高頻電子線路Class06

1、高頻電子線路王軍王軍汕頭大學(xué)電子工程系2.5 非非 線線 性性 失失 真真 表征非線性失真的參數(shù)很多，如諧波失真系數(shù)、交(互)調(diào)抑制度、壓縮電平、三階截點(diǎn)和動(dòng)態(tài)范圍等。非線性失真與有源器件固有的非線性特性有關(guān)，也與電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入信號(hào)、干擾的大小、數(shù)量和頻率有關(guān)。有源器件固有的非線性特性通?？捎脙缂?jí)數(shù)來描述。線性失真線性失真: 不產(chǎn)生新的頻譜成份,而只是對(duì)各個(gè)頻率分量的放大倍數(shù)不一樣,或?qū)Ω鱾€(gè)頻率成分時(shí)間延遲(群時(shí)延)不一樣造成的錯(cuò)位.非線性失真非線性失真: 會(huì)產(chǎn)生與輸入信號(hào)不一樣的頻率成分的信號(hào)譜分量.2.5.1 非線性失真產(chǎn)生的機(jī)理非線性失真產(chǎn)生的機(jī)理器件或部件產(chǎn)生的非線性失真主要表

2、現(xiàn)在增益壓縮、諧波失真、阻塞干擾、交(叉)調(diào)(制)和互(相)調(diào)(制)干擾等方面，它們產(chǎn)生的機(jī)理不盡相同。230123( ).,if xaa xa xa xxC 是連續(xù)函數(shù)空間的一組平凡基1. 增益壓縮增益壓縮包含有源器件的高頻電路的非線性特性可用冪級(jí)數(shù)展開為 (2-90)式中，uo為輸出信號(hào)，ui為輸入信號(hào)，ai(i=0，1，2，3，)為與非線性特性和靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)的系數(shù)。一般情況下，i越大，ai越小。若輸入信號(hào)ui=U cost，則 (2-91)3i32i210oiuauauaautUatUatUaau33322210ocoscoscos展開后忽略三次方以上項(xiàng)，有(2-92)式中，第一項(xiàng)為直

3、流項(xiàng)，影響靜態(tài)工作點(diǎn)； 第二項(xiàng)為對(duì)輸入信號(hào)(基波信號(hào))產(chǎn)生的輸出，其幅度為 (2-93)基波增益出現(xiàn)了與輸入信號(hào)幅度有關(guān)的失真項(xiàng)。其中系數(shù)a1表示小信號(hào)增益，系數(shù)a3(通常為負(fù)值或與a1的符號(hào)相反)使增益產(chǎn)生了壓縮。增益壓縮用線性增益的分?jǐn)?shù)表示為 (2-94)3232o0123323cos24cosc23os24auaUaUa UtaaUtUt311343UaUaU23111314aUaUaUa 書本上有錯(cuò)書本上有錯(cuò)01011230123201201,.ooooooooIn the linear caseUaa xUUaaxxsoUaxIn the nonlinear caseuaa xa x

4、a xuuaaxxaxxsoUaax 通常用1 dB(功率)壓縮點(diǎn)(=0.891)來度量，它是指實(shí)際輸出響應(yīng)與其線性響應(yīng)的延長(zhǎng)線在輸出功率差 1 dB 時(shí)的輸入功率電平Pin-1dB，如圖2-45 所示。對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸出響應(yīng)為輸出 1 dB 壓縮點(diǎn)Pout1 dB，且有Pout1 dB=Pin-1 dB+KP(dB)1 dB (2-95)1 dB 壓縮點(diǎn)是定量描述電路在大信號(hào)輸入時(shí)的失真特性，我們總是希望電路工作在線性范圍內(nèi)的，所以輸入一般以1 dB 壓縮點(diǎn)為上限。1 dB壓縮點(diǎn)通常在以下情況下發(fā)生: (2-96)31381.0aaU Pout1 dB-Pin-1 dB對(duì)數(shù)坐標(biāo)相減,在正常坐標(biāo)下

5、剛好相除2322131103130.05131331311325.8913410log() 10log()12220log134101.10.89223434250.38|11aaUa Ua UdBRRaUdBaUa UaUaUa UaUa UaUaUaa圖 2-45 1dB壓縮點(diǎn)實(shí)際輸出功率放大倍數(shù)較理想輸出功率放大倍數(shù)下降1dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的電平為1dB壓縮電平由此可見，1 dB壓縮點(diǎn)與器件的類型、特性和靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。改善增益壓縮特性的方法就是選擇a1大而a3小的有源器件，并設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。為什么跟靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)為什么跟靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)?冪級(jí)數(shù)展開冪級(jí)數(shù)展開相當(dāng)于針對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行相當(dāng)于

