第三章 高频小信号放大器讲解
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NF越接近1越好
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。
3.2 小信号放大器等效电路及其参数
直流偏置电路和交流偏置电路的画法
(1)直流偏置电路： 将所有电容开路、电感短路，可得放大器的 直流通道。 （2）交流偏置电路： 将旁路电容（大电容）短路，直流电源对地 短路，高频扼流圈开路，可得交流通道。
p1 G -2 g p 2 goe 0.41 N12 N13 p1 120 0.41 49
1
G p2 0.12 N 45 N13 p2 120 0.12 14 2 gie
(3) 确定回路电容C
p12Coe 0.412 18 3(pF)， Cie p22Cie 0.152 142 3(pF) 因为Coe Cie 200 3 3 194(pF) 所以C C Coe
d n ( dB ) 40dB
4 工作稳定性：
指当放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化 时，放大器主要性能的稳定程度。 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：
Psi / Pni (输入信噪比 ) NF Pso / Pno (输出信噪比 )
例：求解任意一单谐振回路的矩形系数Kr0.1
解：
K r 0.1
2f 0.1 BW0.1 2f 0.7 BW0.7
I = Im
1 2D f 2 1+ （Q ） f0
单谐振回路
BW0.1 2f0.1 99 f0 QL
K r 0.1
BW0.1 99 10 BW0.7
单谐振回路的选择性较差
1Tr 2 5 V2
p1
N N12 p2 45 N13 N13
1 4 L 2 3 5 YL
C V1 Ce
b ＋
取Yre=0
. Yfe Ube Yie
(aห้องสมุดไป่ตู้ c
(b)
1 4 C Yoe L 2 3 5 YL
. Ube －
＋ . Uo －
1 4 . YfeUbe goe Coe C L 2 3 5 gL
2．放大器的选择性与通频带
相对电压增益
Au Au 0
1 2f 2 1 (Q ) f0
Au 1 Au 0 1 jQ 2f f0
1 1 2
通频带
BW0.7 2f 0.7
f0 Q
K r 01
2f 0.1 20.1 102 1 >>1 2f 0.7 20.7
窄带谐振放大器 有源器件 谐振回路
晶体管、场效应管、集 成运放
LC谐振，晶体、陶瓷、声表面波 等固体滤波器
小信号放大电路的分类:
按频带宽度分:
窄带放大器：以各种选频电路作负载，例如并联 谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等 宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载，例 如高频变压器、传输线变压器等 按负载分: 调谐放大器 单调谐放大器 双调谐放大器 参差调谐放大器 集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面波滤波器为负载
匹配条件
G p 2 g o1
2 Gp p12 goe1 p2 gie2
p g oe1 p g ie 2
2 1 2 2
G p 2
p1
, p2
G p 2 gi 2
匹配时的电压增益
( Avo ) max
y fe 2 g o1 gi 2
【例】 单调谐放大器如图所示，下级采用与本级相同的电路，放 大器的中心频率 f0=465kHz，通频带 BW0.7=15kHz。已知晶体管 在中心频率及工作点上的 Y 参数为： gie=0.4mS ， Cie=142pF ， goe=55μS ， Coe=18pF ， Yfe=36.8mS ，略去 Yre 的影响；调谐回 路的电感线圈N13=120匝，L13=586 μH，Q0=150。试在放大器输 出功率尽量高的情况下（阻抗匹配），确定回路品质因数，等效 元件值，变压器匝数，回路电容C，并计算放大器的增益。
2 gL gp p12 goe p2 G gp goe gL
2 CL Cp p12Coe p2 C Cp Coe CL
f0
1 2 LC
1
2 2 L(C p12Coe p2 CL )
Q
1 G0 L
0C
主要性能指标和基本单元电路
