第五講 高頻小信號(hào)放大器

1、第三章第三章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 3.1 高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)放大器3.2 高頻功率放大器的原理和特性高頻功率放大器的原理和特性3.3 高頻功率放大器的高頻效應(yīng)高頻功率放大器的高頻效應(yīng)3.4 高頻功率放大器的實(shí)際線路高頻功率放大器的實(shí)際線路3.1 高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)放大器 一、概述一、概述 1. 作用：作用：放大信號(hào)、選擇信號(hào)、抑制干擾放大信號(hào)、選擇信號(hào)、抑制干擾 。 2. 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (a). 小信號(hào)工作狀態(tài)、直流工作點(diǎn)確定以后，電路參數(shù)都是常數(shù)，小信號(hào)工作狀態(tài)、直流工作點(diǎn)確定以后，電路參數(shù)都是常數(shù)，與外加信號(hào)無(wú)關(guān)，屬線性電路的范疇。與外加信號(hào)無(wú)關(guān)，屬線性電路的范疇

2、。 (b). 以晶體管或集成電路作為放大元件，以調(diào)諧回路作為負(fù)載（濾以晶體管或集成電路作為放大元件，以調(diào)諧回路作為負(fù)載（濾波或阻抗變換）。波或阻抗變換）。 3. 分類(lèi)：分類(lèi)： (a). 單級(jí)調(diào)諧放大器；單級(jí)調(diào)諧放大器； (b).單調(diào)諧回路放大器（低增益、窄頻帶的場(chǎng)合）；單調(diào)諧回路放大器（低增益、窄頻帶的場(chǎng)合）； (c).雙耦合回路放大器（選擇性好，用作中頻放大器）；雙耦合回路放大器（選擇性好，用作中頻放大器）； (d).多級(jí)調(diào)諧放大器；多級(jí)調(diào)諧放大器； (e).分散濾波諧振放大器；分散濾波諧振放大器； (f).集中參數(shù)濾波放大器。集中參數(shù)濾波放大器。 4.性能指標(biāo)：性能指標(biāo)： (a) 工作穩(wěn)定

3、：工作穩(wěn)定：不僅不能自激，且要遠(yuǎn)離自激條件；不僅不能自激，且要遠(yuǎn)離自激條件； (b) 諧振增益：諧振增益：天線上獲得的信號(hào)幾微伏至幾十微伏，天線上獲得的信號(hào)幾微伏至幾十微伏，到解調(diào)前要達(dá)到解調(diào)前要達(dá)0.11V左右，應(yīng)有左右，應(yīng)有80120dB其中中放其中中放應(yīng)有應(yīng)有6080dB。 (c)通頻帶：通頻帶：00.72LfBQ0.70LBfQ雙調(diào)諧回路時(shí)，雙調(diào)諧回路時(shí)，A=1時(shí)，時(shí)， 為了不失真放大已調(diào)信號(hào)，要求為了不失真放大已調(diào)信號(hào)，要求 B0.7Bs (d) 矩形系數(shù)、選擇性矩形系數(shù)、選擇性:表征放大器對(duì)通頻帶以外各表征放大器對(duì)通頻帶以外各種干擾信號(hào)的濾除能力，或從各種干擾中選出有用信種干擾信號(hào)

4、的濾除能力，或從各種干擾中選出有用信號(hào)的能力。號(hào)的能力。7 . 01 . 01 . 0BBK在理想情況下，在理想情況下，K0.1=1 3.1.1 高頻小信號(hào)諧振放大器的工作原理高頻小信號(hào)諧振放大器的工作原理 典型的高頻小信號(hào)諧振放大器的實(shí)際線路如圖典型的高頻小信號(hào)諧振放大器的實(shí)際線路如圖3-1(a)所示。所示。（a）高頻小信號(hào)諧振放大器的原理線路）高頻小信號(hào)諧振放大器的原理線路 圖圖 3-1 高頻小信號(hào)諧振放大器高頻小信號(hào)諧振放大器2022-1-277 3.1.2 放大器性能分析放大器性能分析 1 晶體管的高頻等效電路晶體管的高頻等效電路 圖圖3-2是晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)的混是晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)

