通信電子線路高頻小信號放大器

關(guān)于通信電子線路高頻小信號放大器3.1概述1、高頻小信號放大器的特點

①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小信號信號較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器)第2頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共61頁，2024年2月25日，星期天2、高頻小信號放大器的分類按所用的器件：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：單級放大器和級聯(lián)放大器按負載性質(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載的放大器，具有放大、濾波和選頻的作用。非諧振放大器由阻容放大器和各種濾波器組成，其機構(gòu)簡單，便于集成。第4頁,共61頁，2024年2月25日，星期天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0.707倍時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用B=2

f0.7表示。

2

f0.7也稱為3分貝帶寬。3、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標第5頁,共61頁，2024年2月25日，星期天0.5為什么要求通頻帶？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。第6頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3)選擇性

從各種不同頻率的信號的總和（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)

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。第7頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

2

f0.1,2f0.01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。第8頁,共61頁，2024年2月25日，星期天②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第9頁,共61頁，2024年2月25日，星期天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。以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應(yīng)根據(jù)需要決定主次，進行分析和討論。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。

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。第10頁,共61頁，2024年2月25日，星期天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）將晶體管看成四端網(wǎng)路第11頁,共61頁，2024年2月25日，星期天式中：3.2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)Y參數(shù)等效電路第12頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

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。3.2.2混合π參數(shù)等效電路第13頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

rbc與Cbc引起的容抗相比rbc可視為開路。rb

e與Cbe引起的容抗相比，rb

e可以忽略（視為開路）rce與回路負載比較，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。

混合π等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的頻率下：3.2.3混合π等效電路的簡化第14頁,共61頁，2024年2月25日，星期天(一)令V2=0，求yie、yfe。簡化混合π等效電路，如圖所示。

(1)3.2.4

Y參數(shù)等效電路與混合π等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換第15頁,共61頁，2024年2月25日，星期天(2)

V1小引起I小又第16頁,共61頁，2024年2月25日，星期天(二)

令，求yre、yoe

(3)

第17頁,共61頁，2024年2月25日，星期天故(1)、(2)、(3)、(4)中的Yb

e可認為相同。(4)第18頁,共61頁，2024年2月25日，星期天晶體管的高頻參數(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）特征頻率當頻率增高，使|β|下降到1時的頻率。第19頁,共61頁，2024年2月25日，星期天電流放大系數(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:第20頁,共61頁，2024年2月25日，星期天R1、R2、R3為偏置電阻，決定工作點，

LF、CF為濾波電路，負壓供電

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)回路本身的損耗所謂單調(diào)諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)回路的組合。所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回路的結(jié)論均可應(yīng)用。3.3

單調(diào)諧回路諧振放大器第21頁,共61頁，2024年2月25日，星期天等效電路分析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。數(shù)學(xué)分析：由圖可知：

Y

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

第22頁,共61頁，2024年2月25日，星期天(3)=(2)(4)代入(1)(4)放大器的輸入導(dǎo)納:第23頁,共61頁，2024年2月25日，星期天放大器的質(zhì)量指標1）電壓指標根據(jù)電壓變比關(guān)系：所以：由于：所以：第24頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共61頁，2024年2月25日，星期天電壓增益的相關(guān)結(jié)論第27頁,共61頁，2024年2月25日，星期天2）功率增益第28頁,共61頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3）放大器的通頻帶第30頁,共61頁，2024年2月25日，星期天當和為定值時（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)第31頁,共61頁，2024年2月25日，星期天討論：

1、當確定，p1和p2不變時，只取決于和的乘積，電容越大，通頻帶越寬，變小。

2、為了獲得高增益，寬頻帶，除了選用較大的晶體管外，應(yīng)該盡量減小諧振回路的總電容，但是這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。

3、對于寬帶而言，要使盡量大，諧振曲線不穩(wěn)定是次要的，因為頻帶很寬，對于窄帶放大器，盡量大，使諧振曲線穩(wěn)定（不會使通頻帶改變，以至引起頻率失真）。第32頁,共61頁，2024年2月25日，星期天4）單調(diào)諧放大器的選擇性所以單調(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。第33頁,共61頁，2024年2月25日，星期天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。1）增益2）通頻帶第34頁,共61頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶上面的分析表明: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。第35頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3）選擇性(以矩形系數(shù)為例)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。第36頁,共61頁，2024年2月25日，星期天本部分的內(nèi)容自學(xué)它是改善放大器選擇性和解決放大器增益和通頻帶之間矛盾的有效方法之一。3.4

雙調(diào)諧回路諧振放大器第37頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3.5.1自激產(chǎn)生的原因gF改變了回路的QL值,bF引起回路失諧。3.5諧振放大器的穩(wěn)定性第38頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

gF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可能為負值，即呈負電導(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，即負電導(dǎo)gF供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當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)。第39頁,共61頁，2024年2月25日，星期天當Ys+Yi=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。3.5.2放大器產(chǎn)生自激的條件第40頁,共61頁，2024年2月25日，星期天還可推導(dǎo)穩(wěn)定系數(shù)S＝5～101S一般要求時穩(wěn)定時產(chǎn)生自激，當當

為穩(wěn)定系數(shù)定義：>>=1S＝S第41頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3.5.3

Avo與S的關(guān)系第42頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

討論：

①(Avo)s與f有關(guān)，f

(Avo)s

，f

yre

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。第43頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

