第三章高頻小信號放大器

1、3.1概述概述 3.2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 3.3單調諧回路諧振放大器單調諧回路諧振放大器 3.5雙調諧回路諧振放大器雙調諧回路諧振放大器 3.6諧振放大器的穩(wěn)定性諧振放大器的穩(wěn)定性 3.7調諧放大器的常用電路與集成電路調諧放大器的常用電路與集成電路 諧振放大器諧振放大器 3.9 放大器中的噪聲放大器中的噪聲3.10 3.10 噪聲系數(shù)計算方法噪聲系數(shù)計算方法3.1概述概述 1、高頻小信號放大器的特點、高頻小信號放大器的特點 頻率較高頻率較高 中心頻率一般在幾百中心頻率一般在幾百kHz到幾百到幾百MHz頻帶寬度在幾頻帶寬度在幾kHz到幾十到幾十MHz 小

2、信號小信號 信號較小故工作在線性范圍內(nèi)信號較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類放甲類放大器大器) 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fo fs = fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 2、高頻小信號放大器的分類、高頻小信號放大器的分類 按所用的器件：按所用的器件： 晶體管（晶體管（BJT)、場效應管（、場效應管（FET)、集成電路（、集成電路（IC) 按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按頻譜寬度：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)放大器按電路形式：單級放大器和級聯(lián)放大器 按負載性質：諧振放大器和非諧振放大器按負載性質：諧振放大器和非諧振放大器 諧振放大器是采用諧振

3、回路作負載的放大器，具有放大、濾波和選頻的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，其機構簡單，便于集作用。非諧振放大器由阻容放大器和各種濾波器組成，其機構簡單，便于集成。成。i0Vlog20VVAioplog10PPA1)增益：（放大系數(shù)）增益：（放大系數(shù)） 電壓增益： 功率增益：分貝表示：2)通頻帶：通頻帶： 放大器的電壓增益下降到最大值的放大器的電壓增益下降到最大值的0.707倍時，所對倍時，所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用B=2 f 0.7表示。表示。 2 f 0.7也稱為也稱為

4、3分貝帶寬。分貝帶寬。iVVAoVi0PPPA 3、高頻小信號放大器的質量指標、高頻小信號放大器的質量指標 f f0 2f0.7 0.7 1 f 2f0.5 0VVAA0.5210f0PPAA為什么要求通頻帶？為什么要求通頻帶？ 放大器所放大的一般都是已調制的信號，已調制的信號放大器所放大的一般都是已調制的信號，已調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。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因

5、數(shù)回路的等效品質因數(shù)QL。此外，放大器的總通頻帶，隨著。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。級數(shù)的增加而變。并且通頻帶愈寬，放大器增益愈小。 3)選擇性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，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。比來表示。 矩形系數(shù)矩形系數(shù)按理想情況，諧振曲線應為一矩形。為了表示實際曲線接近理想曲線按理想情況，諧振曲線應為一矩形。為了表示實際曲線接近理想

6、曲線的程度，引入的程度，引入“矩形系數(shù)矩形系數(shù)”，它表示對鄰道干擾的抑制能力。，它表示對鄰道干擾的抑制能力。7.01.0122ffKro7 . 001. 0r0.0122ffK f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 實際 2 f 0.1, 2 f 0.01分別為放大倍數(shù)下降至分別為放大倍數(shù)下降至0.1和和0.01處的帶處的帶寬，寬，Kr愈接近于愈接近于1越好。越好。 nv0nAAdfAVf0AAVnfn 抑制比抑制比 表示對某個干擾信號表示對某個干擾信號fn 的抑制能力，用的抑制能力，用dn表示。表示。 An為干擾信號的放大倍數(shù)，為干擾信號的放大倍數(shù)，Av0為諧振

7、點為諧振點f0的放大倍數(shù)。的放大倍數(shù)。 例例 Av0 = 100 An = 1 用分貝表示用分貝表示dn(dB) = 20 lgdndB40dB1001100nn)(dd5)噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)： 放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示：放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示： NF越接近越接近1越好越好 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)應盡量小。作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應盡量小。 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

8、性是一對矛盾。故應根據(jù)需要決定主是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應根據(jù)需要決定主次，進行分析和討論。次，進行分析和討論。 )(/)(/nosonisiF輸輸出出信信噪噪比比輸輸入入信信噪噪比比PPPPN3)工作穩(wěn)定性：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。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，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，應用中和或失配方法等。選擇內(nèi)反饋小的晶體管，應用中和或失配方法等。 3. 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)晶體管高頻小信

9、號等效電路與參數(shù)3.2.1形式等效電路（網(wǎng)絡參數(shù)等效電路）形式等效電路（網(wǎng)絡參數(shù)等效電路）將晶體管看成四端網(wǎng)路為為自自變變量量和和輸輸出出電電壓壓設設輸輸入入電電壓壓21VV212211VyVyIVyVyIofri2121:VVyyyyIIofri即即式中：式中：導導納納稱稱為為輸輸出出短短路路時時的的輸輸入入0112ViVIy傳傳輸輸導導納納稱稱為為輸輸入入短短路路時時的的反反向向0211VrVIy傳傳輸輸導導納納稱稱為為輸輸出出短短路路時時的的正正向向0122VfVIy導納導納稱為輸入短路時的輸出稱為輸入短路時的輸出0221VoVIy I1 V1 yi yrV2 I1 V2 yo yfV1

