高頻電子線路第2章-諧振及小信號放大器-2

1、2.52.5高頻小信號選頻放大電路高頻小信號選頻放大電路主要內(nèi)容主要內(nèi)容高頻小信號等效電路與參數(shù)高頻小信號等效電路與參數(shù)單級、多級單調(diào)諧回路諧振放大器單級、多級單調(diào)諧回路諧振放大器雙調(diào)諧諧振放大器雙調(diào)諧諧振放大器諧振放大器的穩(wěn)定諧振放大器的穩(wěn)定 基本要求基本要求了解高頻小信號放大器的工作原理及特點；了解高頻小信號放大器的工作原理及特點；掌握高頻小信號放大器的電路組成、高頻等效掌握高頻小信號放大器的電路組成、高頻等效 電路、參數(shù)等效電路；電路、參數(shù)等效電路；掌握高頻小信號放大器放大倍數(shù)、輸入阻抗、掌握高頻小信號放大器放大倍數(shù)、輸入阻抗、 輸出阻抗計算公式的使用；輸出阻抗計算公式的使用；理解高頻小

2、信號放大器的內(nèi)部反饋及穩(wěn)定工作條理解高頻小信號放大器的內(nèi)部反饋及穩(wěn)定工作條件件, , 掌握消除內(nèi)部反饋的原理與基本方法。掌握消除內(nèi)部反饋的原理與基本方法。掌握高頻小信號放大器阻抗匹配的概念與基本計掌握高頻小信號放大器阻抗匹配的概念與基本計算方法。算方法。 本章重點：本章重點： 高頻小信號諧振放大器的工作原理及高頻小信號諧振放大器的工作原理及性能指標計算。性能指標計算。難難 點：諧振放大器的性能分析。點：諧振放大器的性能分析。2.5.1 2.5.1 概述1 1 高頻小信號放大器的功能高頻小信號放大器的功能 功功 能：能：放大和選頻放大和選頻；中心頻率：幾百千赫幾百兆赫；中心頻率：幾百千赫幾百兆赫

3、；（300K-300M300K-300M）HzHz 頻帶寬度：幾頻帶寬度：幾KHzKHz幾十幾十MHzMHz。 高頻小信號放大器高頻小信號放大器通常以各種通常以各種選頻電路作負載選頻電路作負載，由于信號較小，工作在由于信號較小，工作在線性范圍線性范圍內(nèi)內(nèi)( (甲類放大狀態(tài)甲類放大狀態(tài)),),常采用線性模型的等效電路分析法。常采用線性模型的等效電路分析法。2 2 高頻小信號放大器的分類高頻小信號放大器的分類按按頻帶寬度頻帶寬度分分窄帶放大器窄帶放大器：以各種選頻電路作負載。：以各種選頻電路作負載。寬帶放大器寬帶放大器：采用無選頻作用的電路作負載。：采用無選頻作用的電路作負載。按按負載負載性質(zhì)性質(zhì)

4、分分調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器集中選頻放大器：集中選頻放大器：以石英晶體、陶瓷、聲表面濾波器負載以石英晶體、陶瓷、聲表面濾波器負載單調(diào)諧放大器：單調(diào)諧放大器：輸出端接調(diào)諧回路輸出端接調(diào)諧回路雙調(diào)諧放大器：雙調(diào)諧放大器：輸入、輸出端都接調(diào)諧回路輸入、輸出端都接調(diào)諧回路參差調(diào)諧放大器：參差調(diào)諧放大器：調(diào)諧回路的諧振頻率不同調(diào)諧回路的諧振頻率不同使用諧振回路作為負載的放大器3 3 高頻小信號放大器的主要性能指標高頻小信號放大器的主要性能指標增益增益 電壓增益：電壓增益： 功率增益：功率增益：分貝表示：分貝表示：式中，式中， 分別為放大電路中心頻率上的輸出、分別為放大電路中心頻率上的輸出、輸入電壓有效值；輸

5、入電壓有效值； 分別為放大電路中心頻分別為放大電路中心頻率的輸出、輸入功率，常用分貝表示。率的輸出、輸入功率，常用分貝表示。ouoiuAuioUU 、opoiPAPoiPP、ouoiUAU20logouoiUAUpoAoiP=10log P通頻帶通頻帶 放大器的電壓增益下降到最大值的放大器的電壓增益下降到最大值的0.7070.707倍時所倍時所對應(yīng)的頻率寬度稱為對應(yīng)的頻率寬度稱為放大器的通頻帶放大器的通頻帶。 常用常用 表示，表示， 也稱為也稱為3dB3dB帶寬帶寬。0.72Bf 0.72 f通頻帶的定義 放大器的通頻帶取決于回路的結(jié)構(gòu)形式和回放大器的通頻帶取決于回路的結(jié)構(gòu)形式和回路的等效品質(zhì)

6、因素路的等效品質(zhì)因素 。放大器的總通頻帶隨著。放大器的總通頻帶隨著級數(shù)的變化而改變。級數(shù)的變化而改變。 放大器的增益帶寬積為常數(shù)。放大器的增益帶寬積為常數(shù)。選擇性選擇性 放大器的選擇性常用放大器的選擇性常用矩形系數(shù)矩形系數(shù)和和抑制比抑制比( (抗拒比抗拒比) )來表示。來表示。(1)(1)矩形系數(shù)矩形系數(shù) 矩形系數(shù)矩形系數(shù)是表征放大器選擇性好壞的一個參量是表征放大器選擇性好壞的一個參量LQ0.10.10.722rfKf0.010.010.722rfKf如圖所示，如圖所示， 愈接近愈接近1 1越好。越好。(2)(2)抑制比抑制比 表示對帶外某一特表示對帶外某一特定干擾信號定干擾信號 的抑制的抑制

