第四章高頻小信號放大器(高頻電子技術)

1、高頻電子技術第四章 高頻小信號放大器§4.1 概述低頻放大器:工作頻率較低,但帶寬較寬;高頻放大器:工作頻率很高(中心頻率在幾百千赫至幾百兆赫以上,但帶寬很窄。故高頻放大器一般都是采用選頻網(wǎng)絡組成諧振放大器或非諧振放大器。(1諧振放大器:采用諧振回路(串、并聯(lián)或耦合回路作負載的放大器。它又分為調諧放大器(高頻放大器和頻帶放大器(中頻放大器。(2非調諧放大器:由濾波器和阻容放大器組成的各種窄帶、寬帶放大器。 高頻小信號放大器的主要質量指標:(1增益:放大器輸出電壓與輸入電壓之比;(2通頻帶:放大器的電壓增益下降到最大值的0.7倍(2/1時對應的頻率范圍:3db 帶寬; 放大器的電壓增益

2、下降到最大值的0.5倍(2/1時對應的頻率范圍:6db 帶寬; (3選擇性:抑制干擾的能力。(4工作穩(wěn)定性:電路元件參數(shù)發(fā)生改變時放大器的穩(wěn)定程度。(5噪聲系數(shù):噪聲系數(shù)=輸入端信噪比/輸出端信噪比,如放大器內部噪聲接近于零,則噪聲系數(shù)接近于1,說明放大器本身引入的噪聲很小。§4.2 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的兩種形式:形式等效電路和物理模擬等效電路。形式等效電路:將晶體管等效為有源線性四端網(wǎng)絡。優(yōu)點:分析電路方便,具有普遍意義;缺點:網(wǎng)絡參數(shù)與頻率有關。物理模擬等效電路:用RLC 元件表示晶體管內部的復雜關系,即每一元件與晶體管內發(fā)生的某種物理過程有明

3、顯的關系,用這種物理模擬的方法得到的物理等效電路就是混合等效電路。優(yōu)點:各個元件在很寬的頻率范圍內保持常數(shù);缺點:分析電路不夠方便。4.2.1 形式等效電路(網(wǎng)絡參數(shù)等效電路(P91 一、雙口網(wǎng)絡壓控型伏安關系V AR (y 參數(shù): 1V 2端口1和端口2都外接電壓源。端口電流1I 的表示式:sc1212111111211y y 1N (1(1(I V V I I IV V I +='''+''+'=+=產生的電流口中所有獨立源作用在端只由網(wǎng)絡產生的電流單獨作用在端口電壓源產生的電流單獨作用在端口電壓源端口電流2I 的表示式: sc2121222

4、2y y I V V I +=其中,0,0111112=sc I V V I y 為端口1(輸出短路策動點(輸入導納;i y,0211211=sc IV V I y 為端口1(輸入短路反向轉移導納;r y0,0122122=sc I VV I y 為端口2(輸出短路正向轉移導納;f y,0222221=sc IV V I y 為端口2(輸入短路策動點(輸出導納;o y0,01sc121=V V I I 為兩端短路時端口1的短路電流; 0,02sc221=V V I I 為兩端短路時端口2的短路電流;寫成矩陣形式:sc I V Y I +=,即+=21212221121121sc sc I I

5、V V y y y y I I一個雙口網(wǎng)絡可以用短路導納矩陣Y 和短路電流向量scI 來表征,矩陣Y 中的各元素稱為y 參數(shù)。 二、雙口網(wǎng)絡流控型伏安關系V AR (z 參數(shù):端口1和端口2都外接電流源。 寫成矩陣形式:oc V I Z V +=,即+=21212221121121oc oc V V I I z z z z V V0,0111112=oc V I I V z 為端口1開路策動點阻抗;0,0211211=oc V I I V z 為端口1開路反向轉移阻抗;0,0122122=oc V I I V z 為端口2開路正向轉移阻抗;0,0222221=oc V I I V z 為端口2

