高頻電子線路高頻小信號放大器.ppt

1、第3章 高頻諧振放大器 （一）高頻小信號放大器,高頻電子線路,2,主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：,本章介紹高頻小信號諧振放大器和高頻諧振功率放大器。 這里注意電路在應(yīng)用時的特點(diǎn)： 高頻（低頻）工作頻率 大信號或小信號輸入信號電平 諧振（非諧振）負(fù)載,3,內(nèi)容1： 3.1 高頻小信號放大器,一、,二 、晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)！,三 、單調(diào)諧回路諧振放大器！,四 、諧振放大器的穩(wěn)定性（中和法?。?五 、調(diào)諧放大器的常用電路與集成電路 諧振放大器,小 結(jié),作業(yè)與思考題,概述（5個性能指標(biāo)）,4,接收機(jī)中的高頻放大器,高頻放大和中頻放大是高頻小信號放大器。,5,一、 概述,1、高頻諧振小信號放大器的特點(diǎn),2、

2、分類,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，其結(jié)構(gòu)簡單，便于集成。,6,一、 概述(續(xù)1）,3、高頻小信號放大器電路的性能指標(biāo),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（即1/ ）倍時，所對應(yīng) 的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用 表示。2 f 0.7也稱為3分貝帶寬。,7,f,K,P,K,P,o,2,D,f,0.7,0.5,f,0,為什么有通頻帶這個指標(biāo)？ 放大器電路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

3、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，放大器的增益愈小。,一、 概述（續(xù)2）,1,8,3)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)和頻帶寬度來表示。 按理想情況，諧振曲線應(yīng)為一矩形。為了表示實(shí)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。 矩形系數(shù)：為放大器的相對電壓增益下降到 0.1(或0.01)時，相應(yīng)的頻帶寬度BW0.1(或BW0.01）與放大器

4、通頻帶BW0.7之比。 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。,一、 概述（續(xù)3）,Kv0是最大電壓增益，出現(xiàn)在諧振頻率上,9,5） 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。因此應(yīng)根據(jù)需要決定主次，進(jìn)行分析和討論。,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

5、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。,一、 概述（續(xù)5）,10,二、 晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù),1、形式等效電路（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路）,式中：,晶體管共發(fā)射極電路圖,11,y參數(shù)等效電路,二、晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)（續(xù)1）,12,二、晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)（續(xù)2）,2、混合參數(shù)等效電路,把晶體管內(nèi)部的物理過程用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參數(shù)等效電路。,混合參數(shù)等效電路,13,3、晶體管的高頻參數(shù),1）截止頻率,由于0比1大的多,在頻率為f時,|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。,

6、2）特征頻率,二、晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)（續(xù)5）,公式：,14,電流放大系數(shù)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)。,二、體管高頻小信號等效電路與參數(shù)（續(xù)6）,特征頻率 是晶體管在共發(fā)射極運(yùn)用時能得到電流增益 的最高頻率極限（電流放大系數(shù) ，但功率增益1 ）。,特征頻率 是高于截止頻率 , 約等于 的 倍。,特征頻率 與阻容乘積 成反比，后者又決 定于晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，因此， 也是靜態(tài)工作點(diǎn)的 函數(shù)。,特征頻率 是可查手冊的，也可由儀器測量得到。,15,3）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，

7、當(dāng)ffmax時,無論使用什么 方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。,二、晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)（續(xù)7）,16,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)諧振回路的組合。所以前面分析的晶體管等效電路和并諧振聯(lián)回路的結(jié)論均可應(yīng)用。,三、 單調(diào)諧回路諧振放大器,1、電路組成：,接前級,17,圖 3 1 高頻小信號諧振放大器 (a) 實(shí)際線路; (b) 交流等效電路,18,2 放大器的性能參數(shù) 忽略管子內(nèi)部的反饋, 即令Yre =0, 由圖3 3可得,(3 6a),圖 3 3 圖3 1高頻小信號放大器的 高頻等效電路,(3 6b),19,(3) 輸出導(dǎo)納Yo,(3 9),(1) 電壓放大倍數(shù)K,