10、 + + Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 把晶體管內(nèi)部的物理過程用集中器件把晶體管內(nèi)部的物理過程用集中器件RLC表示。用這表示。用這 種物理模型的方法所涉及到的物理等效電路就是混合種物理模型的方法所涉及到的物理等效電路就是混合參參 數(shù)等效電路。數(shù)等效電路。是是基基極極電電阻阻bb 是是發(fā)發(fā)射射結結電電阻阻eb是是集集電電結結電電阻阻cb是是發(fā)發(fā)射射結結電電容容ebC是是集集電電結結電電容容cbC等等效效電電流流發(fā)發(fā)生生器器表表示示晶晶體體管管放放大大作作用用的的ebmvg)(26)(,0mVmAIggcebmm稱稱為為跨跨導導引引起起自自激激一一部部分分到到輸輸入入端端. .可可能能將將輸輸出出的

11、的交交流流電電壓壓反反饋饋cbC系系數(shù)數(shù)降降低低晶晶體體管管的的電電流流放放大大高高頻頻反反饋饋, ,在在共共集集電電極極電電路路中中引引起起bb3.2.2 混合混合參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 (物理模擬等效電路物理模擬等效電路) b rbb gbe Ic Vce gce gmVbe b Ib gbc Cbc Cbe Vbe Vbe c e be：發(fā)射結電容, 約 皮法到幾百皮法。 bc：集電結電容, 約幾個皮法。 m：晶體管跨導, 幾十毫西門子以下。 由于集電結電容C bc跨接在輸入輸出端之間, 是雙向傳輸元件, 使電路的分析復雜化。為了簡化電路, 可以把C bc折合到輸入端b、 e之間, 與

12、電容C be并聯(lián), 其等效電容為： CM=(1+gmRL)Cbc (2.2.1) 即把Cbc的作用等效到輸入端, 這就是密勒效應。其中gm是晶體管跨導, RL是考慮負載后的輸出端總電阻, CM稱為密勒電容。 另外, 由于rce和rbc較大, 一般可以將其開路。這樣, 利用密勒效應后的簡化高頻混合型等效電路如圖2.2.2所示。 與各參數(shù)有關的公式如下： emrg1 re= )()()(26mAImvqIkTEQEQrbe=(1+0)reCbe+Cbc = erf21 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e rbe rbc rb c與與Cb c引起的容抗相比引起的容抗相比rb c可視為

13、開路?？梢暈殚_路。 rb e與與Cb e引起的容抗相比，引起的容抗相比，rb e可以忽略（視為開路）可以忽略（視為開路） rce與回路負載比較，可視為開路。與回路負載比較，可視為開路。 混合混合等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的頻率下：等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的頻率下：3.2.3混合混合等效電路的簡化等效電路的簡化 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e 簡化后的等效電路如圖：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，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，對工作頻率范圍不同時， 等效電路可進行不同的簡化。等效電路可進行不同的簡化。 頻率低

14、時可忽略電容的作用。頻率低時可忽略電容的作用。 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 011ie2VVIyebbbebebbbcbebbbie111)(11YrYYrCCjry)(cbebebCCjY (一一) 令令V2 = 0，求，求yie、yfe。 簡化混合簡化混合等效電路，如圖所示。等效電路，如圖所示。 (1) 3.2.3Y參數(shù)等效電路與混合參數(shù)等效電路與混合等效電路參數(shù)等效電路參數(shù)的轉換的轉換(2) 012fe2VVIyIVgIebm2 eb2VgImebbb1ebebbb1eb11YrVYYrVVebbb1m21YrVgIebb

15、bm0212fe1YrgVIyV)(cbebebCCjY V1小引起小引起I小小 又又 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 01VrbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIebbbbbebbbebbbeb1)1()/(YrrIYrICjgIV2cbbbebcb2111VCjrYCjVIebbb2bbcbeb1YrVrCjVebbb2cbbbebbb2bbcb111YrVCjrYrVrCjIebbbcbre1YrCjyebebCjY (二二) 令令 ，求，求yre、yoe (3) 022oe

16、1VVIyebbbbbm2cbebbb2bbcbm2cbebm2111YrrgVCjYrVrCjgVCjVgIIebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyV故故(1)、(2)、(3)、(3)中的中的Yb e可認為相同?？烧J為相同。 ebcbCC(3)rbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2ebebCjYebbbeb1YrYebbbm012fe11YrgVIyVebbbcb1YrCjebbbbbmcb022oe111YrrgCjVIyVebebCjY)(cbebebCCjY011ie2VVIy021re1VVIy正向傳輸導納正向傳輸導納輸入導納輸入導納反向傳輸導納反向傳輸