6、開路策動點阻抗;0,01oc121=I I V V 為兩端開路時端口1的開路電壓; 0,02oc221=I I V V 為兩端開路時端口2的開路電壓;一個雙口網(wǎng)絡可以用開路阻抗矩陣Z 和開路電壓向量ocV 來表征,矩陣Z 中的各元素稱為z 參數(shù)。 三、雙口網(wǎng)絡混合型伏安關系V AR (h 參數(shù):1.混合I 型:端口1電流源,端口2電壓源 寫成矩陣形式:+=21212221121121sc oc I V V I h h h h I V 0,0111112=oc VV I V h 為端口1短路策動點阻抗;0,0211211=oc V I V V h 為端口1開路反向電壓轉移比;0,0122122=

7、sc I V I I h 為端口2短路正向電流轉移比;0,0222221=sc I I V I h 為端口2開路策動點導納;0,01oc121=V I V V 為端口2短路時端口1的開路電壓; 0,02sc221=V I I I 為端口1開路時端口2的短路電流;矩陣H 中的各元素稱為h 參數(shù)。2.混合II 型:端口1電壓源,端口2電流源 四、晶體管y 參數(shù)等效電路如果雙口網(wǎng)絡內部不含獨立電源(如晶體管,則壓控型VAR 為=21212221121121V V y y y y V V y y y y I I o f r i 211V y V y I r i +=212V y V y I o f +

8、=得y 參數(shù)等效電路:圖4.2.2(P92 此時,短路導納參數(shù)僅與晶體管的參數(shù)有關,與外電路無關,所以稱為內參數(shù)。如果晶體管接入外電路,由于輸入端和輸出端接有外電路,此時得出的y 參數(shù)不僅與晶體管有關,而且與外電路有關,所以稱為外參數(shù)。以晶體管共射電路(帶外電路為例:圖4.2.3(P93 s I Y L211V y V y I re ie +=(4.2.3212V y V y I oe fe +=(4.2.4 22V Y I L -=(4.2.5由以上公式消去2I ,2V 可得11V y y y y y I L oe fe re ie +-= 因此輸入導納:Loe fe re ie i y y

9、 y y y V IY +-=11 可見,輸入導納i y 與負載導納L y 有關,晶體管內部有反饋 。求輸出導納時,應由以上公式消去1I ,1V 求2I ,2V 的關系,此時應將電流源開路(電壓源短路,有(理解:求伏安關系實際上是求電路本身的阻抗或導納特性,此時電路中的電壓和電流為設定的虛擬量,并不真實存在,因此應去除電路中存在的的有固定值的電壓、電流源的影響。 求輸出電阻兩種方法:一、輸出開路電壓和短路電流,實際上測電流時輸出加負載;二、將輸入信號短路,保留信號源內阻,在輸出加電壓,求此時的電流,由電壓和電流得到輸出電阻11V Y I s -=,代入211V y Vy I re ie +=(

10、4.2.3可得 21V y y y V sie re +-=,代入212V y V y I oe fe +=(4.2.4可得22V Y y y y y I s ie fe re oe +-= 輸出導納:sie fe re oe o Y y y y y V I Y +-=22可見,輸出導納o y 與信號源導納s y 有關,也反映了晶體管內部有反饋 。由212V y V y I oe fe +=(4.2.4和22V Y I L -=(4.2.5消去2I ,可得電壓增益:Loe fe v Y y y V V A +-=12與正向轉移導納有關,導納越大,阻抗越小,放大器增益越大。 4.2.2 混合等效

11、電路 圖4.2.4(P95 bcb b r ':基極電阻; e b r ':基-射極間電阻; e b C ':發(fā)射結電容;c b r ':集電結電阻; c b C ':集電結電容; ce r :集-射極間電阻;eb m V g ' :晶體管放大作用的等效電流發(fā)生器,m g 稱為晶體管跨導。4.2.3 混合等效電路參數(shù)與形式等效電路y 參數(shù)的轉換 bc 根據(jù)混合等效電路可得(1eb be b b b V V r I ''-= (1ce e b c b e b e b e b be b b V V y V y V V r -+=-&#

