高頻小信號精品課件

Charpter3

高頻小信號放大器晶體管高頻等效電路與參數(shù)3.2晶體管高頻小信號諧振放大器3.3諧振放大器的穩(wěn)定性3.4集中選頻放大器3.5放大器的噪聲3.6概述3.1例題3.71

頻率較高

中心頻率一般在幾百kHz到幾百MHz頻帶寬度在幾khz到幾十MHz2信號幅度小

信號較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器)高頻小信號放大器的特點§3.1概述高頻小信號放大器的分類按所用的材料：晶體管（BJT)、場效應(yīng)管（FET)、集電電路（IC)按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按電路形式：單級放大器和多級放大器按負(fù)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(fù)載的放大器，具有放大、濾波和選頻的作用。非諧振由阻容放大器和各種濾波器組成，其機構(gòu)簡單，便于集成。高頻小信號放大器的性能指標(biāo)A增益B通頻帶C矩形系數(shù)E噪聲系數(shù)D工作穩(wěn)定性①增益（放大系數(shù)）電壓增益：功率增益：

分貝表示：②通頻帶

放大器的電壓增益下降到最大值的0.7倍時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示。2f0.7也稱為3分貝帶寬。0.5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回路的等效品質(zhì)因數(shù)QL。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，放大器增益愈小。為什么要求通頻帶？③矩形系數(shù)

按理想情況，諧振曲線應(yīng)為一矩形。為了表示實際曲線接近理想曲線的程度，引入“矩形系數(shù)”，它表示對鄰道干擾的抑制能力。2f0.1,2f0.01分別為放大倍數(shù)下降至0.1和0.01處的帶寬，Kr愈接近于1越好⑤噪聲系數(shù)：

放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示：

NF越接近1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作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小。

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。④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。

⑥抑制比表示對某個干擾信號fn的抑制能力，用dn表示。An為干擾信號的放大倍數(shù)，Av0為諧振點f0的放大倍數(shù)。

例Av0=100An

=1用分貝表示dn(dB)=20lgdn§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）式中：212211VyVyIVyVyIofri+=+=ú?ùê?éú?ùê?é=ú?ùê?é2121:VVyyyyIIofri即導(dǎo)納稱為輸出短路時的輸入0112==ViVIy傳輸導(dǎo)納稱為輸入短路時的反向0211==VrVIy傳輸導(dǎo)納稱為輸出短路時的正向0122==VfVIy導(dǎo)納稱為輸入短路時的輸出0221==VoVIy為自變量和輸出電壓設(shè)輸入電壓21VV

把晶體管內(nèi)部的物理過程用集中原器件RLC表示。用這種物理模型的方法所涉及到的物理等效電路就是所謂的π參數(shù)等效電路?；旌夕袇?shù)等效電路

混合π等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的頻率下：

rbc與Cbc引起的容抗相比rbc可視為開路。rbe與Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略rce與回路負(fù)載比較，可視為開路。

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，對工作頻率范圍不同時，等效電路可進行不同的簡化。頻率低時可忽略電容的作用。3.2.3Y參數(shù)等效電路

簡化混合π等效電路，如圖所示

為輸出短路時的輸入導(dǎo)納為輸出短路時的正向傳輸導(dǎo)納為輸入短路時的反向傳輸導(dǎo)納為輸入短路時的輸出導(dǎo)納011ie2==VVIy012fe2==VVIy021re1==VVIy022oe1==VVIy推導(dǎo)：

(一)令V2=0，求yie、yfe。

簡化混合π等效電路，如圖所示。

(1)

(2)

V1小引起I小

起又

(二)

令，求yre、yoe

(3)

(4)

故(1)、(2)、(3)、(4)中的Ybe可認(rèn)為相同。。

3.2.3晶體管的高頻參數(shù)（1）截止頻率由于β0比1大的多,在頻率為fβ時,|β|雖然下降到原來的0.707但是仍然比1大的多,因此晶體管還能起到放大的作用。（2）特征頻率當(dāng)頻率增高，使|β|下降到1時的頻率。2001,1??è?+=+=bbbbbbffffj由于電流放大系數(shù)β與f的關(guān)系：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fmax

fmax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)f>fmax時,無論使用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。晶體管的功率增益時的工作頻率可以證明:

R1、R2、R3為偏置電阻，決定工作點，

LF、CF為濾波電路，負(fù)壓供電

C4、L組成L、C諧振回路

R4是加寬回路通頻帶用

Rp是并聯(lián)回路本身的損耗§3.3

晶體管高頻小信號諧振放大器3.3.1

單調(diào)諧回路諧振放大器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)等效電路模擬。

由圖可知：

YL代表由集電極C向右看的回路導(dǎo)納（對外電路而言Vc是上負(fù)下正，故Ic有一負(fù)號）

（1）放大器的等效電路?????íì￠-=+=+=)3()2()1(LccCoeifeccreiiebYVIVyVyIVyVyI又(3)=(2)(4)代入(1)

(4)放大器的輸入導(dǎo)納:iLoefecVYyyV￠+-=iLoefereiebVYyyyyI)????è?￠+-=\LoefereieibiYyyyyVIY￠+-==（2）放大器的質(zhì)量指標(biāo)電壓指標(biāo)根據(jù)電壓變比關(guān)系：所以：由于：所以：ioVVVA=ab2oVpV=1cabpVV=c12oVppV=()LoefeicYypypVVpp￠+-===1212ioVVVA()LoefeLoefeLoefeYypypppYypypYypyp+-=÷÷????è?+-=￠+-=2121211212VA()()LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefeww1A22212222121V++++++-=：所以LjCjgyppfeww1A21V++-=SS則：可寫成附近時在諧振角頻率的導(dǎo)納，當(dāng)角頻率式中分母視為并聯(lián)回路VA0ww÷÷????è?D+-=S0Lfe21VffQ2j1gyppA結(jié)論：功率增益放大器的通頻帶當(dāng)和為定值時（電路定了，其值也定了，帶寬增益乘積為常數(shù)）決定于與，因為選擇管子時應(yīng)選取大的，應(yīng)減少，但也不能取的太小，因為不穩(wěn)定的電容的影響大。設(shè)

P1、P2=1帶寬增益乘積為一常數(shù)矩形系數(shù)所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠大于1，故其鄰道選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點。3.3.2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。增益通頻帶根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶結(jié)論①為了使總的通頻帶不變,每級的帶寬都要增加為原來的X倍。②當(dāng)每級通頻帶加寬X倍時,每級的增益都會降低為原來的1/X。矩形系數(shù)結(jié)論:單調(diào)諧回路特點是電路簡單,調(diào)試容易,但選擇性差,增益和通頻帶的矛盾比較突出?！?/p>

3.4

諧振放大器的穩(wěn)定性（1）自激產(chǎn)生的原因

gF改變了回路的QL值,bF引起回路失諧。

gF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可能為負(fù)值，即呈負(fù)電導(dǎo)性，使回路的總電導(dǎo)減小，QL增加，通頻帶減小，增益也因損耗的減少而增加，即負(fù)電導(dǎo)gF供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當(dāng)gF=gs+gie（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)。（2）放大器產(chǎn)生自激的條件當(dāng)Ys+Yz=0

回路總電導(dǎo)g=0

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，且電納部分也切好得到抵消。

2121,jjjxxx====即：

產(chǎn)生自激的條件：

還可推導(dǎo)穩(wěn)定系數(shù)討論：Avo與S的關(guān)系

討論：

①(Avo)s與f有關(guān)，f(Avo)s，fyre內(nèi)反饋厲害。

②選管應(yīng)選大些的為好

③(Avo)s只考慮內(nèi)部反饋，未考慮外部反饋。當(dāng)S=5時，

(Avo)s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，Avo不允許超過(Avo)s?？朔约?/p>

由于yre的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。（3）克服自激的方法

中和法外加一個電容抵消正反饋電消除yre的反饋容的作用,失配法使GL或gs的數(shù)值增大，使輸入輸出回路與晶體管匹配,以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性

中和法：在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。

具體線路：

電橋平衡時，CD兩端的回路電壓不會反映到AB兩端,即對應(yīng)兩邊阻抗之比相等。

失配法