7、能力，其定義為能力，其定義為式中，式中， 是中心頻率上的功率增益；是中心頻率上的功率增益； 是某是某一特定頻率一特定頻率 上的功率增益。也可用分貝表示上的功率增益。也可用分貝表示rK0()pAf 放大器矩形系數(shù)的定義Nf0()()ppNAfAf()pNAfNf0()()()ppNAfdBAf 10log抑制比也可用電壓增益表示。抑制比也可用電壓增益表示。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 工作穩(wěn)定性指放大器的主要性能的穩(wěn)定程度。工作穩(wěn)定性指放大器的主要性能的穩(wěn)定程度。不穩(wěn)定現(xiàn)象不穩(wěn)定現(xiàn)象: :增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變窄、諧振曲線變形等。其極限狀態(tài)是放大器產(chǎn)生窄、諧振曲線變形

8、等。其極限狀態(tài)是放大器產(chǎn)生自激。自激。主要原因主要原因：晶體管的寄生反饋作用。：晶體管的寄生反饋作用。措措 施施：限制每級增益；減小晶體管的內(nèi)反饋：限制每級增益；減小晶體管的內(nèi)反饋（中和或失配方法中和或失配方法等）。等）。0()()uuNAfAf0()()20log()uuNAfdBAf或或噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 噪聲系數(shù)是用來表征放大器噪聲系數(shù)是用來表征放大器本身產(chǎn)生本身產(chǎn)生噪聲電噪聲電平大小的一個參數(shù)。平大小的一個參數(shù)。 越接近越接近1 1越好。越好。 放大器的性能指標相互之間既有聯(lián)系又有放大器的性能指標相互之間既有聯(lián)系又有矛矛盾。如盾。如穩(wěn)定性和增益穩(wěn)定性和增益，通頻帶和選擇性通頻帶和選擇性等

9、。等。 ()()siniFsonoPPNPP輸入信號噪聲比輸出信號噪聲比FN2.5.2 2.5.2 晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)1 1、形式等效電路（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路）、形式等效電路（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路） 晶體管都可視為二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。晶體管都可視為二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。 任一線性二端口網(wǎng)絡(luò)，必須有四個端口變量描述。任一線性二端口網(wǎng)絡(luò)，必須有四個端口變量描述。根據(jù)選擇的自變量和因變量的不同，常用的有四種根據(jù)選擇的自變量和因變量的不同，常用的有四種參數(shù)系：參數(shù)系：H H參數(shù)參數(shù)混合參數(shù)；混合參數(shù)；Z Z參數(shù)參數(shù)阻抗阻抗參數(shù)；參數(shù)； Y Y參數(shù)參數(shù)導(dǎo)納參數(shù)；導(dǎo)納

10、參數(shù)；A A參數(shù)參數(shù)傳輸參數(shù)。傳輸參數(shù)。共射晶體管網(wǎng)絡(luò)共射晶體管網(wǎng)絡(luò)1U2U圖圖 晶體管共發(fā)射極晶體管共發(fā)射極Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 bece(a)beyieyoece(b)coebfeccrebiebUyUyIUyUyI相應(yīng)的參數(shù)方程為相應(yīng)的參數(shù)方程為對高頻小信號放大電路的分析，常采用對高頻小信號放大電路的分析，常采用Y Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路, ,它它選取各端口的選取各端口的電壓為自變量電壓為自變量, , 電流為因變量電流為因變量。其中其中, 0cUbbieUIy反向傳輸導(dǎo)納：反向傳輸導(dǎo)納： 0bUcbreUIy正向傳輸導(dǎo)納：正向傳輸導(dǎo)納： 0cUbcfeUIy輸出導(dǎo)納：輸出導(dǎo)納：

11、 0bUccoeUIy輸入導(dǎo)納：輸入導(dǎo)納： yre的存在對實際工作帶來很大危害的存在對實際工作帶來很大危害, 是諧振放大器自激的根源。是諧振放大器自激的根源。yreUc表示輸出電壓對輸入電流的控制作用（反向控制）表示輸出電壓對輸入電流的控制作用（反向控制）yfeUb表示輸入電壓對輸出電流的控制作用（正向控制）表示輸入電壓對輸出電流的控制作用（正向控制）fefe越大越大, , 表示晶體管的放大能力越強表示晶體管的放大能力越強y yrere越大越大, , 表示晶體管的內(nèi)部反饋越強表示晶體管的內(nèi)部反饋越強晶體管的參數(shù)可以通過測量得到，也可通過查閱晶體管手冊得到。晶體管的參數(shù)可以通過測量得到，也可通過