• 常见的基本指标如下： 一．增益 增益定义为放大器的输出信号电量与输入信号电 量的比值，用A加下标（类似于低频放大器的增益）来 表示。 图为一典型增益的幅频特性曲线。
Vo 电压增益：AV Vi
Vo 分贝表示： AV 20 lg Vi
Po 功率增益：AP Pi
表示与理想滤波特性的接近程度。
K r 0.1
2f 0.1 2f 0.01 K r0.01 2f 0.7 2f 0.7
AV/AVo 1 0.7 2f0.7 0.1 2f0.1
理想
2f0.1, 2f0.01分别为放大倍数下 降至0.1和0.01处的带宽，Kr愈接 近于1越好。
实际 f
二、 晶体管高频等效电路
1、混合
型等效电路
从模拟晶体管的物理机构出发，用集中参数元件 R、
C和受控源来表示管内的复杂关系 。 优点：各元件参数物理意义明确，在较宽的频带内元件值 基本上与频率无关； 缺点：随器件不同而有不少差别，分析和测量不方便。
因而混合型等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。
2) 计算放大器的增益
Au 0
p1 p2 Yfe G
输入回路：输入变压器次级绕阻 B1
晶体管：T
输出回路： LC 并联谐振回路， 输出变压器 B2,及负载 YL
输入回路 晶体管
B1 VT
输出回路
3 L2 1 5 4
Rb1
yL
Ec
C
B2
Rb2
Re
直流偏置电路：R1,R2为基极分压电阻，Re为发射级负反馈 电阻，C1,Ce为旁路电容。 目的：确定静态工作点，给三极管放大器供电，使其可以工作。 高频等效通路：交流信号实际流过的电路。
第三章 小信号调谐放大器
使用选频网络作为负载的放大电路 小信号+放大+选频
3.1 概述
•对高频小信号放大器的要求
–信号幅度小
•放大器工作在线性区，可以应用二端口网络分析 •信号频谱——输入与输出完全相同
– 选频（滤波）作用
• 信号频谱宽度——有限 • 噪声、干扰——全频范围 • 目的：提取有用信号，抑制无用信号
•二．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/ 2 )倍时，所对应的频率范围称为放大器的通 频带，用 B 2f 0.7 表示。2f0.7也称为3dB带宽。
三. 选择性
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。 选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。 ① 矩形系数
一、电路结构和工作原理
下图为一个典型的共射极高频调谐放大器的实际电路 1 直流偏置电路
Rb1、Rb2 为基极分压式偏置电阻， Re 为射极负反馈偏置电阻，稳定静态 工作点，Cb、Ce 为旁路电容。
Rb1
B1 VT C
1 L2 3
Ec
4 yL 5
B2
2
高频交流等效电路
Rb2
Cb Re Ce
放大电路由三部分组成
yre yfe yoe YL
放大器输出导纳Yo
Yo yoe
Av
yre yfe yie Ys
yfe yoe YL
电压增益
V2 V1
晶体管的Y参数等效电路
3.3 单调谐回路谐振放大器
高频调谐放大器及其等效电路
3 R1 C L 2 V1 4 UCC
Tr1
La C1 R2 Re
Yie
Ib U be
U ce 0
Yoe
Ic U ce
U be 0
Yie =gie+jωCie，输入导纳 gie 、 Cie 分别称为输入电导和 输入电容
Yoe=goe+jωCoe，输出导纳 goe 、 Coe 分别称为输出电导 和输出电容
放大器输入导纳Yi
Yi yie
Yfe
Ic U be
U ce 0
Yre
Ib U ce
U be 0
正向传输导纳 反向传输导纳 反应输入电压对输出电流的控制。 反应输出电压对输入电流影响。 体现晶体管放大能力 即晶体管内部的反馈作用
i1 yi u1 yr u2 ib yie ube yre uce i2 y f u1 yo u2 ic y fe ube yoe uce
1．电压增益 Au 与谐振电压增益
Uo Uo p1 p2Yfe Au U i U be G (1 jQ 2f ) f0
Au 0
谐振电压增益
p1 p2Yfe Au 0 G Au 0 Au 0 p1 p2 Yfe G
负号表示放大器的输出电压与输入电压之间 反相，但由于 Yfe 是复数，有一个相角∠ φfe ， 因此，一般来说，放大器输出电压与输入电压 之间的相位并非正好相差180°
G
放大器输出电压