6、針對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開，各個(gè)系數(shù)是靜態(tài)工作點(diǎn)函泰勒級(jí)數(shù)展開，各個(gè)系數(shù)是靜態(tài)工作點(diǎn)函數(shù)。數(shù)。2. 諧波失真諧波失真在式(2-92)中，第三項(xiàng)和第四項(xiàng)分別是輸入基帶信號(hào)的二次諧波和三次諧波， 它們的幅度相對(duì)于基波幅度的比值分別稱為二次諧波失真系數(shù)和三次諧波失真系數(shù)。實(shí)際上還有更高次的諧波失真，這取決于器件非線性特性的高次方項(xiàng)。全部諧波的有效值與基波幅度之比稱為全諧波失真系數(shù)，記為THD(Total Harmonic Distortion)。一般地，基波分量由各奇次方項(xiàng)產(chǎn)生，二次諧波由二次及二次以上的偶次方項(xiàng)產(chǎn)生，三次諧波由三次及三次以上的奇次方項(xiàng)產(chǎn)生。i次諧波的幅度正比于ai和Ui，當(dāng)輸入

7、信號(hào)幅度U較小時(shí)，可以忽略高次諧波。對(duì)于高頻放大器，由于諧波頻率通常離基波頻率較遠(yuǎn)，較易濾除，因此影響不大。但對(duì)于混頻器，由于輸入信號(hào)多，諧波的組合頻率更多，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生多種干擾。由三角函數(shù)積化和差由三角函數(shù)積化和差, ,很容易發(fā)現(xiàn)這個(gè)規(guī)律很容易發(fā)現(xiàn)這個(gè)規(guī)律3. 阻塞干擾阻塞干擾對(duì)于式(2-90)的非線性特性，若輸入信號(hào)ui=U1 cos1t+U2 cos2t，則輸出為322113222112221110o)coscos( )coscos( )coscos(tUtUatUtUatUtUaau書本有錯(cuò)忽略三次方以上項(xiàng)，將上式展開并整理后有ttUUattUUattUUatUUaUaUatUUaUaU

8、aUUaau)2cos()2cos(43 )2cos()2cos(43 )cos()cos( cos2343 cos2343 )(21212221321212213212121222213323211221331311222120o（2-97）如果有用信號(hào)1為弱信號(hào)，干擾信號(hào)2為強(qiáng)信號(hào)，即U1U2，則輸出有用信號(hào)的基波分量近似為 。由于a3為負(fù)值或與a1的符號(hào)相反，因此，隨著干擾信號(hào)的增大有用信號(hào)的基波分量逐漸變小，甚至為零，這就稱為阻塞。tUUaUa1221311cos2321222313121233222UUa UaUUU U4. 交叉調(diào)制交叉調(diào)制在式(2-97)中，如果有用信號(hào)1為弱信號(hào)

9、，干擾信號(hào)2為具有振幅調(diào)制的強(qiáng)干擾信號(hào)，則輸出有用信號(hào)的基波分量包含有干擾信號(hào)的幅度變化，或者說，干擾信號(hào)的幅度調(diào)制信息轉(zhuǎn)移到了有用信號(hào)的幅度上，這就是交叉調(diào)制，它主要由非線性器件的三次方項(xiàng)產(chǎn)生。 相當(dāng)于干擾對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行了幅度調(diào)制5. 互相調(diào)制互相調(diào)制:書本上說的不明不白的書本上說的不明不白的在式(2-97)中，最后兩行各項(xiàng)是由兩個(gè)輸入信號(hào)的相互調(diào)制引起的，稱為互相調(diào)制失真。由于它們由三次方項(xiàng)產(chǎn)生，因此稱為三階互調(diào)。三階互調(diào)是難以消除和控制的干擾。實(shí)際上也存在二階、五階和更高階(奇數(shù))的互相調(diào)制失真，只不過它們幅度較小或容易消除而已。用來衡量互調(diào)失真程度的參數(shù)主要是互調(diào)失真比IMR(其倒數(shù)為