5、的混等效等效電路電路, 它反映了晶體管中的物理過(guò)程它反映了晶體管中的物理過(guò)程, 也是分也是分析晶體管高頻時(shí)的基本等效電路。析晶體管高頻時(shí)的基本等效電路。 圖圖3-2 晶體管的混晶體管的混等效電路等效電路 圖中圖中g(shù)mUbe表示了放大能力；表示了放大能力； C發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容；發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容； C集電結(jié)的勢(shì)壘電容。通常直接用混集電結(jié)的勢(shì)壘電容。通常直接用混等效電路分析高等效電路分析高頻放大器的性能不方便。但據(jù)線性電路原理，可將混頻放大器的性能不方便。但據(jù)線性電路原理，可將混等效電路轉(zhuǎn)化為輸入輸出分離的等效電路轉(zhuǎn)化為輸入輸出分離的Y參數(shù)等效電路，如圖參數(shù)等效電路，如圖3-3所示。所示。晶體管的晶體管

6、的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路（b）晶體管的）晶體管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路（a）晶體管的共發(fā)射極電路）晶體管的共發(fā)射極電路圖圖3-3 晶體管的晶體管的Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 在（在（b）圖中）圖中.0.0.0.0cbcbbieUbbieUccfeUbcoeUcIYUIYUIYUIYU輸出交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納輸出交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納輸入交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納輸入交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納輸出交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納輸出交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納輸入交流短路時(shí)的輸出導(dǎo)納輸入交流短路時(shí)的輸出導(dǎo)納 在忽略在忽略rbe及滿足及滿足CC的條件下的條件下, Y參數(shù)與混參數(shù)與混參參數(shù)之間的關(guān)系為數(shù)之間的

7、關(guān)系為 使用使用Y參數(shù)比較方便，但參數(shù)比較方便，但Y參數(shù)不完整，所以還需要參數(shù)不完整，所以還需要引出混引出混參數(shù)，并給出兩者間的換算關(guān)系如下。參數(shù)，并給出兩者間的換算關(guān)系如下。Y1111iebbbbmoebbmfebbrebbjCjCrjCrgYjCjCrgYjCrjCYjCr13 23 33 43 由圖由圖3-2可以得到晶體管可以得到晶體管 Y 參數(shù)等效電路的參數(shù)等效電路的 Y 參數(shù)參數(shù)方程方程coebfeccrebiebUYUYIUYUYI晶體管的晶體管的內(nèi)部方程內(nèi)部方程a53 b53 圖圖 3-2 晶體三極管等效電路晶體三極管等效電路 (a) 混混等效電路等效電路; (b) Y參數(shù)等效電

8、路參數(shù)等效電路 2 放大器的性能參數(shù)放大器的性能參數(shù) 忽略管子內(nèi)部的反饋忽略管子內(nèi)部的反饋, 即令即令Yre = 0, 由圖由圖3-3可得可得cLcbSSbUYIUYII圖圖 3-3 圖圖3 -1 高頻小信號(hào)放大器的高頻等效電路高頻小信號(hào)放大器的高頻等效電路 晶體管的晶體管的外部方程外部方程a63 b63 (3) 輸出導(dǎo)納輸出導(dǎo)納YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0LoerefeiebbiLoefebcYYYYYUIYYYYUUK(1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)K(2) 輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納Yi由反向傳輸導(dǎo)納由反向傳輸導(dǎo)納引入的輸入導(dǎo)納引入的輸入導(dǎo)納由反向傳輸導(dǎo)納由反向傳輸導(dǎo)納引入的

9、輸出導(dǎo)納引入的輸出導(dǎo)納73 83 93 3.1.3高頻諧振放大器的穩(wěn)定性高頻諧振放大器的穩(wěn)定性 1 放大器的穩(wěn)定性放大器的穩(wěn)定性 反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納Yre引入的輸入導(dǎo)納引入的輸入導(dǎo)納, 記為記為Yir。 忽略忽略 r bb的影響的影響, 則由式則由式(3-3)、 (3-4)有有 將將Yoe歸入負(fù)載中歸入負(fù)載中, 并考慮諧振頻率并考慮諧振頻率0附近情況附近情況, 有有 (4) 通頻帶通頻帶B 0.707與矩形系數(shù)與矩形系數(shù)K 0.1 通頻帶通頻帶B 0.707為為 LoQfB707. 0(3-10) femreYgYj C 將將Y Yoeoe歸入負(fù)載中歸入負(fù)載中, , 并考慮諧振頻率并考慮

