第3章 高頻小信號(hào)放大器

1、第3章 高頻小信號(hào)放大器學(xué)習(xí)目標(biāo)了解調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成、直接放大式接收機(jī)的組成掌握晶體管高頻小信號(hào)Y參數(shù)等效模型、理解參數(shù)等效模型掌握單調(diào)諧回路諧振放大器的Y參數(shù)模型和簡(jiǎn)化模型分析理解高頻放大器的選擇性理解高頻放大器及電路中噪聲的來源與產(chǎn)生本章知識(shí)結(jié)構(gòu)目錄3.1晶體管高頻等效電路分析3.2單調(diào)諧回路諧振放大器3.3放大電路的噪聲小信號(hào)高頻放大器 高頻小信號(hào)放大器：放大高頻小信號(hào)(中心頻率在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz，頻譜寬度在幾kHz到幾十MHz的范圍內(nèi))的放大器。 高 頻 放 大 fs fs 本 地 振 蕩 fo 混 頻 fofs=fi fi 低 頻 放 大 檢 波 中 頻 放 大 F F 音

2、 頻射 頻（高頻）微 波MHz1000KHz300 高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)：放大高頻小信號(hào)(中心頻率在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz，頻譜寬度在幾kHz到幾十MHz的范圍內(nèi))的放大器。 普通調(diào)幅無(wú)線電廣播所占帶寬應(yīng)為kHz，電視信號(hào)的帶寬為Mz左右。小信號(hào)高頻放大器與小信號(hào)低頻放大器的區(qū)別 高頻小信號(hào)功率放大器常用在接收天線端 高頻電路集電極負(fù)載常用電感，常有頻率補(bǔ)償，常用隔直放大，很多是諧振放大，輸入輸出阻抗低，增益低，常用共基組態(tài) 低頻功率放大器用在頻段相對(duì)比較低的領(lǐng)域，如音響 低頻電路集電極負(fù)載常用電阻或恒流源，通常不進(jìn)行頻率補(bǔ)償，常用多級(jí)直藕放大，強(qiáng)反饋，很多是多倍頻程放大，輸入阻抗高輸出阻抗

3、低，增益高，常用共射組態(tài)高頻（諧振）功放與低頻功放的區(qū)別低頻功放高頻功放工作頻率音頻音頻射頻射頻應(yīng)用場(chǎng)合接收機(jī)末端接收機(jī)末端發(fā)射機(jī)末端發(fā)射機(jī)末端 負(fù)載純電阻純電阻LCLC放大類型甲類或乙類甲類或乙類丙類丙類小信號(hào)等效小信號(hào)等效電路的種類電路的種類Y Y參數(shù)等效模型（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型）：將晶體管等效參數(shù)等效模型（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型）：將晶體管等效為有源線性二端口網(wǎng)絡(luò)。為有源線性二端口網(wǎng)絡(luò)。缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與頻率有關(guān)。缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與頻率有關(guān)。適于分析窄帶放大器。適于分析窄帶放大器。混合混合 參數(shù)等效模型（物理參數(shù)模型）：模擬晶參數(shù)等效模型（物理參數(shù)模型）：模擬晶體管的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)，用集中參數(shù)元件構(gòu)成等效體管

4、的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)，用集中參數(shù)元件構(gòu)成等效電路；電路；適于分析寬帶放大器。適于分析寬帶放大器。3.1 晶體管高頻等效電路分析1.Y參數(shù)等效模型通信電子電路中，常采用 y 參數(shù)等效電路。理由： 晶體管是電流受控元件，輸入和輸出都有電流，采用y 參數(shù)較方便； 導(dǎo)納的并聯(lián)可直接相加，使運(yùn)算簡(jiǎn)單。三極管共射級(jí)電路等效模型：共射極電路組態(tài)存在四個(gè)變量，以輸入電壓U1 、輸出電壓U2為自變量，基極電流 I1 、集電極I2 為參變量。 211110/|iUieieyyIUgj C112120/|rUyyIU221210/|fUyyIU122220/|oUyyIU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)

