CH3 高頻小信號放大電路

3高頻小信號放大器通常需要多級放大器來提供足夠高的增益和足夠好的選擇性，從而為下一級（例如混頻和檢波）提供性能良好的有用信號。幾十μV～幾mV1V左右HX108-2調(diào)幅（AM）收音機(jī)原理圖輸入調(diào)諧回路混頻電路中頻放大電路檢波電路前置放大功率放大電路沒有高放接收機(jī)有高放與沒有高放有什么不同？1）接收機(jī)的靈敏度定義：當(dāng)接收機(jī)的輸出滿足一定的信號噪聲比和輸出一定的功率時(shí)，天線上所需的最小感應(yīng)電動(dòng)勢?？梢?，接收機(jī)的靈敏度不僅與整機(jī)的增益有關(guān)，還與其內(nèi)部的噪聲大小有關(guān)。2）沒有高放，接收機(jī)的第一級就是變頻器。由于變頻器工作在非線性區(qū)，噪聲電平較高，要使輸出端的信噪比一定，必須有一定強(qiáng)度的輸入信號才行。4）有高放。由于高放工作在線性區(qū)，本級的噪聲小于變頻器，又具有一定的功率增益，使接收機(jī)輸入的信噪比比沒有高放時(shí)有所提高，相對來說消弱了變頻器噪聲的影響。這樣要使輸出端的信噪比一定時(shí)，所需要的輸入信號強(qiáng)度比沒有高放時(shí)要弱，即提高了整機(jī)的靈敏度。答：有高放，提高信噪比和靈敏度。3）沒有高放，本機(jī)振蕩器的能量容易通過輸入電路由天線向外輻射。有了高放，由于其單向性使得想歪輻射的能量減弱。

無線所接收的信號是已被調(diào)制的信號，其調(diào)制頻率一般從幾百kHz到幾百M(fèi)Hz，信號的頻譜寬度在幾kHz到幾十MHz，信號電壓幅度在幾十uV到幾十mV，一般對這類信號進(jìn)行放大的放大器稱為高頻小信號放大器。

高頻小信號放大器廣泛用于廣播、電視、通信、測量儀器等設(shè)備中。高頻小信號放大器的典型應(yīng)用之一是用在超外差接收機(jī)中的高放和中放。3.1概述1、高頻小信號放大器2、高頻小信號放大器的分類高頻小信號放大器調(diào)諧放大器（高頻放大器）頻帶放大器（中頻放大器）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諧振放大器非諧振放大器

高頻放大器作用：放大、濾波或選頻。諧振回路對外來不同的信號頻率進(jìn)行調(diào)諧。

中頻放大器作用：放大信號與抑制鄰道干擾。相對高頻而言，中放的輸入信號通常是頻率低而且固定，回路不必重新調(diào)諧，可以采用較復(fù)雜的回路或選擇性好的濾波器。同時(shí)工作頻率低，容易獲得較大的穩(wěn)定增益，并且通頻帶也可做得很窄，檢波器以前的增益與對鄰道干擾的抑制主要由中放承擔(dān)。3、高頻小信號放大器和低頻小信號放大器工作狀態(tài)工作頻率頻帶寬度負(fù)載分析方法高頻小信號放大器甲類高幾百KHz~

幾百M(fèi)Hz大調(diào)諧負(fù)載、非調(diào)諧負(fù)載、濾波器圖解法、H參數(shù)等效電路低頻小信號放大器甲類低20Hz~20KHz小無調(diào)諧負(fù)載（電阻、有鐵心的變壓器）Y參數(shù)等效電路、混合π等效電路RLCcRcReRb1Rb2CbCeVCCL1L2CRLReRb1Rb2CbCeVCCL1L2RLReRb1Rb2CbCeVCC方法：看放大電路的負(fù)載，負(fù)載為電阻或變壓器的，為低頻小信號放大電路；若負(fù)載為串聯(lián)并聯(lián)諧振回路的，為高頻小信號放大電路。Re3CRb1Rb2CbCeRLTr1Tr2VCC2145L1L2N1N2NReRb1Rb2CbCeRLTr1VCCL1L2

2）晶體管低頻放大器與高頻小信號放大器的分析方法有什么不同？高頻小信號放大器能否用特性曲線來分析，為什么？

答：因?yàn)楣舶l(fā)射極電路既有電壓增益，又有電流增益，因而最為廣泛采用。

1）晶體管高頻小信號放大器為什么一般都采用共發(fā)射極電路？

答：低頻放大器可用圖解法和解析法來分析。圖解法是利用晶體管的特性曲線求解。解析法多用H參數(shù)等效電路或混合π等效電路來求解。高頻小信號放大器不能用圖解法，因?yàn)榫w管在高頻工作時(shí)，不能忽略管內(nèi)的電容作用，而特性曲線則在直流（或低頻）狀態(tài)下取得的，完全不能反映晶體管在高頻時(shí)的工作狀態(tài)。它用的解析法有兩種：Y參數(shù)等效電路和混合π等效電路。用Y參數(shù)的原因是為了計(jì)算方便；用混合π等效電路則計(jì)入了在低頻等效時(shí)不考慮的極間電容。4、高頻小信號放大器的主要質(zhì)量指標(biāo)1）增益