12、查閱晶體管手冊得到。參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點的電壓值、電流值有關(guān)參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點的電壓值、電流值有關(guān), , 而且是工作頻率的函而且是工作頻率的函數(shù)，小信號諧振放大器中，由于電路的通頻帶很窄，三極管的工作頻率數(shù)，小信號諧振放大器中，由于電路的通頻帶很窄，三極管的工作頻率被局限在一個較小的范圍內(nèi)，被局限在一個較小的范圍內(nèi)，Y Y參數(shù)在此可以近似看成常數(shù)。參數(shù)在此可以近似看成常數(shù)。 顯然顯然, , 在高頻工作時由于晶體管結(jié)電容不可忽略在高頻工作時由于晶體管結(jié)電容不可忽略, , 參數(shù)是一個復(fù)數(shù)。晶體管參數(shù)中輸入導(dǎo)納和輸出參數(shù)是一個復(fù)數(shù)。晶體管參數(shù)中輸入導(dǎo)納和輸出導(dǎo)納通?？蓪懗捎秒妼?dǎo)和電容表示的直角坐標

13、形式導(dǎo)納通?？蓪懗捎秒妼?dǎo)和電容表示的直角坐標形式, , 而正向傳輸導(dǎo)納和反向傳輸導(dǎo)納通?？蓪懗蓸O坐標形而正向傳輸導(dǎo)納和反向傳輸導(dǎo)納通?？蓪懗蓸O坐標形式式, , 即即: :yie=gie+jCie yoe=goe+jCoeyfe=|yfe|fe yre=|yre|re 從模擬晶體管的物理機構(gòu)出發(fā)從模擬晶體管的物理機構(gòu)出發(fā), ,用集中參數(shù)元件、和用集中參數(shù)元件、和受控源來表示管內(nèi)的復(fù)雜關(guān)系。受控源來表示管內(nèi)的復(fù)雜關(guān)系。2、混合、混合型等效電路型等效電路 各元件參數(shù)物理意義明確各元件參數(shù)物理意義明確, ,在較寬的頻帶內(nèi)元在較寬的頻帶內(nèi)元件值基本上與頻率無關(guān)件值基本上與頻率無關(guān)隨器件不同而有不少差別隨

14、器件不同而有不少差別,分析和測量不方便分析和測量不方便所以混合所以混合型等效電路法較適合于分析寬頻帶小信號放大器型等效電路法較適合于分析寬頻帶小信號放大器優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：圖圖 晶體管共發(fā)射極混合晶體管共發(fā)射極混合型等效電路型等效電路 bce基區(qū)體電阻基區(qū)體電阻, 約約 發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射結(jié)電阻re折合到基極回路的等效電阻折合到基極回路的等效電阻, 約幾十歐姆到幾千歐姆約幾十歐姆到幾千歐姆集電結(jié)電阻集電結(jié)電阻, 約約 k M集電極集電極發(fā)射極電阻發(fā)射極電阻, 幾十千歐姆以上幾十千歐姆以上發(fā)射結(jié)電容發(fā)射結(jié)電容, 約十皮法到幾百皮法約十皮法到幾百皮法集電結(jié)電容集電結(jié)電容, 約幾皮法約幾皮法晶體管

15、跨導(dǎo)晶體管跨導(dǎo), 幾十毫西門子以下幾十毫西門子以下 由于集電結(jié)電容由于集電結(jié)電容C Cb bc c跨接在輸入、輸出端之間跨接在輸入、輸出端之間, , 是是雙向傳雙向傳輸元件輸元件, , 因此使電路的分析更加復(fù)雜。為了簡化電路因此使電路的分析更加復(fù)雜。為了簡化電路, , 可以把可以把C Cb bc c折合到輸入端折合到輸入端bb、e e之間之間, , 與電容與電容C Cb be e并聯(lián)并聯(lián), ,即把即把Cbc的作的作用等效到輸入端用等效到輸入端,這就是這就是密勒效應(yīng)密勒效應(yīng)，其等效電容其等效電容稱為稱為密勒電容密勒電容cbLmMCRgC)1 ( 密勒電容密勒電容RL是考慮負載后的輸出端總電阻是考

16、慮負載后的輸出端總電阻圖圖 簡化高頻混合簡化高頻混合型等效電路型等效電路 bce利用密勒效應(yīng)，并考慮到利用密勒效應(yīng)，并考慮到r rcece和和r rbcbc較大較大, ,一般可以將其開路一般可以將其開路簡化高頻混合簡化高頻混合型等效電路型等效電路與各參數(shù)有關(guān)公式與各參數(shù)有關(guān)公式emrg1)()()(26mAImVqIkTrEQEQe(在室溫下在室溫下) eTcbebeebrfCCrr21)1(0 k k為波爾茲曼常數(shù)為波爾茲曼常數(shù), ,T T是電阻溫度是電阻溫度( (以絕對溫度以絕對溫度K K計量計量), ), I IEQEQ是發(fā)射極靜態(tài)是發(fā)射極靜態(tài)電流電流, ,0 0是晶體管低頻短路電流放大

17、系數(shù)是晶體管低頻短路電流放大系數(shù), ,f fT T是晶體管特征頻率。是晶體管特征頻率。 晶體管手冊中一般給出晶體管手冊中一般給出r rbbbb、C Cbcbc、0 0和和f fT T等參數(shù)等參數(shù), , 然后根據(jù)上式就可然后根據(jù)上式就可以計算出其它參數(shù)。注意以計算出其它參數(shù)。注意, ,各參數(shù)均與靜態(tài)工作點有關(guān)各參數(shù)均與靜態(tài)工作點有關(guān)。 是受控電流源，表示晶體管放大增益的是受控電流源，表示晶體管放大增益的等效等效電流發(fā)生器，它模擬晶體管的放大作用，反映了晶電流發(fā)生器，它模擬晶體管的放大作用，反映了晶體管的放大能力，即體管的放大能力，即低頻時低頻時 簡化混合簡化混合 型等效電路型等效電路 在一定高頻

