高频小信号放大器

goe yfevi
P2 gie2
b
Pi
v
g2
i ie1
Po
Va2b
p
2 2
g
ie2
p1
yfe g
Vi
2 p22gie2
故：gGie1P和o gipe21分2pg22别2yf是e 2本ggiie级e21 和A下Vo一2 级ggiiee晶12 体管的输入导纳。
忽用d略b表回示路时本：身G的Po损＝1耗0GlgGPo，P（o则db匹）配g条 件g为：P1p212ggooee＝ pP2222ggie2ie
QL
0C g
是回路的等效品质因数
2 5
电压增益的相关结论
②①当A VΔ是f工 0作时频，A率Vf0的函 p数1gpΣ2yfe
G
p1p2yfe p p12goe p22g ie2
"-"号表明输入和输出有180的相位差。此外yfe是一个复数，它也有 一个相角fe，因此输入和输出之间的相差不是180，而是180＋fe。
把晶体管内部的物理过程用集中原器件RLC表示。用这 种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的π参 数等效电路。
混合π参数等效电路
CCggbbmbbmbc'vbe在将称是b是'e共输为表发基集出跨示射极电的导晶结电,极交体g电阻m电流管容路电放b0C中压e大是bc引反作b是发'e 起馈用集射高一I的c电结频部(等m结电反分A效)电阻馈到电2容6,输流降(mb入发低Vc是端)生晶集.器体可电管能结引的电起电阻自流激放大系数
含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信 号频谱分量通过放大器。
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QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的增 加而变。并且通频带愈宽，放大器增益愈小。
5
3 选择性
从各种不同频率的信号的总和（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。
I
V2 =0
V1 yie
Cbe
gmVbe
yie rbb
1 1
j(Cbe Cbc )
rbb
1
1 Ybe
e
1
Ybe rbbYbe
Ybe j(Cbe Cbc )
1 3
(2)
yfe
又 Vbe
I V1小引起I小
2
VI21 V2V10
rbb
1 Ybe
gmVbe yfe VI21
V1
I2 gmVbe I
高频小信号放大器
§3.1 概述
1 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 频 带宽度在几khz到几十MHz
② 小信号 信号较小故工作在线性范围内(甲类 放大器)
2
2 高频小信号放大器的分类
按所用的材料： 晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集电电路（IC) 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：谐振放大器和非谐振放大器
IIIccb
yyVfieeVVcYii L
yyoreeVVcC
(1) (2)
(3)
+ Vi
yreVc yoe
Ys – gie1 yqeVi
+ P1
+
C
Vo –
L g P2
Vo –
gie2
b
YL代表由集电极C向右看的回路导纳（对外电路而言Vc是上 负下正，故Ic有一负号）
2 1
(3) = (2)
I
V1
1 rbb
Vbe
Cbe
gmVbeV2
Ybe
e
1
I
rbb rbbYbe
jCbcrbbV 2 1 rbbYbe
jCbcYbe
I1
jC bc rbbV2
1 rbbYbe
rbb
jCbcVi
1 rbbYbe
y re
1
jCbc
rbbYbe
Ybe jCb'e
1 5
(4)
I2
yoe
I
VI22 V10
① 矩形系数 按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表
示实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系 数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。
6
K ro1
2f 0.1 2f 0.7
AV/AVo 1
0.7
K r0.01
2f 0.01 2f 0.7
0.1
理想
2f0.7 2f0.1
实际 f
2f 0.1, 2f 0.01分别为放大倍数下降至0.1和
这是对工作频率较高时的简化电路，
gbc
对工作频率范围不同时，
等效电路可进行不同的简化。
Cbe
频率低时可忽略电容的作用。
e
c gmVbe
1 2
四、Y参数等效电路与混合π等效电路参数的转换
(一) 令V2 = 0，求yie、yfe。 简化混合π等效电路，如图所示。
b
I1
rbb
b Cbc
I2 c
(1)
yie VI11 V2 0
Po Pi
放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/ 2)
倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，
用 B 2表f0示.7 。2f 0.7也称为3分贝带宽。
4
AV
AP
AV 0
AP0
1
0.7
1 0.5
2f0.2
2
f0
f
f0
f
2f0.7
为什么要求通频带？ 放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包
yoe
YL p12
p1 p2 y fe p12 yoe YL
2 3
令：yoe goe jCoe yie2 gie2 jCie2
所以：A V
p1 p2 y fe p12goe p22gie2 Gp j C p12Coe p22Cie
1 jL
其中，goe和Coe分别是放大器的输出导纳和输出电容； gie2和Cie2分别是下一级放大器的输入导纳和输入电容。
③④当A v频o与率晶较体低管时正，向f传e＝输0，导V纳o和yfeV成i相正位比差，才和是回18路0o的总电导gΣ成反比。
2 6
2）功率增益
a
a
GP0
Po Pi
(谐振时）；
Po：输出端负载gie2上获得的
功
率
P1yfe
v
i
P12goe GP
Pi：放大器的输入功率
b
P22gie2
Vi gie1
P1
Vc
yfe yoe
YL
Vi
(4)
Y L
1 P12
(g
jc
1
jL
P22 yie)
(4) 代入(1)
Ib
yie
yre yfe yoe YL
Vi
放大器的输入导纳:
Yi
VIbi
yie
yre yfe yoe YL
2 2
放大器的质量指标
1）电压指标 A V VVoi 根据电压变比关系： V o p2V ab
故最大功率增益为：
GPo
max
po(max) pi
p12 p22gie2 y fe 2 4gie1 p22gie2 p12goe
