高頻電子技術(shù)第6章-小信號(hào)選頻放大器課件

1、第6章 小信號(hào)選頻放大器6.1 小信號(hào)諧振放大器6.2 集中選頻放大器6.3 噪聲與靈敏度6.1 小信號(hào)諧振放大器6.1.1 晶體管高頻Y參數(shù)等效電路6.1.2 單調(diào)諧回路諧振放大器6.1.3 多級(jí)單諧振回路諧振放大器6.1.1晶體管高頻Y參數(shù)等效電路單調(diào)諧回路放大器是分析高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的基礎(chǔ)。作為放大器核心部件的晶體管，因工作頻率很高，且工作在窄帶，因此，可用高頻Y參數(shù)等效電路來分析。分析高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的性能時(shí)，一般常用高頻Y參數(shù)等效電路來代替晶體管進(jìn)行電路分析。Y參數(shù)具有導(dǎo)納量綱，是導(dǎo)納參數(shù)。因?yàn)楦哳l放大器的調(diào)諧回路及下一級(jí)負(fù)載大都與晶體管并聯(lián)，因此用Y參數(shù)計(jì)算比較方便。把晶體

2、管視為二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖6-1所示，列出二端口網(wǎng)絡(luò)的Y參數(shù)方程如下 ： Ii=YieUi+YreUoIo=YieUi+YreUo.（6-1）6.1.1晶體管高頻Y參數(shù)等效電路圖6-1 共射晶體管等效為二端口網(wǎng)絡(luò) 6.1.1晶體管高頻Y參數(shù)等效電路式中4個(gè)Y參數(shù)的下標(biāo)表示共射連接。兩個(gè)端口的變量用Ib ，Ub ， Ic 和Uc得到的Y參數(shù)方程為： . Ib=YieUb+YreUcIc=YfeUb+YreUc.（6-2）式中 定義為放大器輸出端短路時(shí)的輸入導(dǎo)納。它反映了放大器輸入電壓對輸入電流的控制作用，其倒數(shù)就是放大器的輸入阻抗。 IbYie=UbUc=0.6.1.1晶體管高頻Y參數(shù)等效電路定義為

3、放大器輸出端短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納。它反映了放大器輸入電壓對輸出電流的控制作用，即電路的放大作用越大，放大能力越強(qiáng)。fe又稱為晶體管的跨導(dǎo)，通常用gm表示。 IbYie=UbUc=0.6.1.1晶體管高頻Y參數(shù)等效電路定義為放大器輸入端短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納。它反映了放大器輸出電壓對輸入電流的影響，即放大器內(nèi)部的反向傳輸作用或放大器內(nèi)部反饋?zhàn)饔?。Ic越大，內(nèi)部反饋越強(qiáng)。它的存在給放大器工作帶來很大危害，應(yīng)盡可能減小以削弱其影響。 IbYie=UbUb=0.6.1.1晶體管高頻Y參數(shù)等效電路定義為放大器輸入端短路時(shí)的輸出導(dǎo)納。它反映了放大器輸出電壓對輸出電流的影響，其倒數(shù)就是放大器的輸出阻抗。 .I

4、cYoe=UcUb=0.6.1.1晶體管高頻Y參數(shù)等效電路根據(jù)Y參數(shù)的定義，可以實(shí)際測量放大器的Y參數(shù)。晶體管手冊一般都給出了高頻三極管在一定測試條件下的Y參數(shù)。由Y參數(shù)方程可畫出其等效電路如圖6-2所示。 6.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器1工作原理圖6-3（a）所示為常用的晶體管單諧振回路諧振放大器電路，簡稱為單調(diào)諧放大器。 圖6-3 單調(diào)諧放大器 （a）電路 （b）交流通路圖6-2 單調(diào)諧放大電路小信號(hào)電路模型 （a）小信號(hào)電路模型 （b）變換后的電路模型6.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器當(dāng) 并聯(lián)諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率上，回路產(chǎn)生諧振時(shí)，放大器輸出電壓最大，故電壓增益也為最大，用 表示，稱為

5、諧振電壓增益。由圖6-4（b）可得 （6-4） 當(dāng)輸入信號(hào)頻率不等于諧振回路諧振頻率 時(shí)，回路失諧，輸出電壓下降，故電壓增益下手.由于在諧振頻率 附近很窄的頻率范圍內(nèi)6.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器晶體管的放大特性隨頻率變化不大，因此，單調(diào)諧放大器的增益頻率特性決定于 并聯(lián)諧振回路的頻率特性，因此，由式（2-16）可得到放大器的增益頻率特性為 （6-5)式中， 為LC并聯(lián)諧振回路考慮到負(fù)載及晶體管參數(shù)影響后的有載品質(zhì)因數(shù)， 為回路的絕對失調(diào)量。6.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器根據(jù)式（6-5）作出單調(diào)諧放大器的增益頻率特性曲線，如圖6-5所示。圖6-5 單調(diào)諧放大器增益頻率特性曲線6.1.2單調(diào)諧回

6、路諧振放大器2單調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的提高為了提高放大器的穩(wěn)定性，通常從兩個(gè)方面著手。一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納 值。 的大小主要取決于結(jié)電容 ,所以制作晶體管時(shí)應(yīng)盡量使 其 減小，使反饋容抗增大，反饋?zhàn)饔脺p弱。二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化。6.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器具體方法有中和法與失配法。（1）中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路（中和電路），以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù) 的反饋?zhàn)饔?。由?的實(shí)部（反饋電導(dǎo)）通常很小，可以忽略，因此常常只用一個(gè)電容 來抵消 的虛部（反饋電容）的影響，就可達(dá)到中和的目的。6.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器（2