5、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。1fy U2ry U表示輸入電壓U1作用在輸出端，所引起的受控電流源效果，代表了晶體管的正向傳輸能力。正向傳輸導(dǎo)納越大，晶體管的放大能力越強(qiáng)。表示輸出電壓U2的反饋在輸入端所引起的受控電流源效果，代表晶體管的反向傳輸能力。反饋導(dǎo)納越大，內(nèi)部的反饋越強(qiáng)。反饋導(dǎo)納的存在，給實(shí)際工作帶來很大的危害,應(yīng)盡可能減小。加入信號(hào)源和負(fù)載后,共射極放大電路的y參數(shù)等效模型2110/|ieUieieyIUgj C1120/|reUrereyIUgj C2210/|feUmyIUg1220/|oeUoeoeyIUgj C晶體管放大電路y參數(shù)等效模型遵循的

6、規(guī)則(交流等效規(guī)則):直流電壓源接地；耦合電容、旁路電容短路；高頻扼流圈開路；晶體管用y參數(shù)等效。確定公共端，按規(guī)范整理。晶體管高頻物理模型在高頻狀態(tài)下，各級(jí)之間的寄生電容不能忽略2.混合參數(shù)等效模型混合參數(shù)等效模型 基極體電阻，25量級(jí)，在共基級(jí)電路中會(huì)引入高頻負(fù)反饋，降低電流放大系數(shù)； 基級(jí)發(fā)射級(jí)之間的電阻； 發(fā)射結(jié)電容，擴(kuò)散電容，500PF量級(jí)。； 受控電流源，其中 集電級(jí)-發(fā)射級(jí)之間電阻，100K量級(jí)bbrberbecmbeg V/mbegrcer 集電結(jié)電阻，1M量級(jí) 集電結(jié)電容，5PF量級(jí) 和 是高頻晶體管潛在的不穩(wěn)定因素，低頻時(shí)可以忽略，但在高頻時(shí)是放大器工作不穩(wěn)定的主要因素，應(yīng)

7、該重點(diǎn)關(guān)注。bcrb ccbcrb cc3.2單調(diào)諧回路諧振放大器特點(diǎn)：1.放大電路中集電極負(fù)載是一個(gè)單回路的LC并聯(lián)諧振回路，它諧振于放大器的中心頻率；2.LC回路采用自耦變壓器形式（即抽頭形式），以保證LC回路性能受到的影響最小。3.本級(jí)電路與下級(jí)負(fù)載的聯(lián)接采用變壓器耦合形式。Y參數(shù)等效電路：bieirecIy Uy UcfeioecIy Uy U220122212oeieoeieggp gp gCCp Cp C121feup p yAgj Cj L 012f LC0010jCjL當(dāng)當(dāng) 時(shí)，處于諧振狀態(tài)時(shí)，處于諧振狀態(tài)001L CQg Lg諧振電壓放大倍數(shù)為：12122212fefeuop

8、oeiep p yp p yAggp gp g 放大器的諧振曲線 放大器的諧振曲線表示的是放大器的相對(duì)電壓增益與輸入信號(hào)頻率之間的關(guān)系。0001()uuLAAffjQff 2011uuAA02LfQf諧振曲線參數(shù)分析1、通頻帶、通頻帶012uuAA時(shí)對(duì)應(yīng)的頻帶寬度為通頻帶時(shí)對(duì)應(yīng)的頻帶寬度為通頻帶B 2Bf 0.7021LfQf00.72LffQ2、晶體管最高振蕩頻率max4mbbb eb cgfr C C0002 2LCf CgBCfQB3、電壓增益1212 =2fefeuop p Yp p YAgBC 放大器的選擇性放大器的選擇性由放大器的矩形系數(shù)決定，根據(jù)矩形系數(shù)的大小判斷放大器的選擇性好