10、諧振頻率0 0附近情況附近情況, , 有有0000(12)(12)mmirLLLLjC gC gYjCj QCj Q 則輸入導(dǎo)納為則輸入導(dǎo)納為 由式可知，當(dāng)回路諧振時(shí)由式可知，當(dāng)回路諧振時(shí)=0，Yir為一電容；當(dāng)為一電容；當(dāng)0時(shí)，時(shí)，Yir的電導(dǎo)為正，是正反饋；的電導(dǎo)為正，是正反饋；0時(shí)，時(shí)，Yir的的電導(dǎo)為正，是負(fù)反饋，這將引起放大器的不穩(wěn)定。電導(dǎo)為正，是負(fù)反饋，這將引起放大器的不穩(wěn)定。113 0(12)oeLLLYYGj Q圖圖3-4 放大器的頻率特性放大器的頻率特性考慮反饋時(shí)的放大器的頻率特性如圖考慮反饋時(shí)的放大器的頻率特性如圖3-4所示。所示。 提高放大器穩(wěn)定性可以從兩方面入手。一是在

11、式提高放大器穩(wěn)定性可以從兩方面入手。一是在式(3-9)中，盡量減小第二項(xiàng)的分子中，盡量減小第二項(xiàng)的分子 ，而減小，而減小 會(huì)使放大器的增益減會(huì)使放大器的增益減小，所以主要是減小反向傳輸導(dǎo)納小，所以主要是減小反向傳輸導(dǎo)納 ，即首先在挑選擔(dān)當(dāng)小，即首先在挑選擔(dān)當(dāng)小信號(hào)放大器的晶體管時(shí)，應(yīng)選擇信號(hào)放大器的晶體管時(shí)，應(yīng)選擇 小的晶體管。其次是在選小的晶體管。其次是在選定晶體管后，定晶體管后，借助于外加元件來(lái)抵消借助于外加元件來(lái)抵消 Yre的作用，這種方法的作用，這種方法稱(chēng)中和法；稱(chēng)中和法；另一方面增大分母另一方面增大分母 ，當(dāng)晶體管選好后，晶體管，當(dāng)晶體管選好后，晶體管的輸出導(dǎo)納的輸出導(dǎo)納Yoe被確定

12、了，被確定了，只能通過(guò)改變負(fù)載導(dǎo)納只能通過(guò)改變負(fù)載導(dǎo)納YL，使放，使放大器工作在失配狀態(tài)下，所有又稱(chēng)為失配法。大器工作在失配狀態(tài)下，所有又稱(chēng)為失配法?？梢?jiàn)，失配法可見(jiàn)，失配法是以犧牲增益為代價(jià)來(lái)?yè)Q取穩(wěn)定性的一種方法。中和法和失是以犧牲增益為代價(jià)來(lái)?yè)Q取穩(wěn)定性的一種方法。中和法和失配法的原理電路分別如圖配法的原理電路分別如圖3-5(a)和和(b)所示。所示。 2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法 A.中和法中和法 圖圖3-5是利用是利用中和電容中和電容Cn的中和電路。的中和電路。 為了抵消為了抵消Yre的反饋的反饋, 從集電極回路取一與從集電極回路取一與 反相的電壓反相的電壓 , 通

13、過(guò)通過(guò)Cn反饋到輸入端。反饋到輸入端。cUnU圖圖3-5 中和電路中和電路cbcbnncbCNNCLLCLjCjLjCj212120010011II則中和條件為則中和條件為 根據(jù)電橋平衡有根據(jù)電橋平衡有調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)CN使得使得 即實(shí)現(xiàn)了中和。即實(shí)現(xiàn)了中和。123 圖圖 3-6 共共發(fā)發(fā)- 共基電路共基電路 B.失配法失配法 圖圖3-6是通過(guò)增大負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增大總回路導(dǎo)納，是通過(guò)增大負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增大總回路導(dǎo)納，使得輸出電路使得輸出電路失配失配，輸出電壓減小對(duì)輸入端的影響也，輸出電壓減小對(duì)輸入端的影響也就減小。是以增益為代價(jià)來(lái)?yè)Q取穩(wěn)定性的方法。就減小。是以增益為代價(jià)來(lái)?yè)Q取穩(wěn)定性的方法。 共基極電路

