Chapter3高頻小信號放大器嚴(yán)國萍

1、3.1概述概述3.2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)3.3單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器3.4雙調(diào)諧回路諧振放大器雙調(diào)諧回路諧振放大器3.5諧振放大器的穩(wěn)定性諧振放大器的穩(wěn)定性3.6調(diào)諧放大器的常用電路與集成電路調(diào)諧放大器的常用電路與集成電路 諧振放大器諧振放大器3.1概述概述1、高頻小信號放大器的特點、高頻小信號放大器的特點 頻率較高頻率較高 中心頻率一般在幾百中心頻率一般在幾百kHz到幾百到幾百MHz頻帶寬度在幾頻帶寬度在幾kHz到幾十到幾十MHz 小信號小信號 信號較小故工作在線性范圍內(nèi)信號較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類放甲類放大器大器) 高頻放大 f

2、s fs 本地振蕩 fo 混頻 fo fs = fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 2、高頻小信號放大器的分類、高頻小信號放大器的分類按所用的器件：按所用的器件：晶體管（晶體管（BJT)、場效應(yīng)管（、場效應(yīng)管（FET)、集成電路（、集成電路（IC)按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按電路形式：單級放大器和級聯(lián)放大器按電路形式：單級放大器和級聯(lián)放大器按負載性質(zhì)：諧振放大器和非諧振放大器按負載性質(zhì)：諧振放大器和非諧振放大器諧振放大器是采用諧振回路作負載的放大器，具有放諧振放大器是采用諧振回路作負載的放大器，具有放大、濾波和選頻的作用。非諧振放大器由阻容放

3、大器和各大、濾波和選頻的作用。非諧振放大器由阻容放大器和各種濾波器組成，其機構(gòu)簡單，便于集成。種濾波器組成，其機構(gòu)簡單，便于集成。i0Vlog20VVAioplog10PPA1)增益：（放大系數(shù)）增益：（放大系數(shù)） 電壓增益： 功率增益：分貝表示：2)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0.707倍時，所對倍時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用B=2 f 0.7表示。表示。 2 f 0.7也稱為也稱為3分貝帶寬。分貝帶寬。iVVAoVi0PPPA 3、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo) f f

4、0 2f0.7 0.7 1 f 2f0.5 0VVAA0.5210f0PPAA為什么要求通頻帶？為什么要求通頻帶？放大器所放大的一般都是已調(diào)制的信號，已調(diào)制的信號放大器所放大的一般都是已調(diào)制的信號，已調(diào)制的信號都包含一定譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，讓必都包含一定譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，讓必要的信號頻譜分量通過放大器。要的信號頻譜分量通過放大器。與諧振回路相同，放大器的通頻帶決定于回路的形式和與諧振回路相同，放大器的通頻帶決定于回路的形式和回路的等效品質(zhì)因數(shù)回路的等效品質(zhì)因數(shù)QL。此外，放大器的總通頻帶，隨著。此外，放大器的總通頻帶，隨著級數(shù)的增加而變。并且通頻帶愈寬，放

5、大器增益愈小。級數(shù)的增加而變。并且通頻帶愈寬，放大器增益愈小。3)選擇性選擇性從各種不同頻率的信號的總和（有用的和有害的）從各種不同頻率的信號的總和（有用的和有害的）中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性。選擇性常采用矩形系數(shù)和抑制比來表示。擇性。選擇性常采用矩形系數(shù)和抑制比來表示。 矩形系數(shù)矩形系數(shù)按理想情況，諧振曲線應(yīng)為一矩形。為了表示實際按理想情況，諧振曲線應(yīng)為一矩形。為了表示實際曲線接近理想曲線的程度，引入曲線接近理想曲線的程度，引入“矩形系數(shù)矩形系數(shù)”，它表示，它表示對鄰道干擾的抑制能力。對鄰道干擾的抑制能力。7.01.0

6、122ffKro7 . 001. 0r0.0122ffK f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 實際 2 f 0.1, 2 f 0.01分別為放大倍數(shù)下降至分別為放大倍數(shù)下降至0.1和和0.01處的帶處的帶寬，寬，Kr愈接近于愈接近于1越好。越好。nv0nAAdfAVf0AAVnfn 抑制比抑制比表示對某個干擾信號表示對某個干擾信號fn 的抑制能力，用的抑制能力，用dn表示。表示。An為干擾信號的放大倍數(shù)，為干擾信號的放大倍數(shù)，Av0為諧振點為諧振點f0的放大倍數(shù)。的放大倍數(shù)。 例例 Av0 = 100 An = 1 用分貝表示用分貝表示dn(dB) = 20 l

7、gdndB40dB1001100nn)(dd5)噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示：放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示： NF越接近越接近1越好越好在多級放大器中，前二級的噪聲對整個放大器的噪聲起決定在多級放大器中，前二級的噪聲對整個放大器的噪聲起決定作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小。作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小。以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應(yīng)根據(jù)需要決定主是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應(yīng)根據(jù)需要決定主次，進行分析和討論。次，進行分析和討論。 )

