第2章 高頻小信號放大器

1、高頻電路高頻電路第二章第二章 高頻小信號放大器高頻小信號放大器本章重點：本章重點： 高頻小信號放大器的工作原理及性高頻小信號放大器的工作原理及性能指標計算。能指標計算。高頻電路高頻電路 2.1 2.1 概述概述問題：問題：接收的信號弱，有干擾信號。接收的信號弱，有干擾信號。解決方法：解決方法：高頻高頻小信號小信號調(diào)諧調(diào)諧放大器放大器作用：作用：將微弱的高頻信號進行不失真的放大，并將微弱的高頻信號進行不失真的放大，并濾除不需要的噪聲和干擾信號。濾除不需要的噪聲和干擾信號。2.2混混頻頻中頻中頻放大放大檢檢 波波 低頻電低頻電壓放大壓放大低頻功低頻功率放大率放大本機本機振蕩振蕩高頻小信高頻小信號調(diào)

2、諧放號調(diào)諧放大器大器超外差接收機組成方框圖高頻電路高頻電路n主要要求主要要求n1 、增益要高；、增益要高；n2 、應具有一定的選頻功能；、應具有一定的選頻功能；n3、噪聲小；、噪聲??；n4、放大器輸入端與天線等實現(xiàn)阻抗匹配，以、放大器輸入端與天線等實現(xiàn)阻抗匹配，以達到功率最大傳輸。達到功率最大傳輸。高頻電路高頻電路 高頻小信號調(diào)諧放大器的主要質(zhì)量指高頻小信號調(diào)諧放大器的主要質(zhì)量指標標1 1、增益、增益（1 1） 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) oiVAV 或或 電壓增益電壓增益 20lg20lgdBoiVAV（2 2）功率放大倍數(shù)）功率放大倍數(shù) opipAp或或 功率增益功率增益 10lg10lgo

3、pipAdBp高頻電路高頻電路，而在其它頻率處增益減小，而在其它頻率處增益減小，處及帶寬處及帶寬0fA對高頻小信號放大器的要求是在中心頻率對高頻小信號放大器的要求是在中心頻率內(nèi)，有足夠大的電壓增益內(nèi)，有足夠大的電壓增益如圖如圖2.1.12.1.1所示。所示。圖2.1.1 調(diào)諧放大器電壓增益的頻率特性曲線高頻電路高頻電路2 2通頻帶通頻帶0.7BW 通頻帶也稱為通頻帶也稱為3dB3dB帶寬：指放大電路的電壓增益下降帶寬：指放大電路的電壓增益下降到最大值的到最大值的 倍時，所對應的頻帶寬度，用倍時，所對應的頻帶寬度，用 表示，如圖表示，如圖2.1.12.1.1所示。所示。 0.7210.72BWf

4、ff0.7BW圖2.1.1 調(diào)諧放大器電壓增益的頻率特性曲線7 . 02/137 . 0log20高頻電路高頻電路 表征放大器表征放大器選擇性選擇性好壞：從各種干擾信號中選擇有好壞：從各種干擾信號中選擇有用信號，抑制干擾信號的能力。用信號，抑制干擾信號的能力。 理想頻帶放大器：通頻帶內(nèi)理想頻帶放大器：通頻帶內(nèi)同等放大；同等放大； 矩形矩形 通頻帶外通頻帶外完全抑制。完全抑制。3、矩形系數(shù)、矩形系數(shù)高頻電路高頻電路矩形系數(shù)定義為矩形系數(shù)定義為 0.10.10.7rBWKBW0.1BW式中式中為放大電路增益下降到最大值的為放大電路增益下降到最大值的0.10.1時的時的頻帶寬度。頻帶寬度。理想情況下

5、，選頻理想情況下，選頻特性應為矩形，即特性應為矩形，即0.11rK圖2.1.1 調(diào)諧放大器電壓增益的頻率特性曲線 矩形系數(shù)：衡量放大器的頻率特性與理想矩形的接矩形系數(shù)：衡量放大器的頻率特性與理想矩形的接近程度。近程度。高頻電路高頻電路4 4工作穩(wěn)定性（穩(wěn)定系數(shù)）工作穩(wěn)定性（穩(wěn)定系數(shù)） 由于晶體管的反向傳輸導納不為零，內(nèi)部反饋由于晶體管的反向傳輸導納不為零，內(nèi)部反饋會造成放大器工作不穩(wěn)定。其極限狀態(tài)是放大器產(chǎn)生會造成放大器工作不穩(wěn)定。其極限狀態(tài)是放大器產(chǎn)生自激，使放大器完全不能工作。自激，使放大器完全不能工作。高頻電路高頻電路5 5噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 表征信號經(jīng)放大后，信噪比變壞的程度。表征信號經(jīng)

