第3章-高頻小信號放大電路課件

1、增益（gain）：放大器輸出電壓（或功率）與輸入電壓（或功率）之比，記為Au（或Ap）。2、通頻帶（passband）：通頻帶是指信號頻率偏離放大器的諧振頻率fo時，放大器的電壓增益Au下降到諧振電壓增益Auo的0.707時，所對應(yīng)的頻率范圍，用BW0.7表示。3、選擇性（selectivity）：放大器從各種不同頻率的信號中選出有用信號抑制干擾信號的能力。

矩形系數(shù)K0.1：2△f0.1與2△f0.7之比。二、高頻小信號放大器的主要性能指標

諧振電壓增益是指放大器在諧振頻率上的電壓增益，記為Auo。抑制比d：諧振電壓增益Auo與干擾電壓增益Aun之比。4、工作穩(wěn)定性（stability）：指放大器的工作狀態(tài)（偏置）、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)生變化時，放大器的增益、中心頻率、通頻帶、特性曲線等穩(wěn)定程度。5、噪聲系數(shù)NF：指放大器輸入端信噪比(Psi/Pni)與輸出端信噪比(Pso/Pno)的比值。放大器的噪聲系數(shù)NF越小越好，理想值為1。

1、增益（gain）：放大器輸出電壓（或功率）與輸入電壓（或§3.2BJT的高頻小信號模型與參數(shù)一、混合π等效電路Cb'eCb'c+_beecb'+_+_混合

型等效電路§3.2BJT的高頻小信號模型與參數(shù)一、混合π等效二、三極管的Y參數(shù)等效電路

三極管處在小信號線性放大狀態(tài)時，可以近似為線性器件。因此，我們避開三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將其看成一個線性二端口網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示，從而可以用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路來等效三極管。+_yoeyfeUbeIbIc+_UbeUce+yieyreUceY參數(shù)等效電路UcebeceIbIcUbe+__三極管的二端口模型二、三極管的Y參數(shù)等效電路三極管處在小信號線性已知線性二端口網(wǎng)絡(luò)的y參數(shù)方程為：得到三極管共發(fā)射極接法的y參數(shù)電流方程：并由這個電流方程畫出三極管的交流Y參數(shù)等效電路如圖：_yoeyfeUbeIbIc+_UbeUce+yieyreUce已知線性二端口網(wǎng)絡(luò)的y參數(shù)方程為：得到三極管共發(fā)射極接法的y是輸入端交流短路時的輸出導(dǎo)納，即受控電流源的內(nèi)導(dǎo)納。

是輸出交流短路時的輸入導(dǎo)納；

是輸入交流短路時的反向傳輸導(dǎo)納，這是造成三極管輸入回路與輸出回路耦合的主要因數(shù)，也稱為反饋導(dǎo)納；其中：

是輸出端交流短路時的正向傳輸導(dǎo)納，這是體現(xiàn)三極管電流控制作用的參數(shù)，其作用相當于H參數(shù)等效電路中的

；混合π等效電路和Y參數(shù)等效電路所反映的是同一只三極管，所以兩種等效電路之間存在著確定的關(guān)系，根據(jù)Y參數(shù)的上述定義，從混合π等效電路可以推導(dǎo)出：

是輸入端交流短路時的輸出導(dǎo)納，即受控電流源的內(nèi)導(dǎo)納。是輸出第3章-高頻小信號放大電路課件1、共射截止頻率fβ:β下降到β0的0.707所對應(yīng)的工作頻率。三、三極管的β參數(shù)共射電流放大倍數(shù)2、特征頻率fT:β下降到1時的工作頻率。fT≈β0fβ≈βf3、最高振蕩頻率fmax:三極管的功率增益為1時的工作頻率。fmax＞fT＞fβ1、共射截止頻率fβ:β下降到β0的0.707所對應(yīng)的工§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器1、采用分壓式穩(wěn)定偏置電路；一、電路和工作原理21345CL+_Ui+_Uo+_Ui交流通路2、T工作在甲類放大狀態(tài)；4、信號輸入與輸出為實現(xiàn)阻抗匹配、滿足最大功率傳輸均采用變壓器耦合。3、輸出端采用并聯(lián)諧振電路，起選頻作用，T的集電極采用部分接入，以提高諧振回路的有載Q值；§3.3單調(diào)諧回路諧振放大器1、采用分壓式穩(wěn)定偏二、主要參數(shù)分析計算n1yfeUi+_g