8、(/)(/nosonisiF輸輸出出信信噪噪比比輸輸入入信信噪噪比比PPPPN4)工作穩(wěn)定性：工作穩(wěn)定性：指在電源電壓變化或器件參數(shù)變化時以上三參數(shù)的穩(wěn)定程度。指在電源電壓變化或器件參數(shù)變化時以上三參數(shù)的穩(wěn)定程度。為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，即限制每級增益，為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，即限制每級增益，選擇內(nèi)反饋小的晶體管，應(yīng)用中和或失配方法等。選擇內(nèi)反饋小的晶體管，應(yīng)用中和或失配方法等。 3. 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)3.2.1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）將晶體管看成四端網(wǎng)路為為自自變變量量和和輸輸出

9、出電電壓壓設(shè)設(shè)輸輸入入電電壓壓21VV212211VyVyIVyVyIofri2121:VVyyyyIIofri即即式中：式中：導(dǎo)導(dǎo)納納稱稱為為輸輸出出短短路路時時的的輸輸入入0112ViVIy傳傳輸輸導(dǎo)導(dǎo)納納稱稱為為輸輸入入短短路路時時的的反反向向0211VrVIy傳傳輸輸導(dǎo)導(dǎo)納納稱稱為為輸輸出出短短路路時時的的正正向向0122VfVIy導(dǎo)納導(dǎo)納稱為輸入短路時的輸出稱為輸入短路時的輸出0221VoVIy I1 V1 yi yrV2 I1 V2 yo yfV1 + + Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 把晶體管內(nèi)部的物理過程用集中器件把晶體管內(nèi)部的物理過程用集中器件RLC表示。用這表示。用這種物理模

10、型的方法所涉及到的物理等效電路就是混合種物理模型的方法所涉及到的物理等效電路就是混合參參數(shù)等效電路。數(shù)等效電路。是是基基極極電電阻阻bb 是是發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)電電阻阻eb是是集集電電結(jié)結(jié)電電阻阻cb是發(fā)射結(jié)電容是發(fā)射結(jié)電容ebC是集電結(jié)電容是集電結(jié)電容cbC等效電流發(fā)生器等效電流發(fā)生器表示晶體管放大作用的表示晶體管放大作用的ebmvg)(26)(,0mVmAIggcebmm稱稱為為跨跨導(dǎo)導(dǎo)引起自激引起自激一部分到輸入端.可能一部分到輸入端.可能將輸出的交流電壓反饋將輸出的交流電壓反饋cbC系系數(shù)數(shù)降降低低晶晶體體管管的的電電流流放放大大高高頻頻反反饋饋, ,在在共共集集電電極極電電路路中中引引起起

11、bb3.2.2 混合混合參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 (物理模擬等效電路物理模擬等效電路) b rbb gbe Ic Vce gce gmVbe b Ib gbc Cbc Cbe Vbe Vbe c e b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e rbe rbc rb c與與Cb c引起的容抗相比引起的容抗相比rb c可視為開路?？梢暈殚_路。rb e與與Cb e引起的容抗相比，引起的容抗相比，rb e可以忽略（視為開路）可以忽略（視為開路）rce與回路負載比較，可視為開路。與回路負載比較，可視為開路。 混合混合等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的頻率下：等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的

12、頻率下：3.2.3混合混合等效電路的簡化等效電路的簡化 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e 簡化后的等效電路如圖：簡化后的等效電路如圖：這是對工作頻率較高時的簡化電路，這是對工作頻率較高時的簡化電路，對工作頻率范圍不同時，對工作頻率范圍不同時，等效電路可進行不同的簡化。等效電路可進行不同的簡化。頻率低時可忽略電容的作用。頻率低時可忽略電容的作用。 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 011ie2VVIyebbbebebbbcbebbbie111)(11YrYYrCCjry)(cbebebCCjY (一一) 令令V2 =

13、0，求，求yie、yfe。簡化混合簡化混合等效電路，如圖所示。等效電路，如圖所示。 (1) 3.2.4Y參數(shù)等效電路與混合參數(shù)等效電路與混合等效電路參數(shù)等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換(2) 012fe2VVIyIVgIebm2 eb2VgImebbb1ebebbb1eb11YrVYYrVVebbb1m21YrVgIebbbm012fe11YrgVIyV)(cbebebCCjY V1小引起小引起I小小又又 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 01VrbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIebbb

14、bbebbbebbbeb1)1()/(YrrIYrICjgIV2cbbbebcb2111VCjrYCjVIebbb2bbcbeb1YrVrCjVebbb2cbbbebbb2bbcb111YrVCjrYrVrCjIebbbcbre1YrCjyebebCjY (二二) 令令 ，求，求yre、yoe (3) 022oe1VVIyebbbbbm2cbebbb2bbcbm2cbebm2111YrrgVCjYrVrCjgVCjVgIIebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyV故故(1)、(2)、(3)、(4)中的中的Yb e可認為相同?？烧J為相同。ebcbCC(4)rbbgmVbebCbcCb

