射頻模擬電路電子教案：2-5小信號調諧放大器電路分析

1、第二章 射頻電子系統(tǒng)中的放大器設計2.1 高頻小信號調諧放大器 （2.1.12.1.7）2.2 高頻諧振功率放大器 （2.2.12.2.6）性能指標 ：電壓增益 ：放大器的輸出信號電壓(負載上的電壓) 與輸入信號電壓之比 。 功率增益 ：負載上輸出信號功率與輸入信號功率之 比 。1增益上節(jié)內容回顧與擴展高頻小信號調諧放大器性能指標 ：上節(jié)內容回顧與擴展高頻小信號調諧放大器2通頻帶與選擇性通頻帶：與諧振回路相同，決定于回路的形式和回路的等效品質因數(shù)QL。放大器的總通頻帶，隨著級數(shù)的增加而變窄。并且，通頻帶愈寬，放大器的增益愈小。選擇性：放大器從含有各種不同頻率的信號總和(有用的和有害的)中選出有

2、用信號排除有害(干擾)信號的能力，稱為放大器的選擇性。通常諧振放大器的矩形系數(shù) ，約在25的范圍內。性能指標 ：上節(jié)內容回顧與擴展高頻小信號調諧放大器3噪聲系數(shù)：定義為放大器輸入信噪比與輸出信噪比之比。在放大器中，總是希望它本身產(chǎn)生的噪聲愈小愈好。性能指標 ：上節(jié)內容回顧與擴展高頻小信號調諧放大器4工作穩(wěn)定：工作穩(wěn)定性是指放大器的工作狀態(tài)(直流院置)、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)生可能的變化時，放大器的主要特性的穩(wěn)定程度。一般的不穩(wěn)定象是增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變化、諧振曲線變形等。不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激以致使放大器完全不能工作。性能指標要求 ：在穩(wěn)定工作條件下，滿足頻帶要求，

3、失真小，且具有盡可能大的增益。上節(jié)內容回顧與擴展高頻小信號調諧放大器上節(jié)內容回顧與擴展高頻晶體管小信號等效電路模型問題：1、yie？2、yoe？3、yfe？4、yre？上節(jié)內容回顧與擴展高頻晶體管小信號等效電路模型輸出短路時的輸入導納 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 上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻參數(shù)問題：1、截止頻率?2、特征頻率?3、最高振蕩頻率上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻參數(shù) 1、截止頻率 2、特征頻率 3、最高振蕩頻率上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻參數(shù) 1、截止頻率 2、特征頻率 3、最高振蕩頻率表示一個晶體管所能適用的最高極限頻率。通 常，為了使

4、電路工作穩(wěn)定，且有一定的功率增益，晶體管的實際工作頻率約為最高振蕩頻率的1/3至1/4。以上三個頻率大小的順序是： 最高； 次之； 最低。 上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器-基本電路1、部分接入2、直流偏置電路3、RFC4、C上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器-基本電路RF電路中電源的去耦合每個單元電路的交流分量自行構成回路，不通過公共電源的內阻。上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器-基本電路耦合電容、旁路電容及RFC電感值的選取上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大

5、器-基本電路1、部分接入2、直流偏置電路3、RFC4、C5、并聯(lián)諧振回路的LC6、高頻上看整個電路？上節(jié)內容回顧與擴展晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器-基本電路6、高頻上看整個電路？第二章 射頻電子系統(tǒng)中的放大器設計2.1 高頻小信號調諧放大器 （2.1.12.1.7）45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其簡化規(guī)則：交流輸入信號為零；所有電容開路；所有電感短路。結論：Rb1、Rb2、Re為偏置電阻，提供靜態(tài)工作點；1. 靜態(tài)分析畫出直流等效電路，Rb1Rb2ReVCC2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）4512

6、3Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其簡化規(guī)則：有交流輸入信號，所有直流量為零；所有大電容短路；所有大電感開路。（諧振回路L、C保留）1) 畫出交流等效電路，2. 動態(tài)分析32154Tr1Tr2CLyLT輸入回路輸出回路晶體管2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）32154Tr1Tr2CLyLT輸入回路輸出回路晶體管32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-2) 畫出交流小信號等效電路， 負載和回路之間采用了變壓器耦合，接入系數(shù) 晶體管集、射回路與振蕩回路之間采用抽頭接入，接入系數(shù)

7、2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）6、高頻上看整個電路？輸入信號2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）6、高頻上看整個電路？輸入信號2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）一、一級中放交流等效電路及y參數(shù)等效電路2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）一、一級中放交流等效電路及y參數(shù)等效電路YL由集電極向右看進