6、放大后，信噪比變壞的程度。 噪聲系數(shù)的定義是放大器的輸入信噪比（輸入端的信噪聲系數(shù)的定義是放大器的輸入信噪比（輸入端的信號功率與噪聲功率之比）與輸出信噪比之比，即號功率與噪聲功率之比）與輸出信噪比之比，即siniFsonoppNppFNFN通常是大于通常是大于1 1的，的，越接近于越接近于1 1，放大器，放大器的輸出的輸出噪聲越小。噪聲越小。 放大器中產(chǎn)生噪聲的原因有放大器本身產(chǎn)生的噪聲。放大器中產(chǎn)生噪聲的原因有放大器本身產(chǎn)生的噪聲。在多級級聯(lián)的放大器中，前一、二級放大器的噪聲對整在多級級聯(lián)的放大器中，前一、二級放大器的噪聲對整個放大器的噪聲起決定作用。為了減少放大器的內(nèi)部噪個放大器的噪聲起決

7、定作用。為了減少放大器的內(nèi)部噪聲，在設計與制作時應當采用低噪聲管，正確的選擇工聲，在設計與制作時應當采用低噪聲管，正確的選擇工作點電流，選用合適的電路等。作點電流，選用合適的電路等。高頻電路高頻電路高頻小信號調(diào)諧放大器高頻小信號調(diào)諧放大器1、電路組成2、直流偏置電路3、調(diào)諧回路4、部分接入放大器件放大器件( (晶體管晶體管):):放大；調(diào)諧回路放大；調(diào)諧回路(LC(LC回路回路):):選頻選頻高頻電路高頻電路第二節(jié)第二節(jié) 有關知識有關知識一、一、LC 諧振回路的特性諧振回路的特性高頻電路高頻電路1、LC 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路SVLVCVLCrIr 代表電感的損耗電阻11 () X 1()S

8、SZrjLLCCVVIrjLC阻 抗電 抗假 設回 路 電 流高頻電路高頻電路011000CLXLC0稱為串聯(lián)諧振回路的諧振頻率諧振時，阻抗 Z = r，最小，為純電阻在其它頻率上 X 0, 0,回路呈感性; 0,回路呈容性; 0,回路呈感性并聯(lián)諧振時的電壓最大，與外加電流同相CrLIVS0討論討論高頻電路高頻電路流過電容流過電容C的電流的電流00000000001, 1CSSCSVLLIjCIjICrrjCLLrQrIjQ I定義空載品質(zhì)因數(shù)流過電容的電流在諧振時為信號源電流的流過電容的電流在諧振時為信號源電流的Q0倍倍高頻電路高頻電路流過線圈流過線圈L上的電流上的電流00000200000

9、0001111LSSLSVLIIjIjLjL CrCrLLLLCQrrrCrIjQ I 流過電感的電流在諧振時同樣為信號源電流流過電感的電流在諧振時同樣為信號源電流的的Q0倍，僅相位與流過電容的電流相位相反，倍，僅相位與流過電容的電流相位相反，因此并聯(lián)諧振稱為電流諧振。因此并聯(lián)諧振稱為電流諧振。高頻電路高頻電路空載品質(zhì)因數(shù)空載品質(zhì)因數(shù)Q0LCGLCRCLrCLLCCLrQGCCRCrLCCrLCCrCrQLGLRLCrLrLLCrLrLQCLrCrrLQpPpPpP1111111110000020000000002000000由r、RP、Gp的定義（ Gp = G0 ， Rp = R0)高頻電

10、路高頻電路二、串并聯(lián)阻抗的等效互換二、串并聯(lián)阻抗的等效互換222222212222222122222222222222222211,XRXRXXRXRrXRXRjXRXRjXRjXRjXr所謂所謂“等效等效”是指是指在在工工作頻率作頻率相同的條件下，相同的條件下，AB跨兩段的阻抗相等?？鐑啥蔚淖杩瓜嗟取1,X2是感抗值或容抗值高頻電路高頻電路討論討論QQXRrXQ222111類似于類似于Q0，定義串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)，定義串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)Q1=X1/r1 ， 并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)Q2=R2/X22222122222222222222212222222221,11111X RR