12、39;'''''(即可以分成c b '和e b '兩條支路電流的和 (1eb cec b ce cee b m c V V y V r V g I '''-+= 其中,e b e b e b e b eb eb e b e b e b C j g C j r C j r C j r y '''''''''+=+=+=111,c b c b c b C j g y '''+= 另be b V V =,cec V V =,整

13、理得 c c b e b b b cb bc b e b b b c b e b b V y y r y V y y r y y I (1(1'''''''''+-+=(消掉eb V ' c c b e b b b c b m b b c b c b ce b c b e b b b cb m cV y y r y g r y y g V y y r y g I (1(1'''''''''''+-+-=(消掉eb V '

14、 對照c r b i b V y V y I +=和c o b f c V y V y I +=,并滿足c b m y g '>>,c b e b y y ''>>,c b ce g g '>>可得b b e b e b b b eb e b e b b b e bc b e b b b c b e b ie i r C j g r C j g y r y y y r y y y y ''''''''''''''+=

15、+=1(1(1 b b e b e b b b c b c b e b b b c b c b e b b b c b re r r C j g r C j g y r y y y r y y y '''''''''''''+-=+-+-=1(1(1 b b e b e b b b me b b b m c b e b b b c b m fef r C jg r g y r g y y r y g y y ''''''''&#

16、39;'+=+-=1(1(1b b e b e b b b cb c b mb bc b ce eb b b mb bc b c b ce c b e b b b c b m b b c b c b ce oe o r C j g r C j g g r C j g y r gr y y g y y r y g r y y g y y ''''''''''''''''''''+-+=1(1(1(四個參數(shù)均為復數(shù),可以表示為ie

17、ie ie C j g y +=oe oe oe C j g y +=fe fe fe y y =re re re y y =令e b b b g r a ''+=1,b b e b r C b ''=則22b a C b ag g e b e b ie +''22b a C C eb ie+=' 22b a r g C b ag g g b b m c b c b ce oe +'''22b a bg r g aC C C cb b b mc b cb oe +-+'''' 22b

18、 a g y m fe +;abfe arctan-= 22b a C y cb re +'arctan2(ab re +-= 4.2.4 晶體管的高頻參數(shù)(P981.截止頻率f共射電路的電流放大系數(shù)隨工作頻率的上升而下降,當降低至低頻值0的2/1時的頻率稱為截止頻率,用f 表示。f j+=10,絕對值2/(1f f +=隨著f 從直流0逐漸增大,分母逐漸增大,逐漸減小,當f f =時,減小為0的2/1。2.特征頻率T f頻率增加,使下降至1時,這時的頻率稱為特征頻率,用T f 表示(單位增益帶寬。由1/(12=+f f T 得特征頻率f f f T 0201-=由上式可得22/(1/

19、(1f f f f f f T +=+=當f f >>時上式可變?yōu)閒f T=或f f T = 即特征頻率T f 等于工作頻率和晶體管在該頻率的的乘積(增益帶寬積。 3.最高振蕩頻率max f晶體管的功率增益1=p A 時的工作頻率稱為最高振蕩頻率max f 。它表示晶體管所能適用的最高極限頻率,在此頻率,晶體管得不到功率放大。4.電荷儲存效應PN 結兩端加正向電壓,即PN 結正向偏置時,電子由N->P ,并在P 區(qū)內形成一定的濃度分布,并形成P->N 的正向電流,如果此時突然出現(xiàn)電壓反轉,則P 區(qū)內的電子在反向電壓的作用下突然向N 區(qū)流動(電子流向P->N ,瞬間

20、形成了較大的N->P 的反向電流,這種現(xiàn)象叫做電荷儲存效應。電荷儲存效應會引起放大器波形失真,對高頻性能產生負面影響。§4.3 單調諧回路諧振放大器單調諧回路諧振放大器原理性電路圖:圖4.3.1(a(P100 輸入信號L負載LC 構成并聯(lián)回路作為集電極負載,調諧于放大器的中心頻率; LC 回路與集電極的聯(lián)結采用抽頭電路的形式(自耦變壓器;LC 回路與下級負載Y L 的聯(lián)接采用變壓器耦合的方式,用來減弱本級輸出導納和下級晶體管輸入導納Y L 對LC 回路的影響;通過選擇初級線圈抽頭位置與初次級線圈的匝數(shù)比,可以使負載導納與晶體管的輸出導納相匹配,以獲得最大的功率增益。* *最大功

