高頻電子線路ppt講義3高頻小信號放大器

1、了解高頻小信號放大器的主要質(zhì)量指標：增益、通頻帶、選擇性等的含義。

2、熟悉高頻小信號放大器的兩種等效電路“形式等效電路、混合π等效電路。

3、掌握單調(diào)諧回路諧振放大器的增益、通頻帶與選擇性的計算。

4、了解單、雙調(diào)諧回路諧振放大器的特點。5、理解諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施。6、了解集成電路諧振放大器的特點。7、了解噪聲的來源，理解的噪聲的表示方式。

3高頻小信號放大器

高頻小信號放大器的特點：放大高頻小信號(中心頻率在幾百kHz到幾百MHz，頻譜寬度在幾kHz到幾十MHz的范圍內(nèi))的放大器。3.1概述

普通調(diào)幅無線電廣播所占帶寬應為９kHz，電視信號的帶寬為６MＨz左右。音頻射頻微波單振蕩回路耦合振蕩回路高頻小信號放大器諧振放大器（窄帶）非諧振放大器（寬帶）LC集中濾波器石英晶體濾波器陶瓷濾波器聲表面波濾波器高頻小信號放大器的分類有源器件諧振回路窄帶諧振放大器寬帶非諧振放大器濾波器寬帶小信號放大器本章重點討論晶體管單級窄帶諧振放大器。高頻小信號放大器的主要質(zhì)量指標1)增益（放大系數(shù)）2)通頻帶3）選擇性

4)工作穩(wěn)定性1)增益：（放大系數(shù)）

電壓增益：分貝表示：

功率增益：2)通頻帶：3)選擇性①矩形系數(shù)：表示與理想濾波特性的接近程度。

：從各種不同頻率信號的總和（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擇性。選擇性常采用矩形系數(shù)和抑制比來表示。②抑制比：表示對某個干擾信號fn

的抑制能力，用dn表示。

4)工作穩(wěn)定性：指放大器的工作狀態(tài)(直流偏置)、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)生可能的變化時，放大器的主要特性的穩(wěn)定。

不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激（主要由晶體管內(nèi)反饋引起），使放大器完全不能工作。

出于分析的方便，將把穩(wěn)定性問題及其改善放至最后討論。低頻小信號模型AFA一、形式等效電路（網(wǎng)絡參數(shù)等效電路）3.2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)低頻小信號模型晶體管H參數(shù)及小信號模型輸出端交流短路時的輸入電阻;輸出端交流短路時的正向電流傳輸比;輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比;輸入端交流開路時的輸出電導;圖4.2.1晶體管共發(fā)射極電路圖4.2.2ｙ參數(shù)等效電路稱為輸出短路時的輸入導納；稱為輸入短路時的反向傳輸導納；稱為輸出短路時的正向傳輸導納；稱為輸入短路時的輸出導納。晶體管y參數(shù)及小信號模型1、放大器輸入導納Yi圖4.2.4混合π等效電路優(yōu)點：各個元件在很寬的頻率范圍內(nèi)都保持常數(shù)。缺點：分析電路不夠方便。eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgm

vb‘e二、混合π等效電路圖4.2.5ｙ參數(shù)及混合π等效電路三、等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe1.截止頻率12.特征頻率

當f>fT后，共發(fā)接法的晶體管將不再有電流放大能力，但仍可能有電壓增益，而功率增益還可能大于1。四、晶體管的高頻參數(shù)3.最高振蕩頻率fmax f≥fmax后，Gp<1，晶體管已經(jīng)不能得到功率放大。

由于晶體管輸出功率恰好等于其輸入功率是保證它作為自激振蕩器的必要條件，所以也不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。4.電荷存儲效應圖4.3.1單調(diào)諧回路諧振放大器的原理性電路與等效電路3.3單調(diào)諧回路諧振放大器高頻小信號放大器的電路分析包括：多級分單級靜態(tài)分析動態(tài)分析整合系統(tǒng)幾個基本步驟。

