高频小信号放大器(绝对有用)

fT 0 fβ
0 / 2
f fβ fT
当f fβ时,
0
fT fβ fT
1
f f
2
f fβ
f
即 f fT
可以粗略计算在某工作频率f >> fβ的电流放大系数。
23
3. 最高振荡频率fmax 晶体管的功率增益Gp=1时所对应的频率 f ≥fmax后， Gp<1，晶体管已经不能得到功率放大。 由于晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自激 振荡器的必要条件，所以也不能使晶体管产生振荡。 频率参数的关系： fmax fT fβ
gm Vbe 代表晶体管的电流放大作用
16
rbc是集电结电阻 Cbc是集电结电容 rce集射极间电阻 Cce集射极间电容
rbe 是发射结电阻 Cbe是发射结电容
图 3.2.5 ｙ参数及混合π等效电路
17
I b yie V b yre V c
I c y feVb yoe V c
yie
1
gb'e j w C b'e rbb' [gb'e j w Cb'e ]
Rb1
VCC
Tr1
T
3
5
Rb2
Cb
Re
Ce
Rb2
Re
结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；
29
3. 动态分析
1) 画出交流等效电路，其简化规则：有交流输入信号，所有直
流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。
（谐振回路L、C保留）
VCC
输出回路
Rb1
C
Tr1
T
L
1 2
Tr2 4 YL
YL gie2 jwCie2
32
+
+3 5 +
C v3L1 2
v21
1
4 yL v54
yoe goe1 jwCoe1
yoe
yie
yrevce yfevbe
-
-
- YL gie2 jwCie2
把晶体管集电极回路和负载 折合到振荡回路两端 其中：
Gp Gp p12 goe1 p22 gie2
几十μV～几mV
f1=fo-fs
1V左右
高频放大 混频 中频放大 检波 低频放大
fs
fs
f1
f1
F
F
fo
本地振荡
晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源 四端网络参数微变等效电路来分析。
8
3.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路） 3.2.2 混合π等效电路 3.2.3 混合π等效电路参数与形式等效
Av
Gp
p1 p2 yfe
jwC
1
jwL
34
+
v31
p1 yfev be
Gp
p22 g ie 2
+ v31
p12 goe1
-
-
Av
GP
p1 p2 yfe
jwC
1
jwL
谐振时
Av 0
p1 p2 yfe GP
p1 p2 yfe
Gp p12 goe1 p22 gie 2
35
+
p22 g ie 2 +
K r 01
2f 0.1 2f 0.7
Kr 0.01
2f0.01 2f0.7
AV/AVo 1
0.7
② 抑制比：表示对某个干扰信号fn
2f0.7
的抑制能力，用dn表示。 A
Av0
dn
Av 0 Avn
Avn
5
0.1
fn f0
2f0.1
f
理想 实际 f
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管 参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特 性的稳定。
晶体管工作在线性区，可看成线性元件，用有源线性四端网络 参数微变等效电路来分析。
10
图
3.2.1 yi
yr
晶体VVII1112管V共V21发00称称射为极为电输输路入出短短路路时时的的反输图向入3.传导2.2输纳ｙ导；参纳数；等效电路
yf yo
I2 VI12 V2
V2 0 称为输出短路时的正向传输导纳； V1 0 称为输入短路时的输出导纳。
Pi Vi2 gie1 gie1是本级晶体管的输入电 导。
Po
Vo2
g
ie
；
2
gie2是下一级晶体管的输入
电导。
故： AP o
Po Pi
Vo Vi
2
g ie 2 gie1
p12 p22 yfe 2 (Gp )2
g ie 2 gie1
( Avo)2
g ie 2 gie1
37
讨论：
i)如果设LC调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配。