21、率傳遞定理(電路分析上冊第四章4-8(P232:負載應與戴維南(諾頓等效電阻相等。功率L L o oc L R R R u R i p 22(+=,使p 最大,則0(32=+-=L o L o oc L R R R R u dR dp ,解得o L R R =*正弦穩(wěn)態(tài)最大功率傳遞定理(電路分析下冊第十二章12-7(P102負載阻抗與電源內阻抗互為公軛復數(shù)。(j (L s L s sX X R R V I+=模22(L s L s sX X R R V I +=功率L L s L s s L R X X R R V R I p 2222(+=若要使P 最小,首先必須有s L X X -=,再根

22、據(jù)最大功率傳遞定理得o L R R =*阻抗匹配:是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配,得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。(1在純電阻電路中,當負載電阻等于激勵源內阻時,則輸出功率為最大,這種工作狀態(tài)稱為匹配,否則稱為失配。(2當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時,為使負載得到最大功率,負載阻抗與內阻必須滿足共扼關系,即電阻成份相等,電抗成份絕對值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。*變壓器兩端的電壓、電流、阻抗變換關系理想變壓器:耦合系數(shù)121=L L M k ,R 1=R 2=0,L 1,n N N=12 設變壓器變比(次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比為n :1,則 電壓比n V V =1

23、2,電流比n I I 112=,次級負載R L 變到初級變?yōu)長 R n 21,初級串聯(lián)電阻R 變到次級變?yōu)長 R n 2(匝數(shù)少的一邊得到的輸入電阻是減小的,匝數(shù)多的一邊則是增大的 *單調諧回路諧振放大器等效電路:圖4.3.1(b(P100 負載Y(1圖中僅畫出集電極部分的等效電路(參考y 參數(shù)與混合模型:11i fe o V y I =晶體管放大作用的等效電流源;11o o oe C j g y +=,分別表示晶體管輸出電導與輸出電容;(2pp R G 1=代表并聯(lián)諧振回路本身的損耗; (322i i L C j g Y +=代表負載導納(下一級晶體管的輸入導納。 4.3.1 電壓增益由晶體

24、管y 參數(shù)等效電路(式4.2.10,p94可得放大器的電壓增益Loe fe i o v Y y y V VA '+-=11 其中,LY '是晶體管從輸出端12之間看出去的負載導納(負載L Y 與LC 諧振回路折算至12兩點間的等效導納。由等效電路可知,若把fe y 視為等效電源導納,則Loe Y y '+可視為12兩點之間的總等效導納。將等效電路圖4.3.1(b的所有元件參數(shù)折算到LC 回路兩端:圖4.3.2(p101 i2g 'L L Y p Y =1oeo y p Y 11=L 1(a(b令初級線圈抽頭與初級線圈匝數(shù)比N N p 11=,次級線圈與初級線圈匝

25、數(shù)比NNp 22=,則有: 晶體管輸出電導1211o og p g =',輸出電容1211o o C p C =' 即晶體管輸出導納oe oy p y 211=' 負載電導2222i i g p g =',負載電容2222i i C p C =' 等效到LC 回路兩端的總電導21i o p p g g G G '+'+=',總電容21i o C C C C '+'+=從LC 回路兩端看的總等效導納(21Loe Y y p Y '+=' 則增益Yy p Y y y V V A fe L oe fe i