17、導納輸出導納輸出導納Y參數(shù)等效電路與混合參數(shù)等效電路與混合等效電路參數(shù)的轉換式等效電路參數(shù)的轉換式 需要注意的是, 參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點的電壓值、電流值有關, 而且是工作頻率的函數(shù)。例如當發(fā)射極電流增加時, 輸入與輸出電導都將加大。 當工作頻率較低時, 電容效應的影響逐漸減弱。所以無論是測量還是查閱晶體管手冊, 都應注意工作條件和工作頻率。 顯然, 在高頻工作時由于晶體管結電容不可忽略, 參數(shù)是一個復數(shù)。晶體管參數(shù)中輸入導納和輸出導納通常可寫成用電導和電容表示的直角坐標形式, 而正向傳輸導納和反向傳輸導納通?？蓪懗蓸O坐標形式, 即:Iyie=gie+jCie yoe=goe+jCoeyfe=|

18、yfe|fe yre=|yre|re 晶體管的頻率參數(shù) 1.短路電流放大系數(shù)短路電流放大系數(shù) 和和 截止頻率截止頻率f 如圖所示：如圖所示： 即即 時，時，Cbe，bc和和rbe三者并聯(lián)。因此三者并聯(lián)。因此0cUbcII0cU)(1)(1)(1)(1cbebebebmebmcbebebebbcbebebcbebebbebCCjrrgUgcICCjrrICCjrCCjrIU 2.1.3)(1)(10cbebebcbebebebmbcCCjrCCjrrgII b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 式中式中 是低頻時的電流放大系數(shù)。是低頻時的電

19、流放大系數(shù)。 截止頻率截止頻率f的定義：當?shù)亩x：當 的頻率，即的頻率，即ebmrg020221020cbebebCCfrcbebebCCrf212.1.3 2.1.5 2001| 1 ffffj于是將式將式2.1.3代入式代入式2.1.3得得2.1.6解上述方程得：解上述方程得： 2.特征頻率特征頻率fT 晶體管的放大性能有時還用特征頻率晶體管的放大性能有時還用特征頻率fT表示。特征頻率表示。特征頻率是是=1時的頻率。根據(jù)定義時的頻率。根據(jù)定義:1120ffT 解之得解之得:ffT120 當當0遠遠大于遠遠大于1時時ffT02.1.72.1.82.1.9若工作頻率若工作頻率 時時,則則可用下

20、式近似計算?？捎孟率浇朴嬎?。 由于由于 ，代入上式得：，代入上式得：eebrr0cbebecbebebeebTCCrCCrrrf2121ff53ffffffffffTT0201 上式說明，在上式說明，在f f的區(qū)域，工作頻率每增加一倍，的區(qū)域，工作頻率每增加一倍，減減少一半（下降少一半（下降6dB），故此區(qū)域稱為每倍頻程下降），故此區(qū)域稱為每倍頻程下降6dB工作工作區(qū)。區(qū)。2.1.112.1.10根據(jù)根據(jù) 和和 的關系式的關系式: 3. 截止頻率截止頻率f及其與及其與f和和fT的關系的關系 當晶體管用作共基極聯(lián)接時，其輸出端交流短路的電流當晶體管用作共基極聯(lián)接時，其輸出端交流短路的電流放大倍

21、數(shù)放大倍數(shù) 也是隨頻率提高而降低的也是隨頻率提高而降低的,當當下降到下降到 時，所時，所對應的頻率稱為對應的頻率稱為 截止頻率。由于共基極短路電流放大系數(shù)截止頻率。由于共基極短路電流放大系數(shù) 的近似表示式為的近似表示式為:20ffj101 1 2.1.13 2.1.12 1)1(11 1111100000000.可得ffjffjffjffjffjfff00111用近似公式用近似公式 代入得代入得 可以求出可以求出 截止頻率截止頻率f與與截止頻率截止頻率f的關系的關系:fff00111ffT0ffT02.1.162.1.152.1.13 故故f，fT，f三個頻率的關系是三個頻率的關系是: ffT

22、f范圍內(nèi)范圍內(nèi))ffAffAumpmmax2max而電壓放大倍數(shù)而電壓放大倍數(shù)晶體管的高頻參數(shù)小結晶體管的高頻參數(shù)小結1）截止頻率）截止頻率時時的的頻頻率率的的頻頻值值隨隨著著工工作作頻頻率率下下降降到到低低2102001,1ffffj由由于于由于由于0比比1大的多大的多,在頻率為在頻率為f時時,|雖然下降到原來的雖然下降到原來的0.707 但是仍然比但是仍然比1大的多大的多,因此晶體管還能起到放大的作用。因此晶體管還能起到放大的作用。2）特征頻率）特征頻率1120ff120ffTffT00, 1所所以以由由于于當頻率增高，使當頻率增高，使|下降到下降到1時的頻率。時的頻率。電流放大系數(shù)電流放

23、大系數(shù)與與f 的關系：的關系： TTTffffffffff或或者者,120故可以粗略計算在某工作頻率下的電流放大系數(shù)。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）最高振蕩頻率fmax1PAcbebbbmCCrgfmax421fmax表示晶體管所能夠適應的最高極限頻率。在此工作表示晶體管所能夠適應的最高極限頻率。在此工作頻率時晶體管已經(jīng)不能得到功率放大，當頻率時晶體管已經(jīng)不能得到功率放大，當ffmax時時,無論使用無論使用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。fffTmax:頻率參數(shù)的關系頻率參數(shù)的關系晶體管的功率增益晶體管的功率增益 時的工作頻率時的