14、的輸入導(dǎo)納共基極電路的輸入導(dǎo)納較大，當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較較大，當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較小的共發(fā)電路相連時(shí)，相小的共發(fā)電路相連時(shí)，相當(dāng)于增大了共發(fā)電路的負(fù)當(dāng)于增大了共發(fā)電路的負(fù)載導(dǎo)納而使之失配，從而載導(dǎo)納而使之失配，從而使共發(fā)電路內(nèi)部的反饋減使共發(fā)電路內(nèi)部的反饋減弱，提高了穩(wěn)定性。弱，提高了穩(wěn)定性。 圖圖 3-7 雙柵場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)諧放大器雙柵場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)諧放大器 場(chǎng)效應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管也有穩(wěn)定性問(wèn)題，這是因漏極的電容構(gòu)成管也有穩(wěn)定性問(wèn)題，這是因漏極的電容構(gòu)成了輸出和輸入之間的反饋。采用雙柵極場(chǎng)效應(yīng)管作高頻了輸出和輸入之間的反饋。采用雙柵極場(chǎng)效應(yīng)管作高頻小信號(hào)放大器，則可獲較高增益，噪聲也較低。圖小信號(hào)放大器，則可獲較高

15、增益，噪聲也較低。圖3-7是是雙柵極場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)諧放大器的電路。雙柵極場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)諧放大器的電路。nKKKK002010 211a2/2)1 (nna總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)單回路歸一化頻率特性單回路歸一化頻率特性多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)歸一化頻率特性多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)歸一化頻率特性 3.1.4 多級(jí)諧振放大器級(jí)聯(lián)多級(jí)諧振放大器級(jí)聯(lián) 1多級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)多級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián) 多級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率相同多級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率相同, 均為信號(hào)的中均為信號(hào)的中心頻率。心頻率。 133 143 153 表表3-2 多級(jí)雙調(diào)諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)多級(jí)雙調(diào)諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)表表3-1 多級(jí)單調(diào)諧放大器

16、的帶寬和矩形系數(shù)多級(jí)單調(diào)諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)級(jí)數(shù)增大，曲線變窄，等效噪聲帶寬下降，矩形系數(shù)改善級(jí)數(shù)增大，曲線變窄，等效噪聲帶寬下降，矩形系數(shù)改善a.帶寬隨級(jí)數(shù)而下降的程度比單調(diào)諧回路要??；帶寬隨級(jí)數(shù)而下降的程度比單調(diào)諧回路要?。籦.矩形系數(shù)改善。矩形系數(shù)改善。 2. 多級(jí)雙調(diào)諧放大器多級(jí)雙調(diào)諧放大器 2/4)41 (nna結(jié)論：結(jié)論： 1.優(yōu)點(diǎn)：雙調(diào)諧級(jí)聯(lián)與單調(diào)諧級(jí)聯(lián)相比較，優(yōu)點(diǎn)：雙調(diào)諧級(jí)聯(lián)與單調(diào)諧級(jí)聯(lián)相比較，雙調(diào)諧能解決帶寬與選擇性之間的矛盾；雙調(diào)諧能解決帶寬與選擇性之間的矛盾； 2.缺點(diǎn)：級(jí)數(shù)相同時(shí)，雙調(diào)諧級(jí)聯(lián)比單調(diào)諧缺點(diǎn)：級(jí)數(shù)相同時(shí)，雙調(diào)諧級(jí)聯(lián)比單調(diào)諧級(jí)聯(lián)所用的原件數(shù)目多，調(diào)諧復(fù)雜。