15、eceII2I1V1cV2ebebCjYebbbeb1YrYebbbm012fe11YrgVIyVebbbcb1YrCjebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyVebebCjY)(cbebebCCjY011ie2VVIy021re1VVIy正向傳輸導(dǎo)納正向傳輸導(dǎo)納輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納輸出導(dǎo)納輸出導(dǎo)納Y參數(shù)等效電路與混合參數(shù)等效電路與混合等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換式等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換式晶體管的高頻參數(shù)晶體管的高頻參數(shù)1）截止頻率）截止頻率時時的的頻頻率率的的頻頻值值隨隨著著工工作作頻頻率率下下降降到到低低2102001,1ffffj由由于于由于由于0比比1大的多大的多,在

16、頻率為在頻率為f時時,|雖然下降到原來的雖然下降到原來的0.707但是仍然比但是仍然比1大的多大的多,因此晶體管還能起到放大的作用。因此晶體管還能起到放大的作用。2）特征頻率）特征頻率1120ff120ffTffT00, 1所所以以由由于于當(dāng)頻率增高，使當(dāng)頻率增高，使|下降到下降到1時的頻率。時的頻率。電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)與與f 的關(guān)系：的關(guān)系：TTTffffffffff或或者者,120故可以粗略計算在某工作頻率下的電流放大系數(shù)。故可以粗略計算在某工作頻率下的電流放大系數(shù)。3）最高振蕩頻率）最高振蕩頻率fmax1PAcbebbbmCCrgfmax421fmax表示晶體管所能夠適應(yīng)的最高極限

17、頻率。在此工作表示晶體管所能夠適應(yīng)的最高極限頻率。在此工作頻率時晶體管已經(jīng)不能得到功率放大，當(dāng)頻率時晶體管已經(jīng)不能得到功率放大，當(dāng)ffmax時時,無論使用無論使用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。fffTmax:頻率參數(shù)的關(guān)系頻率參數(shù)的關(guān)系晶體管的功率增益晶體管的功率增益 時的工作頻率時的工作頻率可以證明可以證明:C4R3LFCFC3R2R1C2P1R4P2abL+R1、R2、R3為偏置電阻，決定為偏置電阻，決定工作點，工作點， LF、CF為濾波電路，負壓供電為濾波電路，負壓供電 C4、L組成組成L、C諧振回路諧振回路 R4是加寬回路通頻帶用是加寬回路通頻帶用 R

18、p是并聯(lián)回路本身的損耗是并聯(lián)回路本身的損耗所謂單調(diào)諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)所謂單調(diào)諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)回路的組合?；芈返慕M合。所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回路的所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回路的結(jié)論均可應(yīng)用。結(jié)論均可應(yīng)用。3.3 晶體管晶體管諧振放大器諧振放大器3.3.13.3.1單級單級單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器iLoefecVYyyViLoefereiebVYyyyyI)1(1ie2221yPLjcjgPYpLLoefereieibiYyyyyVIY(3) = (2)(4) 代入代入(1) (4)放大器的輸入導(dǎo)納放大器的輸入導(dǎo)納

19、: :) 1 (creiiebVyVyI放大器的質(zhì)量指標(biāo)放大器的質(zhì)量指標(biāo)1）電壓指標(biāo)電壓指標(biāo)ioVVVA根據(jù)電壓變比關(guān)系：根據(jù)電壓變比關(guān)系：ab2oVpV1cabpVVc12oVppVLoefeicYypypVVpp1212ioVVVA222212111iepLLypLjCjGppYYLoefeLoefeLoefeYypypppYypypYypyp2121211212VA2221iepLypLjCjGY所以：所以：由于：由于：所以：所以： C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic iLoefe

20、cVYyyV222ieieieoeoeoeCjgyCjgy：令令LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe1A22212222121V：所所以以；，納納和和輸輸出出電電容容分分別別是是放放大大器器的的輸輸出出導(dǎo)導(dǎo)和和其其中中oeoeCg輸入導(dǎo)納和輸入電容。輸入導(dǎo)納和輸入電容。分別是下一級放大器的分別是下一級放大器的和和ie2ie2Cg2222122221;g ieoepieoeCpCpCCggpgp令令)1(A21VLjCjgyppfe則則0Lfe21VffQ2j1gyppA：可可寫寫成成附附近近時時在在諧諧振振角角頻頻率率的的導(dǎo)導(dǎo)納納，當(dāng)當(dāng)角角頻頻率率式式中中分分母母視視為為并并

21、聯(lián)聯(lián)回回路路VA0的的失失諧諧是是工工作作頻頻率率對對式式中中000f,21ffffLC：是回路的等效品質(zhì)因數(shù)是回路的等效品質(zhì)因數(shù)gC0LQ電壓增益的相關(guān)結(jié)論電壓增益的相關(guān)結(jié)論的的函函數(shù)數(shù)是是工工作作頻頻率率 fV VA A，時時當(dāng)當(dāng)0 0f fi ie e2 22 22 2o oe e2 21 1f fe e2 21 1f fe e2 21 1V V0 0g gp pg gp pG Gp py yp pp pg gy yp pp pA A。1 18 80 0，1 18 80 0y y1 18 80 0f fe ef fe ef fe e而而是是的的相相差差不不是是，因因此此輸輸入入和和輸輸出

