高频电子线路(第五版)_第三章_高频小信号放大器

第一节
概述
谐振放大器是采用谐振回路作负载的放 谐振放大器是采用谐振回路作负载的放 大器，具有放大、滤波和选频的作用。 大器，具有放大、滤波和选频的作用。非 谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组 其机构简单，便于集成。 成，其机构简单，便于集成。
高频小信号放大器的特点： 高频小信号放大器的特点：
几百MHz ①频率较高：中心频率一般在几百 频率较高：中心频率一般在几百kHz~几百 几百 频带宽度在几kHz~几十 几十MHz 频带宽度在几 几十 小信号：信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器 ② 小信号：信号较小故工作在线性范围内 甲类放大器 )
• •
•
•
•
yreyfe • V yie +Ys
最后， 可得电压增益为： 最后，消去 I 2 ，可得电压增益为： 第二节
Av =
• •
•
V
•
2
V1
yfe = − yoe +YL
上式说明，晶体管的正向传输导纳越大， 上式说明，晶体管的正向传输导纳越大， 则放大器的增益也越大。 则放大器的增益也越大。
• •
•
求输出导纳时，应将信号电流源开路，因而： 求输出导纳时，应将信号电流源开路，因而： 1 = −Ys V 1 I
2 消去 V 1与 I 1 得： I 2 = yoe − 上式说明， 有关， 上式说明，输出导纳 Yo 与信号源导纳 Ys 有关， 这也反映了晶体管有内部反馈， 这也反映了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈也是 所引起的。 由 yre 所引起的。
晶体管高频小信号等效电路与参数
第二节
形式等效电路(网络参数等效电路 网络参数等效电路) 一、形式等效电路 网络参数等效电路
& & 设输入电压 V1和输出电压 V2为自变量
& & & I1 = yieV1 + yreV2 & & & I =y V +y V
2 fe 1
& I1
& V1
& I2 & V2
y fe ≈ g m
I& 2 y oe = V&2 & I2 y fe = & V1 V
= g oe + j ω C oe
V1 = 0
2
=0
gm ≈ 1 + j ω ( C b ′e + C b ′c ) rb b ′
y re
I&1 = & V2
jωCb′c ≈− 1 + jωCb′e rbb′ V =0
g b 'e + jω (Cb 'e + Cb 'c ) yie = 1 + rbb ' [ g b 'e + jω (Cb 'e + Cb 'c )] g m − jωCb 'c y fe = 1 + rbb ' [ g b 'e + jω (Cb 'e + Cb 'c )] − jωCb 'c yre = 1 + rbb ' [ g b 'e + jω (Cb 'e + Cb 'c )] jωCb 'c [1 + rbb ' ( g m + g b 'e + jωCb 'e )] yoe = 1 + rbb ' [ g b 'e + jω (Cb 'e + Cb 'c )]
, β =
β0 f 1+ f β
2
虽然β 虽然 0>>1，在频率为 β时,| β |虽然下降到原来的 ，在频率为f 虽然下降到原来的 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 但是仍然比 大的多 因此晶体管还能起到放大的作用。
n
A vn
AV0 AV n f
Avn ：为干扰信号的放大倍数 Av0 ：为谐振点 f0的放大倍数
fn
f0
4、工作稳定性 、
第一节 指当放大电路的工作状态、 指当放大电路的工作状态、元件参数等 发生可能的变化时， 发生可能的变化时，放大器主要性能的稳定 程度。 程度。 为使放大器稳定工作， 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 即限制每级增益， 管，应用中和或失配方法等。 应用中和或失配方法等。
参数及混合π ｙ参数及混合π等效电路
rb b ′
第二节
1 << ω ( C b ′e + C b ′c )
gm f << f T ≈ 2π (Cb'e + Cb'c )
y ie I&1 = V&1