p1 p2YfeU be p1 p2YfeU be U o p2U o 1 1 G jC G [1 j(C ) G ] j L L p1 p2YfeU be 2f 0 ) G [1 jQ ( )] G (1 jQ f0 0 p1 p2YfeU be
1
(2) 确定接入系数p1和p2
为了使输出功率尽量高，则要求电路满足匹配条件 则有
2 p12 goe gp p2 gie
2 G g 'oe g 'ie gp 2( p12 goe gp ) 2 p2 gie
1 gp 3.9(S) 3 6 Q00 L 150 2 465 10 586 10
混合π型等效电路
2、 晶体管的Y参数等效电路
二端口网络
Y参数网络方程
I 1 Yi U 1 Yr U 2 I 2 Yf U 1 Yo U 2
Y参数等效电路电路
i1 yi u1 yr u2 ib yie ube yre uce i2 y f u1 yo u2 ic y fe ube yoe uce
＋ CL . Uo －
e (c) (d)
高频调谐放大器及其等效电路
gp表示电感线圈的等效并联损耗电导
goe jCoe p12Yoe p12 goe j p12Coe Yoe
2 2 2 jCL p2 YL gL YL p2 gL j p2 CL
3. 负载分析和阻抗匹配
通常的，放大器采用级联形式搭建。 即，本级的放大器负载，为下一级的晶体管输入端
+
· Vi
· ·
gie Cie
· yreV o · p1yfeV i
2 p1 goe
·
c
2 p1 Coe
· · · ··
C4
2 2 p2 gie p2 Cie
b L
Gp
-
· ··
· ·
-·
· · ··
② 抑制比(抗拒比)
表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。
Av0 dn A vn
Avn ：为干扰信号的放大倍数， Av0 ：为谐振点f0的放大倍数。
A AV0 AVn f
fn
f0
例：Av0=100 ，Avn=1，用分贝表示dn(dB) = 20 lgdn
100 dn 100 1
解：1) 确定回路参数
(1) 确定回路有载品质因数、总电导值和电感损耗等效并联电导值。
f0 465 103 Q 31 3 BW0.7 15 10
1 G 18.9(S) 3 6 Q0 L 31 2 465 10 586 10
1 1 C 200(pF) 2 3 2 6 (2f 0 ) L (2 465 10 ) 586 10
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。
3.2 小信号放大器等效电路及其参数
直流偏置电路和交流偏置电路的画法
(1)直流偏置电路： 将所有电容开路、电感短路，可得放大器的 直流通道。 （2）交流偏置电路： 将旁路电容（大电容）短路，直流电源对地 短路，高频扼流圈开路，可得交流通道。
p1 G -2 g p 2 goe 0.41 N12 N13 p1 120 0.41 49
1
G p2 0.12 N 45 N13 p2 120 0.12 14 2 gie
(3) 确定回路电容C
p12Coe 0.412 18 3(pF)， Cie p22Cie 0.152 142 3(pF) 因为Coe Cie 200 3 3 194(pF) 所以C C Coe
d n ( dB ) 40dB
4 工作稳定性：
指当放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化 时，放大器主要性能的稳定程度。 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：
Psi / Pni (输入信噪比 ) NF Pso / Pno (输出信噪比 )
例：求解任意一单谐振回路的矩形系数Kr0.1
解：
K r 0.1
2f 0.1 BW0.1 2f 0.7 BW0.7
I = Im
1 2D f 2 1+ （Q ） f0
单谐振回路
BW0.1 2f0.1 99 f0 QL
K r 0.1
BW0.1 99 10 BW0.7
单谐振回路的选择性较差
1Tr 2 5 V2
p1
N N12 p2 45 N13 N13
1 4 L 2 3 5 YL
C V1 Ce
b ＋
取Yre=0
. Yfe Ube Yie
(aห้องสมุดไป่ตู้ c
(b)
1 4 C Yoe L 2 3 5 YL
. Ube －
＋ . Uo －
1 4 . YfeUbe goe Coe C L 2 3 5 gL
2．放大器的选择性与通频带
相对电压增益
Au Au 0
1 2f 2 1 (Q ) f0