電壓增益：功率增益：

2）通頻帶

普通調(diào)幅無線電廣播所占帶寬應(yīng)為９-10kHz，調(diào)頻廣播所占帶寬為15kHz，電視信號的帶寬為６MＨz左右。3）選擇性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。①矩形系數(shù)：表示與理想濾波特性的接近程度。②抑制比：表示對某個(gè)干擾信號fn

的抑制能力，用dn表示。

4）工作穩(wěn)定性5）噪聲系數(shù)在低頻放大電路的分析和設(shè)計(jì)中，曾引用電流放大倍數(shù)β等參數(shù)，以及H參數(shù)等效電路（微變等效電路），但這些參數(shù)和等效電路在分析和研究高頻放大器時(shí)不宜采用，因?yàn)樵诘皖l時(shí)可被忽略的因素——晶體管的結(jié)電容，在高頻時(shí)卻嚴(yán)重影響晶體管的特性，因此在分析高頻放大器時(shí)，將采用另兩種晶體管等效電路——混合π型等效電路和Y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)3.2.1形式等效電路（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路）

因?yàn)榉糯笃饔尚盘栐?、晶體管、并聯(lián)振蕩回路和負(fù)載阻抗并聯(lián)組成，采用導(dǎo)納分析比較方便，為此引入晶體管的Y

參數(shù)等效電路。晶體管的高頻小信號等效電路主要有兩種表示方法：物理模型等效電路：混合π參數(shù)等效電路網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路：Y參數(shù)等效電路網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：根據(jù)四端網(wǎng)絡(luò)的理論，兩個(gè)端口的四個(gè)變量，可任選二個(gè)作自變量，由所選的不同自變量和參變量，可得六種不同的參數(shù)系，但最常用的只有H,Y,Z三種參數(shù)系。cbevbeibe+_+_vceicv1i1+_+_v2i2復(fù)習(xí)：二端口的方程和參數(shù)《電路》ch16

1、三極管Y參數(shù)等效電路

式中：輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；輸入短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納；輸出短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納。yo+-yiV1yfV1+-V2yrV2I2I12、用Y參數(shù)小信號模型分析共射極放大電路分析方法：1）畫交流通路；原則：旁路、耦合電容短路，電感開路，但LC回路中的L

和C保留；電源置零（電壓源短路，電流源開路）2）用三極管的Y參數(shù)模型代替（定、擦、接、標(biāo)、整）交流通路中三極管的位置，得到放大電路的小信號模型等效電路。3）據(jù)放大電路的小信號模型等效電路求AV，Yi，Yo等交流參數(shù)。+-V1+-V2YLYSISI2I1bceyoeyieyfeV1yreV2例：求Av、Yi、Yo+-+-V2YLYSISyoeyieyfeV1yreV2I2I1V1解：+-+-V2YLYSISyoeyieyfeV1yreV2I2I1V1解：+-+-V2YLYSISyoeyieyfeV1yreV2I2I1V1+-V2

Y參數(shù)等效電路分析方法的缺點(diǎn)：沒有考慮晶體管內(nèi)部的物理過程；隨頻率變化。3.2.2混合π等效電路eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgm

vb‘e優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)元件在很寬的頻率范圍內(nèi)都保持常數(shù)。缺點(diǎn)：分析電路不夠方便。物理模型

混合p等效電路：根據(jù)物理模型得到的等效電路。eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgm

vb‘e三個(gè)附加電容Cbe、Cbc、Cce，是由于晶體管引線和封裝等結(jié)構(gòu)所形成，數(shù)值小，一般忽略。3.2.3等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換yoe+-yieVbyfeVb+-VcyreVcCo1gieCiegoe+-VbyfeVb+-Vc