18、段工作時，由于電路中的電阻、電容在一定高頻段工作時，由于電路中的電阻、電容并聯(lián)，混合并聯(lián)，混合 型等效電路可進一步簡化如下圖示。型等效電路可進一步簡化如下圖示。 mbeg Vcmb eIgV01mb eegrr 工作頻率范圍不同時，其等效電路可進行不同工作頻率范圍不同時，其等效電路可進行不同的簡化。的簡化。 簡化混合 型等效電路3 3 晶體管共發(fā)射晶體管共發(fā)射Y Y參數(shù)和混合參數(shù)和混合 參數(shù)間的關(guān)系參數(shù)間的關(guān)系根據(jù)定義，令根據(jù)定義，令 20,iefeVyy求、。 簡化混合 型等效電路利用下圖所示簡化混合利用下圖所示簡化混合 型等效電路。型等效電路。由定義有由定義有2101ieVIyV11111

19、()beiebbbebbbbbebcbeYyr YrrjCCY()bebebcYjCC其中，2201feVIyV由定義有由定義有因而 引起 較小， 2mbeIg VI1111bbbebebebbbeVrYVVYr Y1VI2mbeIg V121mbbbeg VIr Y所以所以 根據(jù)定義，令根據(jù)定義，令如圖如圖所示所示， 即將輸入短路。即將輸入短路。12011mfeVbbbegIyr YV()bebebcYjCC其中，10,reoeVyy求、。簡化混合 型等效電路10V 由定義由定義1102reVIyV1bebbVIr 11bbbebbbebbbebebbI rIIVrYgj CYr222111

20、1bc bbbcbebbbebcbebbj C r VVIj C VVrYj CYr所以所以由定義由定義 ,1bcrebebebbbej CyYj Cr Y其中1202oeVIyV2222111bc bbmmbebcbbbembbbcbbbej C r VIIg Vj C Vgr Yg rj C Vr Y ，bebeYj C其中所以所以注：由于注：由于 ，上述各式中，上述各式中 近似相同。近似相同。120211mbboebcVbbbeg rIyj Cr YVbcbeCCbeY f maxf2.5.3 2.5.3 小信號諧振放大器小信號諧振放大器1 1 單調(diào)諧諧振回路放大器單調(diào)諧諧振回路放大器單

21、級單調(diào)諧放大器是晶體管和單級單調(diào)諧放大器是晶體管和并聯(lián)諧振回路組成的。并聯(lián)諧振回路組成的。 單調(diào)諧回路共發(fā)放大器單調(diào)諧回路共發(fā)放大器直流偏置由直流偏置由 來實現(xiàn)，決定工作點來實現(xiàn)，決定工作點12BBERRR、 高頻旁路電容高頻旁路電容ECFFLC、為濾波電路，負壓供電為濾波電路，負壓供電組成組成LCLC諧振回路諧振回路CLR、用來加寬回路通頻帶用來加寬回路通頻帶R假設(shè)假設(shè) 是并聯(lián)回路本身的損耗是并聯(lián)回路本身的損耗PR這樣這樣, , 既可減弱負載（或下級放大器）導(dǎo)納對回路的影響既可減弱負載（或下級放大器）導(dǎo)納對回路的影響, , 又可使前、后級的直流供電電路分開。另外又可使前、后級的直流供電電路分

22、開。另外, , 采用上述耦采用上述耦合方式也比較容易實現(xiàn)前、后級之間的阻抗匹配。合方式也比較容易實現(xiàn)前、后級之間的阻抗匹配。 采用部分接入，以提高諧振回路的有載采用部分接入，以提高諧振回路的有載Q Q值，這樣可減弱值，這樣可減弱晶體管輸出導(dǎo)納對回路的影響。晶體管輸出導(dǎo)納對回路的影響。采用分壓式穩(wěn)定偏置電路采用分壓式穩(wěn)定偏置電路T T工作在甲類放大狀態(tài)工作在甲類放大狀態(tài)回路與本級晶體管的耦合采用自耦變壓器耦合方式回路與本級晶體管的耦合采用自耦變壓器耦合方式負載（或下級放大器）與回路的耦合采用自耦變壓器負載（或下級放大器）與回路的耦合采用自耦變壓器耦合和電容耦合方式耦合和電容耦合方式2 2 放大器

23、的主要技術(shù)指標放大器的主要技術(shù)指標iouUUA由上圖可知由上圖可知bieireccfeioeccLcIy Uy UIy Uy UIY U （1）（2）（3）電壓增益電壓增益 單調(diào)諧回路共發(fā)放大器等效電路單調(diào)諧回路共發(fā)放大器等效電路 先求先求Uc與與Ui的關(guān)系式的關(guān)系式, 然后求出然后求出Uc與與Uo的關(guān)系的關(guān)系, 即即可導(dǎo)出可導(dǎo)出Uo與與Ui之比之比, 即電壓增益即電壓增益Au。思路：思路： 代表由集電極代表由集電極 向右看的回路導(dǎo)納（對外電向右看的回路導(dǎo)納（對外電路路而言而言 是上負下正，故是上負下正，故 有一負號）因為有一負號）因為（2 2）式（）式（3 3）式，所以）式，所以 (4)其中

