第三章 高频谐振放大器

6
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
3.1.2 放大器性能分析
1. 晶体管的高频等效电路
晶体三极管混Π等效电路
•C Cbe , C Cbc • 混Π等效电路反映了晶体管中的物理过程。 • 直接用混Π等效电路分析放大器性能时很不方便，常采用Y参 数等效电路。
7
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
晶体三极管Y参数等效电路
Y U Y U I b ie b re c Y U Y U I c fe b oe c
Yie : 输 出 端 交 流 短 路 时 的 入 输导 纳 ； Yoe : 输 入 端 交 流 短 路 时 的 出 输导 纳 ； Yfe : 输 出 端 交 流 短 路 时 的 向 正传 输 导 纳 ； Yre : 输 入 端 交 流 短 路 时 的 向 反传 输 导 纳 .
yoe goe1 jCoe1
YL gie2 jCie2
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
13
单调谐回路谐振放大器的原理性电路与等效电路
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
+ +
yoe yrevce yfevbe
-
3
画出交流小信号等效电路，
输入回路 Tr1 晶体管 T C Tr2 输出回路
3 L 2 1 5 4
负载和回路之间采用了 变压器耦合，接入系数
yL
v 54 N1 p2 v 31 N
+ +
yoe yrevce yfevbe
-
3
5
C
u31
L2
1 4
v21
yL v 54
-
晶体管集、射回路与振 荡回路之间采用抽头接入， + 接入系数
g jC
1 jL
yoe g oe1 jCoe1 y g jC ie2 ie2 L
16
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
+
p1yfevbe
v31
-
其中： 2 2 g g p g p p 1 oe1 2 g ie 2 2 2 C C p C p 1 oe1 2 Cie2
由晶体管的Y参数方程得到： Y U Y U I
b ie b re c
Y U I c fe b YoeU c
Y U I c L c
19
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
• 由以上方程，可得出高频小信号放大器的主要性能指标：
1. 放大器的输入导纳
yre yfe Yi yie yoe Y ' L
记反向传输导纳引入的输入导纳为：
Yre Yfe Yir Yoe YL
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
2. 自激振荡的产生 (以输入导纳的影响为例) 如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的 输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后 (假定耦合方式是全部接入)，
号”，主要是强调输入信号电平较低，放大器工作在它的线性范围。
• 分类： • 按频带宽度分为窄带放大器（各种选频电路做负载，如并联谐振
回路）和宽带放大器（无选频作用的负载电路，如高频变压器）。
• 按有源器件可以分为以分立元件为主的高频放大器和以集成电路 为主的集中选频放大器。
2
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
重要参数。
• 工作稳定可靠。这要求放大器的性能应尽可能地不受温度、 电源 电压等外界因素变化的影响，不产生任何自激。
• 噪声系数小。放大器本身的噪声越低，接收微弱信号的能力就越强。
5
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理
• 直流偏置电路与低频放大器的电路相同。 • 电容Cb、 Ce对高频旁路，其电容值较低放中较小。 • 抽头谐振回路作为放大器负载，完成阻抗匹配和选频滤波 功能。 • 放大器工作在A(甲)类状态。
接收机中的高频小信号放大器
• 射频前端（RF Front-end）电路：输入回路、高频放大器、本地 振荡器、混频器、中频放大器。 • 高频放大器和中频放大器是小信号放大器。 • 具有低通传输特性的负反馈控制系统—自动增益控制（AGC）。
自动增 益控制
滤波器
高频放 大器
混频器
中频放 大器
解调器
低频 放大器
（1）电压放大倍数
（2）输入导纳
U Yfe KV c U Yoe YL b
I Y Y Yi b Yie re fe U Yoe YL b
I Yo c U Yoe
c IS 0
反向传输导纳引起 的输入导纳 反向传输导纳引起 的输出导纳
0时： 电导为正，负反馈；
存在 0时： 电导为负，正反馈。 引起自激
反馈电导ｇＦ随频率变化 的关系曲线
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
yfe yre Yir g F jbF yoe YL
5
C vL2 31
1
+
yL
v21
4
v54
-
yie
-
把晶体管集电极回路和负载 折合到振荡回路两端
其中：
LC谐振回路本身损耗
2 1 oe1 2 2 ie 2
g gp p g p g 2 2 C C p C p 1 oe1 2 Cie2
+
py oe 1yu fevbe yy
• Y参数通常可以用仪器测出。 • 晶体管的手册或数据单上也会给出这些参数量。
8
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
Y参数与混Π参数之间的关系
忽略rbe 及满足 C C的条件下：
j C Yie 1 jC rbb jC rbb g m Yoe jC 1 jC rbb gm Y fe 1 jC rbb Yre j C 1 jC rbb
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