10、互調(diào)抑制度)和三階互調(diào)截點(diǎn)IP3(Third order Intercept Point)。分析三階互調(diào)時(shí)通常用等幅雙頻法，即兩個(gè)干擾信號(hào)1和2的幅度相等。設(shè)U1=U2=U，則互調(diào)失真比IMR為 (2-98)2o33o113IMR4UaUUa猜想猜想1：從公式：從公式(2-92)來的，來的，原因是互相調(diào)制取決于三階原因是互相調(diào)制取決于三階項(xiàng)項(xiàng)三階互調(diào)截點(diǎn)IP3定義為三階互調(diào)功率達(dá)到和基波功率相等的點(diǎn)，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入功率表示為IIP3，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出功率表示為OIP3，如圖 2-46 所示。三階互調(diào)截點(diǎn)IP3對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)幅度為(2-99)與1 dB壓縮點(diǎn)相比，有即三階互調(diào)截點(diǎn)電平比1 dB壓縮

11、點(diǎn)電平高約10 dB。31IP343aaU)dB(6 .9145.03/43IPUU2323133113334223443IPa UaURRa UaUaUa圖 2-46 三階互調(diào)截點(diǎn)多級(jí)非線性級(jí)聯(lián)后三階互調(diào)失真可用下式描述: (2-100)式中，(IIP3)i和KUi分別是各級(jí)的三階互調(diào)截點(diǎn)輸入功率和電壓增益。三階互調(diào)截點(diǎn)越高(值越大)，則帶內(nèi)強(qiáng)信號(hào)互調(diào)產(chǎn)生的雜散響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響就越小。然而，高三階互調(diào)截點(diǎn)與低噪聲系數(shù)是一對(duì)矛盾，因此，在對(duì)接收機(jī)線性度和噪聲系數(shù)均有要求時(shí)，接收機(jī)設(shè)計(jì)必須在這兩個(gè)指標(biāo)間作折中考慮。332U2U12321U133)IIP()()IIP()IIP(1IIP1KKK參

12、見公式（2-88）和靈敏度公式可知，希望靈敏度大，則要噪聲系數(shù)小，則希望增益要大，這樣后級(jí)的噪聲影響小，而由公式（2-100）可知，增益過大則IIP3就小，動(dòng)態(tài)范圍就小，雜散影響就大。422oossisFisFooSSER SR N NkTBR NNN2.5.2 非線性失真與動(dòng)態(tài)范圍非線性失真與動(dòng)態(tài)范圍由于信號(hào)的衰落或設(shè)備的移動(dòng)，接收機(jī)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度是變化的。接收機(jī)能正常工作(能夠檢測(cè)到并解調(diào))所承受的信號(hào)變化范圍稱為動(dòng)態(tài)范圍DR(Dynamic Range)。動(dòng)態(tài)范圍決定通信系統(tǒng)的有效性，其下限是接收機(jī)的靈敏度或MDS，而上限由最大可接受的非線性失真決定。通常用三階互調(diào)截點(diǎn)和1 dB壓縮

13、點(diǎn)來表征系統(tǒng)的線性度和動(dòng)態(tài)范圍。把 1 dB壓縮點(diǎn)的輸入信號(hào)電平與靈敏度(或MDS)之比定義為線性動(dòng)態(tài)范圍，用 dB表示為DR(dB)=pindB MDS (2-101)線性動(dòng)態(tài)范圍常用于功率放大器中。無雜散無雜散(Spurious Free )響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍SFDR的定義的定義是是: 在系在系統(tǒng)輸入端外加等幅雙音信號(hào)的情況下，接收機(jī)輸入信號(hào)從超過統(tǒng)輸入端外加等幅雙音信號(hào)的情況下，接收機(jī)輸入信號(hào)從超過基底噪聲基底噪聲3 dB處到?jīng)]有產(chǎn)生三階互調(diào)雜散響應(yīng)點(diǎn)處之間的功率處到?jīng)]有產(chǎn)生三階互調(diào)雜散響應(yīng)點(diǎn)處之間的功率動(dòng)態(tài)范圍。其下限是動(dòng)態(tài)范圍。其下限是MDS，而上限是，而上限是指當(dāng)接收機(jī)輸入端