= g ie + j ω C ie
V2 =0
y ie ≈ g b' e + j ω ( C b ′e + C b ′c ) y oe ≈ g ce + j ω C b ′c
oe 2
& & I1 yie yre V1 即: & = & I2 yfe yoeV2
I2
第二节
Is
Ys Is
I1 + v1 -
+ v2 -
YL
信号源
I1
Ys
I2 + v1 Yie Yoe
Is
Is
YL
yrev2
yfev1
YO
+ v2 -
晶体管
1
y re ≈ − j ω C b ′c
第二节
& I2 y fe = & V1
V2 = 0
gm ≈ ≈ gm 1 + j ω ( C b ′e + C b ′c ) rb b ′
& j ω C b ′c I1 y re = ≈− ≈ − j ω C b ′c &2 V V =0 1 + j ω C b ′e rb b ′
高频小信号放大器的主要质量指标
第一节
1、 增益（放大系数） 、 增益（放大系数）
电压增益： 电压增益： AV =
Vo Vi
功率增益： 功率增益： AP =
Po Pi
Vo 分贝表示： 分贝表示：AV = 20 lg Vi
2、通频带 、
Po Ap = 10 lg Pi
放大器的电压增益下降到最大值的0.707（即1/ （ 放大器的电压增益下降到最大值的 )倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带， 倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带， 倍时 2 B = 2∆f 0。2∆f0.7也称为 分贝带宽。 表示。 分贝带宽。 用 表示 .7 ∆ 也称为3分贝带宽
I 1 = yie V 1 + yre V 2
•
•
•
I 2 = yfe V 1 + yoe V 2
•
•
•
I 2 = −YL V 2
•
•
• yie − yre yfe V 1 消去 V 2与 I 2 得： I 1 = yoe +YL • 第二节 I1 因此输入导纳为： 因此输入导纳为： Yi = • = yie − yreyfe yoe+YL V1 上式说明， 有关， 上式说明，输入导纳 Yi 与负载 YL 有关，这反映 了晶体管有内部反馈， 了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输 所引起的。 导纳 yre 所引起的。
yie=gie+jωCie yfe=|yfe|∠φfe ∠ yoe=goe+jωCoe yre=|yre|∠φre ∠
四、晶体管的高频参数
第二节 1、截止频率 β 、截止频率ƒ β随着工作频率下降到 随着工作频率下降到 低频值β 低频值 0的 1时的频率
由于 β =
β0
2
f 1+ j fβ
第三章 高频小信号放大器
放大
无线电设备中
高频小信号放大器
高频小信号
小信号 ： 输入信号电平小 放大器工作在线性范围 晶体管高频等效电路
第三章 高频小信号放大器
第一节： 第一节：概述 第二节： 第二节：晶体管高频小信号等效电路与参数 第三节： 第三节：单调谐回路谐振放大器 第四节： 第四节：多级单调谐回路谐振放大器 第五节：双调谐回路谐振放大器 第六节： 第六节：谐振放大器的稳定性与稳定措施 第七节：谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器 第八节：场效应管高频小信号放大器（自学） 第九节： 第九节：放大器中的噪声 第十节： 第十节：噪声的表示和计算方法
fe
是谐振放大器自激的根源, 害, 是谐振放大器自激的根源, 同时也使分析过 程变得复杂, 因此应尽可能使其减小, 程变得复杂, 因此应尽可能使其减小, 或削弱它 的影响。 的影响。
第二节
Ｙ参数方程为： I = y U + y U 参数方程为： b b c ie re
⋅
⋅
⋅
I c = y fe U b + yoe U c
5、噪声系数 、
放大器的噪声性能可用噪声系数表示： 放大器的噪声性能可用噪声系数表示：
Psi / Pni (输入信噪比 ) NF = Pso / Pno (输出信噪比 )
NF越接近1越好 越接近 越好