Au 1 Au 0 1 jQ 2f f0
1 1 2
通频带
BW0.7 2f 0.7
f0 Q
K r 01
2f 0.1 20.1 102 1 >>1 2f 0.7 20.7
窄带谐振放大器 有源器件 谐振回路
晶体管、场效应管、集 成运放
LC谐振，晶体、陶瓷、声表面波 等固体滤波器
小信号放大电路的分类:
按频带宽度分:
窄带放大器：以各种选频电路作负载，例如并联 谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等 宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载，例 如高频变压器、传输线变压器等 按负载分: 调谐放大器 单调谐放大器 双调谐放大器 参差调谐放大器 集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面波滤波器为负载
匹配条件
G p 2 g o1
2 Gp p12 goe1 p2 gie2
p g oe1 p g ie 2
2 1 2 2
G p 2
p1
, p2
G p 2 gi 2
匹配时的电压增益
( Avo ) max
y fe 2 g o1 gi 2
【例】 单调谐放大器如图所示，下级采用与本级相同的电路，放 大器的中心频率 f0=465kHz，通频带 BW0.7=15kHz。已知晶体管 在中心频率及工作点上的 Y 参数为： gie=0.4mS ， Cie=142pF ， goe=55μS ， Coe=18pF ， Yfe=36.8mS ，略去 Yre 的影响；调谐回 路的电感线圈N13=120匝，L13=586 μH，Q0=150。试在放大器输 出功率尽量高的情况下（阻抗匹配），确定回路品质因数，等效 元件值，变压器匝数，回路电容C，并计算放大器的增益。
2 gL gp p12 goe p2 G gp goe gL
2 CL Cp p12Coe p2 C Cp Coe CL
f0
1 2 LC
1
2 2 L(C p12Coe p2 CL )
Q
1 G0 L
0C
主要性能指标和基本单元电路
• 常见的基本指标如下： 一．增益 增益定义为放大器的输出信号电量与输入信号电 量的比值，用A加下标（类似于低频放大器的增益）来 表示。 图为一典型增益的幅频特性曲线。
Vo 电压增益：AV Vi
Vo 分贝表示： AV 20 lg Vi
Po 功率增益：AP Pi
表示与理想滤波特性的接近程度。
K r 0.1
2f 0.1 2f 0.01 K r0.01 2f 0.7 2f 0.7
AV/AVo 1 0.7 2f0.7 0.1 2f0.1
理想
2f0.1, 2f0.01分别为放大倍数下 降至0.1和0.01处的带宽，Kr愈接 近于1越好。
实际 f
二、 晶体管高频等效电路
1、混合
型等效电路
从模拟晶体管的物理机构出发，用集中参数元件 R、
C和受控源来表示管内的复杂关系 。 优点：各元件参数物理意义明确，在较宽的频带内元件值 基本上与频率无关； 缺点：随器件不同而有不少差别，分析和测量不方便。
因而混合型等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。
2) 计算放大器的增益
Au 0
p1 p2 Yfe G
输入回路：输入变压器次级绕阻 B1
晶体管：T
输出回路： LC 并联谐振回路， 输出变压器 B2,及负载 YL
输入回路 晶体管
B1 VT
输出回路
3 L2 1 5 4
Rb1
yL
Ec
C
B2
Rb2
Re
直流偏置电路：R1,R2为基极分压电阻，Re为发射级负反馈 电阻，C1,Ce为旁路电容。 目的：确定静态工作点，给三极管放大器供电，使其可以工作。 高频等效通路：交流信号实际流过的电路。
第三章 小信号调谐放大器
使用选频网络作为负载的放大电路 小信号+放大+选频
3.1 概述
•对高频小信号放大器的要求
–信号幅度小
•放大器工作在线性区，可以应用二端口网络分析 •信号频谱——输入与输出完全相同
– 选频（滤波）作用
• 信号频谱宽度——有限 • 噪声、干扰——全频范围 • 目的：提取有用信号，抑制无用信号
•二．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/ 2 )倍时，所对应的频率范围称为放大器的通 频带，用 B 2f 0.7 表示。2f0.7也称为3dB带宽。
三. 选择性
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。 选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。 ① 矩形系数
