高频电子线路_第五版_张肃文主编__学习课件(下)
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AV/AVo 1 0.7 2f0.7 0.1 2f0.1 实际 f
理想
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
② 抑制比：表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。
A
Av0 dn An
或 dn(dB) = 20 lgdn
AV AVn f
fn
f0
An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 ·
I
2 ·
高频小信号放大器
＋
1
I1 Is
·
＋ · V1 －
V2 Ys －
·
YL
晶体管接入外电路，例如， 下图构成放大器，这时相应 的y参数，不仅与晶体管有关， 而且与外电路有关，此时称 为外参数。
信号源
· · · ·
b I1 ＋ Ys · V1 yie －
y reV 2
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 本章采用y参数系：
yV I 1 i 1 yrV 2 y V yV I
2 f 1
高频小信号放大器
o 2
yi I 即: 1 I2 yf
yr V 1 yo V2
围内都是常数。
缺点：分析电路不方便。
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 4.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）
高频小信号放大器
和输出电压 V 为自变量 设输入电压 V 1 2
输入电流 I1 和输出电流 I2 为自变量
常用的三种参数系： h参数：
和 输 出 电 压 V 入 电 流 I1为 自 变 量 2 输
第四章
高频小信号放大器
5） 噪声系数： 噪声性能用噪声系数表示
Psi / Pni (输入信号噪比 ) NF Pso / Pno (输出信号噪比 )
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。 总结：上述各项性能指标之间即有联系又有矛盾：（1）增益 和稳定性是一对矛盾；（2）通频带和选择性是一对矛盾。 因此应根据设计需要决定主次，进行分析和讨论。
高频小信号放大器
求解上述方程得：
Ib
贩
贩
=
yb'e + yb'c yb'c V V 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) b 1 + rbb (yb'e + yb'c ) c
轾 yb'c rbb¢(g m - yb'e ) 犏 g + y + Vc b'c 犏ce 1 + r y + y ( ) 犏 b'e b'c bb 臌
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
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： 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。用Kr表示，其数学定义：
yfeV 1
I2 c ＋ V2 －
·
Is
·
YL
y oe e
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 4.2.2 混合π参数等效电路
高频小信号放大器
1. 混合π参数等效电路：把晶体管内部的物理过程用集中参 数原器件RLC表示。
混合π参数等效电路
bb是基极电阻
be是发射结电阻 bc是集电结电阻
yb'c yr = 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
g m - yb'c yf = 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
yb'c rbb¢(g m - yb'e ) yo = g ce + yb'c + 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
考虑到如下条件：
g m ? yb ' c yb ' e ? yb ' c g ce ? gb ' c
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
b ＋ V1 yi － e
Y参数等效电路
·
高频小信号放大器
I1
·
·
·
yr V 2
yf V 1
·
I2 c ＋ V2 －
·ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
yo
说明：
1）上述y参数可能是实数或复数 2）短路导纳参数是晶体管本身的参数， 只与晶体管的特性有关，与外电路无关。 又称内参数。
4.2
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4）工作稳定性： 指在电源电压变化或器件参数变化时，其主要特性的稳定程度。 放大器不稳定的现象有哪些？ 增益变化；中心频率漂移；通频带变窄；谐振曲线变形等。 常用的放大器稳定措施有哪些？ 限制每级增益；选择内反馈小的晶体管；应用中和或失 配方法等稳定措施。
4.1
概述
式中：
I yi 1 V 1 I yr 1 V 2 I yf 2 V 1 I yo 2 V