C

LUo′將1－2和4－5分別折算到1－3端后的等效電路yfeUi+_yieUiC23145CoegoegLCL+_UoLY參數(shù)等效電路二、主要參數(shù)分析計算n1yfeUi+_gCLUo′將1－1、電壓增益（電壓放大倍數(shù)）當輸出回路諧振時，ξ=0，即為純電導(dǎo)。因此，諧振電壓增益Auo為：n1yfeUi+_g

C

LUo′將1－2和4－5分別折算到1－3端后的等效電路2、功率增益（諧振時功率放大倍數(shù)）1、電壓增益（電壓放大倍數(shù)）當輸出回路諧振時，ξ=0，即為a、失配損耗：如果負載失配導(dǎo)致輸出功率減小引起的功率損耗。此時，若諧振回路理想、無損耗，則go=0，當輸出端匹配時n12goe=n22gL，輸出功率最大，功率增益最大，記為APomax：b、插入損耗：由于諧振回路的接入而引起功率增益下降，稱為諧振回路的插入損耗—[1/（1－Qe/Q）]2。這樣任意態(tài)下的功率增益表述為下式：下降的程度，稱為失配功率損耗。反映了失配時功率增益2)1(4PP+，稱為失配系數(shù)；其中2122gngnPoeL=2max)1(4PPAAPoPo+×=a、失配損耗：如果負載失配導(dǎo)致輸出功率減小引起的功率損耗。此3、通頻帶4、矩形系Kr0.1理想和實際的選頻曲線BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.1Kr0.1越接近于1，選頻特性越好!3、通頻帶4、矩形系Kr0.1理想和實際的選頻曲線BW0.75、增益帶寬積當增益帶寬積一定時，放大器的帶寬越寬，則其諧振電壓增益越小。三、級間耦合網(wǎng)絡(luò)見課本75頁例1：見課本76~77頁四、例題5、增益帶寬積當增益帶寬積一定時，放大器的帶寬越寬，則其諧振例2：單調(diào)諧回路放大器如圖所示。設(shè)負載是與該放大器完全相同的下一級放大器，BJT的參數(shù)為：gie=1.1×10－3S，goe=1.1×10-4S，|yfe|＝0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，N13＝20圈，N45＝4圈，L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。求：f0，Aou，BW0.71、負載是與該放大器完全相同的下一級放大器，所以gL=gie，CL=CieSggngngSLQggynnALoefeou402221000211048.1341852－回路總電導(dǎo)：回路空載時的電導(dǎo)為：倍、′?++=?=?=SSmw例2：單調(diào)諧回路放大器如圖所示。設(shè)負載是與該放大器完全相同的§3.4多級單調(diào)諧放大器目的：提高增益（各級增益相乘）；改善頻率選擇性。一、同步調(diào)諧多級放大器1、電壓放大倍數(shù)：Au=Au1?Au2……Aun＝

Au1n

（每一級都相同）級數(shù)n1234Bn/B11.00.640.510.43Kr0.19.954.83.753.43、矩形系數(shù)：，單級12)()(12)(7.01100-====+SSnBWBWAAAAαnnnuuuux2、通頻帶：級數(shù)越多，總通頻帶越窄。級數(shù)越多，矩形系數(shù)變化越緩慢?！?.4多級單調(diào)諧放大器目的：提高增益（各級增益相乘二、參差調(diào)諧放大器

將若干個單級諧振放大器級連，但每個諧振放大器的調(diào)諧頻率不同，稱為參差調(diào)諧放大器。fofo1fo2f|K|fsfs雙參差fofo1fo2f|K|三參差合成曲線更接近于矩形

參差調(diào)諧放大器可以增加帶寬，同時又得到邊沿較陡峭的頻率特性。因此，它用于寬帶和高選擇性的場合。二、參差調(diào)諧放大器將若干個單級諧振放大器級連，但每個第3章-高頻小信號放大電路課件第3章-高頻小信號放大電路課件第3章-高頻小信號放大電路課件