9、壞。矩形系數(shù)越大，說明諧振曲線越偏離矩形，表明該放大器的選擇性差，反之則放大器的選擇性好。0.10.10.722rfKf200.110.11uuAA0.10.10299LfQf0.70.7021LfQf00.1uuAA0.12 f定義 時(shí)，頻帶寬度為 ，矩形系數(shù)為：矩形系數(shù)為：由可得：對(duì)應(yīng)的二者相比可得0.199rK多級(jí)放大器的電壓增益多級(jí)放大器的電壓增益等于每一級(jí)電壓放大的增益的乘積123NuuuuNAA A AA如果每一級(jí)放大器的放大倍數(shù)相同1nNuAA多級(jí)放大器的電壓的通頻帶1100.7122121nnnLfBfBQ 例例 在三級(jí)相同的單調(diào)諧放大器中，中心頻率為在三級(jí)相同的單調(diào)諧放大器中

10、，中心頻率為465kHZ，每個(gè)回路的，每個(gè)回路的QL=100，試問（，試問（1）總的通頻帶等于多少？（）總的通頻帶等于多少？（2) 如果要使總的通頻帶為如果要使總的通頻帶為80kHZ，則允許最大的，則允許最大的QL為多少？為多少？ 解：（解：（1 1）總的通頻帶為：）總的通頻帶為：1030.74652210.51100LffQ （2 2）每個(gè)回路允許最大的）每個(gè)回路允許最大的QL為為1030.7465210.51280LfQf 25 *什么是噪聲？ 在放大電路或電子設(shè)備的輸出端與有用信號(hào)同時(shí)存在的一種隨機(jī)變化的電流或電壓。 *為什么要研究噪聲? 放大電路對(duì)微弱信號(hào)的放大要受到內(nèi)部噪聲的限制。由

11、于放大電路具有內(nèi)部噪聲，當(dāng)外來信號(hào)通過放大電路放大輸出的同時(shí)，也有內(nèi)部噪聲輸出。3.3放大電路的噪聲1、電阻熱噪聲噪聲的功率譜密度( )4S fKTR電阻的熱噪聲是電阻材料的自由電子在外界溫度作用下產(chǎn)生無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在電阻兩端產(chǎn)生起伏電壓。電阻熱噪聲具有很寬的頻譜，而且各個(gè)頻率分量的強(qiáng)度是相等的，稱為白噪聲。231.38 10k05001000150020002500-4-3-2-101234高斯白噪聲頻譜圖電阻熱噪聲等效電路nf假設(shè)熱噪聲的頻譜所占等效帶寬為則電阻熱噪聲在單位頻帶內(nèi)的熱噪聲電壓和熱噪聲電流的均方值分別為_2nn4uKTRf_2nn4iKTGf2、晶體管噪聲晶體管噪聲來自于四個(gè)方

12、面：基極擴(kuò)散電阻造成的熱噪聲、基極電流和集電極電流造成的散粒噪聲、基極電流流經(jīng)基極和集電極耗散區(qū)產(chǎn)生的閃爍噪聲和基區(qū)載流子符號(hào)產(chǎn)生的分配噪聲，閃爍噪聲又叫 噪聲，其中熱噪聲和散粒噪聲是晶體管噪聲的主要來源。1f 3、放大器的噪聲系數(shù)siniiFosono(/)()()()PPS NNS NPPsiniiFosono(/)()(dB)10lg10lg()()PPS NNS NPP放大器的噪聲系數(shù)定義為放大器 的輸入信噪比輸出噪聲比 放大器輸出的總的噪聲功率為：nnoInoPninoPPPA PP級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)設(shè)兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)每一級(jí)的額定功率增益和噪聲系數(shù)分別為APH1、NF1和APH2、NF2，通帶均為fn。求得n級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總噪聲系數(shù)為)1PH(PH2PH1FPH21PHF3PH1F2F1F111 nnAA