2
0 V 2
称为输出短路时的输入导纳 称为输入短路时的反向传输导纳 称为输出短路时的正向传输导纳 称为输入短路时的输出导纳
0 V 1
0 V 2
0 V 1
B 2f 0.7
4.1
AVo
AV
概述
AP
第四章
APo
1
高频小信号放大器
1 0.7
0.5 f
2f0.7 f0 f
2
f0 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。 影响通频带的因素？ （1）回路的形式和回路的等效品质因数QL （2）总通频带和级数有关。通频带愈宽，放大器的增 益愈小。
贩
g mV - yb'cV + y + g ce ) Vce = b 'e b ' e ( b'c
Ic
式中:
Vbe = Vb ,Vce = Vc
yb ' e = gb ' e + jwcb ' e yb ' c = gb ' c + jwcb ' c
贩
贩
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
g m - yb'c = I c 1 + r (y + y )Vb + b'c bb ⅱ b'e
将上式与
& = yV &+ y V & I 1 i 1 r 2 &= y V &+ y V & I 2 f 1 o 2
比较得：
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
yb'e + yb'c yi = 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
Ib =
贩
贩
1 1 V rbbⅱ be rbb
Vb ' e
C r bc bb’ I b b b + V b yie e C be I rb’e
Ic c + rce V c gmV b’ e -
1 + V be rbbⅱ
贩
骣1 ÷ ç ÷ + y + y - yb'cV = 0 ç V b'e b'c ÷ ç b ' e ce ÷ ç rbb 桫
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4.1.3 高频小信号放大器的主要质量指标 1） 增益：（gain）
Vo 电压增益： AV Vi
分贝表示：
功率增益：
V0 AV = 20 lg Vi
Po Ap = 10 lg Pi
P0 AP Pi
2）通频带：(passband) 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，亦称3分贝带宽。
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
2. 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。 ① rbc与Cbc引起的容抗相比rbc可视为开路。
② rbe与Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（视为开路） ③ rce与回路负载比较，可视为开路。
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
•谐振放大器：采用谐振回路（串、并联及耦合回路）作负 载的放大器，具有放大、滤波或选频的作用。 调谐放大器：调谐回路需对外来不同的信号频率进行调 谐。（高频放大器） 频带放大器：调谐回路的谐振频率固定不变。（中频 放大器） •非谐振放大器：由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简 单，性能良好，便于集成。
将结论进一步简 化为：
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
yb'e + yb'c yb'e yi = » 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) 1 + rbb yb'e
yb'c yb'c yr = » 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) 1 + rbb yb'e
简化后的等效电路如图：
b
rbb
b Cbc
c
gbc
注意： （1）简化电路对工作频率较高时适用；， Cbe （2）工作频率范围不同时等效电路可进行不同的简化。 （3）频率低时可忽略电容的作用。 e
gmVbe
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 高频小信号放大器 4.2.3 Y参数等效电路与混合π等效电路参数的转换 rb’c
Cbe是发射结电容 Cbc是集电结电容 b 'e 表示晶体管放大作用的等效电流发生器 g mv g m 称为跨导, g m 0 b 'e I c (mA) 26(mV ) Cbc 将输出的交流电压反馈一部分到输入端.可能引起自激 bb '在共集电极电路中引起高频反馈,降低晶体管的电流放大系数 b 0为共射极组态晶体管的低频电流放大系数
和 输 入 电 压 V 出 电 流 I2 为 因 变 量 1 输
晶体管共射极连接
z参数：
输 入 电 流 I1 和 输 出 电 流 I2 为 自 变 量
和 为 输 入 电 压 V 输 出 电 流 V 变 量 1 2 因 和 为 输 入 电 压 V 输 出 电 流 V 变 量 1 2 自 y参数： 输 入 电 流 I1 和 输 出 电 流 I2 为 因 变 量