26、 o v '-='+-=2111實際上從整體電路輸入和負載Y L 來看的電壓增益應為Y y p p Y y p p p V V p p V V N N V V A fe fe i o i o i i v '-='-=2121121112111212(4.3.3由于并聯(lián)諧振曲線中電壓與并聯(lián)等效阻抗是正比例關系(與導納反比例,而上式中的電壓增益與LC 并聯(lián)等效阻抗也是一樣,故電壓增益曲線與回路的諧振曲線形式相同。 其中,由圖4.3.2(b 可知1(1L C j G Y p -+'=' 電路諧振時(0=,1001L C =,p G Y '=&#

27、39;,故諧振時的電壓增益 2121210i o p fep fe v g g G y p p G y p p A '+'+-='-=(4.3.4 根據(jù)最大功率傳遞定理,應選取適當?shù)?p 和2p 值,使負載導納L Y 與晶體管的輸出導納相匹配,即需要滿足負載阻抗與電源內阻抗互為公軛復數(shù)。電抗由于諧振(晶體管輸出電抗與負載電抗的和為零,已滿足共軛關系。電導12o p i g G g '+=',且21i o p p g g G G '+'+=',因此212p o p i G g G g '='+='即21212

28、22p o p i G g p G g p '=+=,LC 回路本身的損耗p G 很小,故2121121222p o o p i G g p g p G g p '=+=則接入系數(shù)(匝數(shù)比112o p g G p '=,222i p g G p '=代入pfev G y p p A '-=210匹配時的電壓增益2121max 02(i o fepfe v g g y G y p p A -='-= 例4.3.1(P1024.3.2 諧振時的功率增益A p諧振時的簡化等效電路:圖4.3.3(P103 1o i fe V y p I =222i g

29、p設i p 為放大器的輸入功率;o p 為輸出端負載(2i g 獲得的功率,則121i i i g V p =為晶體管輸入端電壓平方乘以晶體管輸入電導。(22221122222222(i pi fe i p o i abo g p G V y p g p G I g p Vp '='=為ab 兩端電壓平方乘以負載等效電導。諧振時的功率增益:1220122211212222110(i i v i i pfei i i pi fe io p g gA g g G y p p g V g p G V y p p pA ='='= 1i g ,2i g 分別為本級放大器

30、的輸入電導和下一級晶體管輸入電導。若兩級采用相同的晶體管,則21i i g g =,故200(v p A A = (1如果忽略LC 回路的損耗p G 時,電壓增益2121max 02(i o fepfe v g g y G y p p A -='-=則最大功率增益(21220max4(i o fev p g g y A A =(2如果考慮損耗p G ,引入插入損耗K 1,有111p p K '=率回路有損耗時的輸出功率回路無損耗時的輸出功(p '越大(越接近1p 越好,故1K 顯然越小越好 無損耗時222222212122221(i i o o i po g p g p

31、 g p I g p G I p +='= 有損耗時222222212122221(i p i o o i po g p G g p g p I g p G I p +='=' 再考慮品質因數(shù): 無載Q 值為LG Q p 001=,即LQ G p 001=有載Q 值為LG g p g p Q p i o L 0222121(1+=即11(11000222121Q Q L G LQ g p g p L p L i o -=-=+ LQ G g p g p L p i o 02221211=+將p i o G g p g p +222121和222121i o g p g

32、p +帶入到K 1中可得20200011111111(1-=-='=Q Q L Q Q L Q p p K L L L 用分貝(dB 表示1/(1lg2011lg 10(0201Q Q QQ dB K L L -=-= 可見,回路的損耗和無載品質因數(shù)0Q ,有載品質因數(shù)L Q 有關:Q Q L越小,1K 越小,損耗越小?？紤]損耗之后,最大功率增益:(22121max 0max1(4/Q Q g g y K A A L i o fep p -=' 此時電壓增益:(1(2021max 0Q Q g g y A Li o fe v-='4.3.3 通頻帶與選擇性 一、通頻帶由

33、(4.3.3和(4.3.4得,電壓增益和諧振時電壓增益之比Y y p p A fe v '-=21(4.3.32121210i o p fep fe v g g G y p p G y p p A '+'+-='-=(4.3.4 Z G YG A A p p v v''=''-=0 其中21(11(1101f fQ jG L C j G Y Z L p p +'=-+'='='(1001L G G C Q p pL '='=,0000012(2(1f fQ G Q G Q G L C