11、rRRRXQXR XXXXXRXQR2221121121(1)(1)RQrQ rXXXQ，2221222222212222,R XrRXR XXRX高頻電路高頻電路三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)當并聯(lián)諧振回路作為放大器的負載時，當并聯(lián)諧振回路作為放大器的負載時，晶體管的集電晶體管的集電極和后面的極和后面的負載一般不直接接入諧振回路負載一般不直接接入諧振回路,而是采用而是采用部分接入的部分接入的方式方式。部分接入，可降低。部分接入，可降低晶體管的集電極晶體管的集電極輸出電阻輸出電阻和負載電阻對諧振回路的影響，提高回路的和負載電阻對諧振回路的影響，提高回路

12、的有載品質(zhì)因數(shù)。有載品質(zhì)因數(shù)。1,)(12pGpGGGLQLLLpoL高頻電路高頻電路三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)三、并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與接入系數(shù)=p 接入系數(shù)：轉(zhuǎn)換前的感抗（或容抗）轉(zhuǎn)換后的感抗（或容抗）轉(zhuǎn)換前的圈數(shù)轉(zhuǎn)換后的電容轉(zhuǎn)換后的圈數(shù)轉(zhuǎn)換前的電容高頻電路高頻電路（一）變壓器耦合聯(lián)接的變比關系（一）變壓器耦合聯(lián)接的變比關系LLLLLRNNRUURPPRUPRUP221222121211222)(,212pRRNNpLL實現(xiàn)了阻抗變換高頻電路高頻電路（二）自耦變壓器耦合聯(lián)接的變比關系（二）自耦變壓器耦合聯(lián)接的變比關系2212LLNRpRNNp，LLRNNNR2221)(高頻電路

13、高頻電路（三）雙電容分壓耦合聯(lián)接的變比關系（三）雙電容分壓耦合聯(lián)接的變比關系1222222222212222222212211,11()()LLLSCLLLCLSLSLSLSLLRRCCRCQC RC RCCRQ RRCRC RCCCRRCC 2212121222122122111111LLCCpCCCCC CCCCCCCCCRRp 高頻電路高頻電路電壓源部分接入電壓源部分接入212SSVNpVNNp，高頻電路高頻電路電流源部分接入電流源部分接入212SsNpIpINN，高頻電路高頻電路（四）接入系數(shù)（四）接入系數(shù)p 轉(zhuǎn)換前的感抗（圈數(shù)）轉(zhuǎn)換后的感抗（圈數(shù)）2,gLLgggVRRVIp Ipp

14、222222LLLLLLLLLLLLLLLLLLRXZRjXRXppZZpYgjBgp gBp BYp Y，=p 轉(zhuǎn)換前的容抗轉(zhuǎn)換后的電容轉(zhuǎn)換后的容抗轉(zhuǎn)換前的電容高頻電路高頻電路第三節(jié)第三節(jié) 晶體管高頻小信號等效電路晶體管高頻小信號等效電路一、一、y參數(shù)等效電路（以共參數(shù)等效電路（以共e接法為例）接法為例）212221212212121111UyUyUyUyIUyUyUyUyIofri1212UUIIy根據(jù)兩端口網(wǎng)絡理論，選、為自變量，、為參變量，得到 參數(shù)系的方程組高頻電路高頻電路212111110121202121022220/iUrUfUoUyyIUyyIUyyIUyyIU輸出短路時的輸

15、入導納輸入短路時的反向傳輸導納輸出短路時的正向傳輸導納輸入短路時的輸出導納說明：一般是復數(shù)，含容抗（電容），隨信號頻率變第三節(jié)第三節(jié) 晶體管高頻小信號等效電路晶體管高頻小信號等效電路一、一、y參數(shù)等效電路（以共參數(shù)等效電路（以共e接法為例）接法為例）高頻電路高頻電路二、混合二、混合等效電路等效電路高頻電路高頻電路三、高頻參數(shù)三、高頻參數(shù)定義：是晶體管共e電流放大倍數(shù)，其數(shù)值大小與工作（信號）頻率有關，原因是晶體管的結電容在信號頻率高到一定時，流過的電流不可忽略。高頻電路高頻電路推導推導0|ceUbcII00()()1()1()cmb ebb eb eb eb ccmm b ebb eb eb