17、級(jí)聯(lián)所用的原件數(shù)目多，調(diào)諧復(fù)雜。163 3. 參差調(diào)諧放大器參差調(diào)諧放大器 圖圖3-8是采用單調(diào)諧回路和雙調(diào)諧回路組是采用單調(diào)諧回路和雙調(diào)諧回路組成的參差調(diào)諧放大器的頻率特性。成的參差調(diào)諧放大器的頻率特性。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：多級(jí)參差放大器中各級(jí)調(diào)諧回路多級(jí)參差放大器中各級(jí)調(diào)諧回路所調(diào)諧的頻率彼此不同。所調(diào)諧的頻率彼此不同。 目的：目的：增加放大器總的帶寬，使頻率特增加放大器總的帶寬，使頻率特性的邊沿陡峭。性的邊沿陡峭。 圖圖3-8 參差調(diào)諧放大器的頻率特性參差調(diào)諧放大器的頻率特性 a單、雙回路特性；單、雙回路特性；b總特性總特性 3.1.5 高頻集成放大器高頻集成放大器 前面介紹的調(diào)諧放大器有三大

18、缺點(diǎn)：前面介紹的調(diào)諧放大器有三大缺點(diǎn)： 1. 增益和穩(wěn)定性有矛盾；增益和穩(wěn)定性有矛盾； 2. 多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)回路多，調(diào)諧起來(lái)不方便；多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)回路多，調(diào)諧起來(lái)不方便； 3.回路直接與有源器件相連，其頻率特性易受回路直接與有源器件相連，其頻率特性易受晶體管的參數(shù)及工作點(diǎn)變化的影響。晶體管的參數(shù)及工作點(diǎn)變化的影響。 高頻集成放大器分為兩種類(lèi)型，一種是非選頻的高高頻集成放大器分為兩種類(lèi)型，一種是非選頻的高頻集成放大器。它的主要應(yīng)用場(chǎng)合是某些不需要選頻功頻集成放大器。它的主要應(yīng)用場(chǎng)合是某些不需要選頻功能的設(shè)備，通常其負(fù)載是電阻或高頻變壓器；另一種是能的設(shè)備，通常其負(fù)載是電阻或高頻變壓器；另一種是選

19、頻集成放大器，應(yīng)用場(chǎng)合是需要有選頻功能的設(shè)備，選頻集成放大器，應(yīng)用場(chǎng)合是需要有選頻功能的設(shè)備，如接收機(jī)的中頻放大器就是它的典型應(yīng)用。為滿足高增如接收機(jī)的中頻放大器就是它的典型應(yīng)用。為滿足高增益放大器的選頻要求，集成放大器一般采用集中濾波器益放大器的選頻要求，集成放大器一般采用集中濾波器來(lái)做它的選頻電路。如第二章介紹的晶體濾波器、陶瓷來(lái)做它的選頻電路。如第二章介紹的晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面濾波器等都可以和高頻集成放大器搭配濾波器、聲表面濾波器等都可以和高頻集成放大器搭配使用。集中選頻放大器的組成如圖使用。集中選頻放大器的組成如圖3-10所示。所示。圖圖3-10 集中選頻放大器組成框圖集中選頻放大器組成框圖 高頻集成放大器的高頻集成放大器的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1.線路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、調(diào)整方便；線路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、調(diào)整方便； 2.頻率特性好，有專(zhuān)門(mén)的濾波器來(lái)保障頻率特性好，有專(zhuān)門(mén)的濾波器來(lái)保障(窄帶時(shí)用晶窄帶時(shí)用晶體；寬帶情況下用體；寬帶情況下用SAV)。 3.可高度集成，減小電路的體積、重量。可高度集成，減小電路的體積、重量。 集中選頻放大器以集中預(yù)選頻代替了逐級(jí)選頻，可以集中選頻放大器以集中預(yù)選頻代替了逐級(jí)選頻，可以減小晶體管參數(shù)不穩(wěn)定對(duì)選頻回路的影響，保證調(diào)諧放大減小晶體管參數(shù)不穩(wěn)定對(duì)選頻回路的影響，保證調(diào)諧放大器指標(biāo)的穩(wěn)定、減小調(diào)試的難度，而且有利于充分發(fā)揮線器