3.自激产生的原因(以输入导纳的影响为例) 若g∑= gs+ gie + gF ＝ 0，回路中的等 Y yfe yre g jb ir F F ' y Y 幅振荡得以维持，而不需外加激励。 oe L 如果反馈电导为负值，那么g∑= gs+gie1+gF= 0 可能存在，即发生自 激振荡现象。
v21 N 2 p1 v31 N
12
yie
-
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
+ +
v21
yie yoe yrevce yfevbe
-
3
5
+
v54
-
C vL2 31
1
y 4 L
-
出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即yre=0。
其中： yie gie1 jCie1
17
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
+
p1yfevbe
v31
-
p1 yfevbe
p12 g oe1
-
gp
p g ie2
2 2
+
v31
Av
p1 p2 yfe 1 g jC jL

谐振时：
p1 p2 yfe p1 p2 yfe Av 0 2 g g p p12 g oe1 p2 gie2
fe be
u31
-
+ u54
-
+
YL v Y L 31
-
yoe g oe1 jCoe1 y g jC ie2 ie2 L 高 频 电电 子 线 模 拟 电 子路 线 路 路 模 拟 子 线
oe
15
+ +
yoe
-
3
5
C vL2 31
1
+
yL
v21
4
4 yL 5
Rb2
Cb
Re
Ce
① 集电极负载为LC并联谐振回路 ② 采用了部分接入方式和变压器耦合方式
10
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
部分接入方式和变压器耦合方式:
a）减小管子输出阻抗对L//C谐振回路的影响 b）减小负载阻抗对L//C谐振回路的影响
11
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
（3）输出导纳
Yre Yfe YS Yie
（4）通频带与矩形系数
B0.707
K r 0.1 9.95
20
fo QL
单调谐回路
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
3.1.3 高频谐振放大器的稳定性
• 稳定性分析：由于晶体管集基间电容Cb c (混Π网络中)的反馈， Yre 也就是通过Y参数等效电路中反向传输导纳 的反馈，使放 大器存在着工作不稳定的问题。
p1 p2 yfe 2f g (1 jQL ) f0
2 2 p g g p 匹配： 1 oe1 p 2 gie2
输出回路传输匹配，则可得最大功率增益。
18
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
2. 放大器的性能参数
图3-1高频小信号放大器的高频等效电路
Yi yie yre yfe yie Yir ' yoe Y L
实际电路中，
yie gie1 jCie1
Yir g F jbF
放大器等效输入端回路
Yir
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
所谓“自激振荡”，就能量关系而言，是指：回路中储 存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加 电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振 荡。 此时，如果g∑= gs+ gie + gF ＝ 0，即整个回路的能量消耗为 零，回路中储存的能量恒定，在 Yir 电感与电容之间相互转换，回路 中的等幅振荡得以维持，而不需 外加激励。
yoe g oe1 jCoe1 y g jC ie2 ie2 L
vo p2v 31 Av vi v be
p1 p2 yfe
v 31
p1 yfev be
g jC
1 jL
p1 p2 yfe Av 1 2f g jC g (1 jQL ) jL f0
v54
-
+
p1yfevbe
yie
yrevce yfevbe
v31
-
-
v o v 54 p2v 31
vo p2v 31 Av vi v be
v 31
p1 yfe v be
其中： 2 2 g g p g p p 1 oe1 2 g ie 2 2 2 C C p C p 1 oe1 2 Cie2
信宿
本地振 荡器
3
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
• 例：窄带放大器 负载是谐振回路或者声表面波滤波器等。
VCC
M
C0
Rb1
C0
Rs Vs
C
RL
Rb2
Re
Ce
4
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
wk.baidu.com
高频小信号放大器的要求
• 工作频率高。目前广泛使用的GSM数字移动通信系统的手机中， 为900MHz和1800MHz（ 1900MHz ）。 • 增益要高。80—100dB。 • 频率选择性好。放大器的频带宽度和矩形系数是衡量选择性的两个
第 3章
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
高频谐振放大器
高频小信号谐振放大器 低噪声小信号放大器的设计 高频功率放大器的原理与特性 高频功放的高频效应 高频功率放大器的实际线路 功率放大器线性化技术 高效功放、功率合成与射频模块放大器
3.1 高频小信号谐振放大器
• 功用：放大高频小信号，以便作进一步的变换和处理。所谓“小信
• Y参数不仅与静态 工作点的电压、电流 值有关，而且与工作 频率有关，是频率的 复函数。 • 当放大器工作在窄 带时，Y参数变化不 大，可以将Y参数看 作常数。
9
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
例1：单管单调谐放大器
VCC Rb1 Tr1 T C
1 L2 3
Tr2