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
结论： ①四个y参数都是复数，可表示成：
yie gie jwcie yoe goe jwcoe
yfe yfe fe
yre yre re
②晶体管在高频运用时，四个y参数都是频率的函数。 ③输入输出导纳比低频运用时大，而正向传 输导纳比低频时小。工作频率越高，这种差 别越大。
g m - yb'c gm yf = » 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) 1 + rbb yb'e
yb'c rbb¢(g m - yb'e ) yb'c rbb¢g m yo = g ce + yb'c + » g ce + yb'c + 1 + rbbⅱ 1 + rbb yb'e (yb'e + yb'c )
第 4 章 高频小信号放大器 4.1 概述
第四章
高频小信号放大器
4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 4.3 单调谐回路谐振放大器 4.4 多级单调谐回路谐振放大器 4.6谐振放大器的稳定性与稳定措施 小结及习题讲解
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4.1.1 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，相比中心频率较小。 ②小信号：信号较小，故晶体管工作在线性范围内(甲类放大器) 比较：
K r0.01
或
2f 0.01 2 f 0 .7
K
ro 1
2 f 0 .1 2 f 0 .7
4.1 说明：
概述
第四章
高频小信号放大器
• 2f0.1, 2f0.01分别为放大倍数（电压增益）下降至最大值 的0.1和0.01处的带宽。 • Kr愈接近于1越好。理想情况： Kr=1
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
晶体管在高频小信号运用时，等效电路有两种主要形式： 形式等效电路：将晶体管等效为有源线性四端网络。 优点：分析电路方便、不涉及晶
体管内部的物理过程 ，导出的表达 式具有普遍意义。
缺点：网络参数与频率有关 混合 p 等效电路：晶体管内部的复杂关系用集中元件 LCR表示，每一元件与晶体管内 发生的某种物理过程具有明显关 系。这样模拟出来的等效电路称 为~ 优点：元件参数在很宽的频率范
高频放大器 中心频率 频带宽度 负载 高 小 选频网络 低频放大器 低 大 无调谐负载（电 阻、有铁心的变 压器）
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4.1.2 高频小信号放大器的分类 晶体管（BJT) 按所用的材料分： 场效应管（FET) 集成电路（IC) 按频谱宽度分： 窄带放大器 宽带放大器 按电路形式分： 单级放大器 多级放大器 谐振放大器 按负载性质分： 非谐振放大器
理想
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
② 抑制比：表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。
A
Av0 dn An
或 dn(dB) = 20 lgdn
AV AVn f
fn
f0
An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 ·
I
2 ·
高频小信号放大器
＋
1
I1 Is
·
＋ · V1 －
V2 Ys －
·
YL
晶体管接入外电路，例如， 下图构成放大器，这时相应 的y参数，不仅与晶体管有关， 而且与外电路有关，此时称 为外参数。
信号源
· · · ·
b I1 ＋ Ys · V1 yie －
y reV 2
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 本章采用y参数系：
yV I 1 i 1 yrV 2 y V yV I
2 f 1
高频小信号放大器
o 2
yi I 即: 1 I2 yf
yr V 1 yo V2
围内都是常数。
缺点：分析电路不方便。
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 4.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）
高频小信号放大器
和输出电压 V 为自变量 设输入电压 V 1 2
输入电流 I1 和输出电流 I2 为自变量
常用的三种参数系： h参数：
和 输 出 电 压 V 入 电 流 I1为 自 变 量 2 输
第四章
高频小信号放大器
5） 噪声系数： 噪声性能用噪声系数表示
Psi / Pni (输入信号噪比 ) NF Pso / Pno (输出信号噪比 )
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。 总结：上述各项性能指标之间即有联系又有矛盾：（1）增益 和稳定性是一对矛盾；（2）通频带和选择性是一对矛盾。 因此应根据设计需要决定主次，进行分析和讨论。
高频小信号放大器
求解上述方程得：
Ib
贩
贩
=
yb'e + yb'c yb'c V V 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) b 1 + rbb (yb'e + yb'c ) c
