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1、第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器 4.1 概述概述4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数4.3 单调谐单调谐回回路谐振放大器路谐振放大器 4.4 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器4.5 双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器4.6 谐振放大器的稳定性与稳定措施谐振放大器的稳定性与稳定措施（high frequency small signal amplifiers）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.1 概述概述第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*分贝(dB
2、):定义为两个功率的比值，取常用对数后,再乘以10.1.增益增益电压增益功率增益或或 第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*2.通频带通频带频率范围:放大器的电压增益下降到最大值的 倍时所对应的频率范围.通频带也称为3dB带宽或半功率点带宽.3dB:半功率点半功率点:图为：放大器的通频带第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*3.选择性选择性（选出有用信号和抑制干扰的能力）（选出有用信号和抑制干扰的能力）矩形系数:愈接近1,曲线愈接近理想矩形,邻近波道选择性愈好,抗干扰能力愈强,通常 在25之间.图为 放大器的通频带相对放大倍数下降至0.1的带宽 注意注意:理想：带内各种频率
3、响应相同理想：带内各种频率响应相同,带外响应为零带外响应为零.第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.工作稳定性工作稳定性 工作稳定性时指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。5.噪声系数噪声系数（1）信噪比）信噪比：在电路的某一特定点上的信号功率与噪声功率之比，称为信号噪声比，简称信噪比。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（2）噪声系数：）噪声系数：放大器的噪声系数是指放大器
4、输入端信号噪声功率比 与输出端信号功率比 的比值。即：输入端信噪比输出端信噪比或表示信号通过放大器后，信号噪声比变坏的程度。（3）级联放大器的噪声系数：）级联放大器的噪声系数：额定功率增益 多级放大器总噪声系数主要取决于前级的噪声系数和额定功率增益。要降低级联放大器的噪声系数，关键是降低 和提高结结论论第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（2）噪声系数：）噪声系数：放大器的噪声系数是指放大器输入端信号噪声功率比 与输出端信号功率比 的比值。即：输入端信噪比输出端信噪比或表示信号通过放大器后，信号噪声比变坏的程度。（3）级联放大器的噪声系数：）级联放大器的噪声系数：额定功率增益 第四
5、章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（3）级联放大器的噪声系数：）级联放大器的噪声系数：额定功率增益 结结论论多级放大器总噪声系数主要取决于前级的噪声系数和额定功率增益。要降低级联放大器的噪声系数，关键是降低 和提高第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器P155 4.27*第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*CberbbCbcrbcrbeubercegm ubeeb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ube注意：注意：C bc和和rbb的存在对晶体管的高频运用是十分不利的。的存在对晶体管的高频运用是十分不利的。4.2 晶体管高频等效电路与频率
6、参数晶体管高频等效电路与频率参数1.1.混合混合p参数等效电路参数等效电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*yieyoeyreuceyfeube+u1-+u2-i1i2+ube-+uce-ibic2.Y参数等效电路参数等效电路 第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*y参数等效电路（不考虑内部，从外部来看）参数等效电路（不考虑内部，从外部来看）其等效电路为：y参数的定义：晶体管的输入导纳晶体管的输出导纳晶体管的反相传输导纳，它代表晶体管输出电压对输入端的反作用。晶体管的正向传输导纳，表示输入电压对输出电流的控制作用，它决定晶体管的放大能力。第四章第四章 高频小信号放大器高
7、频小信号放大器*y参数等效电路（不考虑内部，从外部来看）参数等效电路（不考虑内部，从外部来看）其等效电路为：第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*y参数等效电路（不考虑内部，从外部来看）参数等效电路（不考虑内部，从外部来看）其等效电路为：y参数的定义：晶体管的输入导纳晶体管的输出导纳晶体管的反相传输导纳，它代表晶体管输出电压对输入端的反作用。晶体管的正向传输导纳，表示输入电压对输出电流的控制作用，它决定晶体管的放大能力。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*y 参数的求法：1.实际测量：输出端交流短路，输入端加测试信号，测出 ，；输入端交流短路，输出端加测试信号，测出 ，。
8、2.通过混合 型等效电路，换算出y参数。P96-97 (4.2.18-21)第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*y 参数的求法：优点：计算方便；优点：计算方便；缺点：缺点：y参数是频率的函数，频率不同，各参数也参数是频率的函数，频率不同，各参数也不一样。不一样。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*3.晶体管的频率参数晶体管的频率参数（1）截止频率共发射极电路的电流放大系数 随工作频率的上升而下降；当 下降到 的 时的频率，称为截止频率 .（2）特征频率当 1时的频率称为特征频率 。，粗略估计管子的 值。（其中 可查得、指工作频率）（3）最高振荡频率当晶体管的功率增益 时
9、的工作频率，称为最高振荡频率。通常取：工作频率（振荡频率）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc4.3单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器Rb1Rb2ReEc32154B1B2CLyLVT输入回路输入回路输出回路输出回路晶体管晶体管1.1.电路结构和工作原理电路结构和工作原理1)直流偏置电路直流偏置电路 2)高频交流等效电路高频交流等效电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*超外差收音机方框图超外差收音机方框图:高频放大高频放大器器 混频器混频器中频放大中频放大器器 检波器检波器低频放大低频放大器器本地振荡本地