在多级放大器中， 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。 起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。
' '
rbb − − 基区电阻； rce − −集、射极间电阻； 基区电阻； 射极间电阻；
'
gm V b' e − −晶体管放大作用的等效 电流发生器； 电流发生器；
gm − −晶体管的跨导，可以表 示为： 晶体管的跨导， 示为：
•
g m = β 0 / rb′e = I C ( mA ) / 26 ( mV )
⋅
⋅
⋅
晶体管的Ｙ参数可以通过测量得到。 晶体管的Ｙ参数可以通过测量得到。 第二节 根据Ｙ参数方程, 根据Ｙ参数方程, 分别使输出端或输入端 交流短路, 交流短路, 在另一端加上直流偏压和交流 信号, 信号, 然后测量其输入端或输出端的交流 电压和交流电流, 代入就可求得。 电压和交流电流, 代入就可求得。 显然, 在高频工作时由于晶体管结电容不可忽略, 显然, 在高频工作时由于晶体管结电容不可忽略, Ｙ 参数是一个复数。晶体管Ｙ 参数是一个复数。晶体管Ｙ参数中输入导纳和输出导 纳通常可写成用电导和电容表示的直角坐标形式, 纳通常可写成用电导和电容表示的直角坐标形式, 而 正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式, 正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式, 即:
本章重点
1、晶体管在高频小信号时的等效电路—— π 形式等效电路与混合 型等效电路。 2、单调谐回路振荡放大器的电压增益、功 率增益、通频带与选择性的计算。 3、谐振放大器工作不稳定的原因与稳定措 施。 4、晶体管放大器产生噪声的来源 5、噪声的表示方法：噪声系数、噪声温度、 灵敏度、等效噪声带宽
3、 选择性 、
从各种不同频率信号的总和中选出有用信号， 从各种不同频率信号的总和中选出有用信号，抑 制干扰信号的能力称为放大器的选择性。 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。 用矩形系数和抑制比来表示。
AV/AVo 1
理想
第一节
K r 0 .1
矩形系数： ① 矩形系数：表示对 0.7 邻道干扰的抑制能力
2 ∆ f 0 .1 = 2 ∆ f 0 .7
K r0.01 2∆f 0.01 = 2 ∆ f 0 .7
0.1
2∆f0.7 2∆f0.1
实际 f
2∆f0.1、2∆f0.01分别为放大倍数下降至 和0.01处 ∆ 分别为放大倍数下降至0.1和 ∆ 处 的带宽， 愈接近于1越好 越好。 的带宽，Kr愈接近于 越好。 抑制比(抗拒比 表示对某个干扰信号fn 抗拒比)： ② 抑制比 抗拒比 ：表示对某个干扰信号 的抑制能 A 力，用dn表示。 d = Av0 表示。 表示
Hale Waihona Puke Baidu
混合π等效电路 二、混合 等效电路
π参数等效电路：把晶体管内部的物理过程用集中元 参数等效电路： 参数等效电路 器件RLC表示的这种物理模型的方法所涉及到的物 器件 表示的这种物理模型的方法所涉及到的物 理等效电路。 理等效电路。
混合π等效电路各参数： 混合π等效电路各参数： 第二节
rb' e − − 基、射极间电阻； rb ' c − −集电极电阻； 射极间电阻； 集电极电阻； cb e − −发射结电容； rb c − −集电极电容； 发射结电容； 集电极电容；
1
yre 表示输出电压对输入电流的控制作用 反向控制）； （反向控制）； yre 表示输入电压对输出电流的 y 控制作用（正向控制）。 越大, 控制作用（正向控制）。 yre 越大, 表示晶体管 的放大能力越强； 越大, 的放大能力越强； yre 越大, 表示晶体管的内部 反馈越强。 的存在, 反馈越强。yre 的存在, 对实际工作带来很大危
Cb´c将输出的交流电压反馈一部分到输入端，可 ´ 将输出的交流电压反馈一部分到输入端， 能引起自激， ´在共集电极电路中引起高频反馈， 能引起自激， rbb´在共集电极电路中引起高频反馈， 降低晶体管的电流放大系数，所以希望它们尽量小。 降低晶体管的电流放大系数，所以希望它们尽量小。
第二节
混合π等效电路参数与形式等 三、混合 等效电路参数与形式等 效电路y参数的转换 效电路 参数的转换