14、所加的指當(dāng)接收機(jī)輸入端所加的等幅雙音信號(hào)在輸出端產(chǎn)生的三階互調(diào)分量折合到輸入端恰好等幅雙音信號(hào)在輸出端產(chǎn)生的三階互調(diào)分量折合到輸入端恰好等于最小可檢測(cè)信號(hào)功率值時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入端的等幅雙音信號(hào)等于最小可檢測(cè)信號(hào)功率值時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入端的等幅雙音信號(hào)的功率值的功率值。用。用dB表示為表示為(2-102)lg10dBm171IIP(32 )IIP(32)dB(SFDRF33NBMDS可見SFDR直接正比于三階互調(diào)截點(diǎn)電平IIP3，反比于噪聲系數(shù)和中頻帶寬，也就是說，噪聲系數(shù)越低，中頻帶寬越窄，三階互調(diào)截點(diǎn)電平越高，則接收機(jī)無雜散動(dòng)態(tài)范圍就越大。無雜散響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍常用于低噪聲放大器(LNA)、混頻器或整

15、個(gè)接收機(jī)中。2.5.3 改善非線性失真的措施改善非線性失真的措施1. 放大器的線性化技術(shù)除了傳統(tǒng)的負(fù)反饋法外，現(xiàn)在常用的改善放大器非線性的方法大體上分為兩類: 一類是增大放大器的線性區(qū)，如功率回退； 另一類是抵消法，如前饋法和預(yù)失真法等。(1) 功率回退法。簡(jiǎn)單地說，功率回退法就是把功率較大的管子用作小功率管，通常是將功率放大器的輸入功率從 1 dB壓縮點(diǎn)向后回退510 dB(輸入電平變化的最大幅度為0.560.75倍的-1dB壓縮點(diǎn)電平)，使之工作在遠(yuǎn)小于1 dB壓縮點(diǎn)的電平上，遠(yuǎn)離飽和區(qū)，進(jìn)入線性區(qū)，從而改善功放的三階交調(diào)或互調(diào)失真。一般情況下，當(dāng)基波功率降低1 dB，三階交調(diào)改善2 dB

16、。功率回退法簡(jiǎn)單易行，不需任何附加設(shè)備，但效率較低。常用的方法是2倍和4倍功率倍增技術(shù)。(2) 前饋法。前饋法如圖 2-47所示，它有兩套完全相同的放大器和延時(shí)線，其誤差信號(hào)不是在同一個(gè)環(huán)路中抵消掉，而是在一個(gè)輔助環(huán)路中將失真信號(hào)抵消掉。因此，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增益、相位調(diào)整困難，硬件實(shí)現(xiàn)成本高。對(duì)于線性度要求較高的系統(tǒng)，必須加自適應(yīng)電路才能滿足要求。傳統(tǒng)的負(fù)反饋法會(huì)造成放大器固有的群時(shí)延，前饋法有許多潛在的優(yōu)點(diǎn)，如:它可以大大改善功放的線性度； 在工作頻帶的帶寬內(nèi)，它不損失器件的增益帶寬； 第二個(gè)輔助放大器僅處理誤差信號(hào)，因此它是低功率和低噪聲的放大器，使系統(tǒng)的總噪聲性能得到改善； 它是無條

17、件穩(wěn)定的電路。只有前向通路，系統(tǒng)只會(huì)增加零點(diǎn)，而不會(huì)改變?cè)邢到y(tǒng)的極點(diǎn)，如果原有系統(tǒng)沒有只有前向通路，系統(tǒng)只會(huì)增加零點(diǎn)，而不會(huì)改變?cè)邢到y(tǒng)的極點(diǎn)，如果原有系統(tǒng)沒有極點(diǎn)的話，就不會(huì)有極點(diǎn)，系統(tǒng)肯定是穩(wěn)定的。這就是為什么極點(diǎn)的話，就不會(huì)有極點(diǎn)，系統(tǒng)肯定是穩(wěn)定的。這就是為什么FIR濾波器用的比較多濾波器用的比較多的原因（如自適應(yīng)濾波器一般都用的原因（如自適應(yīng)濾波器一般都用FIR濾波器濾波器) (3) 預(yù)失真法預(yù)失真法。在放大器之前加了一個(gè)預(yù)失真器，需要放大的信號(hào)通過一個(gè)非線性系統(tǒng)(其特性是放大器特性的逆特性) ，如果這兩個(gè)非線性互為逆，那么整個(gè)系統(tǒng)將是線性的。 預(yù)失真是補(bǔ)償放大器非線性失真最好的方法