16、cb eb eb cm b eb eb eb cIg UIUgCCIgg rIgCCrCCg rrCC令，為在低頻時，晶體管的電流放大系數(shù)高頻電路高頻電路（一）截止頻率（一）截止頻率f 01()b eb eb crCC定義：當|下降到低頻電流放大系數(shù)0的0.707倍時，所對應的頻率稱為截止頻率f 。00200221() )12()11()bebebcbebebcrCCfrCCffff高頻電路高頻電路（二）特征頻率（二）特征頻率f T01ff定義：當|下降到1（0dB）時，所對應的頻率稱為特征頻率f T 。02200011()11TTfffff高頻電路高頻電路（三）最高振蕩頻率（三）最高振蕩頻率

17、f max定義：晶體管的功率增益Ap=1時所對應的頻率稱為最高振蕩頻率f max 。fffCCrgfTcbebbbmmaxmax421f T 表明晶體管沒有電流放大倍數(shù)，但有電壓放大倍數(shù)。f max 表明晶體管沒有功率放大倍數(shù)，表示一個晶體管所能適用的最高極限頻率，實際要取其1/3或1/4。高頻電路高頻電路第四節(jié)第四節(jié) 諧振放大器諧振放大器一、一、單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器1、電路組成2、直流偏置電路3、調(diào)諧回路、單調(diào)諧、雙調(diào)諧4、部分接入高頻電路高頻電路單級的交流等效電路單級的交流等效電路2ieYLC13245iU1ToU高頻電路高頻電路（一）等效電路2ieYLC13245iU

18、1ToUYi高頻電路高頻電路輸入、輸出導納的推導輸入、輸出導納的推導LoerefeieibiiLoefereiiebiLoefeccLccoeifeccreiiebYyyyyUIYUYyyyUyIUYyyUUYIUyUyIUyUyI)(Yi輸入導納Yi定義:在放大器的輸入端接一電源后，在放大器的輸入端產(chǎn)生電流和電壓，二者的比為輸入導納討論高頻電路高頻電路輸入、輸出導納的推導輸入、輸出導納的推導0()scfeioecbieirecbsireiciesrecfecoeciesferecooeciesIIy Uy UIy Uy UIYUyUUyYyIyUy UyYy yIYyUyY 先令，開路，保留

19、信號源內(nèi)阻輸出導納Yo定義:去掉輸入端的信號源電電流，保留信號源內(nèi)阻.若在放大器的輸出端接一電壓源，在輸出端就產(chǎn)生電流，二者的比為輸出導納：Yi討論高頻電路高頻電路（二）放大器的技術指標（二）放大器的技術指標oeoeoeieieiejCgyjCgy在不考慮晶體管在不考慮晶體管內(nèi)部反饋內(nèi)部反饋的情況下，的情況下，輸出端等效電路輸出端等效電路簡化為簡化為go Cie2 gie2設設T1、T2相同相同1CUP高頻電路高頻電路1、推導電壓增益、推導電壓增益022122212112121212001201111()1, , uoePieoeiefeifeiofefeouifeufeuAYgj CLgp

20、ggp gCp CCp Cp y Up y UUpYgCLp p yp p yUAUgCgCLLp p yAgLCp p yAg 放大器諧振時，0180fe總導納：1CUP高頻電路高頻電路2、諧振曲線（、諧振曲線（相對電壓增益與輸入信相對電壓增益與輸入信號頻率的關系，歸號頻率的關系，歸1化）化）121200000000000000201()1111()111111()1()2()11feufeuLLLuup p ygCALp p yACgLgCffQgLgfffffQQfffAA 0fff 一般失諧，廣義失諧高頻電路高頻電路4、矩形系數(shù)、矩形系數(shù)LLuuLLQffffQAAffQffffQ07

21、 . 007 . 0200002:1221112)(通頻帶200.1000.10.111101299299:99uuLLrAAfQfffQK矩形系數(shù)LLuuLLQffffQAAffQffffQ07 . 007 . 0200002:1221112)(通頻帶3、通頻帶、通頻帶高頻電路高頻電路二、多級單調(diào)諧回路諧振放大器二、多級單調(diào)諧回路諧振放大器（一）多級電壓增益（一）多級電壓增益mumumuuumAAAAAAA)(1321 同的單級放大器組成若多級放大器是完全相多級放大器UiUO+-高頻電路高頻電路（二）多級諧振曲線（二）多級諧振曲線11201010220()11()()121 ()mmmuum