24、其中C2222111ieLypLjCjgpYcILY部分( ) 1p1pggR，pg為回路的諧振電導(dǎo)。為回路的諧振電導(dǎo)。12coUppUcU.cfeLoeiUyYyU21ocuiiUUpApUU所以由所以由21()feuoeLp yAp yY ，知，知21LLYYp因為因為2212211121()()fefefeuLoeLoeLoep yp yp p yAYp yYp yYp yp ，所以，所以21LLYp YLCg、 、是負載回路兩端的導(dǎo)納，它包括回路本身元件是負載回路兩端的導(dǎo)納，它包括回路本身元件和下一級的輸入導(dǎo)納和下一級的輸入導(dǎo)納 ，即，即 2iey2221()LieYgj cp yj

25、L222oeoeoeieieieygj Cygj C，LYuA令，進一步把和代入，可得其中，其中，和和oegoeC2ieC分別是放大器的輸出導(dǎo)納和輸出電容；分別是放大器的輸出導(dǎo)納和輸出電容；和和分別是下級放大器的輸入導(dǎo)納和輸入電容；分別是下級放大器的輸入導(dǎo)納和輸入電容；oey122222122121()()feuoeieoeiep p yAp gp ggjCp Cp Cj L 222ieCp2ieg22122oeiegp gp gg22122oeieCCp Cp C，12120112fefeuLp p yp p yAgj Qffgj Cj L令，則 012fLC，0fff ，001LCQgLg

26、所以所以0fff0fLQ為放大器調(diào)諧回路的諧振頻率；為放大器調(diào)諧回路的諧振頻率；是工作頻率是工作頻率對諧振頻率對諧振頻率的偏移；的偏移；是回路的有載品質(zhì)因素，即是回路的有載品質(zhì)因素，即式中，式中，012122212fefeuoeiep p yp p yAggp gp g2ieg0uAgynnUUAfeiu21000諧振頻率處其電壓增益振幅諧振頻率處其電壓增益振幅 21pp (1) 為了增大為了增大u0, 應(yīng)選取應(yīng)選取|yfe|大大, oe小的晶體管。小的晶體管。 (2) 為了增大為了增大u0, 要求負載電導(dǎo)小要求負載電導(dǎo)小, 如果負載是下一級放大如果負載是下一級放大器器, 則要求其則要求其ie

27、小。小。 (3) 回路諧振電導(dǎo)回路諧振電導(dǎo)越小越小, u0越大。而越大。而取決于回路空載取決于回路空載值，與值，與成反比。成反比。 (4) u0與接入系數(shù)與接入系數(shù)p1、p2有關(guān)有關(guān), 但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系。由于關(guān)系。由于p1和和p2還會影響回路有載還會影響回路有載值值e, 而而e又將影響通又將影響通頻帶頻帶,所以所以p1與與p2的選擇應(yīng)全面考慮的選擇應(yīng)全面考慮, 選取最佳值。選取最佳值。 實際放大器的設(shè)計是要在滿足通頻帶和實際放大器的設(shè)計是要在滿足通頻帶和選擇性的前提下選擇性的前提下, , 盡可能提高電壓增益盡可能提高電壓增益討論：討論：u放大器輸出電壓與輸入

28、電壓之間的相位并非正好放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差相差180，因為，因為fe是復(fù)數(shù)是復(fù)數(shù),有一個相角有一個相角fe。u電壓增益振幅與電壓增益振幅與晶體管參數(shù)晶體管參數(shù)、負載電導(dǎo)負載電導(dǎo)、回路諧振電回路諧振電導(dǎo)導(dǎo)和和接入系數(shù)接入系數(shù)有關(guān)：有關(guān)： 2122122feiiiieoep yVpV gpp gg，功率增益功率增益 討論諧振時的功率增益討論諧振時的功率增益 ：輸出端負載：輸出端負載 上獲得的功率；上獲得的功率； ：放大器的輸入功率；：放大器的輸入功率；所以所以pA0opipApopipie2g222212222iefeoiepovoiieiep p gypgAApg gg

29、2ieiegg和分別是本級和下一級晶體管的輸入導(dǎo)納。ie2g用用dBdB表示時表示時 如果回路本身損耗如果回路本身損耗p 與與 相比可以忽略相比可以忽略, ,則由匹配條件則由匹配條件則可獲得最大功率增益則可獲得最大功率增益 但實際情況回路本身的損耗不能忽略但實際情況回路本身的損耗不能忽略, ,則考慮則考慮 時最大功率增益可表示為時最大功率增益可表示為24feopmiieoeypApg g22122oeiep gp g10lg()poAdBpoAp 式中，式中， 為回路的有載品質(zhì)因素為回路的有載品質(zhì)因素; ; 為回路的空載品質(zhì)因素為回路的空載品質(zhì)因素; ;而而稱為稱為回路的插入損耗回路的插入損耗