22、出之之間間一一個個相相角角是是一一個個復(fù)復(fù)數(shù)數(shù)，它它也也有有的的相相位位差差。此此外外號號表表明明輸輸入入和和輸輸出出有有 - - o of fe e1 18 80 00 0相相位位差差才才是是V V和和V V，當(dāng)當(dāng)頻頻率率較較低低時時，i io o成成反反比比。導(dǎo)導(dǎo)成成正正比比，和和回回路路的的總總電電與與晶晶體體管管正正向向傳傳輸輸導(dǎo)導(dǎo)納納f fe ev vo og gy yA A0Lfe21VffQ2j1gyppA因為有載因為有載goLCQ，所以，所以Q QL L不能太低，否則增益不能太低，否則增益A AV V較低。較低。 單調(diào)諧回路放大器單調(diào)諧回路放大器諧振諧振電壓增益電壓增益2）功率

23、增益功率增益放大器的輸入功率放大器的輸入功率諧振時諧振時：Pio0上獲得的功率上獲得的功率輸出端負載輸出端負載ie2gP(：）；ioPPPA1ie2iigvP 2ie222ife12ie222abogpgVypgpVP1221222fe2221PoggyppAieieVoieieggAg：故故。體體管管的的輸輸入入導(dǎo)導(dǎo)納納分分別別是是本本級級和和下下一一級級晶晶和和ie21gieg goe a b P1yfe vi gie2 P1goe 2 P1 P2 P2gie2 2 a b GP yfevi gie1 Vi ）（：dblgA10AdbPoPo表表示示時時用用ie222oe121Pogpgp

24、A ：匹匹配配條條件件為為忽忽略略回回路路本本身身的的損損耗耗G G p poeiefeoeieiefeieioggygpgpgygpppp12212221222221(max)maxPo44A：故最大功率增益為故最大功率增益為 goe a b P1yfe vi gie2 P1goe 2 P1 P2 P2gie2 2 a b GP yfevi gie1 Vi pieoeggpgp22221g1222fe2221PoggyppAieieg的的作作用用不不能能忽忽略略，考考慮慮到到在在實實際際情情況況下下GpGp，21221212max14144)(gGpggyQQggyKggyAieoefeOL

25、ieoefelieoefePo式式中中：為為回回路路有有載載品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)LgQL01為為回回路路空空載載品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)POLGQ01為為回回路路的的插插入入損損耗耗21/1OLlQQK3）放大器的通頻帶放大器的通頻帶做做放放大大器器的的諧諧振振曲曲線線隨隨f f而而變變化化的的曲曲線線，叫叫VoVAA20VoV211AAffQL 由由于于LLVoVQfffQA07 . 007 . 0f212,21A：故故則則如如果果。通通頻頻帶帶越越窄窄；反反之之越越寬寬可可見見：品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)越越高高，CfffCfQCggCLgALLVo7.07.0000004221Q與與通通頻頻帶帶的的關(guān)關(guān)系系：

26、CfyppgyppfefeVo7.021214A故故：0Lfe21VffQ2j1gyppAfefe2 21 1V0V0g gy yp pp pA A當(dāng)當(dāng) 和和 為定值時（電路定了，其值也定了，帶寬增益乘積為定值時（電路定了，其值也定了，帶寬增益乘積為常數(shù)）決定于為常數(shù)）決定于 與與 ，因此選擇管子時應(yīng)選取，因此選擇管子時應(yīng)選取 大的，大的，應(yīng)減少應(yīng)減少 ，但但 也不能取的太小，因為不穩(wěn)定的電容的影響也不能取的太小，因為不穩(wěn)定的電容的影響大。大。CfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo224CyfAfeV227.00設(shè)設(shè) P1、P2 =1帶寬增益乘積為一常數(shù)

27、帶寬增益乘積為一常數(shù)feyCC02 fCCfey3、 對于寬帶而言，要使對于寬帶而言，要使 盡量大，因為頻帶很寬，諧盡量大，因為頻帶很寬，諧振曲線不穩(wěn)定是次要的，對于窄帶放大器，振曲線不穩(wěn)定是次要的，對于窄帶放大器， 盡量大，使盡量大，使諧振曲線穩(wěn)定（不會使通頻帶改變，以至引起頻率失真）。諧振曲線穩(wěn)定（不會使通頻帶改變，以至引起頻率失真）。2 、為了獲得高增益，寬頻帶，除了選用、為了獲得高增益，寬頻帶，除了選用 較大的晶體較大的晶體管外，應(yīng)該盡量減小諧振回路的總電容管外，應(yīng)該盡量減小諧振回路的總電容 ，但是這樣會導(dǎo)致，但是這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。1、當(dāng)、當(dāng) 確定，確定，p