1.多級分單級

前級放大器是本級放大器的信號源；后級放大器是本級放大器的負載。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC簡化規(guī)則：交流輸入信號為零；所有電容開路；所有電感短路。結(jié)論：Rb1、Rb2、Re為偏置電阻，提供靜態(tài)工作點；2.靜態(tài)分析畫出直流等效電路Rb1Rb2ReVCC簡化規(guī)則：有交流輸入信號，所有直流量為零；所有大電容短路；所有大電感開路。（諧振回路L、C保留）1）畫出交流等效電路3.動態(tài)分析32154Tr1Tr2CLyLT輸入回路輸出回路晶體管45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC32154Tr1Tr2CLyLT輸入回路輸出回路晶體管32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-2)畫出交流小信號等效電路

負載和回路之間采用了變壓器耦合，接入系數(shù)

晶體管集、射回路與振蕩回路之間采用抽頭接入，接入系數(shù)32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-

出于分析的方便，假定晶體管不存在內(nèi)反饋，即yre=0。32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-把晶體管集電極回路和負載折合到振蕩回路兩端yfeubeyoeYLYLyfeubeyoe+u54-+u31-3.3.1電壓增益p1yfevbe+v31-

諧振時gp+v31-匹配條件匹配時的電壓增益3.3.2功率增益主要討論諧振時的功率增益討論：則可得最大功率增益為：i)如果設(shè)LC調(diào)諧回路自身元件無損耗，且輸出回路傳輸匹配。gp+v31-討論：ii)如果LC調(diào)諧回路存在自身損耗，且輸出回路傳輸匹配,則可得最大功率增益為：Endgp+v31-回路無損耗時的輸出功率/回路有損耗時的輸出功率插入損耗3.3.3通頻帶與選擇性

通過分析放大器幅頻特性來揭示其通頻帶與選擇性?？梢姡眩淘礁撸瑒t通頻帶越窄。1.通頻帶帶寬增益積為一常數(shù)帶寬和增益為一對矛盾。2.選擇性（矩形系數(shù)）>>1

不論其Q值為多大，其諧振曲線和理想的矩形相差甚遠。3.5雙調(diào)諧回路諧振放大器

單調(diào)諧回路放大器的選擇性較差，增益和通頻帶的矛盾比較突出，為此，可采用雙調(diào)諧回路放大器。

可見，相對單調(diào)諧回路，采用雙調(diào)諧回路改善選擇性和提高帶寬。End借助§3.5雙調(diào)諧回路頻率特性的分析，可知圖4.5.2對應于不同的η雙調(diào)諧回路 放大器的諧振曲線3.3.4級間耦合網(wǎng)絡圖4.3.4單調(diào)諧放大器的級間耦合網(wǎng)絡形式End3.4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，就要采用多級放大器。Av1Av2Avn如果各級放大器是由完全相同的單級放大器所組成，則1.增益2.通頻帶可求得n級放大器的通頻帶3.選擇性（矩形系數(shù)）通頻帶

當級數(shù)n增加時，放大器的矩形系數(shù)有所改善，但這種改善是有限度的。End3.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施3.6.1諧振放大器的穩(wěn)定性3.6.2單向化

所謂“諧振”，就能量關(guān)系而言，是指：回路中儲存的能量是不變的，只是在電感與電容之間相互轉(zhuǎn)換；外加電動勢只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩。

此時，如果g∑=gs+gie+gF

＝

0，即整個回路的能量消耗為零，回路中儲存的能量恒定，在電感與電容之間相互轉(zhuǎn)換，回路中的等幅振蕩得以維持，而不需外加激勵。（自激振蕩）3.6.1諧振放大器的穩(wěn)定性圖4.6.1放大器等效輸入端回路

如果反饋電導為負值，那么g∑=gs+gie1+gF=0可能存在，即發(fā)生自激振蕩現(xiàn)象。1.自激產(chǎn)生的原因(以輸入導納的影響為例)圖4.6.2反饋電導ｇＦ隨頻率變化的關(guān)系曲線