34、 Lp L p L p '=-'-'=- 當212(1120=+=''=f f Q Z G A AA A L p v v v v (4.3.18時得 通頻帶:LQ f f 07.02=可見L Q 越大,通頻帶越窄。 由pL G C Q '=0可知='C f f f C f Q C G Lp 7.07.0000222/2-='-=C f yp p G y p p A fe pfe v 7.0212104 上式說明:晶體管確定后,當接入系數(shù)1p 和2p 不變時,放大器的諧振電壓增益由回路總電容C 和通頻帶的乘積決定?；芈房傠娙軨 越大

35、,通頻帶越寬,電壓增益越小。因此要想同時保證高增益和足夠的帶寬,或減小回路總電容C 。 對于回路總電容C :如果電路不外接電容,回路電容由晶體管輸出電容、下級晶體管輸入電容、電感線圈分布電容、器件的封裝電容等不穩(wěn)定電容組成,這些電容會隨著晶體管工作狀態(tài)的變化(電壓變化或更換晶體管而變化,從而影響諧振曲線的穩(wěn)定性,改變通頻帶(11L C -產生變化。因此往往外接電容使C 較大,減小不穩(wěn)定電容的影響。對寬帶放大器:C 可以盡量小,對諧振曲線性能影響較微弱; 對窄帶放大器:外接電容使C 盡量大些,提高諧振曲線的穩(wěn)定性。二、選擇性矩形系數(shù)定義(P90:7.01.01.022f f K r =(電壓增益

36、下降到1/10的頻帶寬度與通頻帶的比值 當相對增益1.02(112=+=f f Q A A L v v時,得L Q f f 021.01102-=,而LQ f f 07.02= 故單調諧回路放大器的矩形系數(shù):95.91102227.01.01.0-=f f K r 遠大于1,所以頻率選擇性較差。4.3.4 級間耦合網(wǎng)絡(方式圖4.3.4(P107(a(b(d為電感耦合;(c為電容耦合。(a(b(c都是將初級的高阻抗變?yōu)榇渭壍牡妥杩?故適用于輸出阻抗較高、下一級輸入阻抗較低的情況,方便與下一級阻抗進行匹配;(d并聯(lián)-串聯(lián)式:當下一級采用共基極電路時,由于輸入阻抗太小,用上述抽頭的方式將導致次級線

37、圈匝數(shù)過少,難以實現(xiàn),因此在次級采用串聯(lián)諧振的形式,由于在串聯(lián)諧振中諧振時的等效電阻很小,因此可以與下一級的小輸入電阻相匹配。§4.4 多級單調諧回路諧振放大器當單級放大器的增益不能滿足要求時,就需要采用多級放大器。設放大器有m 級,則總增益等于各級增益的乘積:vm v v m A A A A = 21如果各級放大器由完全相同的單級放大器組成,則總增益:m v m A A 1=諧振曲線表達式:m L m m f f Q A A +=2002(11可見它等于各單級諧振曲線的乘積。故級數(shù)越多,諧振曲線越尖銳,選擇性越好,但通頻帶也越窄。圖4.4.1(P109通頻帶的計算應滿足:212(1

38、120= +mL f f Q 故通頻帶2(12122(7.0/10/17.0f Q f f m Lm m -=-= 即多級調諧回路串聯(lián)的通頻帶是單級調諧回路通頻帶的12/1-m (小于1倍,顯然級數(shù)越多,總通頻帶越小。由上式可得單級調諧回路的品質因數(shù)mm L f f Q 2(127.00/1-=,即每一級的品質因數(shù)變?yōu)槎嗉?2/1-m 稱為帶寬縮減因子。 品質因數(shù)降低,則每級回路通頻帶越寬,由(4.3.20-='-=C f y p p G y p p A fep fe v 7.0212104可知,通頻帶變寬,則諧振時放大倍數(shù)下降,因此,通頻帶變寬是以降低增益為代價的。多級調諧回路的矩形