28、1和和p2不變時，不變時， 只取決于只取決于 和和 的乘積，電容越大，通頻帶越寬，的乘積，電容越大，通頻帶越寬， 變小。變小。討論：討論：fey0VAC0VA7 . 02 ffeyCVACCfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo2244）單調(diào)諧放大器的選擇性單調(diào)諧放大器的選擇性以矩形系數(shù)來分析：以矩形系數(shù)來分析：7 . 01 . 00.1r 22kff1 . 0AAV0V如如果果1 . 02Q11AA01 . 0LV0VffLQff021 . 01102111022k27 . 01 . 0r0.1ff：故矩形系數(shù)故矩形系數(shù)所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠大

29、于所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠大于1 1，故其鄰道，故其鄰道選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點。選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點。 f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 實際 則則4、多級單調(diào)諧回路諧振放大器、多級單調(diào)諧回路諧振放大器若單級放大器的增益不能滿足要求，就可以采用多級級若單級放大器的增益不能滿足要求，就可以采用多級級聯(lián)放大器。級聯(lián)后的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)聯(lián)放大器。級聯(lián)后的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)生變化。生變化。 輸 入 T1 T2 T3 CF C1 LF + Vi C3 R2 R3 CF LF R1 b L C4 C2

30、 c p2 p1 d a + Vo R5 R6 CF LF 輸 出 + 1）增益增益VmVVAAA21mVmV2V1AAAA則總增益為則總增益為級，各級的增益為級，各級的增益為如果放大器有如果放大器有、m m2）通頻帶通頻帶相相同同如如果果各各級級放放大大器器的的增增益益2m20L0mmmVmffQ211AAAA 如果多級放大器是由完全相同的單級放大器組成，如果多級放大器是由完全相同的單級放大器組成，則則 A Am m= =mv1A 根據(jù)通頻帶的定義可以求根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶級放大器的通頻帶212112207 . 00mLmmffQAA12/11211mmX設(shè)設(shè)成成為為帶帶

31、寬寬縮縮減減因因子子, ,可可見見通通頻頻帶帶變變窄窄, ,mf)2(7 . 0上面的分析表明上面的分析表明: : 為了使總的通頻帶不變?yōu)榱耸箍偟耐l帶不變, ,每級的帶寬都要增加為每級的帶寬都要增加為原來的原來的X X倍。倍。 當(dāng)每級通頻帶加寬當(dāng)每級通頻帶加寬X X倍時倍時, ,每級的增益都會降低為每級的增益都會降低為原來的原來的1/X1/X。LmmmQfff017 . 017 . 012212)2(3）選擇性選擇性( (以矩形系數(shù)為例以矩形系數(shù)為例) )時時當(dāng)當(dāng): :根根據(jù)據(jù)定定義義1 . 0AAV0VL0m1m1 .0Qf1100)f2(12110022k117 . 01 . 01 .

32、0mmmmrff: :故故結(jié)論結(jié)論:單調(diào)諧回路特點是電路簡單單調(diào)諧回路特點是電路簡單,調(diào)試容易調(diào)試容易,但選擇但選擇性差性差,增益和通頻帶的矛盾比較突出。增益和通頻帶的矛盾比較突出。例3-1在圖中，設(shè)工作頻率f =30MHz，晶體管的正向傳輸導(dǎo)納 y fe =58.3ms， gie=1.2ms,Cie=12PF, goe=400 s, Coe=9.5pF，回路電感L=1.4 H，接入系數(shù)P1=1，P2=0.3空載品質(zhì)因數(shù)Q0=100（假設(shè)yre=0） 求：1 1.單級放大器諧振時的電壓增益0vA通頻帶2 f 0.7，諧振時回路外接電容C若R4=10 k，試計算并比較在回路中并上R4前后的通頻帶

33、和增益。 C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 分析：根據(jù)電壓增益表達式分析：根據(jù)電壓增益表達式 ，應(yīng)先求出總電導(dǎo)，應(yīng)先求出總電導(dǎo)g g 首先將圖中的負載畫出其等效電路如圖所示，首先將圖中的負載畫出其等效電路如圖所示， C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 R4 Rp L C iegp22 ieCp22 P1Coe 2 P1goe 2 gyPPAfevo21 解：因為回路諧振電阻RP=QP0L=1006.28301061.410-626kS.RG53pp10843102611 因此回路總電導(dǎo)g=Gp+22221

34、ieoegPgP 若下級采用相同晶體管時，即gie1=gie2=1.2ms 則g=0.038410-3+0.410-3+(0.3)21.210-3=0.5510-3S 325503583021.gyPPAfevo 回路總電容為PF.LfC201041)1030(21)2(162620 故外加電容C應(yīng)為PFCPCPCC9.412(0.3)9.520)(2ie22oe21 通頻帶為MHz.ACyPPffe.354321020210358302212-3vo2170電壓增益為 若若R4=10kR4=10k ，則，則 sRg344101 . 0133341065. 0101 . 01055. 0ggg

35、9 .26|21gyppAfevo7 . 07 . 022fAfAvovoMHZf17.59 .2635.43227 .0因此并上電阻因此并上電阻R4R4后增益降低，帶寬加寬。后增益降低，帶寬加寬。故故 而而 則則 是是不不穩(wěn)穩(wěn)定定的的原原因因。生生，的的存存在在會會導(dǎo)導(dǎo)致致自自激激的的產(chǎn)產(chǎn)在在實實際際中中r re ey yFieLoerefeieiYyYyyyyY3.4.1自激產(chǎn)生的原因自激產(chǎn)生的原因FFFYgjbgF改變了回路的改變了回路的QL值值, , bF引起回路失諧。引起回路失諧。3. 4諧振放大器的穩(wěn)定性諧振放大器的穩(wěn)定性gsLCyieYFYSYi gF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可