結(jié)論：雙參差調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)遠比兩級同步調(diào)諧放大器小得多。結(jié)論：雙參差調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)遠比兩級同步調(diào)諧放大器小得§3.5雙調(diào)諧回路諧振放大器缺點:電路較復(fù)雜；調(diào)整比較困難。優(yōu)點:通頻帶寬，選擇性好。雙調(diào)諧放大器等效電路§3.5雙調(diào)諧回路諧振放大器缺點:電路較復(fù)雜；調(diào)整臨界耦合狀態(tài)(η=1)時的最大電壓放大倍數(shù)為：級數(shù)n1234B1/B21.00.80.710.66Kr0.13.152.161.91.8p1p2雙調(diào)諧放大器等效電路臨界耦合狀態(tài)(η=1)時的最大電壓放大倍數(shù)為：級數(shù)n1234Auyre增大自激yre=0ff0yre對放大器幅頻特性的影響§3.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施

在前面對小信號諧振放大器的分析中把三極管當成單向化器件對待,但是實際上三極管的高頻小信號模型是雙向傳輸?shù)?。一、諧振放大器的輸入導(dǎo)納Yi及穩(wěn)定性分析yre的影響將在小信號諧振放大器中產(chǎn)生兩個問題：1、影響小信號諧振放大器的諧振頻率，特別是當輸入端也接有諧振回路時，yre中的電容成分會引起放大器的頻率特性發(fā)生明顯的畸變，使得多級調(diào)諧放大器調(diào)整變得很困難。2、yre中的電導(dǎo)成分會引起放大器自激，使放大器不穩(wěn)定。

Auyre增大自激yre=0ff0yre對放大器幅頻特性的影cebyoeyie+_+_ysy'Lyicebyoeyie+_+_ysy'Lyi二、提高放大器穩(wěn)定性的方法1、選擇高頻性能好的三極管。通常Cb

c(即C

)越小越好。2、中和法。在晶體管外部接一個中和電容CN來抵消內(nèi)部反饋有害的影響。N1N2Cb

cCN如果中和電路使和相等，此時，正反饋的影響被抵消。起到使放大器穩(wěn)定工作的作用。

優(yōu)點：方法簡單。缺點：難以完全中和。二、提高放大器穩(wěn)定性的方法1、選擇高頻性能好的三極管。通常C采用共射—共基級聯(lián)組合放大電路V1V2

V2管的Cb/c不構(gòu)成正反饋，而V1管由于負載阻抗很小，導(dǎo)致該級增益很低，V1和V2之間處于嚴重失配狀態(tài)，不會構(gòu)成自激振蕩。3、失配法：是一種通過適當降低放大器的增益，提高放大器的穩(wěn)定性的方法。

優(yōu)點：工作穩(wěn)定，無需調(diào)試，適宜大量生產(chǎn)。應(yīng)用電路見課本90頁。采用共射—共基級聯(lián)組合放大電路V1V2V2管§3.7常用諧振放大器一、常用分立元器件諧振放大器二級共射－共基級聯(lián)中頻放大器電路§3.7常用諧振放大器一、常用分立元器件諧振放大器二石英晶體濾波器窄帶放大器電路

窄帶晶體濾波器等效電橋電路陶瓷濾波器構(gòu)成的放大器石英晶體濾波器窄帶放大器電路窄帶晶體濾波器等效電橋電路陶瓷由集成放大器和具有一定帶寬的選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。二、集成電路諧振放大器見課本96頁采用表面聲波濾波器的預(yù)中放電路由集成放大器和具有一定帶寬的選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。二、集成電路諧振放+12VXG1590UoRL=50

uAGC39PF1~10pF26T2UsRs=50

T115514433887762XG159024pF1~10pF1~10pF10

H10

H10k

51k

0.002

F0.002

F0.002

F兩級60MHz中頻放大器

XG1590是通用型高頻線性集成放大器芯片，帶有自動增益控制功能。當芯片調(diào)諧在60MHz工作時，功率增益為45dB，非調(diào)諧工作時BW0.7=10MHz，當自動增益控制電壓UAGC=5~7V時，控制范圍達60dB，芯片采用單電源供電，最大電源電壓18V。+12VXG1590UouAGC39PF1~10pF26T2§3.8放大電路中的噪聲噪聲（noise）：在放大電路或電子設(shè)備中與有用信號同時存在的一種隨機變化的電流或電壓，沒有有用信號是時它也存在。一、噪聲的特點和表示方法特點：起伏性和隨機性