24、工作頻率可以證明可以證明: C4 R3 LF CF C3 R2 R1 C2 P1 R4 P2 a b L + R1、R2、R3為偏置電阻，決定為偏置電阻，決定工作點，工作點， LF、CF為濾波電路，負壓供電為濾波電路，負壓供電 C4、L組成組成L、C諧振回路諧振回路 R4是加寬回路通頻帶用是加寬回路通頻帶用 Rp是并聯(lián)回路本身的損耗是并聯(lián)回路本身的損耗 所謂單調諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)所謂單調諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)回路的組合?；芈返慕M合。所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回路的所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回路的結論均可應用。結論均可應用。3.3 晶體管晶

25、體管諧振放大器諧振放大器3.3.13.3.1單級單級單調諧回路諧振放大器單調諧回路諧振放大器等效電路分析等效電路分析 因為討論的是小信號，略去直流因為討論的是小信號，略去直流參數(shù)元件即可用參數(shù)元件即可用Y參數(shù)等效電路模擬。參數(shù)等效電路模擬。 C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic 數(shù)學分析：由圖可知：數(shù)學分析：由圖可知： Y L代表由集電極代表由集電極C向右看的回路導納（對外電路而言向右看的回路導納（對外電路而言Vc是上負下是上負下正，故正，故Ic有一負號）有一負號） iLoefecVYyy

26、ViLoefereiebVYyyyyI)1(1ie2221yPLjcjgPYpLLoefereieibiYyyyyVIY(3) = (2)(3) 代入代入(1) (3)放大器的輸入導納放大器的輸入導納: : ) 1 (creiiebVyVyI放大器的質量指標放大器的質量指標 1）電壓指標電壓指標ioVVVA根據(jù)電壓變比關系：根據(jù)電壓變比關系：ab2oVpV1cabpVVc12oVppVLoefeicYypypVVpp1212ioVVVA222212111iepLLypLjCjGppYYLoefeLoefeLoefeYypypppYypypYypyp2121211212VA2221iepLypL

27、jCjGY所以：所以：由于：由于：所以：所以： C P1 gp P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe gie2 Vc + Vo + c Ic iLoefecVYyyV222ieieieoeoeoeCjgyCjgy：令令LjCpCpCjGpgpgpyppieoeieoefe1A22212222121V：所所以以；，納納和和輸輸出出電電容容分分別別是是放放大大器器的的輸輸出出導導和和其其中中oeoeCg輸入導納和輸入電容。輸入導納和輸入電容。分別是下一級放大器的分別是下一級放大器的和和ie2ie2Cg2222122221;g ieoepieoeCp

28、CpCCggpgp令令)1(A21VLjCjgyppfe則則0Lfe21VffQ2j1gyppA：可可寫寫成成附附近近時時在在諧諧振振角角頻頻率率的的導導納納，當當角角頻頻率率式式中中分分母母視視為為并并聯(lián)聯(lián)回回路路VA0的的失失諧諧是是工工作作頻頻率率對對式式中中000f,21ffffLC：是回路的等效品質因數(shù)是回路的等效品質因數(shù)gC0LQ電壓增益的相關結論電壓增益的相關結論的的函函數(shù)數(shù)是是工工作作頻頻率率 fV VA A，時時當當0 0f fi ie e2 22 22 2o oe e2 21 1f fe e2 21 1f fe e2 21 1V V0 0g gp pg gp pG Gp p

29、y yp pp pg gy yp pp pA A。1 18 80 0，1 18 80 0y y1 18 80 0f fe ef fe ef fe e而而是是的的相相差差不不是是，因因此此輸輸入入和和輸輸出出之之間間一一個個相相角角是是一一個個復復數(shù)數(shù)，它它也也有有的的相相位位差差。此此外外號號表表明明輸輸入入和和輸輸出出有有 - - o of fe e1 18 80 00 0相相位位差差才才是是V V和和V V，當當頻頻率率較較低低時時，i io o成成反反比比。導導成成正正比比，和和回回路路的的總總電電與與晶晶體體管管正正向向傳傳輸輸導導納納f fe ev vo og gy yA A0Lfe

30、21VffQ2j1gyppA因為有載因為有載 goLCQ，所以，所以Q QL L不能太低，否則增益不能太低，否則增益A AV V較低。較低。 單調諧回路放大器單調諧回路放大器 諧振諧振電壓增益電壓增益2）功率增益功率增益放大器的輸入功率放大器的輸入功率 諧振時諧振時 ： P i o 0 上獲得的功率上獲得的功率 輸出端負載輸出端負載 ie2 g P ( ： ）； i o P P P A 1ie2iigvP 2ie222ife12ie222abogpgVypgpVP1221222fe2221PoggyppAieieVoieieggAg：故故。體體管管的的輸輸入入導導納納分分別別是是本本級級和和下

31、下一一級級晶晶和和ie21gieg goe a b P1yfe vi gie2 P1goe 2 P1 P2 P2gie2 2 a b GP yfevi gie1 Vi ieoefeieoefeoefeoefeoefepmggYggpYpgpYpgpYppgpYppA4|4|4| 4|2|222222221222241222212212221的的作作用用不不能能忽忽略略，考考慮慮到到在在實實際際情情況況下下GpGp，21221212max14144)(gGpggyQQggyKggyAieoefeOLieoefelieoefePo式式中中：為為回回路路有有載載品品質質因因數(shù)數(shù)LgQL01為為回回路

