高频小信号放大器(绝对有用)

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
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
13
yr

I1 V2
V1 0
yf

I2 V1
V2 0
Yi

yie

yre yfe yoe YL
Yo

yoe

yre yfe yie Ys
•
•
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
-
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

Gp

p1 p2 yfe
jwC
12
放大器输出导纳Yo

•
I1

•
yie V1
•
yre V2

•
I2

y fe
•
V1
•
yoe V2
•
•
•
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
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
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
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
g ie 2 gie1
-
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
YL gie2 jwCie2
32
+
+3 5 +
C v3L1 2
v21
1
4 yL v54
yoe goe1 jwCoe1
yoe
T
L2
1
4
C
YL
Tr2
p2

v54 v31

N2 N
yie
+3
+
C
v21
L
2
yoe yrevce yfevbe -
u31 1
-
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
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
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
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
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）
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。
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 晶体管共发射极电路
图 3.2.2 ｙ参数等效电路
yi yr

I1
VI 11 V2
V2 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；
yf

I2 V1
V2 0 称为输出短路时的正向传输导纳；
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
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:
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。
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。
2
1
f f

0 1
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

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

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
Po：输出端负载g
上获得的功率
ie2
Pi：放大器的输入功率
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
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
C

C

p12Coe1

p22Cie2
+
u31
yfeuvbbee yyoeoe
-
+ u54
YYLL
0

0
1
2
1

f fβ

所以 fT fβ 02 1
1
通常0 1,
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。
yo

I2 V2
V1 0 称为输入短路时的输出导纳。
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
,
p2

Fra Baidu bibliotek
Gp 2gi2
匹配时的电压增益
( 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）；
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
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
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
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
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 +
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。
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 ]
yfe 1 rbb' [gb'e
gm
jw
Cb'e ]
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)。