轾 yb'c rbb¢(g m - yb'e ) 犏 g + y + Vc b'c 犏ce 1 + r y + y ( ) 犏 b'e b'c bb 臌
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
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： 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。用Kr表示，其数学定义：
yfeV 1
I2 c ＋ V2 －
·
Is
·
YL
y oe e
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 4.2.2 混合π参数等效电路
高频小信号放大器
1. 混合π参数等效电路：把晶体管内部的物理过程用集中参 数原器件RLC表示。
混合π参数等效电路
bb是基极电阻
be是发射结电阻 bc是集电结电阻
yb'c yr = 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
g m - yb'c yf = 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
yb'c rbb¢(g m - yb'e ) yo = g ce + yb'c + 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
考虑到如下条件：
g m ? yb ' c yb ' e ? yb ' c g ce ? gb ' c
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
b ＋ V1 yi － e
Y参数等效电路
·
高频小信号放大器
I1
·
·
·
yr V 2
yf V 1
·
I2 c ＋ V2 －
·ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
yo
说明：
1）上述y参数可能是实数或复数 2）短路导纳参数是晶体管本身的参数， 只与晶体管的特性有关，与外电路无关。 又称内参数。
4.2
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4）工作稳定性： 指在电源电压变化或器件参数变化时，其主要特性的稳定程度。 放大器不稳定的现象有哪些？ 增益变化；中心频率漂移；通频带变窄；谐振曲线变形等。 常用的放大器稳定措施有哪些？ 限制每级增益；选择内反馈小的晶体管；应用中和或失 配方法等稳定措施。
4.1
概述
式中：
I yi 1 V 1 I yr 1 V 2 I yf 2 V 1 I yo 2 V
2
0 V 2
称为输出短路时的输入导纳 称为输入短路时的反向传输导纳 称为输出短路时的正向传输导纳 称为输入短路时的输出导纳
0 V 1
0 V 2
0 V 1
B 2f 0.7
4.1
AVo
AV
概述
AP
第四章
APo
1
高频小信号放大器
1 0.7
0.5 f
2f0.7 f0 f
2
f0 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。 影响通频带的因素？ （1）回路的形式和回路的等效品质因数QL （2）总通频带和级数有关。通频带愈宽，放大器的增 益愈小。
贩
g mV - yb'cV + y + g ce ) Vce = b 'e b ' e ( b'c
Ic
式中:
Vbe = Vb ,Vce = Vc
yb ' e = gb ' e + jwcb ' e yb ' c = gb ' c + jwcb ' c
贩
贩
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
g m - yb'c = I c 1 + r (y + y )Vb + b'c bb ⅱ b'e
将上式与
& = yV &+ y V & I 1 i 1 r 2 &= y V &+ y V & I 2 f 1 o 2
比较得：
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
yb'e + yb'c yi = 1 + rbb¢(yb'e + yb'c )
Ib =
贩
贩
1 1 V rbbⅱ be rbb
Vb ' e
C r bc bb’ I b b b + V b yie e C be I rb’e
Ic c + rce V c gmV b’ e -
1 + V be rbbⅱ
贩
骣1 ÷ ç ÷ + y + y - yb'cV = 0 ç V b'e b'c ÷ ç b ' e ce ÷ ç rbb 桫
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4.1.3 高频小信号放大器的主要质量指标 1） 增益：（gain）
Vo 电压增益： AV Vi
分贝表示：
功率增益：
V0 AV = 20 lg Vi
Po Ap = 10 lg Pi
P0 AP Pi
2）通频带：(passband) 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，亦称3分贝带宽。
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
2. 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。 ① rbc与Cbc引起的容抗相比rbc可视为开路。