36、能為負值，即呈負是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可能為負值，即呈負電導(dǎo)性，使回路的總電導(dǎo)減小，電導(dǎo)性，使回路的總電導(dǎo)減小，QL增加，通頻帶減小，增增加，通頻帶減小，增益也因損耗的減少而增加，即負電導(dǎo)益也因損耗的減少而增加，即負電導(dǎo)gF供給回路能量，出現(xiàn)供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當(dāng)正反饋。當(dāng)gF = gs + gie（回路原有電導(dǎo)）則回路總電導(dǎo)（回路原有電導(dǎo)）則回路總電導(dǎo)g = 0，QL ，放大器失去放大性能，處于自激振蕩工作狀態(tài)。，放大器失去放大性能，處于自激振蕩工作狀態(tài)。0YyyyyYLoerefeieS1yyYyYYrefeLoeieS系統(tǒng)變得穩(wěn)定。系統(tǒng)變得穩(wěn)定。 變大變大, ,遠離遠離1 1，

37、反饋變?nèi)?，等式左邊，反饋變?nèi)?，等式左邊變的不穩(wěn)定。變的不穩(wěn)定。 變小變小, ,接近于接近于1 1，反饋變強，等式左邊，反饋變強，等式左邊y y 討論：討論：rere小大rerey y當(dāng)當(dāng)Ys + Yi = 0 回路總電導(dǎo)回路總電導(dǎo)g = 0 放大器產(chǎn)生自激。放大器產(chǎn)生自激。此時放大器的反饋能量抵消了回路損耗能量，且電納部分此時放大器的反饋能量抵消了回路損耗能量，且電納部分也恰好抵消。表明放大器反饋的能量抵消回路損耗的能量，且也恰好抵消。表明放大器反饋的能量抵消回路損耗的能量，且電納部分也恰好得到抵消。電納部分也恰好得到抵消。 3.4.2放大器產(chǎn)生自激的條件放大器產(chǎn)生自激的條件因為討論的是小信號

38、，略去直流參數(shù)元件即可用因為討論的是小信號，略去直流參數(shù)元件即可用Y參數(shù)參數(shù)等效電路模擬。等效電路模擬。 數(shù)學(xué)分析：數(shù)學(xué)分析： Y L代表由集電極代表由集電極C向右看的回路導(dǎo)納向右看的回路導(dǎo)納) 3()2() 1 (LccCoeifeccreiiebYVIVyVyIVyVyI C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic 等效電路分析等效電路分析)1(1ie2221yPLjcjgPYpL還可推導(dǎo)穩(wěn)定系數(shù)還可推導(dǎo)穩(wěn)定系數(shù))cos(1)(2refereLoeiesyyggggSfeS S5 51010

39、1 1S S一般要求一般要求時穩(wěn)定時穩(wěn)定時產(chǎn)生自激，時產(chǎn)生自激， 當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng) 為穩(wěn)定系數(shù)為穩(wěn)定系數(shù)定義：定義：1S SrefeLoeieSyyYyYYfefeyy0,f因因此此, ,實實際際上上：由由于于工工作作頻頻率率feTforeCj90yre0re，即即中中，電電納納起起主主要要作作用用，且且r re ey ySgGgggg2Loe1ies帶帶入入穩(wěn)穩(wěn)定定系系數(shù)數(shù)如如果果令令， re0feV021CSy2Agg則有：則有：如果如果20gyAfeV0212CyggSrefe3.4.3Avo與與S的關(guān)系的關(guān)系令接入系數(shù)P1=P2= 1 則則 討論：討論： (Avo)s與與f有關(guān)，有關(guān)，f (A

40、vo)s ，f yre 內(nèi)反饋厲害。內(nèi)反饋厲害。 選管應(yīng)選選管應(yīng)選 大些的為好大些的為好 (Avo)s只考慮內(nèi)部反饋，未考慮外部反饋。只考慮內(nèi)部反饋，未考慮外部反饋。refeCy當(dāng)當(dāng)S = 5時，時，re0feVO2.5)(CyAs(Avo)s是保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益，稱為是保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益，稱為穩(wěn)定電壓增益，為保證放大器穩(wěn)定工作，穩(wěn)定電壓增益，為保證放大器穩(wěn)定工作，Avo不允許超過不允許超過(Avo)s。 C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 由于由于y yrere的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強放大的存在，晶體管是