8、去的回路的總導納。2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大（P86）二、放大器的輸入導納 YiVc=?Ib=?2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益YL由集電極向右看進去的回路的總導納。2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益YL由集電極向右看進去的回路的總導納。YL 由回路兩端向右看進去的回路的總導納。2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻

9、小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓增益廣義失諧討論：1、負號2、增益的模3、諧振時的增益4、通頻帶5、歸一化抑制比2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）三、放大器的電壓

10、增益1、負號2、增益的模3、諧振時的增益4、通頻帶5、歸一化抑制比帶寬增益積為一常數(shù)帶寬和增益為一對矛盾。通頻帶2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）放大器的電壓增益大小與哪些因素有關（P 89）令 ，求得極值點2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）四、放大器的功率增益輸入功率輸入電壓的有效值2.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）諧振時令四、放大器的功率增益2

11、.1 高頻小信號調諧放大器 2.1.4 晶體管高頻小信號單調諧回路諧振放大器（P86）四、放大器的功率增益例1例1例1圖4.3.4 單調諧放大器的級間耦合網(wǎng)絡形式End2.1.5多級單調諧回路諧振放大器（了解） 若單級放大器的增益不能滿足要求，就要采用多級放大器。Av1Av2Avn如果各級放大器是由完全相同的單級放大器所組成，則2.1.5多級單調諧回路諧振放大器（了解）如果各級放大器是由完全相同的單級放大器所組成，則2.1.5多級單調諧回路諧振放大器（了解）1. 增益2. 通頻帶若每級都相同，則可求得n級放大器的通頻帶2.1.5多級單調諧回路諧振放大器（了解）3. 選擇性（矩形系數(shù)）通頻帶 當

12、級數(shù)n增加時，放大器的矩形系數(shù)有所改善，但這種改善是有限度的。2.1.5多級單調諧回路諧振放大器（了解） 以上分析時，假定yre0，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，討論內反饋yre的影響。1. 放大器的輸入導納和輸出導納可知2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析 如果放大電路輸入端也接有諧振回路(或前級放大器的輸出諧振回路)，那么輸入導納Yi并聯(lián)在放大器輸入端回路后(假定耦合方式是全部接入)，2. 自激振蕩的產(chǎn)生 (以輸入導納的影響為例)放大器等效輸入端回路實際電路中，2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析 如果反饋電導為負值，那么g= gs+gie1+gF= 0 可能

13、存在，即發(fā)生自激振蕩現(xiàn)象。3.自激產(chǎn)生的原因(以輸入導納的影響為例)反饋電導隨頻率變化的關系曲線 此時，如果g= gs+ gie + gF 0，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，回路中的等幅振蕩得以維持，而不需外加激勵。2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析 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。4. 自激產(chǎn)生的條件(以輸入導納的影響為例)回路諧振時，g= gs+ gie + gF = 0= 0分解為幅值和相位兩個條件2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析不發(fā)生自激的條件，回路諧振時，g= gs+ gie + gF = 0回

14、路諧振時，g= gs+ gie + gF 04. 自激產(chǎn)生的條件(以輸入導納的影響為例)2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析穩(wěn)定系數(shù) 如果KS1，放大器可能產(chǎn)生自激振蕩；如果KS 1，放大器不會產(chǎn)生自激。 KS越大，放大器離開自激狀態(tài)就越遠，工作就越穩(wěn)定。4. 自激產(chǎn)生的條件(以輸入導納的影響為例)2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析5. 穩(wěn)定性分析假設放大器輸入與輸出回路相同，(包括諧振回路)2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析5. 穩(wěn)定性分析2.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定性分析5. 穩(wěn)定性分析增益和穩(wěn)定性為一對矛盾?？紤]到全部接入，即p1= p2=12.1.7小信號調諧放大器的穩(wěn)定

15、性分析如前所述，由于晶體管內存在yre的反饋，所以它是一個“雙向元件”。作為放大器工作時，yre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yre的反饋，變“雙向元件”為“單向元件”。這個過程稱為單向化。AFCberbbCbcrbcrbevbercegm vbeAF提高穩(wěn)定性的單向化措施 避免自激的做法有中和法和失配法。 如果把負載導納YL取得比晶體管yoe大得多，即YL yoe ，那么輸入導納不發(fā)生自激的條件，回路諧振時，g= gs+ gie + gF 0所謂“失配”是指：信號源內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抗匹配。提高穩(wěn)定性的單向化措施 同理，如果把信號源導納Ys取得比晶體管yie大得多，那么輸出導納 因此，所謂“失配”是指：信號源內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抗匹配。 如果