32、路空空載載品品質質因因數(shù)數(shù)POLGQ01為為回回路路的的插插入入損損耗耗21/1OLlQQK3）放大器的通頻帶放大器的通頻帶做做放放大大器器的的諧諧振振曲曲線線隨隨f f而而變變化化的的曲曲線線，叫叫VoVAA20VoV211AAffQL 由由于于LLVoVQfffQA07 . 007 . 0f212,21A：故故則則如如果果。通通頻頻帶帶越越窄窄；反反之之越越寬寬可可見見：品品質質因因數(shù)數(shù)越越高高，CfffCfQCggCLgALLVo7.07.0000004221Q與與通通頻頻帶帶的的關關系系：CfyppgyppfefeVo7.021214A故故：0Lfe21VffQ2j1gyppAfefe

33、2 21 1V0V0g gy yp pp pA A當當 和和 為定值時（電路定了，其值也定了，帶寬增益乘積為定值時（電路定了，其值也定了，帶寬增益乘積為常數(shù)）決定于為常數(shù)）決定于 與與 ，因此選擇管子時應選取，因此選擇管子時應選取 大的，大的，應減少應減少 ，但，但 也不能取的太小，因為不穩(wěn)定的電容的影響也不能取的太小，因為不穩(wěn)定的電容的影響大。大。 CfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo224CyfAfeV227.00設設 P1、P2 =1帶寬增益乘積為一常數(shù)帶寬增益乘積為一常數(shù) feyCC02 fCCfey3、 對于寬帶而言，要使對于寬帶而言，要使

34、盡量大，因為頻帶很寬，諧盡量大，因為頻帶很寬，諧振曲線不穩(wěn)定是次要的，對于窄帶放大器，振曲線不穩(wěn)定是次要的，對于窄帶放大器， 盡量大，使盡量大，使諧振曲線穩(wěn)定（不會使通頻帶改變，以至引起頻率失真）。諧振曲線穩(wěn)定（不會使通頻帶改變，以至引起頻率失真）。2 、為了獲得高增益，寬頻帶，除了選用、為了獲得高增益，寬頻帶，除了選用 較大的晶體較大的晶體管外，應該盡量減小諧振回路的總電容管外，應該盡量減小諧振回路的總電容 ，但是這樣會導致，但是這樣會導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。1、當、當 確定，確定，p1和和p2不變時，不變時， 只取決于只取決于 和和 的乘積，電容越大，通頻帶越寬，的乘積，電

35、容越大，通頻帶越寬， 變小。變小。討論：討論：fey0VAC0VA7 . 02 ffeyCVACCfyPPCfyPPgyPPA7 . 0fe217 . 0fe21fe21Vo2243）單調諧放大器的選擇性單調諧放大器的選擇性以矩形系數(shù)來分析：以矩形系數(shù)來分析：7 . 01 . 00.1r 22kff1 . 0AAV0V如如果果1 . 02Q11AA01 . 0LV0VffLQff021 . 01102111022k27 . 01 . 0r0.1ff：故矩形系數(shù)故矩形系數(shù)所以單調諧回路放大器的矩形系數(shù)遠大于所以單調諧回路放大器的矩形系數(shù)遠大于1 1，故其鄰道，故其鄰道選擇性差，這是單調諧回路放大

36、器的缺點。選擇性差，這是單調諧回路放大器的缺點。 f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 實際 則則3、多級單調諧回路諧振放大器、多級單調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)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。生變化。 輸 入 T1 T2 T3 CF C1 LF + Vi C3 R2 R3 CF LF R1 b L C4 C2 c p2 p1 d a + Vo R5 R6 CF LF 輸 出 + 多級放大器的電壓放大

37、倍數(shù)和通頻帶總增益總增益 An=Au1Au2Au3Aun 2.3.1 若各級放大器是由完全相同的單級放大器所組成若各級放大器是由完全相同的單級放大器所組成,則則nLnfennunffQgYppAA2021121|2.3.2 諧振時電壓放大倍數(shù)為諧振時電壓放大倍數(shù)為Ano,則則nfennoYgppA|212.3.3 它的歸一化諧振曲線為它的歸一化諧振曲線為220211nLnonffQAA2.3.3令令f0.7代表代表An/An0=0.707時的頻率偏移時的頻率偏移,即有即有21211207 . 0nLnonffQAA 解上式得解上式得11017 . 012122BQffBnLnn2.3.5 因為

38、因為n是大于是大于1的正整數(shù)的正整數(shù),故故 必小于必小于1。所以。所以 稱為縮小系數(shù)。具體數(shù)值見表稱為縮小系數(shù)。具體數(shù)值見表2.3.1所示。所示。121n121n表表2.3.1 多諧調諧放大器縮小系數(shù)與級數(shù)的關系多諧調諧放大器縮小系數(shù)與級數(shù)的關系級數(shù)n123456781.00.630.510.430.390.350.320.3121n從上述分析可知，從上述分析可知，通頻帶越寬，每級的增益就越小，通頻帶越寬，每級的增益就越小，對于單級諧振放大器來說，增益和通頻帶的矛盾是一個嚴對于單級諧振放大器來說，增益和通頻帶的矛盾是一個嚴重問題，特別是對高增益寬頻帶的放大器來說，這個問題重問題，特別是對高增益