此時，如果g∑=gs+gie+gF＝

0，即整個回路的能量消耗為零，回路中儲存的能量恒定，在電感與電容之間相互轉(zhuǎn)換，回路中的等幅振蕩得以維持，而不需外加激勵。

為了消除自激以及提高放大器的穩(wěn)定性，下面確定產(chǎn)生等幅自激振蕩的條件。2.自激產(chǎn)生的條件(以輸入導納的影響為例)回路諧振時，g∑=gs+gie+gF

=0=0分解為幅值和相位兩個條件不發(fā)生自激的條件回路諧振時，g∑=gs+gie+gF

>0穩(wěn)定系數(shù)

如果S＝1，放大器可能產(chǎn)生自激振蕩；如果S>>1，放大器不會產(chǎn)生自激。S越大，放大器離開自激狀態(tài)就越遠，工作就越穩(wěn)定。3.穩(wěn)定性分析假設(shè)放大器輸入與輸出回路相同，(包括諧振回路)3.6.2單向化

討論如何消除yre的反饋，變“雙向元件”為“單向元件”。這個過程稱為單向化。AFCb'erbb'Cb'crb'crb'evb'ercegmvb’eAF

避免自激的做法有中和法和失配法不發(fā)生自激的條件回路諧振時，g∑=gs+gie+gF

>0“失配”：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。

同理，如果把信號源導納Ys取得比晶體管yie大得多，那么輸出導納

如果把負載導納YL'取得比晶體管yoe大得多，即YL'>>yoe

，那么輸入導納穩(wěn)定系數(shù)

可知，當Ys>>yie

和YL′>>yoe

，穩(wěn)定系數(shù)S大大增加。失配法以犧牲增益為代價換取穩(wěn)定性的提高。

失配法以犧牲增益為代價換取穩(wěn)定性的提高。

典型電路ic1yoeyie<<End3.9放大器中的噪聲自然干擾人為干擾干擾與噪聲外部干擾內(nèi)部噪聲天電干擾宇宙干擾大地干擾工業(yè)干擾無線電臺自然噪聲人為噪聲有熱噪聲散粒噪聲閃爍噪聲交流哼聲感應噪聲接觸不良3.9.1內(nèi)部噪聲的來源與特點

這種無規(guī)則運動具有起伏噪聲的性質(zhì)，是一種隨機過程，即在同一時間（０～Ｔ）內(nèi)，這一次觀察和下一次觀察會得出不同的結(jié)果

放大器的內(nèi)部噪聲主要是由電路中的電阻、諧振回路和電子器件內(nèi)部所具有的帶電微粒無規(guī)則運動所產(chǎn)生的。圖4.9.1隨機過程示意圖

隨機過程的特征通常用它的平均值、均方值、頻譜或功率譜來描述。1.起伏噪聲電壓的平均值圖4.9.2起伏噪聲電壓的平均值2.起伏噪聲電壓的均方值3.非周期噪聲電壓的頻譜

起伏噪聲電壓是一種隨機過程，其對應頻譜也是隨機過程，沒有確定的描述。4.起伏噪聲的功率譜式中，Ｓ(f)稱為噪聲功率譜密度，單位為Ｗ/Ｈz。End

電阻中的帶電微粒（自由電子）在一定溫度下，受到熱激發(fā)后，在導體內(nèi)部作大小和方向都無規(guī)則的運動（熱騷動）。電阻的熱噪聲的功率譜密度噪聲電壓均方值噪聲電流均方值

以上各式中，ｋ為玻耳茲曼常數(shù)，T為電阻的絕對溫度，Δfn為電路的等效噪聲帶寬，Ｒ（或Ｇ）為Δfn內(nèi)的電阻（或電導）值。圖4.9.6電阻的噪聲等效電路End3.9.2電阻熱噪聲3.9.3天線熱噪聲

熱平衡狀態(tài)下，噪聲電壓的均方值

天線等效電路由輻射電阻ＲＡ和電抗ＸＡ組成。ＴＡ為天線等效噪聲溫度。

若天線無方向性，且處于絕對溫度為Ｔ的無界限均勻介質(zhì)中，則End3.9.4晶體管的噪聲

晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、分配噪聲和１/f噪聲。圖4.9.10包括噪聲電流與電壓源的Ｔ型等