30、。如果用晶體管的物理參數(shù)來。如果用晶體管的物理參數(shù)來表示其最大功率增益為表示其最大功率增益為01LQLg001pQLG22220(1)144fefepoLpmiieoeieoeyyGpQApg ggQg g01LQQ218TpmbbbcfAr Cfp 放大器的通頻帶放大器的通頻帶 放大器放大器 隨頻率隨頻率 而變化的曲線，叫而變化的曲線，叫做做放大器的諧振曲線，如圖所示。放大器的諧振曲線，如圖所示。f 理想和實際的選頻曲線理想和實際的選頻曲線BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.10uuAA0200112uuAAQff因為因為則則0220011111ufeuAp p yALjC L

31、gj CLgLgj L0001VLAjQ0200112uuAAQff當當 時，得時，得 。所以所以因為因為 ，則，則所以有所以有01LQLg000.700.722LCf CgBW CQfBW12120.72fefevop p yp p ygBWCA12vvoAA0.72 f00.70.72LfBWfQ Cg2如果抽頭如果抽頭 ，則，則因此，放大器的增益也可用通頻帶因此，放大器的增益也可用通頻帶 表示。上式表示。上式還可以寫成還可以寫成 可知當可知當 和和 為定值時為定值時，放大器諧振的，放大器諧振的電壓增益和通頻帶的乘積等于常數(shù)電壓增益和通頻帶的乘積等于常數(shù)。 因此，設(shè)計寬頻帶放大器時，要想得

32、到高因此，設(shè)計寬頻帶放大器時，要想得到高增益增益又要保證足夠的帶寬，除了選用又要保證足夠的帶寬，除了選用 較大的晶較大的晶體管外體管外121pp0.72feyBW CvoA0.7BW0.72fevoyA BWCfeyCvoAfey應(yīng)盡量減小諧振回路的總電容應(yīng)盡量減小諧振回路的總電容 ，選用，選用小的晶體管或減小回路的外接電容小的晶體管或減小回路的外接電容 。放大器的選擇性放大器的選擇性 常用矩形系數(shù)來描述其選擇性常用矩形系數(shù)來描述其選擇性0.10.010.10.010.70.7200.102200.10.10.10.7()10.1121011019.95rrvvoreBWBWKKBWBWAAQ

33、fffBWBWKQBW vvoA令，代入A則CieoeCC、C00.1uuAA2000.10112uuAAQff與單個并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)相同與單個并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)相同例例2-12-1 單調(diào)諧回路放大器如圖所示。設(shè)負載是與該單調(diào)諧回路放大器如圖所示。設(shè)負載是與該放大器完全相同的下一級放大器，放大器完全相同的下一級放大器，BJTBJT的參數(shù)為：的參數(shù)為：解：解： 31.1 10iegs41.1 10oegs0.08feys121325616ieoeCpFCpFNN， 圈，20圈，45000.71.512100voNuHCpFQfABW134圈，L ，。求： ，。12113452130.8

34、0.2NNNN接入系數(shù)：pp1 1、負載是與該放大器完全相同的下一級放大器，、負載是與該放大器完全相同的下一級放大器，所以所以 ，LieggLieCC221201317131.42oeLCp Cp CCpFfMHzL C3 3 、因為、因為00000000.711231.37LLLQQgLgLgQQgfBWMHzQ，3. 3. 單調(diào)諧放大器的級聯(lián)單調(diào)諧放大器的級聯(lián) 從對單管單調(diào)諧放大器的分析可知從對單管單調(diào)諧放大器的分析可知, 其電壓增益取決于晶其電壓增益取決于晶體管參數(shù)、回路與負載特性及接入系數(shù)等體管參數(shù)、回路與負載特性及接入系數(shù)等, 所以受到一定的限所以受到一定的限制。如果要進一步增大電壓

35、增益制。如果要進一步增大電壓增益, 可采用可采用多級放大器多級放大器。但放大。但放大器級聯(lián)之后，其增益、通頻帶、和選擇性都將發(fā)生變化。器級聯(lián)之后，其增益、通頻帶、和選擇性都將發(fā)生變化。 如果多級放大器中的每一級都調(diào)諧在同一頻率上如果多級放大器中的每一級都調(diào)諧在同一頻率上, 則稱則稱為為多級單調(diào)諧放大器多級單調(diào)諧放大器。 設(shè)放大器有設(shè)放大器有級級, 各級電壓增益振幅分別為各級電壓增益振幅分別為u1, u2, , un, 則總電壓增益振幅是各級電壓增益振幅的乘積則總電壓增益振幅是各級電壓增益振幅的乘積, 即即uu1u2un 如果每一級放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同如果每一級放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同, （1

36、1）級聯(lián)放大器的電壓增益）級聯(lián)放大器的電壓增益12120() |()21nnfenuunep pyAAfQgf則則總電壓增益振幅：總電壓增益振幅：諧振頻率處電壓增益振幅：諧振頻率處電壓增益振幅： 120|nnufep pAyg單位諧振函數(shù)：單位諧振函數(shù)： 2200211)(nLuuffQAAfN 級放大器通頻帶：級放大器通頻帶：7 . 0/10/17 . 012122BWQffBWnLnn（2 2）選擇性和通頻帶）選擇性和通頻帶 如多級放大器的頻帶確定以后如多級放大器的頻帶確定以后, 級數(shù)越多級數(shù)越多, 則要求其則要求其中每一級放大器的頻帶越寬。中每一級放大器的頻帶越寬。 因此因此, 增益和通