yfe 1 rbb' [gb'e
gm
jw
Cb'e ]
yre
1
rbb'
[ gb 'e
j wCb'c j w Cb'e
]
yoe
jwCb'c
rbb' gm
1
gb'e j wCb'e rbb' [gb'e j w
Cb'e ]
19
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, 而正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式, 即:
yfe 2 4 g ie 1g oe1
38
讨论：
ii)如果LC调谐回路存在自身损耗，且输出回路传输匹配,
即
G p
p12
0 goe1
p22 gie2
则可得最大功率增益为：
-
晶体管集、射回路与振荡回路
5
+ 之间采用抽头接入，接入系数
4 YL v54
_-
p1
v21 v31
N1 N
31
yie
yrevce
yfevbe
+C
v21
yoe
-
+3
L
2
v31 1
-
5+
YL v54
4
-
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 jwCie1 yoe goe1 jwCoe1
Gp
v31
p1 yfev be p12 goe1
v31
-
-
谐振时
Av 0
p1 p2 yfe GP
Gp
p1 p2 yfe p12 goe1 p22 gie 2
匹配条件 Gp p12 goe1 p22 gie2
p12 goe1
p22 gie 2
Gp 2
p1
Gp 2go1
,
p2
Gp 2gi2
匹配时的电压增益
11
放大器输入导纳Yi
•
I1
•
yie V1
•
yre V2
•
I2
•
yfe V1
•
yoe V2
•
•
I2 YL V2
Yi
yie
yre yfe yoe YL
图 3.2.3 晶体管放大器及其ｙ参数等效电路
12
放大器输出导纳Yo
•
I1
•
yie V1
•
yre V2
•
I2
y fe
•
V1
•
yoe V2
电路ｙ参数的转换
3.2.4 晶体管的高频参数
9
VCC 输入回路 晶体管 输出回路
Rb1
C
Tr1
T
L
1 2
Tr2 4 yL
3
5
Tr1
T
3
5
L
2 1
4
C
yL
Tr2
Rb2
Cb
Re
Ce
因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联 组成，采用导纳分析比较方便，为此, 引入晶体管的y（导纳） 参数等效电路。
不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈 引起），使放大器完全不能工作。
6
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管 参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特 性的稳定。
F
A
低频小信号模型
A
高频小信号模型
出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。
7
高频小信号放大器的分析方法
3
5
输入回路 晶体管
Tr1
T
3
5
L
2 1
4
C
YL
Tr2
Rb2
Cb
Re
Ce
30
2) 画出交流小信号等效电路，
输出回路
负载和回路之间采用了变压器
输入回路 晶体管
3
5
耦合，接入系数
Tr1
T
L2
1
4
C
YL
Tr2
p2
v54 v31
N2 N
yie
+3
+
C
v21
L
2
yoe yrevce yfevbe -
u31 1
或削弱它的影响。
14
y(导纳)参数的优点：不涉及内部过程，适于任何四端（三端）器件 缺点：随频率变化；物理含义不明显。
c
Cb'c b
rbb' Cb'e
rcc
rb'c b' rce rb'e
gm vb‘e
ree
图 3.2.4 混合π等效电路
e
优点： 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。
缺点：
15
图 3.2.4 混合π等效电路 rbb是基极体电阻
yie=gie+jωCie yoe=goe+jωCoe yfe=|yfe|∠φfe yre=|yre|∠φre
Cie yie gieyreuce
yfeube
Coyeoe goe
21
1. 截止频率 β下降到β0的 1/时2所对应的频率
短路电流放大倍数
.