② rbe与Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（视为开路） ③ rce与回路负载比较，可视为开路。
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
•谐振放大器：采用谐振回路（串、并联及耦合回路）作负 载的放大器，具有放大、滤波或选频的作用。 调谐放大器：调谐回路需对外来不同的信号频率进行调 谐。（高频放大器） 频带放大器：调谐回路的谐振频率固定不变。（中频 放大器） •非谐振放大器：由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简 单，性能良好，便于集成。
将结论进一步简 化为：
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
yb'e + yb'c yb'e yi = » 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) 1 + rbb yb'e
yb'c yb'c yr = » 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) 1 + rbb yb'e
简化后的等效电路如图：
b
rbb
b Cbc
c
gbc
注意： （1）简化电路对工作频率较高时适用；， Cbe （2）工作频率范围不同时等效电路可进行不同的简化。 （3）频率低时可忽略电容的作用。 e
gmVbe
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章 高频小信号放大器 4.2.3 Y参数等效电路与混合π等效电路参数的转换 rb’c
Cbe是发射结电容 Cbc是集电结电容 b 'e 表示晶体管放大作用的等效电流发生器 g mv g m 称为跨导, g m 0 b 'e I c (mA) 26(mV ) Cbc 将输出的交流电压反馈一部分到输入端.可能引起自激 bb '在共集电极电路中引起高频反馈,降低晶体管的电流放大系数 b 0为共射极组态晶体管的低频电流放大系数
和 输 入 电 压 V 出 电 流 I2 为 因 变 量 1 输
晶体管共射极连接
z参数：
输 入 电 流 I1 和 输 出 电 流 I2 为 自 变 量
和 为 输 入 电 压 V 输 出 电 流 V 变 量 1 2 因 和 为 输 入 电 压 V 输 出 电 流 V 变 量 1 2 自 y参数： 输 入 电 流 I1 和 输 出 电 流 I2 为 因 变 量
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
结论： ①四个y参数都是复数，可表示成：
yie gie jwcie yoe goe jwcoe
yfe yfe fe
yre yre re
②晶体管在高频运用时，四个y参数都是频率的函数。 ③输入输出导纳比低频运用时大，而正向传 输导纳比低频时小。工作频率越高，这种差 别越大。
g m - yb'c gm yf = » 1 + rbbⅱ (yb'e + yb'c ) 1 + rbb yb'e
yb'c rbb¢(g m - yb'e ) yb'c rbb¢g m yo = g ce + yb'c + » g ce + yb'c + 1 + rbbⅱ 1 + rbb yb'e (yb'e + yb'c )
第 4 章 高频小信号放大器 4.1 概述
第四章
高频小信号放大器
4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 4.3 单调谐回路谐振放大器 4.4 多级单调谐回路谐振放大器 4.6谐振放大器的稳定性与稳定措施 小结及习题讲解
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4.1.1 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，相比中心频率较小。 ②小信号：信号较小，故晶体管工作在线性范围内(甲类放大器) 比较：
K r0.01
或
2f 0.01 2 f 0 .7
K
ro 1
2 f 0 .1 2 f 0 .7
4.1 说明：
概述
第四章
高频小信号放大器
• 2f0.1, 2f0.01分别为放大倍数（电压增益）下降至最大值 的0.1和0.01处的带宽。 • Kr愈接近于1越好。理想情况： Kr=1
4.2
晶体管高频小信号等效电路和参数 第四章
高频小信号放大器
晶体管在高频小信号运用时，等效电路有两种主要形式： 形式等效电路：将晶体管等效为有源线性四端网络。 优点：分析电路方便、不涉及晶
体管内部的物理过程 ，导出的表达 式具有普遍意义。
缺点：网络参数与频率有关 混合 p 等效电路：晶体管内部的复杂关系用集中元件 LCR表示，每一元件与晶体管内 发生的某种物理过程具有明显关 系。这样模拟出来的等效电路称 为~ 优点：元件参数在很宽的频率范
高频放大器 中心频率 频带宽度 负载 高 小 选频网络 低频放大器 低 大 无调谐负载（电 阻、有铁心的变 压器）
4.1
概述
第四章
高频小信号放大器
4.1.2 高频小信号放大器的分类 晶体管（BJT) 按所用的材料分： 场效应管（FET) 集成电路（IC) 按频谱宽度分： 窄带放大器 宽带放大器 按电路形式分： 单级放大器 多级放大器 谐振放大器 按负载性质分： 非谐振放大器