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。

單向化的方法有：⑴中和法消除yre的反饋⑵失配法使GL或gs的數(shù)值增大，因而使輸入和輸出回路與晶體管匹配。在實際運用中，中和法是外加一個電容抵消正反饋電容的作用失配法：信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出端負載不與晶體管的輸出阻抗匹配。即以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性3.5.4克服自激的方法第44頁,共61頁，2024年2月25日，星期天(1)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。第45頁,共61頁，2024年2月25日，星期天使Yi=yie，即使后項

0，則必須加大Y

L晶體管實現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法一般采用共發(fā)一共基級聯(lián)放大。則

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。原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。(2)

失配法

第46頁,共61頁，2024年2月25日，星期天復(fù)合管y參數(shù)公式：第47頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3.中和法與失配法比較中和法：優(yōu)點：簡單，增益高缺點：①只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶②因為晶體管離散性大，實際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。③采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變化沒有改善效果。失配法：優(yōu)點：①性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；②頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；③生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。缺點：增益低。第48頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3.6.1二級共發(fā)-共基級聯(lián)中頻放大器電路下圖表示國產(chǎn)某調(diào)幅通信機接收部分所采用的二級中頻放大器電路。3.6調(diào)諧放大器的常用電路與集成電路諧振放大器第49頁,共61頁，2024年2月25日，星期天器件MC1590具有工作頻率高，不易自激的特點，并帶有自動增益控制的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。

器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路。輸入信號V1通過隔直流電容C4加到輸入端的引腳“1”，另一輸入端的引腳“3”通過電容C3交流接地，輸出端之一的引腳“6”連接電源正端，并通過電容C5交流接地，故電路是單端輸入、單端輸出。由L3和C6構(gòu)成去耦濾波器，減小輸出級信號通過供電電源對輸入級的寄生反饋。3.6.2由MC1590構(gòu)成的選頻放大器：第50頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

MC1110集成塊是一種適合于放大頻率高達100MHz信號的射極耦合放大電路，其內(nèi)部電路及由它制成的100MHz調(diào)諧放大器的實用電路如圖所示。片內(nèi)電路如虛線框內(nèi)所示，兩只晶體管VT1和VT2組成共集一共基組合放大電路，使電路的上限截止頻率得以提高，且輸入、輸出阻抗均較高，故對外接調(diào)諧回路的影響減小。3.6.3

MC1110制成的100MHz調(diào)諧放大電路第51頁,共61頁，2024年2月25日，星期天片內(nèi)電容C約30pF，跨接在VT1的集電極與VT2的基極之間，對于100MHz以上的工作頻率，C的容抗較小，以構(gòu)成這兩極間的高頻短路，使VT1的集電極在管內(nèi)經(jīng)C至VT2的基極，形成良好的高頻接地，實現(xiàn)共集—共基（CC—CB）放大對。由C1、C2、L1構(gòu)成的回路調(diào)諧于信號頻率，為了減弱信號源對回路的影響，信號是部分接入的。

L2、C3、C4組成并聯(lián)諧振回路，RL是負載，阻值較小，也是部分接入回路的。第52頁,共61頁，2024年2月25日，星期天本章小結(jié)一、高頻小信號放大器是通常分為諧振放大器和非諧振放大器，諧振放大器的負載為串、并聯(lián)諧振回路或耦合回路。

二、小信號諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇性兩個質(zhì)量指標來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實際幅頻特性接按近理想幅頻特性的程度，矩形系數(shù)越接近于1，則諧振放大器的選擇性愈好。第53頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

三、高頻小信號放大器由于信號小，可以認為它工作在管子的線性范圍內(nèi)，常采用有源線性四端網(wǎng)絡(luò)進行分析。Y參數(shù)等效電路和混合

等效電路是描述晶體管工作狀況的重要模型。

Y參數(shù)與混合參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系，Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。

四、單級單調(diào)諧放大器是小信號放大器的基本電路，其電壓增益主要決定于管子的參數(shù)、信號源和負載，為了提高電壓增益，諧振回路與信號源和負載的連接常采用部分接入方式。第54頁,共61頁，2024年2月25日，星期天

五、由于晶體管內(nèi)部存在反向傳輸導(dǎo)納Yre，使晶體管成為雙向器件，在一定頻率下使回路的總電導(dǎo)為零，這時放大器會產(chǎn)生自激。為了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶體管單向化。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，用(Avo)s表示，(Avo)s只考慮了內(nèi)部反饋，未考慮外部其他原因引起的反饋。

六、非調(diào)諧式放大器由各種濾波器和線性放大器組成，它的選擇性主要決定于濾波器，這類放大器的穩(wěn)定性較好。第55頁,共61頁，2024年2月25日，星期天七、集成電路諧振放大器體積小、工作穩(wěn)定可靠、調(diào)整方便，其有通用集成電路放大器和專用集成電路放大器，也可和其它功能電路集成在一起。第56頁,共61頁，2024年2月25日，星期天3-1一單調(diào)諧回路放大器如圖，已知：N12=5匝，N23=5匝，N45=5匝，晶體管的=40mS，回路通頻帶為12kHz，，求：1)畫出高頻交流等效電路，并計算Av0；2)若不并聯(lián)R4，求Avo，，并說明R4的作用；3)