8、(2) 輸入導(dǎo)納Yi,(3 7),(3 8),20,(4) 通頻帶B 0.707與矩形系數(shù)K 0.1 通頻帶B 0.707為,(3 10),所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)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(diǎn)。,21,四、 諧振放大器的穩(wěn)定性（抓住重點(diǎn)，迅速掌握）,諧振放大器穩(wěn)定性分析：,1、自激產(chǎn)生的原因：,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。諧振時，當(dāng)gF = gs + gie（回路原有電導(dǎo)）則回路總電導(dǎo)g = 0，QL ，選中了一個頻率,輸出信號

9、成為單音.這就是自激,放大器等效輸入端回路,前級放大器的后半部分,本級放大器的前半部分,22,2、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。 此即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,四、 諧振放大器的穩(wěn)定性（續(xù)1）,那么，如何消除yre的影響呢？,23,由于yre的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強(qiáng)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：,中和法 消除yre的反饋,失配法 使GL或gs的數(shù)值增大，因而使輸入和輸出回路 與晶體管失配。,在實(shí)際運(yùn)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

10、不與晶體管輸入阻抗匹配； 晶體管輸出端負(fù)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、克服自激的方法：,四、 諧振放大器的穩(wěn)定性（續(xù)5）,24,(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。,四、 諧振放大器的穩(wěn)定性（續(xù)6）,25,(2) 失配法（一般了解）： 信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負(fù)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)

11、定性。 ，即使后項(xiàng)0，則必須加大YL，yL yoe 要使Yi = yie 則晶體管實(shí)現(xiàn)單向化，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.,四、 諧振放大器的穩(wěn)定性（續(xù)7）,26,4. 中和法與失配法比較： 中和法：優(yōu)點(diǎn)：簡單，增益高 缺點(diǎn)： 只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶 因?yàn)榫w管離散性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。 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(diǎn)：性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響； 頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作； 生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。 缺點(diǎn)：增益低。,諧振放大器的穩(wěn)定性（續(xù)8）,27,1、多級單調(diào)諧

12、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,多級諧振放大器,28,根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶(2f0.7)m,上面的分析表明:（X=1/) ；X為每級的帶寬與總帶寬之比, 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。, 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。,29,m與X 之間的關(guān)系：,例：某中頻放大器總通頻帶為4Mhz，采用6級單調(diào)諧放大器，則每級放大器通頻帶為多少？ 解：每級的為：,30,31,3）選擇性(以矩形系數(shù)為例),結(jié)論:單調(diào)諧回路

13、特點(diǎn)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。 采用雙調(diào)諧回路諧振放大器是改善放大器選擇性和解決放大器 的增益和通頻帶之間的矛盾的有效方法之一。,32,2. 多級雙調(diào)諧放大器,(3 16),3. 參差調(diào)諧放大器,圖3 8是采用單調(diào)諧回路和雙調(diào)諧回路組成的 參差調(diào)諧放大器的頻率特性。,33,34,3.1.5 高頻集成放大器 高頻集成放大器有兩類: 一種是非選頻的高頻集成放大器, 主要用于某些不需要選頻功能的設(shè)備中, 通常以電阻或?qū)拵Ц哳l變壓器作負(fù)載; 另一種是選頻放大器, 用于需要有選頻功能的場合, 如接收機(jī)的中放就是它的典型應(yīng)用。 圖3 10(a)中, 集中選頻濾波器接于

14、寬帶集成放大器的后面。 圖3 10(b)是另一種接法。,35,圖3 10 集中選頻放大器組成框圖,36,一、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(jī)接收部分所采用的二級中頻放大器電路。,調(diào)諧放大器的應(yīng)用電路與集成電路（一般了解）,中頻旁路電容,發(fā)射極溫度穩(wěn)定電阻,去耦電路,單調(diào)諧回路,低溫補(bǔ)償,37,一、高頻小信號放大器通常分為諧振放大器和非諧振放大器，諧振放大器的負(fù)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(biāo)來 衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實(shí)際幅頻特性接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。 三

15、、高頻小信號放大器由于信號小，可以認(rèn)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(jìn)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(diǎn)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(fù)載，為了提高電壓增益，諧振回路與信號源和負(fù)載的連接常采用部分接入方式。,小 結(jié),38,五、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(Kvo)s表示，(Kvo)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。 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，有通用集