22、mmmmuuLAAAAAAfQf多級放大器級聯(lián)時，諧振曲線等于各級諧振曲線的乘積高頻電路高頻電路（三）多級通頻帶（三）多級通頻帶0220.7020.701100.70.7 111221 ()21 ()2(2)2121 (2)mmmmmLmmLmmmLAAfQffQffffQ 多級放大器的通頻帶比單級放大器通頻帶要窄多級放大器的通頻帶比單級放大器通頻帶要窄高頻電路高頻電路（四）多級矩形系數(shù)（四）多級矩形系數(shù)0220.1020.10100.110.11111021()21()100(2)10011001()21mmmmmLmmLmmLmrmmAAfQffQfffQK級數(shù)越多，矩陣系數(shù)越小級數(shù)越多，

23、矩陣系數(shù)越小高頻電路高頻電路第五節(jié)第五節(jié) 放大器的穩(wěn)定性放大器的穩(wěn)定性一、存在不穩(wěn)定的原因一、存在不穩(wěn)定的原因由于晶體管存在著反向傳輸導納由于晶體管存在著反向傳輸導納yre，放大器，放大器的輸出電壓可通過晶體管的的輸出電壓可通過晶體管的yre反向作用到輸反向作用到輸入端，引起輸入電流的變化，這種反饋作用入端，引起輸入電流的變化，這種反饋作用將可能引起放大器產(chǎn)生自激。將可能引起放大器產(chǎn)生自激。高頻電路高頻電路二、穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益二、穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益了自激振蕩也就意味著放大器產(chǎn)生就可以得到相同的輸出的作用下僅在就意味的即使沒有相同在相位和幅度上與如果為反饋電壓為信號源提供的電壓,oiiiiii

24、UUUUUUU高頻電路高頻電路fereLoesieiiiLoesieferesiecreiyyYyYyUUSUYyYyyyYyUyU)()(定義穩(wěn)定系數(shù)S越大，放大器越穩(wěn)定；越大，放大器越穩(wěn)定；S=1為維持自激振蕩的條件。為維持自激振蕩的條件。一般認為一般認為S5就可以認為是穩(wěn)定的。就可以認為是穩(wěn)定的。2()()1cos()iesoeLrefefereSggggSyy這里直接給出 簡化后的計算公式：由放大器的參數(shù)確定高頻電路高頻電路（二）單級調(diào)諧放大器的穩(wěn)定增益（二）單級調(diào)諧放大器的穩(wěn)定增益cos(120referefesuySyA所謂所謂穩(wěn)定電壓增益穩(wěn)定電壓增益，是指晶體管不加任何穩(wěn)定措施，

25、而滿足穩(wěn)，是指晶體管不加任何穩(wěn)定措施，而滿足穩(wěn)定系數(shù)定系數(shù)S（例如（例如S5）要求時，放大器）要求時，放大器允許允許工作于諧振頻率的工作于諧振頻率的最最大電壓大電壓增益。電路的實際增益不能超過增益。電路的實際增益不能超過最大電壓最大電壓增益增益。我們直。我們直接給出公式：接給出公式：此式是說明，在此式是說明，在晶體管晶體管確定后，根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)確定后，根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)S的要求，可計的要求，可計算算穩(wěn)定電壓增益穩(wěn)定電壓增益。如果實際沒加任何穩(wěn)定措施的放大器的電壓增益小于如果實際沒加任何穩(wěn)定措施的放大器的電壓增益小于穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓增益增益，說明實際對應的，說明實際對應的S比要求的比要求的S值要大，放大器穩(wěn)定，否則值要大，放大器穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。由放大管的正向、反向傳輸參數(shù)確定高頻電路高頻電路三、提高穩(wěn)定性的措施三、提高穩(wěn)定性的措施所謂中和，是在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個附加所謂中和，是在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個附加的外部反饋電路，以抵消晶體管的外部反饋電路，以抵消晶體管 內(nèi)部內(nèi)部yre的反饋作用。的反饋作用。如圖，只要如圖，只要YN