37、頻帶的矛增益和通頻帶的矛盾是一個嚴重的問題盾是一個嚴重的問題, 特別是對于要求高增益寬頻帶的特別是對于要求高增益寬頻帶的放大器來說放大器來說, 這個問題更為突出。這個問題更為突出。級相同的單調(diào)諧放大器的總增益比單級放大器的增益級相同的單調(diào)諧放大器的總增益比單級放大器的增益提高了提高了, 而通頻帶比單級放大器的通頻帶縮小了而通頻帶比單級放大器的通頻帶縮小了, 且級數(shù)且級數(shù)越多越多, 頻帶越窄。頻帶越窄。 【例例】 某中頻放大器的通頻帶為某中頻放大器的通頻帶為6MHz, 現(xiàn)采用兩級或三級現(xiàn)采用兩級或三級相同的單調(diào)諧放大器相同的單調(diào)諧放大器, 兩種情況下對每一級放大器的通頻帶要兩種情況下對每一級放大

38、器的通頻帶要求各是多少？求各是多少？HzBWBW67 . 02/1210612所以所以, 要求每一級帶寬要求每一級帶寬ZHBW62/167 . 0103 . 912106解解: 當當n=2時時, 因為因為 同理同理, 當當時時, 要求每一級帶寬要求每一級帶寬 ZHBW63/167 . 0108 .1112106根據(jù)根據(jù)矩形系數(shù)矩形系數(shù)定義定義, 當當0.1時時, nn00.1, 可可求得求得 LnnQffBW0/11 . 01 . 011002級單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)級單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)121100/1/11 . 01 . 0nnnnnBWBWK所以所以,（3 3）矩形系數(shù)）矩形系數(shù)表表2

39、.2 單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級數(shù)的關(guān)系單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級數(shù)的關(guān)系 從表中可以看出從表中可以看出, 當級數(shù)當級數(shù)增加時增加時, 放大器矩形系數(shù)有所改放大器矩形系數(shù)有所改善善, 但這種改善是有一定限度的但這種改善是有一定限度的, 最小不會低于最小不會低于2.57。 級數(shù)n123456789Bn/B11.00.640.510.430.390.350.320.300.28K0.19.954.663.743.423.153.073.012.942.922.57fofo1fo2f|K| fs fs雙參差雙參差fofo1fo2f|K|三參差三參差合成曲線更接近于矩形合成曲線更接近于矩形4.參差調(diào)諧放大

40、器 將若干個單級諧振放大器級連將若干個單級諧振放大器級連, ,但每個諧振放大器的調(diào)但每個諧振放大器的調(diào)諧頻率不同，稱為諧頻率不同，稱為參差調(diào)諧放大器參差調(diào)諧放大器。 兩個調(diào)諧放大器的回路諧振頻率對應(yīng)于頻帶中心頻率兩個調(diào)諧放大器的回路諧振頻率對應(yīng)于頻帶中心頻率f0f0作小量的偏移，使總增益稍微降低，可以解決放大器的總增作小量的偏移，使總增益稍微降低，可以解決放大器的總增益和總通頻帶之間的矛盾。益和總通頻帶之間的矛盾。 參差調(diào)諧放大器既可以增加帶寬，同時又得到邊沿較陡參差調(diào)諧放大器既可以增加帶寬，同時又得到邊沿較陡峭的頻率特性。因此，它用于寬帶和高選擇性的場合。峭的頻率特性。因此，它用于寬帶和高選

41、擇性的場合。5. 雙調(diào)諧放大器（通頻帶寬，選擇性好）臨界耦合狀態(tài)臨界耦合狀態(tài)(=1)時的最大電壓放大倍數(shù)為：時的最大電壓放大倍數(shù)為：級數(shù)n1234B1/B21.00.80.710.66K0.13.152.161.91. 8120 m a x0 .700 .742:2,24feueppyAgSB WfSB WQ和 雙調(diào)諧回路諧振放大器的負載采用雙調(diào)諧耦合回路，和雙調(diào)諧回路諧振放大器的負載采用雙調(diào)諧耦合回路，和單調(diào)諧回路放大器相比較，雙調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)較單調(diào)諧回路放大器相比較，雙調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)較小，其諧振曲線更接近于矩形，電路較復(fù)雜；調(diào)試較困難。小，其諧振曲線更接近于矩形，電路較

42、復(fù)雜；調(diào)試較困難。 2.5.4 2.5.4 高頻諧振放大器的穩(wěn)定性高頻諧振放大器的穩(wěn)定性rey反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納re的影響的影響以上討論諧振放大器時以上討論諧振放大器時, 都假定了反向傳輸導(dǎo)納都假定了反向傳輸導(dǎo)納re, 即晶體即晶體管單向工作管單向工作, 輸入電壓可以控制輸出電流輸入電壓可以控制輸出電流, 而輸出電壓不影響輸入。而輸出電壓不影響輸入。（1 1）影響小信號諧振放大器的諧振頻率，特別是當輸入端也）影響小信號諧振放大器的諧振頻率，特別是當輸入端也接有諧振回路時，接有諧振回路時， 中的電容成分會引起放大器的頻率特性發(fā)中的電容成分會引起放大器的頻率特性發(fā)生明顯的畸變，使得多級調(diào)諧放