π型等效電路

Y型等效電路根據(jù)等效，可推出如下式子，書P66很小，忽略3.2.4晶體管的高頻參數(shù)1.截止頻率

當(dāng)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。2.特征頻率13.最高振蕩頻率fmax

（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）3.3單調(diào)諧回路諧振放大器

其簡化規(guī)則：交流輸入信號為零；所有電容開路；所有電感短路。1.靜態(tài)分析

畫出直流等效電路，ReRb1Rb2VCC

其簡化規(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，2.動(dòng)態(tài)分析Re13Rb11Rb12Cb1Ce1Tr1Tr2VCC21L1Re2Ce2L2CRb21Rb22Cb2Vi2+-54+-N1N2Vi1N其中：1、3端是N，2、3端是N1Re13Rb11Rb12Cb1Ce1Tr1Tr2VCC21L1Re2Ce2L2CRb21Rb22Cb2Vi2+-54+-N1N2Vi1NRe13Rb11Rb12Tr1Tr221L1Re2L2CRb21Rb22Vi2+-54+-N1N2Vi1NRe13Rb11Rb12Tr1Tr221L1Re2L2CRb21Rb22Vi2+-54+-N1N2Vi1N3Tr1Tr221L1L2CVi2+-54+-N1N2Vi1N3Tr1Tr221L1L2CVi2+-54+-N1N2Vi1N3CTr1Tr22145L1L2N1N2++--Vi1Vi2N2)畫出交流小信號等效電路Ci2gi2go1Co1gi1yfeVi1Ci1GP3CTr1Tr22145L1L2N1N2++--Vi1Vi2N3C2145L1L2N1N2+-YsVi1Ii+-Vi2N書P69圖b3.3.1電壓增益一、電壓增益1）+-V01V0+-3C2145N1N2go1+-Co1Ysgi1Vi1yfeVi1Ci2gi2Ii+-Vi2GPCi1N32145N1N2+-V0Vi2+-N2）3）321N1V01+-+V0-N3C2145N1N2go1+-Co1Ysgi1Vi1yfeVi1+-V01Ci2gi2Ii+-V0Vi2+-GPCi1N4）同理：先把Ci2和gi2折算到初級回路3C2145N1N2go1+-Co1Ysgi1Vi1yfeVi1+-V01Ci2gi2Ii+-V0Vi2+-GPCi1N3C21N1GPNC’i2g’i23C21N1C’i2g’i2GPN321N1C’i2g’i2GPCL1321N1C’i2g’i2GPCL1代入：N3C2145N1N2go1+-Co1Ysgi1Vi1yfeVi1+-V01Ci2gi2Ii+-V0Vi2+-GPCi1N3C2145N1N2go1+-Co1Ysgi1Vi1yfeVi1+-V01Ci2gi2Ii+-V0Vi2+-GPCi1321G’P+-C∑Ysgi1Vi1p1p2yfeVi1IiCi1L1HX108-2調(diào)幅（AM）收音機(jī)原理圖輸入調(diào)諧回路混頻電路中頻放大電路檢波電路前置放大功率放大電路3C2145V3B3R7R6R5C6V2B4C5R4C43C2145V3B3R7R6R5C6V2B4C5R4C41C2354V3R7B3V21C2354Ri3B3V2放大電路的輸入電阻1C2354Ri3B3V21C23R’i3V2Ri3折算到1和3端1C2R’i33V2RV2電路改畫電路等效二、諧振時(shí)電壓增益諧振時(shí)GP+-Ysgi1Vi1p1p2yfeVi1IiCi1p22gi2p12go1321G’P+-C∑Ysgi1Vi1p1p2yfeVi1IiCi1L1為了獲得最大的功率增益，應(yīng)適當(dāng)選取p1和p2的值，使負(fù)載導(dǎo)納能與晶體管電路的輸出導(dǎo)納相匹配。即解得：把p1和p2代入AV0得：3.3.2功率增益

整個(gè)收、發(fā)機(jī)系統(tǒng)的功率增益是其一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，因此需要考慮高頻小信號放大器的功率增益水平。由于在非諧振點(diǎn)上計(jì)算功率十分復(fù)雜，且一般用處不大，故主要討論諧振時(shí)的功率增益。

L13C2145L2N1N2go1+-Co1Ysgi1Vi1yfeVi1+-V01Ci2gi2Ii+-V0Vi2+-GPCi1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+-Ysgi1Vi1p1p2yfeVi1Ii1Ci1p22gi2p12go1解得：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：GP+-Ysgi1Vi1p1p2yfeVi1Ii1Ci1p22gi2p12go1引入插入損耗：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。321G’P+-C∑Ysgi1Vi1p1p2yfeVi1Ii1Ci1L11.通用的諧振曲線方程可見ＱＬ越高，則通頻帶越窄。2.通頻帶帶寬增益積為一常數(shù)帶寬和增益為一對矛盾。3.增益帶寬積4.選擇性（矩形系數(shù)）不論其Q值為多大，其諧振曲線和理想的矩形相差甚遠(yuǎn)，其選擇性差，這是單調(diào)諧回路諧振放大器的特點(diǎn)。3.3.4級間耦合網(wǎng)絡(luò)3.4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。Av1Av2Avm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.諧振曲線方程單級:多級:單級:多級:1m=1m=2m=3帶寬縮減因子3.通頻帶單級:多級:4.品質(zhì)因數(shù)單級:多級:5.選擇性（矩形系數(shù)）單級:多級:3.5雙調(diào)諧回路諧振放大器Re11Rb11Rb12CbCe1Tr1Tr2VCC23L1Re2Ce2L2C1C2Rb21Rb22CbV0+-456 盡管單調(diào)諧放大電路簡單、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但它的選擇性不夠好