18、之一，使用這種技術(shù)，在功率放大器輸入端采用反失真來抵消功率放大器的非線性失真。如果設(shè)計(jì)這種反失真特性隨放大器的輸出功率變化而變化，那么調(diào)節(jié)這種失真就可以補(bǔ)償由溫度、電源電壓、管子老化等引起工作點(diǎn)變化造成系統(tǒng)性能的下降。11( )K f2( )K fxKx預(yù)失真方法在傳感器的非線性校正等應(yīng)用中經(jīng)常用到預(yù)失真方法在傳感器的非線性校正等應(yīng)用中經(jīng)常用到, ,不僅僅用在我們這里不僅僅用在我們這里對(duì)數(shù)反對(duì)數(shù)（指數(shù)）例如：預(yù)失真技術(shù)包括射頻預(yù)失真、中頻預(yù)失真和基帶預(yù)失真三種基本方法。射頻預(yù)失真方法是采用模擬信號(hào)處理方射頻預(yù)失真方法是采用模擬信號(hào)處理方式進(jìn)行預(yù)失真，式進(jìn)行預(yù)失真，它很難做到自適應(yīng)它很難做到自適

19、應(yīng)； 由于高頻電路的溫度漂移、電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且制造成本高等因素，因此，預(yù)失真預(yù)失真一般放在基帶或中頻電路中進(jìn)行一般放在基帶或中頻電路中進(jìn)行。這就是為什么現(xiàn)在一提到這就是為什么現(xiàn)在一提到“自適應(yīng)自適應(yīng)”基本都是數(shù)字的方法?；径际菙?shù)字的方法。也是你們將來為什么要學(xué)習(xí)也是你們將來為什么要學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理課程的課程的原原因之一。因之一。2. 提高接收機(jī)線性度的措施提高接收機(jī)線性度的措施接收系統(tǒng)是由放大器、濾波器及混頻器等多級(jí)模塊構(gòu)成的，每一級(jí)模塊都在一定程度上存在著非線性失真。接收系統(tǒng)的非線性失真一般用三階互調(diào)截點(diǎn)來描述，因此，提高接收系統(tǒng)的線性度主要就是提高接收系統(tǒng)的三階截點(diǎn)。接收系統(tǒng)的

20、三階截點(diǎn)與各級(jí)模塊的三階截點(diǎn)、增益以及選擇性等指標(biāo)間存在一定的制約關(guān)系?？梢宰C明，級(jí)聯(lián)的兩級(jí)模塊所產(chǎn)生的三階互調(diào)分量是同相的。由此可以推出接收系統(tǒng)三階互調(diào)截點(diǎn)與各級(jí)模塊的三階截點(diǎn)、增益以及選擇性等指標(biāo)間的關(guān)系為(2-103)式中，IIP3和(IIP3)i為接收機(jī)和各級(jí)模塊的三階互調(diào)截點(diǎn)，Kpi、Li和Si分別為各級(jí)模塊的功率增益、濾波器的插入損耗和帶外衰減。2/3213321P2P12/31231P1133)()IIP()/()IIP(/)IIP(1IIP1SSLLKKSLK由此可知，接收系統(tǒng)的帶外三階互調(diào)截點(diǎn)除了受各級(jí)三階互調(diào)截點(diǎn)以及各級(jí)增益的影響外，還受接收機(jī)各級(jí)選擇性的影響。這樣，就可以

21、通過提高接收機(jī)的選擇性來提高整個(gè)接收系統(tǒng)的帶外三階互調(diào)截點(diǎn)。在接收機(jī)選擇性好的前提下，整個(gè)系統(tǒng)的帶外三階互調(diào)截點(diǎn)主要由第一級(jí)來決定。因此，要盡量提高接收機(jī)前級(jí)尤其是第一級(jí)的選擇性。對(duì)于帶內(nèi)情況，上式可退化為式(2-98)。由此可知，帶內(nèi)三階互調(diào)截點(diǎn)不受接收機(jī)選擇性的影響，并且越往后級(jí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)三階互調(diào)截點(diǎn)的影響越大。因此，要改善接收機(jī)的帶內(nèi)三階互調(diào)截點(diǎn)，必須提高后面各級(jí)模塊的三階互調(diào)截點(diǎn)。在各級(jí)模塊三階互調(diào)截點(diǎn)及選擇性一定的情況下，還可以通過適當(dāng)?shù)匕才鸥骷?jí)的增益來提高接收系統(tǒng)的三階互調(diào)截點(diǎn)。2o33o113IMR4UaUUa第第3章高頻諧振放大器章高頻諧振放大器3.1 高頻小信號(hào)放大器高頻小