39、系數(shù)1211002(2(/1/17.01.01.0-=mm m m r f f K 表4.1.1(P111級數(shù)增加時,矩形系數(shù)有所改善,但隨著級數(shù)增加,矩形系數(shù)變化越來越緩慢。§4.5 雙調諧回路諧振放大器雙調諧回路諧振放大器頻帶較寬,選擇性較好。圖4.5.1(P112a .集電極輸出與負載的輸入通過互感耦合的方式連接;b .初次級均有抽頭,接入系數(shù)分別為p 1和p 2;c .耦合線圈的兩端初次級回路調諧于同一頻率f 0;d .初次級諧振回路本身的損耗都很小,可以忽略;e .兩個回路元件參數(shù)相同,為了計算方便,將各參數(shù)都折合到LC 電路兩端:電感L L L =21,初次級回路總電容C

40、 C p C C p C ie oe =+222211,折合到初次級的導納g g p g p ie oe =2221,諧振頻率LC10= ,初次級品質因數(shù)g C L g Q Q L L 00211=等效電路圖4.5.1(c (P112 2p oL 2ie2ieC p 222C oeg p 21oe C p 211 C L 1ife g V y p I 1=gI* 由3.5相關推導可知(P71:令2p V V o o =',1p V V i i =',對等效電路初次級分別列電流方程得初級回路:Mj V L j C j g g p V V y p I ooei i fe g 11(

41、211'-+='= 次級回路:Mj V L j C j g g p V iieo 11(022'-+='= 引入廣義失諧(0-=Q ,則上式變?yōu)?初級回路:Mj V j g V I o i g 11('-+'= 次級回路:Mj V j g V io 11(0'-+'= 令(伊塔(1gCMg 電容則為=由以上兩式可得211(1(111(122222222j g I j j g I j j g jI j Mg g MgI j V ggg go+-=+-=+-=+-='故模222241(+-='g I V go將2p V

42、 V o o =',1p V V i i =',Vy p I fe g 1=代入上式得 *電壓放大倍數(shù):22222141(+-=g y p p V V A fe i o v諧振時0=,得gy p p A fe v 21201(+= fe 成正比,與回路電導g 成反比,且與相關,根據(jù)不同,分為以下三種情況:圖4.5.2(P1131弱耦合1<,諧振曲線在o f (0=處出現(xiàn)峰值;2臨界耦合1=,諧振曲線較平坦,在o f (0=處出現(xiàn)峰值(這種情況較常用;3強耦合1>,諧振曲線出現(xiàn)雙峰,峰點位置12-±=。1.臨界耦合時的通頻帶:令21422414214210=

43、+=+=gy p p gy p p A A fefev v (22(000=-=f f Q Q L L 得故臨界耦合通頻帶:LQ f f 07.022= 由(4.3.19知單調諧放大器通頻帶為LQ f 0,可見臨界耦合情況下,雙調諧回路放大器的通 2.臨界耦合時的矩形系數(shù):1012(4242201.040=+=+=f f Q A A L v v 得LQ f f 041.0211002-= 矩形系數(shù):16.3227.01.01.0=f f K r (單調諧放大器矩形系數(shù)為9.95可見雙調諧回路放大器的矩形系數(shù)遠比單調諧放大器小,諧振曲線更接近于矩形。臨界耦合時m 級雙調諧放大器的矩形系數(shù)為4/1

44、/21.012110-=m m r K注:臨界耦合的情況應用較多,弱耦合時諧振曲線與單調諧放大器相近,而強耦合時諧振曲線頂部出現(xiàn)凹陷,回路調節(jié)麻煩,僅用于特殊場合。§4.6 諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施4.6.1 諧振放大器的穩(wěn)定性根據(jù)y 參數(shù)模型可得放大器的輸入導納F ie Loe fe re ie i Y y y y y y y Y +=+-=ie y 為輸出短路時晶體管本身的輸入導納,F Y 是通過re y 的反饋引起的輸入導納,它體現(xiàn)了負載L y 的影響。見圖4.6.2(P115放大器等效輸入端回路g s L Y sCy iey FY iF Y 可寫成F F F jb g Y