0
1 j f
f
2. 特征频率
0
2
1
f f
0 1
2
高频小信号放大器的分类
谐振放大器
单振荡回路 耦合振荡回路
（调谐与非调谐）
高频小信号放大器
LC集中滤波器
非谐振放大器
Leabharlann Baidu
石英晶体滤波器 陶瓷滤波器
本章重点讨论晶体管窄带谐振放大器 声表面波滤波器
窄带谐振放大器
宽带非谐振放大器
有源器件 谐振回路
宽带非谐 振放大器
滤波器
3
高频小信号放大器的主要质量指标
1) 增益：（放大系数）
24
3.3.1 电压增益 3.3.2 功率增益 3.3.3 通频带与选择性 3.3.4 级间耦合网络
25
图3.3.1 单调谐回路谐振放大器 的原理性电路与等效电路
26
几十μV～几mV
f1=fo-fs
1V左右
高频放大 混频 中频放大 检波 低频放大
fs
fs
f1
f1
F
F
fo
本地振荡
通常需要多级放大器来提供足够高的增益和足够好的选择性， 从而为下一级（混频或检波）提供性能良好的有用信号。
27
高频小信号放大器的电路分析包括多级分单级、 静态分析、 动态分析、 整合系统几个基本步骤。 1. 多级分单级 前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器 的负载。
28
2. 静态分析
画出直流等效电路，其简化规则：交流输入信号为零；所有
电容开路；所有电感短路。
VCC
Rb1
C
L
1 2
Tr2 4 YL
Gp 0
即：
p12
goe1
p22 gie2
则可得最大功率增益为：
p1 yfevbe
p22 gie 2 +
Gp
p12 goe1
v31
-
AP0 max
p12 p22 p12 goe1
yfe 2 p22 gie2
2
gie2 gie1
p12 p22
yfe
g 2 ie2
4gie1 p12 goe1 p22 gie2
C
C
p12Coe1
p22Cie2
+
u31
yfeuvbbee yyoeoe
-
+ u54
YYLL
-
33
+
+3 5 +
+
yie
yrevce yfevbe
C
yove 21
-
L2
v31
1
-
4 yL v54
-
v31
-
Av
vo vi
p2v 31 v be
v 31
Gp
p1 yfevbe
jwC
1
jwL
vo v54 p2v31
•
Av
V
•
2
V1
yfe yoe YL
ｙre表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）； ｙfe表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）。 ｙre越大表示晶体管的内部反馈越强；ｙfe越大表示晶体管
的放大能力越强。
ｙre的存在, 对实际工作带来很大危害, 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
高频小信号放大器的特点：放大高频小信号（中心频率在几百 kHz—几百MHz，频谱宽度在几kHz—几十MHz的范围内）的 放大器。
几十μV～几mV
f1=fo-fs
1V左右
高频放大 混频 中频放大 检波 低频放大
fs
fs
f1
f1
F
F
fo
本地振荡
1
音 频 射 频 微波
300KHz
300MHz
普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz、调频广播中每个 电台所占频带宽宽为 200 kHz （单声道为 180 kHz ，立体 声为 198 kHz）、电视信号的带宽为8MＨz(含伴音)。
电压增益：
Av
Vo Vi
功率增益：Ap
Po Pi
分贝表示：
Av
20 log Vo Vi
Ap
10 log
Po Pi
2) 通频带：
4
3) 选择性：从各种不同频率信号的总和（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。
① 矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。
•
•
•
I1 Ys V1 (I s 0)
Yo
yoe
yre yfe yie Ys
•
•
Av
V
•
2
V1
yfe yoe YL
图 3.2.3 晶体管放大器及其ｙ参数等效电路
13
yr
I1 V2
V1 0
yf
I2 V1
V2 0
Yi
yie
yre yfe yoe YL
Yo
yoe
yre yfe yie Ys
•
β=1时所对应的频率
0 / 2
f fβ fT
fT fβ 02 1
通常0 1,
fT
0
f
。
β
当f > fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增 益，而功率增益还可能大于1。
22
2. 特征频率 β=1时所对应的频率
0
0
1
2
1
f fβ
所以 fT fβ 02 1
1
通常0 1,
( Avo)max 2
y fe g o1 g i 2
36
整个收、发机系统的功率增益是其一项重要性能指标，因此需要考虑高 频小信号放大器的功率增益水平。由于在非谐振点上计算功率十分复杂，
且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益：
AP0
Po Pi
(谐振时）；
Po：输出端负载g
上获得的功率
ie2
Pi：放大器的输入功率