22、信號(hào)放大器 3.2 高頻功率放大器的原理和特性高頻功率放大器的原理和特性 3.3 高頻功率放大器的高頻效應(yīng)高頻功率放大器的高頻效應(yīng) 3.4 高頻功率放大器的實(shí)際線路高頻功率放大器的實(shí)際線路 3.5 高效功放與功率合成高效功放與功率合成 3.6 高頻集成功率放大器簡(jiǎn)介高頻集成功率放大器簡(jiǎn)介 本章計(jì)劃教學(xué)學(xué)時(shí)：本章計(jì)劃教學(xué)學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)3.1 高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)諧振放大器的功用就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)，以便作進(jìn)一步的變換和處理。這里所說的“小信號(hào)”，主要是強(qiáng)調(diào)輸入信號(hào)電平較低，放大器工作在它的線性范圍。通信發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)通過信道傳輸會(huì)被大大地衰減,從而接收機(jī)

23、天線等感應(yīng)到的電信號(hào)往往是很弱的,必須對(duì)它先進(jìn)行放大,然后才能對(duì)它進(jìn)行后續(xù)的混頻、中頻放大等變換。天線所感應(yīng)得到的電信號(hào)一般在微伏/微安數(shù)量級(jí)，是很小的。可以用小信號(hào)模型可以用小信號(hào)模型/解析法分析它解析法分析它高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)： 高頻放大器是頻帶放大器，有窄帶和寬帶之分。作為窄帶放大器，一般用各種選頻電路作負(fù)載，兼具阻抗變換和選頻濾波的功能，但作為寬帶放大器時(shí)，一般用高頻變壓器或傳輸變壓器做負(fù)載。 高頻小信號(hào)諧振放大器的功用就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)。 對(duì)高頻小信號(hào)放大器的主要性能要求： （1）增益高但一般單級(jí)高頻放大器的放大倍數(shù)比低頻放大器要低 （2）

24、頻帶選擇性好 （3）穩(wěn)定性高 （4）噪音系數(shù)小直接影響接收機(jī)靈敏度、動(dòng)態(tài)工作范 圍帶通濾波形式，通帶是由負(fù)載確定的，晶體管本身構(gòu)成的是一個(gè)寬帶放大器在低頻時(shí)只有運(yùn)放通過外部電路接成反饋應(yīng)用時(shí)我們才考慮穩(wěn)定性問題,其內(nèi)部反饋太弱往往不考慮.而在高頻的時(shí),內(nèi)部分布參數(shù)使得運(yùn)放內(nèi)部就有反饋,需要考慮穩(wěn)定性問題3.1.1 高頻小信號(hào)諧振放大器的工作原理高頻小信號(hào)諧振放大器的工作原理 圖3 -1(a)是一典型的高頻小信號(hào)諧振放大器的實(shí)際線路。圖3-1(b)是它的交流等效電路。 Rb1和Rb2是偏置電阻，使其工作在線性區(qū)，Re是直流負(fù)反饋，Ce、Cb是旁路電容。集電極采用帶抽頭的并聯(lián)回路做負(fù)載，并通過變壓

25、器耦合與輸出負(fù)載RL相連。(均有阻抗變換作用) 輸入信號(hào)經(jīng)輸入變壓器耦合到晶體管的基極，信號(hào)被放大，由于LC回路的選頻作用，只有諧振時(shí)放大器才有增益，其余偏離諧振頻率的信號(hào)被抑制掉了。 調(diào)整抽頭位置，可以改變?cè)鲆?，完成阻抗匹?Why?)回憶抽頭電路阻抗形式：220012Tp RZp Zj Q RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5RL2LC5V(b)431 圖 3 -1 高頻小信號(hào)諧振放大器 (a) 實(shí)際線路; (b) 交流等效電路 回顧：該電路直流通路怎么樣？是不是發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏？ 工作在線性放大區(qū)可以用小信號(hào)分析方法分析3.1.2 放大器性能分析放大器性能分析 1 晶體

26、管的高頻等效電路 圖3- 2(a)是晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)的混等效電路rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C,()()bbbebcrCCCC是晶體管基區(qū)電阻，一般幾十是發(fā)射結(jié)電容，它影響晶體高管的高頻特性頻特性集電結(jié)電容，影響以及放大器的穩(wěn)定性。圖 3 -2(a)晶體三極管混等效電路由于存在電路組件跨接在輸入輸出回路之間使得直接用型參數(shù)模型分析電路不方便,雖然根據(jù)我們也可以分析,但比較麻煩,所以一般轉(zhuǎn)換為其他參數(shù)模型分析圖3- 2(b)是晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)的Y參數(shù)等效電路Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce. 圖 3 -2 (b)晶體三極管Y參數(shù)等效電路