自然干擾：天電干擾、宇宙干擾、大地干擾等

干擾

人為干擾：工業(yè)干擾、無線電干擾等

自然噪聲：熱噪聲、散粒噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲

人為噪聲：交流哼聲、感應(yīng)噪聲、接觸不良噪聲等噪聲

白噪聲：噪聲功率譜密度不隨頻率變化的噪聲

有色噪聲：噪聲功率譜密度隨頻率變化的噪聲

表示方法：平均值、均方值、均方根值和功率譜密度S(f)（單位噪聲帶寬內(nèi)的噪聲功率）§3.8放大電路中的噪聲噪聲（noise）：二、電路內(nèi)部噪聲的來源電路的內(nèi)部噪聲主要來源于電阻的熱噪聲和放大器件的噪聲

噪聲功率譜密度

S(f)=4kTR單位為W/HZ

噪聲電壓的均方值（一）電阻的熱噪聲電阻材料中的自由電子因無規(guī)則的熱運動而產(chǎn)生的起伏電流(電壓)稱為電阻的熱噪聲=4kTRΔfn

噪聲電流的均方值=4kTgΔfn二、電路內(nèi)部噪聲的來源電路的內(nèi)部噪聲主要來源于電阻的熱噪聲和電阻的熱噪聲可以用一個噪聲電壓源和一個無噪聲的電阻R串聯(lián)來等效，也可以用一個噪聲電流源和一個無噪聲的電導(dǎo)g并聯(lián)來等效。電阻熱噪聲的等效電路串并聯(lián)電路的等效噪聲電路兩個并聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓均方值相當于兩個電阻的并聯(lián)阻值所產(chǎn)生的熱噪聲兩個串聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓均方值相當于兩個電阻的串聯(lián)阻值所產(chǎn)生的熱噪聲電阻的熱噪聲可以用一個噪聲電壓源和一個無噪聲1、熱噪聲（thermalnoise）2、散粒噪聲（shotnoise）(二)三極管的噪聲3、分配噪聲（distributionnoise）4、閃爍噪聲（flickernoise）或1/f噪聲晶體三極管的熱噪聲主要是基區(qū)電阻rb/b產(chǎn)生的熱噪聲。用噪聲功率譜密度表示為S(f)=4kTrb/b由于少數(shù)載流子由發(fā)射區(qū)通過PN結(jié)注入基區(qū)時，在單位時間內(nèi)注人的載流子數(shù)不同，是隨機起伏的。這種起伏會影響到集電極電流的起伏，由此引起的噪聲叫散粒噪聲。晶體管發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的少數(shù)載流子中，一部分經(jīng)過基極區(qū)到達集電極形成集電極電流，一部分在基極區(qū)復(fù)合。載流子復(fù)合時，其數(shù)量是隨機起伏的。分配噪聲就是集電極電流隨基區(qū)載流子復(fù)合數(shù)量的變化而變化所引起的噪聲。它主要在低頻(幾千赫以下)范圍起主要作用，其噪聲頻譜與頻率近似成反比。這種噪聲產(chǎn)生的原因與半導(dǎo)體材料制作時表面清潔處理和外加電壓有關(guān)，在高頻工作時通常不考慮它的影響。(三)場效應(yīng)管的噪聲1、熱噪聲（thermalnoise）2、散粒噪聲（sh§3.9噪聲的表示及計算方法一、噪聲系數(shù)NF放大電路的輸出噪聲功率pno是由兩部分組成的，一部分是Pno1=ApPni，另一部分是放大電路本身產(chǎn)生的噪聲在輸出端呈現(xiàn)的噪聲功率pno2

表示信號通過放大器后，信噪比變壞的程度。噪聲系數(shù)的概念僅僅適用于線性電路，可用功率增益來描述?！?.9噪聲的表示及計算方法一、噪聲系數(shù)NF額定輸入信號功率（）：信號源內(nèi)阻Rs與放大電路的輸入電阻Ri相等時，信號源的最大功率輸出。

當Ri≠Rs時，額定信號功率和額定噪聲功率的數(shù)值不變。但這時的額定功率不表示實際的功率。額定功率增益(ApH)：指放大電路的輸入和輸出都匹配時(即RS=Ri，R0=RL時)的功率增益。額定輸入信號功率（）：信號源內(nèi)阻Rs與放大電路的輸二、噪聲溫度Ti（noisetemperature）三、多級放大器的噪聲系數(shù)兩級放大器的總噪聲系數(shù)為噪聲溫度Ti：把放大電路的內(nèi)部噪聲看作是由信號源內(nèi)阻Rs在溫度為Ti時所產(chǎn)生的噪聲。也就是說，在放大電路的輸