41、一個雙向的器件，增強放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。單向化的方法有：單向化的方法有：中和法中和法 消除消除y yrere的反饋的反饋失配法失配法 使使G GL L或或g gs s的數(shù)值增大，因而使輸入或輸出回的數(shù)值增大，因而使輸入或輸出回路與晶體管失去匹配。路與晶體管失去匹配。中和法中和法: : 外加一個電容抵消正反饋電容的作用外加一個電容抵消正反饋電容的作用. . 失配法：信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；失配法：信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配； 晶體管輸出端負載不與晶體管的輸出阻抗匹配。晶體管輸出端負載不與晶體管的輸出阻抗匹配。 即以犧牲電壓增益來

42、換取放大器的穩(wěn)定性即以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性3.4.4克服自激的方法克服自激的方法 電橋平衡時，電橋平衡時，CDCD兩端的回路電壓兩端的回路電壓 不會反映到不會反映到ABAB兩端兩端, ,即對應(yīng)兩邊阻抗之比相等。即對應(yīng)兩邊阻抗之比相等。(1) (1) 中和法：中和法： 在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。 具體線路：具體線路： AL1L2BCbcCNVi+ BAViCN+VoCbcCDL1L20VNCCLL11bc21cb21cb21NCNNCLLCLoerefei

43、eiYyyyyYsiefereoe0yyyyyYiesyyierefeoe0yyyyY BG1 Yg Y0 yiyie YL 失配 BG2 復(fù)合管 使使Yi = yie，即使后項，即使后項0，則必須加大，則必須加大Y LoeLyy晶體管實現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法一晶體管實現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法一般采用共發(fā)一共基級聯(lián)放大。般采用共發(fā)一共基級聯(lián)放大。則則信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負載阻抗不與信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。本級晶體管的輸出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入電路

44、的影響也原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。(2) 失配法失配法 ieiyY ieiyy )(oerefereryyyyyfefyy re0yy復(fù)合管復(fù)合管y參數(shù)公式：參數(shù)公式：3. 中和法與失配法比較中和法與失配法比較中和法：中和法：優(yōu)點：簡單，增益高優(yōu)點：簡單，增益高缺點：缺點： 只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶 因為晶體管離散性大，實際調(diào)整麻煩，不適于批量因為晶體管離散性大，實際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。生產(chǎn)。 采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變采用

45、中和對放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變化沒有改善效果?；瘺]有改善效果。失配法：失配法：優(yōu)點：優(yōu)點： 性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響； 頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作； 生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。缺點：增益低。缺點：增益低。下圖表示國產(chǎn)某調(diào)幅通信機接收部分所采用的二級中頻放大器下圖表示國產(chǎn)某調(diào)幅通信機接收部分所采用的二級中頻放大器電路。電路。 輸入 C3 0.047F 3AG22 680 T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k C4 0.047F C5 0.047F

46、R7 150 R11 10k C6 0.047F R12 2.7k C9 0.047F 3AG22 T2 C7 560pF C8 560pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 C10 0.047F 0.047F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18 0.047F C12 15V 輸出 R19 10k R20 5. 1k C13 C14 560pF 560pF Tr2 15V 穩(wěn)壓 8V 5.1k C13 C14 560P 560pF 2k R3 2k R15 4. 諧振放大器電路舉例 優(yōu)點 : 1) 將選擇性回路集中在一起，有利于微型化

47、。例如，采用石英晶體濾波器和線性集成電路放大器后，體積能夠做得很小。 2) 穩(wěn)定性好，集中濾波器僅接在放大器的某一級，因此晶體管的影響很小，提高了放大器的穩(wěn)定性。 3) 通常將集中濾波器接在放大器組的低信號電平處（例如，在接收機的混頻和中放之間）。這樣可使噪聲和干擾首先受到大幅度的衰減，提高信號噪聲比。 4) 便于大量生產(chǎn)。集中濾波器作為一個整體，可單獨進行生產(chǎn)和調(diào)試，大大縮短了整機生產(chǎn)周期。3.5 非調(diào)諧式放大器與集成電路放大器3.5.1 3.5.1 非調(diào)諧回路式放大器非調(diào)諧回路式放大器器件器件MC1590具有工作頻率高，不易自激的特點，并帶有自動增益控具有工作頻率高，不易自激的特點，并帶有

48、自動增益控制的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。制的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。 器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路。輸入信號器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路。輸入信號Vi通過隔直流電容通過隔直流電容C4加到輸入端的引腳加到輸入端的引腳“1”，另一輸入端的引腳，另一輸入端的引腳“3”通過電容通過電容C3交流接地，交流接地，輸出端之一的引腳輸出端之一的引腳“6”連接電源正端，并通過電容連接電源正端，并通過電容C5交流接地，故電路是交流接地，故電路是單端輸入、單端輸出。由單端輸入、單端輸出。由L3和和C6構(gòu)成去耦濾波器，減小輸出級信號通過供構(gòu)成去

49、耦濾波器，減小輸出級信號通過供電電源對輸入級的寄生反饋。電電源對輸入級的寄生反饋。 C1 L2 C2 Vi RL V0 C6 +12V L3 3 2 1 8 7 6 4 5 MC1590 C5 V(AGC) C3 C4 3.5.2集成電路諧振放大器集成電路諧振放大器1.由由MC1590MC1590構(gòu)成的選頻放大器構(gòu)成的選頻放大器：MC1110集成塊是一種適合于放大頻率高達集成塊是一種適合于放大頻率高達100MHz信號信號的射極耦合放大電路，其內(nèi)部電路及由它制成的的射極耦合放大電路，其內(nèi)部電路及由它制成的100MHz調(diào)調(diào)諧放大器的實用電路如圖所示。諧放大器的實用電路如圖所示。片內(nèi)電路如虛線框內(nèi)所