45、 +=,其電導和電納是頻率的函數(shù)。電導部分的引入可以改變回路的有載品質因數(shù),電納的引入可以引起回路失諧。F g 在某些頻率上為負值,使回路總電導減小,品質因數(shù)增大,通頻帶減小,增益增加。當負值正好抵消回路原有電導時,輸入端回路總電導為零,放大器處于自激振蕩狀態(tài),這種情況顯然是不允許的。 自激振蕩條件:0=+-+Loe fe re ie s y y y y y Y 即1(=+fere L oe ie s y y y y y Y12111(1(1(j ie s ie s ie ie s ie s e g g j g g Lj C C j g g y Y +=+=+=+其中11arctan =,(0

46、011f f f f Q -=,(210ie C C L f +=,ie s ie g g C C Q +=(01 2221(j L oe L oe e G g y y +=+其中22arctan =,若=21,=21則11(22=+=+re fe j fe re j L oe ie s fe re L oe ie s ey y e G g g g y y y y y Y 要同時滿足幅值和相位條件,即幅值： ( g s + g ie ( g oe + G L (1 + x 2 =1 y re y fe 相位： 2y = j fe + j re 因此得相位條件： x = tan j fe + j

47、 re 2 2 定義穩(wěn)定系數(shù) S = ( g s + g ie ( g oe + G L (1 + x y re y fe （4.6.12） 顯然反向傳輸導納 y re 越小，S 越大，離自激條件越遠。 若 S = 1 ，放大器自激，當 S >> 1 時，放大器才能穩(wěn)定工作，一般要求穩(wěn)定系數(shù) S » 5 10 。 在實際中， y fe = y fe ，j fe = 0 ，即主要以電導形式存在， y re » - j w 0 C re ，j re » - 90 ，即主 o 要以電納形式存在，代入 x = tan j fe + j re 2 2 中得自激相

48、位條件 x = - 1 2 代入 S = ( g s + g ie ( g oe + G L (1 + x y re y fe = g 1 g 2 (1 + x y re y fe （4.6.12）中得 S = 2 g1 g 2 w 0 C re y fe 若使 S >> 1 ，應選用 C re 盡量小的晶體管，同時回路的諧振電導 g 1 和 g 2 越大越好。 由（4.2.10）知放大器電壓增益 Av 0 = y fe g oe + G L = y fe g2 可見，放大器的穩(wěn)定與增益的提高是相互矛盾的，增大 g 2 提高穩(wěn)定系數(shù)，必然降低增益。 當 g 1 = g 2 時，將

49、g 1 = g 2 = y fe Av 0 代入 S = 2 g1 g 2 w 0 C re y fe 中得 Av 0 = 2 y fe S w 0 C re 取 S = 5 ，得 ( Av 0 )S = y fe 2 . 5w 0 C re 稱為保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益穩(wěn)定電壓增益。 放大器的電壓增益不允許超過 ( Av 0 )S ，如果超過， g 2 太小，將影響放大器的穩(wěn)定性。 4.6.2 單向化 由于晶體管中 y re 的反饋作用影響晶體管的穩(wěn)定性，如何設法消除 y re 的反饋作用，變“雙向元 件”為“單向元件” ，這個過程叫單向化。 1.中和法 在晶體管的輸出和輸入之間引入一個附加的反饋，抵消 y re 的反饋作用，但 y re 是頻率的函數(shù)， 晶體管的參數(shù)也具有離散性，難以把握，所以這種方法現(xiàn)已很少使用。 2.失配法 通過使負載電導 G L 或信號源電導 g s 的數(shù)值加大，使得輸入或輸出回路與晶體管失去匹配，叫 “失配法”（信號源內阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出不與負載阻抗匹配） 。 如 Yi = y ie - y re y fe y oe + y L ，如果 y L 取的很大，則后一項趨向于零，Yi = y ie - y re y fe y oe + y L &