39、寬頻帶的放大器來說，這個問題更為突出。更為突出。后面將討論的參差調諧放大器就是為了解決這后面將討論的參差調諧放大器就是為了解決這個矛盾而提出的。個矛盾而提出的。2.3.2 2.3.2 多級放大器的矩形系數(shù)多級放大器的矩形系數(shù) 按矩形系數(shù)的定義，當按矩形系數(shù)的定義，當f= f0.1時時,An/Ano=0.1,可得可得LnQff011 . 011002于是于是1211002111 .01 .0nnnrBfK表表2.3.2列出了列出了Kr0.1與與n的關系的關系表表2.3.2 單調諧放大器矩形系數(shù)與級數(shù)關系單調諧放大器矩形系數(shù)與級數(shù)關系 從表上可以看出，當級數(shù)從表上可以看出，當級數(shù)n增加時增加時,矩

40、形系數(shù)有所改善，矩形系數(shù)有所改善，但這種改善是有限度的，級數(shù)越多，但這種改善是有限度的，級數(shù)越多，Kr0.1變化越緩慢。即當變化越緩慢。即當n趨于無窮時趨于無窮時,Kr0.1也只有也只有2.56。和理想的矩形還有很大距。和理想的矩形還有很大距離。離。級數(shù)n12345678910Kr0.19.954.83.733.403.203.103.002.942.892.852.561）增益增益VmVVAAA21mVmV2V1AAAA則總增益為則總增益為級，各級的增益為級，各級的增益為如果放大器有如果放大器有、m m2）通頻帶通頻帶相相同同如如果果各各級級放放大大器器的的增增益益2m20L0mmmVmff

41、Q211AAAA 如果多級放大器是由完全相同的單級放大器組成，如果多級放大器是由完全相同的單級放大器組成， 則則 A Am m= = mv1A 根據(jù)通頻帶的定義可以求根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶級放大器的通頻帶212112207 . 00mLmmffQAA12/11211mmX設設成成為為帶帶寬寬縮縮減減因因子子, ,可可見見通通頻頻帶帶變變窄窄, ,mf)2(7 . 0上面的分析表明上面的分析表明: : 為了使總的通頻帶不變?yōu)榱耸箍偟耐l帶不變, ,每級的帶寬都要增加為每級的帶寬都要增加為原來的原來的X X倍。倍。 當每級通頻帶加寬當每級通頻帶加寬X X倍時倍時, ,每級的增益都

42、會降低為每級的增益都會降低為原來的原來的1/X1/X。 LmmmQfff017 . 017 . 012212)2(3）選擇性選擇性( (以矩形系數(shù)為例以矩形系數(shù)為例) )時時當當: :根根據(jù)據(jù)定定義義1 . 0AAV0VL0m1m1 .0Qf1100)f2(12110022k117 . 01 . 01 . 0mmmmrff: :故故結論結論:單調諧回路特點是電路簡單單調諧回路特點是電路簡單,調試容易調試容易,但選擇但選擇性差性差,增益和通頻帶的矛盾比較突出。增益和通頻帶的矛盾比較突出。例3-1在圖中，設工作頻率f =30MHz，晶體管的正向傳輸導納 y fe =58.3ms， gie=1.2m

43、s,Cie=12PF, goe=300 s, Coe=9.5pF，回路電感L=1.3 H，接入系數(shù)P1=1，P2=0.3空載品質因數(shù)Q0=100（假設yre=0） 求：1 1.單級放大器諧振時的電壓增益 0vA通頻帶2 f 0.7， 諧振時回路外接電容C 若R4=10 k，試計算并比較在回路中并上R4前后的通頻帶和增益。 C R3 LF CF C1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 分析：根據(jù)電壓增益表達式分析：根據(jù)電壓增益表達式 ，應先求出總電導，應先求出總電導g g 首先將圖中的負載畫出其等效電路如圖所示，首先將圖中的負載畫出其等效電路如圖所示， C R3 LF CF C

44、1 R2 R1 C2 P1 P2 a b L + R4 R4 Rp L C iegp22 ieCp22 P1Coe 2 P1goe 2 gyPPAfevo21 解：因為回路諧振電阻RP=QP0L=1006.28301061.310-626k S.RG53pp10843102611 因此回路總電導g=Gp+ 22221ieoegPgP 若下級采用相同晶體管時，即gie1=gie2=1.2ms 則 g=0.038310-3+0.310-3+(0.3)21.210-3=0.5510-3S 325503583021.gyPPAfevo 回路總電容為PF.LfC201041)1030(21)2(1626

45、20 故外加電容C應為 PFCPCPCC9.412(0.3)9.520)(2ie22oe21 通頻帶為MHz.ACyPPffe.354321020210358302212-3vo2170電壓增益為 若若R4=10kR4=10k ，則，則 sRg344101 . 0133341065. 0101 . 01055. 0ggg9 .26|21gyppAfevo7 . 07 . 022fAfAvovoMHZf17.59 .2635.43227 .0因此并上電阻因此并上電阻R3R3后增益降低，帶寬加寬。后增益降低，帶寬加寬。故故 而而 則則 例題2：在三級調諧放大器中，工作頻率為465kHz，每級LC回