27、bcbbiereierebfeoebcccfeoecIY UY UYYIUYYIY UY UIU 由圖3-2(b)可以得到晶體管Y參數(shù)等效電路的Y參數(shù)方程,可以按照Y參數(shù)的定義直接從混電路中求出每個(gè)導(dǎo)納參數(shù)。（3-1）Y參數(shù)方程為：Y參數(shù)和混和參數(shù)和混和參數(shù)的關(guān)系參數(shù)的關(guān)系00001111cbfecrebbieieieUbcoeoeoeUcjcfefeUbbbbmbbmbbbbbjbrereUcIYgj CUIYgj CUIj Cj C rj C r gj Cj C rgj CYYeUIYYrj Cj C reU輸入導(dǎo)納輸出導(dǎo)納轉(zhuǎn)移導(dǎo)納轉(zhuǎn)移導(dǎo)納可以看出，這四個(gè)參數(shù)都是復(fù)數(shù)。此外,這些參數(shù)跟靜態(tài)

28、工作點(diǎn)(因?yàn)殡娮璺植茧娙荽笮∨c靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān))/頻率(每個(gè)參數(shù)都是頻率的函數(shù))等有關(guān),當(dāng)窄帶工作時(shí),Y參數(shù)變化不大,可以認(rèn)為在f=中心頻率/載頻處的Y值(認(rèn)為是固定值).（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）體現(xiàn)了輸入對(duì)輸出的影響，我們希望這種影響越大越好體現(xiàn)了輸入對(duì)輸出的影響，我們希望這種影響越大越好體現(xiàn)了輸出對(duì)輸入的反作用2 單調(diào)諧單調(diào)諧放大器的性能參數(shù)放大器的性能參數(shù) 忽略管子內(nèi)部的反饋, 即令Yre =0, 畫出圖3-1的Y參數(shù)高頻等效電路如由圖3 -3，并得到得bSSbcLcIIY UIY U 圖3 -3 高頻小信號(hào)放大器的高頻等效電路 （3-6）13_oU p2p1YLYL信號(hào)傳

29、遞單向化信號(hào)傳遞單向化(1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)KfebfeccLbLfeoeLbY UYUKY UYYYYU 01LLggR 電感是回路的固有諧振電導(dǎo)()阻 ，內(nèi)是負(fù)載。22021222102111oeoeLLLoeLLYj Cjgp gpLYYYpj Cjgp gpLgj C （3-7）（3-8）3123111212211()feoocbcbLfefeoeLYUUUUKpUUUUpYp p Yp p Yp YYY 221022221120212201211()oeLoeoeLoeoeLYGBYp Yj Cjgp gLjp CCp gp ggGjBLGjBCCp CGggLCp gp

30、是的總的導(dǎo)納，它包括電導(dǎo)和電納，即：顯然，回路總電容回路兩端為總電導(dǎo)為222222101,ieioeoeeCCp CGpgpp ggC如果下級(jí)也是放大器，則必須也要把下級(jí)的輸入電容也折算到回路兩端。如果負(fù)載是同樣的晶體管放大器，那么回路的總電容和總電導(dǎo)為：可見，晶體管的輸出電容和負(fù)載電容影響諧振頻率，而goe和gL影響回路的品質(zhì)因數(shù)和電壓增益。K0是諧振時(shí)放大器的增益，它的大小為：120|fep pYKG（3-10）121201212001()(12)(1)1(12)fefeLfefeLp p Yp p YKGjCGj QLp p Yp p YKfGjjGj Qf （3-9）從而得到電壓放大倍

31、數(shù)為從上面的分析可以看到，由于Yfe也是一個(gè)復(fù)數(shù)，因此放大器嚴(yán)格說不是180度倒相。如果要求放大器諧振時(shí)的增益，關(guān)鍵是求出LC回路兩端的總電導(dǎo)。ferebbiecreiiebboeLY YIU YU YYYUUYY 0()ScoefebferecrefecoIoeoecsiecsiecU YY UY Y UY YIYYYUYYUYYU (2) 輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納Yi(3) 輸出導(dǎo)納輸出導(dǎo)納Yo（3-11）（3-12）fiiniieYidi反饋的存在使得等效的輸入阻抗發(fā)生變化；若為負(fù)反饋，同樣的iin激勵(lì)下產(chǎn)生的Ub減小，即等效為輸入阻抗變小，也就是等效的導(dǎo)納變大；若為正反饋，同樣的iin激勵(lì)下產(chǎn)

