12 g oe1 p2 gi 2 2 2 C C p1 Coe1 p2 Ci 2
L1 p1 L M p2 L
X
第
13 页
③最高振荡频率 f max 定义：晶体管的功率增益为 1 时,所对应的 频率称为最高振荡频率 f max
f max 1 2 gm 4rbb' C b 'e C b 'c
f max表示一个晶体管所能适用的最高极限频率，
在此频率，晶体管已不可能得到功率放大。
f max f T f
X
第
3.1.3
晶体管的高频参数
12 页
①截止频率 f 定义： 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 f 。
f 1 2 rb 'e (Cb 'e Cb 'c )
②特征频率 f T 下降到1时，所对应的频率称为 的特 定义： 征频率 f T 。 fT f β 02 - 1 当 0 1 时， f T 0 f
X
第
18 页
• 对于中频放大器： （1）放大信号; 由于输入信号的频率低而且固定, 易获得 较大的稳定增益。检波器以前的增益主要由中 放承担。 （2）抑制临道干扰； 负载回路不必重新调谐，可以采用较复杂 的回路或选择性好的滤波器，抑制临道干扰。
X
第
3.2.2
对小信号谐振放大器的要求
19 页
（1）增益要高 放大器输出电压（或功率）与输入电压 （或功率）之比，称为放大器的增益或放大 倍数。用于各种接收机中的中频放大器，其 电压放大倍数可达104～105，而电压的增益为 80～100 dB,通常要靠多级放大器才能实现。
第 9 页
• 混合等效电路中的各参数与频率无关，在手册中可 以查到晶体管的各混合参数，它适用于宽频带放大 器的分析，但其电路复杂，计算麻烦；Y参数等效电 路简单，计算方便，但参数随频率而变，适用于小信 号谐振放大器的分析。
X
第
10 页
yie = gie + jωCie yoe = goe + jωCoe [Coe ≈Cb′C] yfe = | yfe | ∠φ fe yre = | yre | ∠φ re gie : 晶体管输入电导 goe : 晶体管输出电导 Cie : 晶体管输入电容 Coe : 晶体管输出电容
X
第
22 页
（3）频率选择性要好 放大器从含有各种不同频率的信号总和（有 用的和有害的）中选出有用信号，排除有害 （干扰）信号的能力，称为放大器的选择性。
选择性指标——矩形系数Kr
理想的频率响应曲线：放大器对通频带以 内的的各种信号频率分量有同样的放大能力， 对通频带以外的邻近波道的干扰频率分量，则 应完全抑制，其理想的频响曲线应该呈矩形。