10、振荡器器包络形状不变,载波频率为中频核心部分是混频器.将收到的不同载波频率转变为固定的中频外差作用.提高收音机的灵敏度和邻道选择性.高频调谐小信号放大电路在超外差中的位置高频调谐小信号放大电路在超外差中的位置第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-32154B1B2CLyLVT3)放大器放大器Y参数等效电路参数等效电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*32154yieyoe yreuce yfeubeCyLL2.放大器性能参数分析放大器性能参数分析ib+ube-iC+uce-YiiC yf
11、eubeyoe+uce-1）放大器输入导纳放大器输入导纳Yi 第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYSiC休息1休息22）放大器输出导纳放大器输出导纳第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*单调谐回路谐振放大器的电压增益32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL令则三级管电路的增益第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*放大器质量指标的分析32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL整个电路的增益第四章第四章 高频小信号
12、放大器高频小信号放大器*(1).电压增益电压增益谐振时，则：回路总电导第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（2）功率增益：）功率增益：(在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益）增益）图为：谐振时的简化等效电路负载信号源回路或者上式没有考虑回路损耗，下面引入插入损耗（insertion loss)(为考虑负载后的Q值，为没有考虑负载的Q值）P103-104第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（2）功率增益：）功率增益：(在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要
13、讨论谐振时的功率在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益）增益）图为：谐振时的简化等效电路负载信号源回路当 （回路本身损耗）与 相比可忽略时，匹配条件为：则：称为回路插入损耗回路有载Q值回路空载Q值第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器1.考虑插入损耗后，要使单调谐回路放大考虑插入损耗后，要使单调谐回路放大器的功率增益越大，则对有载器的功率增益越大，则对有载Q值和无载值和无载Q值的要求怎样？值的要求怎样？2.dBm是无线通信中表示功率的一种单位，是无线通信中表示功率的一种单位，0.1w可表示为可表示为10lg(0.1/0.001)=20dBm,一个一个0
14、.1w的信号经过一个增益为的信号经过一个增益为3dB，插入损，插入损耗为耗为1dB的器件，输出功率为多少的器件，输出功率为多少dBm?*第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（3）通频带：）通频带：对于并联谐振回路有：所以第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（3）通频带：）通频带：当 、一定时，则：说明放大器的通频带与电压增益是一对矛盾。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（4）选择性）选择性令 得：矩形系数：上面所得结果表明，单谐振回路放大器的矩形系数远大于1。也就是说，它的谐振曲线和矩形相差较远，所以其邻道选择性差，这就是单调谐回路放大器的缺点。第四章第四
15、章 高频小信号放大器高频小信号放大器某单级高频小信号谐振放大器，若为了增某单级高频小信号谐振放大器，若为了增加其通频带，在放大器的负载加其通频带，在放大器的负载LC谐振回路谐振回路两端外接一个并联电阻，则放大器的增益两端外接一个并联电阻，则放大器的增益和选择性将会怎样发生变化和选择性将会怎样发生变化*第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.4 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器（1）电压增益：设放大器为m级，各级增益分别为 ，则总增益为：增益是相乘关系若则(提高增益）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（2）通频带 【m级相同的放大器级联】令总通频带为：带
16、宽缩减因子，级数增加后总通频带变窄的程度.设计时，应根据放大器总通频带的要求来计算各级所需的通频带。所以m级放大器级联时，总通频带比单级放大器的通频带缩小。m越大，总通频带就越窄。由上式得：放大器的级数为m时，要使放大器的总通频带 不变，则必须将每级的通频带 加宽 倍。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（3）选择性矩形系数距离理想的矩形系数 1较远 由上表可知道，级数增加，选择性有所提高，但当 n3 时，选择性改善不明显，所以靠增加级数来改善选择性是有限的。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*当 一定时，（4）增益与通频带的关系单级：m级：可以证明：级联放大器的谐振曲
17、线等于各单级谐振曲线的乘积，级数越多，谐振曲线越尖锐，选择性越好，而通频带则越窄。单谐振回路放大器的优点是电路简单，调试容易；缺点是选择性差，增益和通频带的矛盾比较突出。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器1.对于多级放大器，要减小噪声，最关键对于多级放大器，要减小噪声，最关键的是哪一级，对它的要求怎样的是哪一级，对它的要求怎样?2.单调谐回路的缺点是什么？单调谐回路的缺点是什么？*第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.5 双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器 改善放大器选择性和解决放大器的增益和通频带之间的矛盾的有效方法是采用双调谐回路谐振放大器。图为双调谐回路谐