32、生的Ub增加，即等效為輸入阻抗變大，也就是等效的導(dǎo)納變??；(4) 通頻帶通頻帶B 0.707與矩形系數(shù)與矩形系數(shù)Kr 0.1 000000.70.111,2191.95LLrfLCLCCQGLGfCGLBQK 諧振頻率品質(zhì)因數(shù)頻帶寬度矩形系數(shù)（3-13）（3-14）（3-15）（3-16）例例3-1 例3-1圖 是一個(gè)高頻小信號(hào)放大器，已知晶體管的Yre=0，Yoe=0，Yfe=60 mS,接入系數(shù)P1=0.8,P2=0.5,RL=2k，C1=200pF, f0=100MHz,Q0=80，求放大器的有載品質(zhì)因數(shù)QL，諧振時(shí)的電壓增益K0、電感L1的值和頻帶寬度各是多少？123456ABCD65

33、4321DCBATitleNum berR evisionSizeBDate:4-Dec-2003 Sheet of File:D:m y circuitsM yDesign1.ddbDrawn B y:T1 R 1 R2 Re2 Re1 R3 R4 Tr 1:1Ce Cb C2 C1 Cb Ce L1 L2 T2 +_Uo(t)+_EcP2P1圖-1 T R 1 R2 Re1 RL Tr 1:1Ce Cb C1 L1 L2 Ui(t)+_Uo(t)+_EcP1圖-2 P2MCbCe C1 ReR2R1LN3N2N1Tr1 1:1+_+_Uo(t)EcR DC Ui(t)圖-3Ec例3-1圖解

34、：122621201110.01268(2)43.14100 10200 10LHfC （）612301002100 10200 10125.6 101.578080CgmSQ 20211.570.25 0.51.695LGgpmSR 7410695. 1410695. 1102102310810 GCQLMHzQfBGYppKLfe351.1741002.1410695.110605.08.0|07.033210 0oeY 3. 雙調(diào)諧放大器性能參數(shù)雙調(diào)諧放大器性能參數(shù) oU圖 3-4 雙調(diào)諧放大器原理圖忽略基極偏置電阻和晶體管的Yre，畫出圖3-9的高頻等效電路圖3-5 雙調(diào)諧放大器等效電

35、路 設(shè)電路工作在最佳全諧振狀態(tài)，初級(jí)與次級(jí)參數(shù)完全相同，即：p p1 1p p2 2ieYCI 121201020221122220111022200120,1211oeieoeieLLLCCCLLLgggCCp CCp CGgp ggp gfLCCCQQQGLGGL 則：（1）諧振頻率（2）每個(gè)回路的固有品質(zhì)因數(shù)（3-17）（3-18）（3）電壓增益）電壓增益6421226412022(1)22(2)2(2)2ooccfebccbfeUUUIIjAKpp YUUIIUAjGjp p YKGjj 諧振時(shí)的電壓增益為：諧振時(shí)的電壓增益為： GYppKGYpjpKfefe2|,2210210（3-

36、19）（3-20）120222(2)2(2)2fejp p YKKGjj 在臨界耦合時(shí)，在臨界耦合時(shí)，A=100.70.740|21,22|24LfKBfKQ 得：（4）頻帶寬度和選擇性：）頻帶寬度和選擇性： 雙調(diào)諧放大器的頻帶寬度和選擇性就是耦合諧振回路的同樣的結(jié)果，即：（3-21）10040.10.140140.10.10.7|21,23964.46|1043963.152LLrffKBfKQQBKB 得：Thank You!Thank You!rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C11111|()1()11()iebbb ebbb eb ebbb ebbb ebbb ebbbbb eYrrrrj Cj CjCCrjCCrrrrj Cr rj C rjCCrrrbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C1111/(|)11/(|)1111(|)b eb bb emb eb emb bb ecb eb eb bb eIUrrj CIg UIUgrrj CUUIUj Cj Crrj C11/(|)111(|)1mb bb eoececcb bb embbbbgrrj CIIYYUUj Crrj Cg jrj Cj C rC1IIrbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)CIC11|Cmb eb