43、大器調(diào)整變得很困難。生明顯的畸變，使得多級調(diào)諧放大器調(diào)整變得很困難。rey（2 2） 中的電導(dǎo)成分會引起放大器自激，使放大器不穩(wěn)定。中的電導(dǎo)成分會引起放大器自激，使放大器不穩(wěn)定。 rey1. 1. 諧振放大器的輸入導(dǎo)納及穩(wěn)定性分析諧振放大器的輸入導(dǎo)納及穩(wěn)定性分析2. 2. 輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納1211121iereirefeiereieieFoeLU yy UIyUUy yUyyyyyUyyFy是由晶體管內(nèi)部參數(shù)是由晶體管內(nèi)部參數(shù) 引起的，稱為引起的，稱為反饋導(dǎo)納反饋導(dǎo)納。 rey等效輸入回路如圖：等效輸入回路如圖： 在諧振頻率點在諧振頻率點femygb brreyj C 0時，時， 忽略忽略有有

44、00(12)refemFFFoeLLLy yC gyjgjbyygj Q Fy 是頻率的函數(shù)，在某些頻率上有可能為負值，即呈負是頻率的函數(shù)，在某些頻率上有可能為負值，即呈負電導(dǎo)性，使回路總電導(dǎo)減小，電導(dǎo)性，使回路總電導(dǎo)減小， 增加，通頻帶減小，增加，通頻帶減小，增益也因損耗的減少而增加，即負電導(dǎo)增益也因損耗的減少而增加，即負電導(dǎo) 供給能量，供給能量，出現(xiàn)正反饋。同時這些都會導(dǎo)致放大器的諧振曲線產(chǎn)生出現(xiàn)正反饋。同時這些都會導(dǎo)致放大器的諧振曲線產(chǎn)生畸變，如圖示畸變，如圖示 FgLQFg，當當Fsieggg（回路原有電導(dǎo)）時，則回路總電導(dǎo)（回路原有電導(dǎo)）時，則回路總電導(dǎo)0g ，放大器失去放大性能，會

45、使放大器自激；，放大器失去放大性能，會使放大器自激；LQ Fb使回路失諧，中心頻率偏移。使回路失諧，中心頻率偏移。3. 3. 放大器產(chǎn)生自激的條件放大器產(chǎn)生自激的條件refesieoeLy yyyyy=0即即1sieoeLrefeyyyyy y所以所以（1 1） 增大，反饋增強，式增大，反饋增強，式左邊的值變小，并接近于左邊的值變小，并接近于1 1，放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)定；放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)定；reyrey（2 2） 減小，反饋減弱，式減小，反饋減弱，式左邊的值變大，并遠離左邊的值變大，并遠離1 1，放大器工作狀態(tài)穩(wěn)定；放大器工作狀態(tài)穩(wěn)定；定義穩(wěn)定系數(shù)定義穩(wěn)定系數(shù) ：sieoerefeyyyys

46、y y1s 當當 時產(chǎn)生自激；當時產(chǎn)生自激；當 時穩(wěn)定；時穩(wěn)定；1s通常要求通常要求S=5104. 4. 與與 的關(guān)系的關(guān)系voAS同理，還可以推導(dǎo)同理，還可以推導(dǎo)1 cos()sieoeLferefereggggsyy實際工作中，由于工作頻率實際工作中，由于工作頻率 |,|, 0,fefefeTyyff因此，且在且在 中電納起主要作用，即中電納起主要作用，即reyrereyj C ，90 。 若令若令 12sieoeLggggGg，代入穩(wěn)定系數(shù)，代入穩(wěn)定系數(shù) 120refeg gSyCLG與前面與前面 對應(yīng)，表示回路的總導(dǎo)納。對應(yīng)，表示回路的總導(dǎo)納。LY當當5s 時，時，是保持放大器穩(wěn)定工作

47、所允許的電壓增益，是保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益，00()2.5feusreyAC()vosA稱為穩(wěn)定電壓增益。稱為穩(wěn)定電壓增益。為保證放大器穩(wěn)定工作，為保證放大器穩(wěn)定工作， 不允許超過不允許超過voA()vosA穩(wěn)定工作的條件：穩(wěn)定工作的條件： 0Fiesggg0Fg若若，若若ig增大，當增大，當SI一定時一定時, ,1U 減小，為負反饋，減小，為負反饋，電路穩(wěn)定工作；電路穩(wěn)定工作；0Fg，ig減小，當減小，當SI一定時，一定時，1U增大，為正反饋。當增大，為正反饋。當0Fiesggg時，電路自激。時，電路自激。 ，2.5.5 2.5.5 提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法一

48、是從晶體管本身想辦法一是從晶體管本身想辦法, 減小其反向傳輸導(dǎo)納減小其反向傳輸導(dǎo)納re值值 rere的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容bcbc（由混合（由混合型型等效電路圖可知等效電路圖可知, , bcbc跨接在輸入、輸出端之間）跨接在輸入、輸出端之間）, ,所以制作晶體管時應(yīng)所以制作晶體管時應(yīng)盡量使其盡量使其bcbc減小減小, ,使反饋容抗增大使反饋容抗增大, ,反饋作用減弱。反饋作用減弱。二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用, 使它單向化使它單向化單向化的方法有單向化的方法有中和法和失配法中和法和失配法。 1. 1. 中和法中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路（中和是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路（中和電路）電路）, , 以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)y yrere的反饋作用。由于的反饋作用。由于rere的