y fe 2 4gie1goe
2 7
在实际情况下，Gp不能忽略，考虑到Gp的作用
(GPo )max
y fe 2 4 g oe gie1
1
Gp g
2
y fe 2 4 g oe gie1
1
QL QO
2
式中： QL 1 0Lg 为回路有载品质因数
1 7
电流放大系数β与f 的关系：
0
1
f f
2
fT f
f f
fT f
,或者
f
fT
故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。
3）最高振荡频率fmax
晶体管的功率增益 GP 时1的工作频率
可以证明:
fmax
1 2
gm 4rbb'Cb'eCb'c
fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率
随着工作频率下降到低频值β0的1 2
时的频率 由于
1
0
j
f f
,
0
1
f f
2
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。
2）特征频率 当频率增高，使|β|下降到1时的频率。
0 1
1
f f
2
fT f 02 1 由于0 1,所以fT 0 f
II12
yyiVf V11yyrVoV22
即
:
II12
yi yf
yr yo
VV12
式中：yyyyirofVIVV1V1III122122V2
0 称为输出短路时的输入导纳
V1 0 称为输入短路时的反向传输导纳 V2 0 称为输出短路时的正向传输导纳 V10 称为输入短路时的输出导纳
1 0
二、混合π参数等效电路
0.01处的带宽，Kr愈接近于1越好。
7
② 抑制比
表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。
A
dn
Av0 An
AV AVn
fn f0
f
An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。
例 Av0 = 100 An = 1 用分贝表示dn(dB) = 20 lgdn
dn
100 1
100
Ybe
1
V1 rbbYbe
I
2
g mV1 1 rbb来自百度文库be
0
1
gm rbbYbe
Ybe j(Cbe Cbc )
1 4
(二) 令 V1 ，0求yre、yoe
I1 rbb b Cbc c I2 c
I
(3)
yre
Vbe
I
VI12 V10
I1
Vbe rbb
I / gbb jCbe
V2 1
jCbcV2
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。非谐振由阻容放大器 和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。
3
3 高频小信号放大器的质量指标
1 增益（放大系数）
电压增益： 分贝表示： 2 通频带
AV 功 V率Voi 增益：
AV
20 log
V0 Vi
AP
P0 Pi
Ap
10 log
时晶体管已经不能得到功率放大，当f>fmax时,无论使用什么
方法都不能使晶体管产生振荡。
频率参数的关系: fmax fT f
1 8
例题 : 已知高频三90极 1的 4管特征频1率 50是 M， Hz
0 100,求其截止频率； 作当 在 5其 0M工 H时 z ， 试估算此时的电 倍流 数放大
解:
dn( dB ) 40dB
8
4 工作稳定性：
指在电源电压变化或器件参数变化时以上三参数的稳定程度。
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：
NF
Psi Pso
/ /
PPnnoi ((输输入出信信NF越号号接噪噪近比1比越)) 好
gmVbe
jCbcV2
gm
jCbcrbbV2
1 rbbYbe
Y jC jCbcV2
yoe
VI122V11g0mrbrbmYbjbe C
bc
1
be
1
g
b'e
m rbb rbbYbe
C C b'c
b'e 故(1)、(2)、(3)、(4)中的Ybe可认为相同。。
1 6
晶体管的高频参数
1）截止频率
由fT 0 • f 截止f频 fT 0率 1 10 50 0 1.5(MH ) z
工作频 50M 率Hz截止频 1.5M 率Hz
fT 1503
f 50 低频时能放大电流100倍的三极管工作
在50MHz的高频时只能放大3倍了！1 9
3. 3 单调谐回路谐振放大器
R1、R2、R3为偏置电阻，决定 工作点， LF、CF为滤波电路，负压供电 C4、L组成L、C谐振回路 R4是加宽回路通频带用 Rp是并联回路本身的损耗
令 g p12goe p22gie2 Gp;C C p12Coe p22Cie2
则A V p1 p2 y fe
g
jC
1 jL
2 4
式AV中可分写母成：视为并联回路的导纳，当角频率在谐振角频率0附近时
A V
p1p2yfe
g
1
j
2QLf f0
式中：f0
2
1 LC
, f
f
f0是工作频率对f0的失谐
其中 Cb’c 和 rbb’ 在高频时危害最大
1 1
三、混合π等效电路的简化
混合π等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率 下：
•rbc与Cbc引起的容抗相比rbc可视为开路。 •rbe与Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（视为开路）
•rce与回路负载比较，可视为开路。
简化后的等效电路如图：
b rbb b Cbc
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，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定
性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决
定主次，进行分析和讨论。
9
3. 2 晶体管高频小信号等效电路与参数
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
R1 R2 C3
C4 R4
bP2 L C2 P1 a
R3
LF
–
CF
+
所谓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。所以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 0
等效电路分析
因为讨论的是小信号，略去直流参数元件即可用Y参数等效
电路模拟。
Ib
c Ic
a
Is
数学分析：由图可知：
V ab V c p1
所以： A V
VVoi
p2 p1
VVci
p1
p2 y fe yoe YL
由于： YL
G p
jC
1 jL
p22 yie2
V o
p2 p1
V c
YL
YL p12
1 p12
G p
jC
1 jL
p22 yie2
所以：A V p1
p2 y fe yoe YL
p1
p2 y fe