18、振放大器图为双调谐回路谐振放大器其等效电路为忽略 ，假设：两个回路元件参数都相同，上图变为：等效其中：通常 ，则 由第二章结果：电容两端电压为：4.5.1 单级双调谐回路谐振放大器单级双调谐回路谐振放大器第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.5 双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器 改善放大器选择性和解决放大器的增益和通频带之间的矛盾的有效方法是采用双调谐回路谐振放大器。图为双调谐回路谐振放大器图为双调谐回路谐振放大器上图变为：4.5.1 单级双调谐回路谐振放大器单级双调谐回路谐振放大器其等效电路为第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.5 双调谐回路谐振放大器双
19、调谐回路谐振放大器忽略 ，假设：两个回路元件参数都相同，上图变为：4.5.1 单级双调谐回路谐振放大器单级双调谐回路谐振放大器第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.5 双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器4.5.1 单级双调谐回路谐振放大器单级双调谐回路谐振放大器串并转换：通过电感耦合的两个串联回路，第三章讨论过。称为耦合因数，说明回路间耦合的松紧.第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*1a.时（弱耦合）：分母各项均为正值，则在 处，为最大值；当 ，则分母也增大 ，所以，为单峰状。频率特性曲线频率特性曲线第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*1频率特性曲线
20、频率特性曲线b.时（临界耦合）（最大）所以 为单峰状.第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*1频率特性曲线频率特性曲线c.时（紧耦合）从0开始增加时，分母 ，；随 继续增加时，分母 ，所以 为双峰状.有3个极点：可见，时，越大，与 越大。即双峰的距离越远，在谐振点 ，有 ，所以 ，下凸量也增加。峰点位置为：令 ，得：第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*特点特点1.时（弱耦合），综合性能较好，应用较多。3.时（临界耦合），2.时（紧耦合），通频带宽，矩形系数也好，但谐振曲线顶部有凹陷；通频带窄，选择性差；第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*临界耦合时（1），得：
21、（1）电压增益）电压增益谐振时：最大临界耦合时，谐振曲线为单峰值，且最大（2）功率增益）功率增益第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（3）通频带）通频带令 ，得：临界耦合时，第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（4）矩形系数）矩形系数（临界耦合时）令 1/10，双调谐放大器在弱耦合时，其谐振曲线和单调谐放大器相似，通频带窄，选择性差；强耦合时，通频带显著加宽矩形系数变好。但调谐曲线顶部凹陷，使回路通频带，增益的兼顾较难。采用双单双的方式。即用双调谐回路展宽频带，用单调谐回路补偿中频段曲线的凹陷，使其增益在通频带内基本一致，但通常双调放大器工作在临界耦合状态。较小，其谐振
22、曲线更接近于矩形解之得第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.5.2 多级双调谐回路谐振放大器多级双调谐回路谐振放大器当 1时，（1）通频带（2）矩形系数第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.6 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性4.6.1 放大器的输入导纳和输出导纳放大器的输入导纳和输出导纳 以前我们所做的分析都不考虑输出端对输入端的影响（反相传输导纳 ）如单调谐回路中的分析。输入导纳含有负载：输出导纳中含有信号源：反 馈直 通（1）使输出和输入牵连在一起，给放大器的调测带来麻烦；（2）使放大器的工作不稳定，严重时会引起自激。由于 的存在，对放大器产生有害的影响：
23、相互影响，根源为 的存在 第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.6.2 实现晶体管单向化的方法实现晶体管单向化的方法（1）失配法：从数学关系式看：若 很大，则 消除反馈作用若 ，则消除直通的影响 （很大）利用一个阻抗不匹配的电路，使信号源内阻不与管子输入阻抗匹配；同时，使管子输出端负载阻抗不与本级晶体管输出阻抗匹配。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.6.2 实现晶体管单向化的方法实现晶体管单向化的方法（1）失配法：从物理意义看：当负载很轻时（很大，很小）。则输出电路严重失配，使输出电压 反馈电压 实现放大器单向化。【失配使增益下降，以牺牲增益达到单向化】第四章第
24、四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.6.2 实现晶体管单向化的方法实现晶体管单向化的方法（1）失配法：【例】共射共基级联电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*4.6.2 实现晶体管单向化的方法实现晶体管单向化的方法（1）失配法：【例】共射共基级联电路 （很大）（很大）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍较大；而共基电路虽然电流增益接近但电流增益仍较大；而共基电路虽然电流增益接近1，但电压增，但电压增益却较大。所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增
25、益益却较大。所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益都比较大，都比较大，功率增益也较大功率增益也较大，而且共发一共基电路的上限频率，而且共发一共基电路的上限频率很高。很高。共发共发-共基电路的优点之一是工作稳定，适用于大量生产；另共基电路的优点之一是工作稳定，适用于大量生产；另一主要优点是噪声系数小。一主要优点是噪声系数小。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器共发共发-共基电路是采用共基电路是采用?法法实现晶体管的实现晶体管的?*第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器*（2）中和法 在放大器中外加一个反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内部反馈作用相反而互相抵消，故称为中和法。BDC如图，当 时，即达到中和。（C、D两端极性相反）固定的中和电容固定的中和电容CN只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其它频率只能有部分中和作用，还必须满足相位的要求。其数值以调到放它频率只能有部分中和作用，还必须满足相位的要求。其数值以调到放大器不自激为准，不宜过大，否则会使放大器的增益下降。中和电路的大器不自激为准，不宜过大，否则会使放大器的增益下降。中和电路的效果很有限。效果很有限。