一、电路结构和工作原理
下图为一个典型的共射极高频调谐放大器的实际电路 1 直流偏置电路
Rb1、Rb2 为基极分压式偏置电阻， Re 为射极负反馈偏置电阻，稳定静态 工作点，Cb、Ce 为旁路电容。
Rb1
B1 VT C
1 L2 3
Ec
4 yL 5
B2
2
高频交流等效电路
Rb2
Cb Re Ce
放大电路由三部分组成
yre yfe yoe YL
放大器输出导纳Yo
Yo yoe
Av
yre yfe yie Ys
yfe yoe YL
电压增益
V2 V1
晶体管的Y参数等效电路
3.3 单调谐回路谐振放大器
高频调谐放大器及其等效电路
3 R1 C L 2 V1 4 UCC
Tr1
La C1 R2 Re
Yie
Ib U be
U ce 0
Yoe
Ic U ce
U be 0
Yie =gie+jωCie，输入导纳 gie 、 Cie 分别称为输入电导和 输入电容
Yoe=goe+jωCoe，输出导纳 goe 、 Coe 分别称为输出电导 和输出电容
放大器输入导纳Yi
Yi yie
Yfe
Ic U be
U ce 0
Yre
Ib U ce
U be 0
正向传输导纳 反向传输导纳 反应输入电压对输出电流的控制。 反应输出电压对输入电流影响。 体现晶体管放大能力 即晶体管内部的反馈作用
i1 yi u1 yr u2 ib yie ube yre uce i2 y f u1 yo u2 ic y fe ube yoe uce
1．电压增益 Au 与谐振电压增益
Uo Uo p1 p2Yfe Au U i U be G (1 jQ 2f ) f0
Au 0
谐振电压增益
p1 p2Yfe Au 0 G Au 0 Au 0 p1 p2 Yfe G
负号表示放大器的输出电压与输入电压之间 反相，但由于 Yfe 是复数，有一个相角∠ φfe ， 因此，一般来说，放大器输出电压与输入电压 之间的相位并非正好相差180°
G
放大器输出电压
p1 p2YfeU be p1 p2YfeU be U o p2U o 1 1 G jC G [1 j(C ) G ] j L L p1 p2YfeU be 2f 0 ) G [1 jQ ( )] G (1 jQ f0 0 p1 p2YfeU be
1
(2) 确定接入系数p1和p2
为了使输出功率尽量高，则要求电路满足匹配条件 则有
2 p12 goe gp p2 gie
2 G g 'oe g 'ie gp 2( p12 goe gp ) 2 p2 gie
1 gp 3.9(S) 3 6 Q00 L 150 2 465 10 586 10
混合π型等效电路
2、 晶体管的Y参数等效电路
二端口网络
Y参数网络方程
I 1 Yi U 1 Yr U 2 I 2 Yf U 1 Yo U 2
Y参数等效电路电路
i1 yi u1 yr u2 ib yie ube yre uce i2 y f u1 yo u2 ic y fe ube yoe uce
＋ CL . Uo －
e (c) (d)
高频调谐放大器及其等效电路
gp表示电感线圈的等效并联损耗电导
goe jCoe p12Yoe p12 goe j p12Coe Yoe
2 2 2 jCL p2 YL gL YL p2 gL j p2 CL
3. 负载分析和阻抗匹配
通常的，放大器采用级联形式搭建。 即，本级的放大器负载，为下一级的晶体管输入端
+
· Vi
· ·
gie Cie
· yreV o · p1yfeV i
2 p1 goe
·
c
2 p1 Coe
· · · ··
C4
2 2 p2 gie p2 Cie
b L
Gp
-
· ··
· ·
-·
· · ··
② 抑制比(抗拒比)
表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。
Av0 dn A vn
Avn ：为干扰信号的放大倍数， Av0 ：为谐振点f0的放大倍数。
A AV0 AVn f
fn
f0
例：Av0=100 ，Avn=1，用分贝表示dn(dB) = 20 lgdn
100 dn 100 1
解：1) 确定回路参数
(1) 确定回路有载品质因数、总电导值和电感损耗等效并联电导值。
f0 465 103 Q 31 3 BW0.7 15 10
1 G 18.9(S) 3 6 Q0 L 31 2 465 10 586 10
1 1 C 200(pF) 2 3 2 6 (2f 0 ) L (2 465 10 ) 586 10