46、路的Qe=40，試問總的通頻帶是多少？如果要使總的通頻帶為10kHz，則允許最大Qe為多少？例題3： 已知單調諧放大器諧振電壓增益Au0=10，通頻帶BW0.7=4MHz，如果再用一級放大器與之級聯(lián)，這時兩級放大器總增益和通頻帶各為多少？若要求級聯(lián)后總通頻帶仍為4MHz，則每級放大器應總樣改動？改動后總諧振電壓增益是多少？3.5雙調諧回路諧振放大器雙調諧回路諧振放大器3.6.1 3.6.1 諧振放大器的穩(wěn)定性諧振放大器的穩(wěn)定性 在在3.33.3分析時，假定分析時，假定y yre0 0，即輸出電路對輸入端沒有影響，即輸出電路對輸入端沒有影響，放大器工作于穩(wěn)定狀態(tài)。下面，討論內(nèi)反饋放大器工作于穩(wěn)定

47、狀態(tài)。下面，討論內(nèi)反饋y yrere的影響。的影響。1. 1. 放大器的輸入導納和輸出導納放大器的輸入導納和輸出導納LYyyyyYoefereieisiefereoeoYyyyyYie0ireyYyoe0oreyYy 如果放大電路輸入端也接有諧振回路如果放大電路輸入端也接有諧振回路( (或前級放大器的或前級放大器的輸出諧振回路輸出諧振回路) )，那么輸入導納，那么輸入導納Y Yi i并聯(lián)在放大器輸入端回路后并聯(lián)在放大器輸入端回路后( (假定耦合方式是假定耦合方式是全部接入全部接入) )，2. 2. 自激振蕩的產(chǎn)生自激振蕩的產(chǎn)生 ( (以輸入導納的影響為例以輸入導納的影響為例) )Fieoefe

48、reieiYyYyyyyYLie1ie1iejCgyFFFjbgY 所謂所謂“諧振諧振”，就能量關系而言，是指：回路中儲存的能，就能量關系而言，是指：回路中儲存的能量是不變的，只是在電感與電容之間相互轉換；外加電動勢只量是不變的，只是在電感與電容之間相互轉換；外加電動勢只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩。提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩。 此時，如果此時，如果g= gs+ gie + gF 0，即整個回路的能量消耗為，即整個回路的能量消耗為零，回路中儲存的能量恒定，在零，回路中儲存的能量恒定，在電感與電容之間相互轉換，回路電感與電容之間相互轉換，回路中的等幅振蕩得以

49、維持，而不需中的等幅振蕩得以維持，而不需外加激勵。外加激勵。（自激振蕩）（自激振蕩） 如果反饋電導為負值，那么如果反饋電導為負值，那么g g= = g gs s+ +g gie1ie1+ +g gF F= 0 = 0 可能存在，即發(fā)生自可能存在，即發(fā)生自激振蕩現(xiàn)象。激振蕩現(xiàn)象。3.3.自激產(chǎn)生的原因自激產(chǎn)生的原因( (以輸入導納的影響為例以輸入導納的影響為例) )FFoerefeFjbgYyyyYL 此時，如果此時，如果g= gs+ gie + gF 0，即整個回路的能量消耗為，即整個回路的能量消耗為零，回路中儲存的能量恒定，在電感與電容之間相互轉換，回零，回路中儲存的能量恒定，在電感與電容之

50、間相互轉換，回路中的等幅振蕩得以維持，而不需外加激勵。路中的等幅振蕩得以維持，而不需外加激勵。 為了消除自激以及提高放大器的穩(wěn)定性，下面確定產(chǎn)生為了消除自激以及提高放大器的穩(wěn)定性，下面確定產(chǎn)生等幅自激振蕩的條件。等幅自激振蕩的條件。4. 4. 自激產(chǎn)生的條件自激產(chǎn)生的條件( (以輸入導納的影響為例以輸入導納的影響為例) ) oerefeiesisLYyyyyYYY等于回路諧振時，回路諧振時，g= gs+ gie + gF = 0= 01 refeoeiesyyYyyYL即分解為幅值和相位兩個條件分解為幅值和相位兩個條件1refeLoeiesyyYyyY幅值條件：n2refe21相位條件：; 1

51、jieSies1eyYyYY令; 2jLoeLoe2eYyYyYrefen221相位條件：不發(fā)生自激的條件不發(fā)生自激的條件，0)(jLoerefejiesLoerefeies2refe1eYyyyeyYYyyyyY1refeLoeiesyyYyyY幅值條件：0coscos 1Loerefe1iesFiesYyyyyYgggg回路諧振時，回路諧振時，g= gs+ gie + gF = 0回路諧振時，回路諧振時，g= gs+ gie + gF 04. 4. 自激產(chǎn)生的條件自激產(chǎn)生的條件( (以輸入導納的影響為例以輸入導納的影響為例) )1coscos121refeoeLiesrefeLoeiesy