50、示，兩只晶體管片內(nèi)電路如虛線框內(nèi)所示，兩只晶體管VT1和和VT2組成共組成共集一共基組合放大電路，使電路的上限截止頻率得以提高，集一共基組合放大電路，使電路的上限截止頻率得以提高，且輸入、輸出阻抗均較高，故對外接調(diào)諧回路的影響減小。且輸入、輸出阻抗均較高，故對外接調(diào)諧回路的影響減小。 Re 5 9V C L1 C2 1 2 MC1110 3 4 C5 C3 L2 C4 RL V0 +5V VT1 VT2 vi C1 2.MC1110制成的制成的100MHz調(diào)諧放大電路調(diào)諧放大電路片內(nèi)電容片內(nèi)電容C約約30pF，跨接在，跨接在VT1的集電極與的集電極與VT2的基的基極之間，對于極之間，對于100

51、MHz以上的工作頻率，以上的工作頻率，C的容抗較小，的容抗較小，以構(gòu)成這兩極間的高頻短路，使以構(gòu)成這兩極間的高頻短路，使VT1的集電極在管內(nèi)經(jīng)的集電極在管內(nèi)經(jīng)C至至VT2的基極，形成良好的高頻接地，實現(xiàn)共集的基極，形成良好的高頻接地，實現(xiàn)共集共基共基（CCCB）放大對。）放大對。由由C1、C2、L1構(gòu)成的回路調(diào)諧于信號頻率，為了減構(gòu)成的回路調(diào)諧于信號頻率，為了減弱信號源對回路的影響，信號是部分接入的。弱信號源對回路的影響，信號是部分接入的。L2、C3、C4組成并聯(lián)諧振回路，組成并聯(lián)諧振回路，RL是負載，阻值較是負載，阻值較小，也是部分接入回路的。小，也是部分接入回路的。 ULN2204是單片調(diào)

52、頻調(diào)幅收音機集成塊，其內(nèi)部包含中頻放大器、調(diào)幅檢波器、調(diào)幅混頻器、調(diào)頻鑒頻器、AGC、AFC及音頻功率放大器等電路。下圖表示其中的中頻放大器。 3. ULN2204 3. ULN2204集成電路中的放大器 3k T1 T2 15 16 T3 T4 T5 T6 T7 T8 2.2k 1.5k 1k 1k 3k 2.2k 1k 1.5k T9 T10 T11 VCC VC 本本 章章 小小 結(jié)結(jié)一、高頻小信號放大器是通常分為諧振放大器和非諧一、高頻小信號放大器是通常分為諧振放大器和非諧振放大器，諧振放大器的負載為串、并聯(lián)諧振回路或耦合振放大器，諧振放大器的負載為串、并聯(lián)諧振回路或耦合回路?；芈?。

53、二、小信號諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇二、小信號諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇性兩個質(zhì)量指標(biāo)來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實際幅頻特性兩個質(zhì)量指標(biāo)來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實際幅頻特性接近理想幅頻特性的程度，矩形系數(shù)越接近于性接近理想幅頻特性的程度，矩形系數(shù)越接近于1，則諧，則諧振放大器的選擇性愈好。振放大器的選擇性愈好。三、高頻小信號放大器由于信號小，可以認為它工三、高頻小信號放大器由于信號小，可以認為它工作在管子的線性范圍內(nèi)，常采用有源線性四端網(wǎng)絡(luò)進行作在管子的線性范圍內(nèi)，常采用有源線性四端網(wǎng)絡(luò)進行分析。分析。Y參數(shù)等效電路和混合參數(shù)等效電路和混合 等效電路是描述晶體管工等效電路

54、是描述晶體管工作的重要模型。作的重要模型。Y參數(shù)與混合參數(shù)與混合 參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系，參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系，Y參數(shù)不僅與靜態(tài)參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。工作點有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。 四、單級單調(diào)諧放大器是小信號放大器的基本電路，四、單級單調(diào)諧放大器是小信號放大器的基本電路，其電壓增益主要決定于管子的參數(shù)、信號源和負載，為其電壓增益主要決定于管子的參數(shù)、信號源和負載，為了提高電壓增益，諧振回路與信號源和負載的連接常采了提高電壓增益，諧振回路與信號源和負載的連接常采用部分接入方式。用部分接入方式。 五、由于晶體管內(nèi)部存在反向傳輸導(dǎo)納五、由于晶體管內(nèi)部存在反向傳輸導(dǎo)納Yre，使晶體，使晶體管成為雙向器件，在一定頻率下使回路的總電導(dǎo)為零，這管成為雙向器件，在一定頻率下使回路的總電導(dǎo)為零，這時放大器會產(chǎn)生自激。時放大器會產(chǎn)生自激。