52、yggggyyYyyYS或穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 如果如果S1，放大器可能產(chǎn)生自激振蕩；如果，放大器可能產(chǎn)生自激振蕩；如果S 1，放，放大器不會產(chǎn)生自激。大器不會產(chǎn)生自激。 S越大，放大器離開自激狀態(tài)就越遠，越大，放大器離開自激狀態(tài)就越遠，工作就越穩(wěn)定。工作就越穩(wěn)定。0coscos 1Loerefe1iesFiesYyyyyYgggg5. 5. 穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析LoeiesYyyY假設放大器輸入與輸出回路相同，假設放大器輸入與輸出回路相同，21; oeLiesggggg即(包括諧振回路包括諧振回路)refen221相位條件：yygggg2refeoeLiescosS2cosrefe2refe2y

53、ygreferefe2cos12yyg1coscos21refeoeLiesyyggggS5. 5. 穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析referefe2cos12yygS ; 0 , ,femfeT因此實際上：由于工作頻率gyff。，oreC90jy0rere0fe22SCyg;Afe0gyv;oeLiesggggg;gg re0fe02ACSyvre0fe21CySg增益和穩(wěn)定性為一對矛盾。增益和穩(wěn)定性為一對矛盾。105通常，選S考慮到全部接入，即考慮到全部接入，即p p1 1= = p p2 2=1=1re0fe22SCyg如前所述，由于晶體管內(nèi)存在如前所述，由于晶體管內(nèi)存在y yrere的反饋，所以

54、它是一個的反饋，所以它是一個“雙向元件雙向元件”。作為放大器工作時，。作為放大器工作時，y yrere的反饋作用可能引起放的反饋作用可能引起放大器工作的不穩(wěn)定。下面，討論如何消除大器工作的不穩(wěn)定。下面，討論如何消除y yrere的反饋，變的反饋，變“雙向雙向元件元件”為為“單向元件單向元件”。這個過程稱為單向化。這個過程稱為單向化。A AF FCberbbCbcrbcrbevbercegm vbeA AF F3.6.3克服自激的方法克服自激的方法單向化的方法有：單向化的方法有： 中和法中和法 消除消除y yrere的反饋的反饋 失配法失配法 使使G GL L或或g gs s的數(shù)值增大，因而使輸

55、入或輸出回路的數(shù)值增大，因而使輸入或輸出回路與晶體管失去匹配。與晶體管失去匹配。 中和法中和法: : 外加一個電容抵消正反饋電容的作用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；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。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)定性即以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性 電橋平衡時，電橋平衡時，CDCD兩端的回路電壓兩端的回路電壓 不會反映到不會反映到ABAB兩端兩端, , 即對應兩邊阻抗之比相等。即對應兩邊阻抗之比相等。(1) (1) 中和法：中

56、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。恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。 具體線路：具體線路： AL1L2BCbcCNVi+ B A Vi CN + Vo Cbc C D L1 L2 0VNCCLL11bc21cb21cb21NCNNCLLC 避免自激的最簡單做法是在回路兩端并接電阻，即增加損耗。避免自激的最簡單做法是在回路兩端并接電阻，即增加損耗。這就是這就是“失配法失配法”。不發(fā)生自激的條件不發(fā)生自激的條件，回路諧振時，回路諧振時，g= gs+ gie + gF 012re0fe2CygS(2)

57、失配法失配法 同理，如果把信號源導納同理，如果把信號源導納Ys取得比晶體管取得比晶體管yie大得多，那大得多，那么輸出導納么輸出導納 因此，所謂因此，所謂“失配失配”是指：信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入是指：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?？蛊ヅ洹?ccosIVIYsierefeoeYyyyyoey 如果把負載導納如果把負載導納YL取得比晶體管取得比晶體管yoe大得多，即大得多，即YL yoe ，那么輸入導納那么輸入導納ieyFieoefereieiYyYyyyyYL1refeLoeieSyyYy

58、yYS穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 可知，當可知，當Ys yie 和和YL yoe ，穩(wěn)定系數(shù)，穩(wěn)定系數(shù)S大大增加。大大增加。 但同時但同時 ，增益必須減小。實際上，增益隨，增益必須減小。實際上，增益隨gL增加而減小。增加而減小。re0fe02ACSyv2ie22oe121pfe21fe210gpgpgyppgyppAv 失配法以犧牲增益為代價換取穩(wěn)定性的提高。失配法以犧牲增益為代價換取穩(wěn)定性的提高。 典型電路典型電路ic1c1y yoeoey yieieieiyy )(oerefereryyyyyfefyy re0yy復合管復合管y參數(shù)公式：參數(shù)公式： 3. 中和法與失配法比較中和法與失配法比較 中和法

59、：中和法： 優(yōu)點：簡單，增益高優(yōu)點：簡單，增益高 缺點：缺點： 只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶 因為晶體管離散性大，實際調整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。因為晶體管離散性大，實際調整麻煩，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。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：失配法： 優(yōu)點：優(yōu)點： 性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；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；頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作； 生產(chǎn)過程中無需調整，適于大量生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中無需調整，適于

60、大量生產(chǎn)。 缺點：增益低。缺點：增益低。下圖表示國產(chǎn)某調幅通信機接收部分所采用的二級中頻放大器下圖表示國產(chǎn)某調幅通信機接收部分所采用的二級中頻放大器電路。電路。 輸入 C3 0.047F 3AG22 680 T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k C4 0.047F C5 0.047F R7 150 R11 10k C6 0.047F R12 2.7k C9 0.047F 3AG22 T2 C7 560pF C8 560pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 C10 0.047F 0.047F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18