7、）失配法是為了減小內(nèi)反饋的影響，提高諧振放大器工作穩(wěn)定性的另一種方法。常采用共射一共基兩管組合電路構(gòu)成諧振放大器，其交流通路如圖6-7所示。(V 接成共射組態(tài)，V 接成共基組態(tài).)圖6-7 共射共基組合電路諧振放大器6.1.2單調(diào)諧回路諧振放大器3集成諧振放大器電路識(shí)讀MC1590是適用于小信號(hào)諧振放大器的典型器件，其輸入由共射一共基電路構(gòu)成差分電路，輸出級(jí)由復(fù)合管差分電路構(gòu)成，故內(nèi)反饋很小，具有工作頻率高、不易白激等優(yōu)點(diǎn)。圖6-8 集成電路諧振放大器6.1.3 多級(jí)單諧振回路諧振放大器1同步調(diào)諧放大器由于多級(jí)放大器的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的乘積，所以級(jí)數(shù)越多，諧振增益越大，幅頻特性曲線

8、越尖銳，矩形系數(shù)越減小，即選擇性越好，但通頻帶則越窄。 圖6-9 多級(jí)同步調(diào)諧放大器 增益幅頻特性曲線2雙參差調(diào)諧放大器為了克服多級(jí)單調(diào)諧放大電路隨著級(jí)數(shù)增加通頻帶越來越窄的缺陷，可以采用參差調(diào)諧的方式，即將級(jí)聯(lián)的單調(diào)諧放大電路每一級(jí)的諧振頻率參差錯(cuò)開，分別調(diào)整到約高于和約低于中心頻率上。這種電路稱為參差調(diào)諧放大電路。6.1.3 多級(jí)單諧振回路諧振放大器圖6-10（a）為雙參差調(diào)諧放大電路的交流等效電路。圖6-10（b）中的虛線為單級(jí)電路的諧振曲線。6.1.3 多級(jí)單諧振回路諧振放大器3。雙調(diào)諧放大電路為了改善單調(diào)諧電路的頻率特性，還可以采用雙調(diào)諧放大電路。其電路如圖6-9所示。 圖6-11

9、雙調(diào)諧回路（a）互感耦合 （b）電容耦合6.1.3 多級(jí)單諧振回路諧振放大器圖6-11（a）的兩個(gè)單調(diào)諧回路通過互感 耦合，稱為互感耦合雙調(diào)諧回路；圖6-11（b）的兩個(gè)單調(diào)諧回路通過電容耦合，稱為電容耦合雙調(diào)諧回路?；ジ旭詈想p調(diào)諧回路的耦合系數(shù)為 （6-10）電容耦合雙調(diào)諧回路的耦合系數(shù)為 （6-11） 與 是等效到初、次級(jí)回路的全部電容之和。6.1.3 多級(jí)單諧振回路諧振放大器 6.2 集中選頻放大器6.2.1 集中選頻濾波器6.2.2 集中選頻放大器電路識(shí)讀6.2.1 集中選頻濾波器1陶瓷濾波器陶瓷濾波器是由鋯鈦酸鉛陶瓷材料制成的。把這種陶瓷材料制成片狀，兩面涂銀作為電極，經(jīng)過直流高壓極

10、化后就具有壓電效應(yīng)。圖中 為壓電陶瓷片的固定電容值， 、 、 分別相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)時(shí)的等效質(zhì)量、等效彈性系數(shù)和等效阻尼。圖6-12 壓電陶瓷片的等效電路和電路符號(hào)（a）等效電路 （b）電路符號(hào)從等效電路可見，陶瓷片具有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是串聯(lián)諧振頻率 （6-12） 另一個(gè)是并聯(lián)諧振頻率 (6-13)6.2.1 集中選頻濾波器在串聯(lián)諧振頻率時(shí)，陶瓷片的等效阻抗最?。?0），并聯(lián)諧振頻率時(shí)，陶瓷片的等效阻抗最大，其阻抗頻率特性如圖6-13所示。圖6-13 陶瓷片的阻抗頻率特性6.2.1 集中選頻濾波器若將不同頻率的壓電陶瓷片進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合連接，如圖6-14所示，就可以構(gòu)成四端陶瓷濾波器。圖6-14（

11、a）由兩個(gè)陶瓷片組成，圖6-14（b）由9個(gè)陶瓷片組成，圖6-14（c）是四端陶瓷濾波器的電路符號(hào)。 圖6-14 四端陶瓷濾波器（a）兩個(gè)陶瓷片組成的電路 （b）9個(gè)陶瓷片組成的電路（c）四端陶瓷濾波器電路符號(hào)6.2.1 集中選頻濾波器2聲表面波濾波器聲表面波濾波器具有體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、工作頻率高（幾兆赫至幾吉赫）、通頻帶寬、特性一致性好、抗輻射能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，因此它在通信、電視、衛(wèi)星和宇航領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。6.2.1 集中選頻濾波器聲表面波濾波器結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-15所示.它以鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛和石英等壓電材料為基片，利用真空蒸鍍法，在基片表面形成又指形的金屬膜電極，稱為叉

12、指電極。左端叉指電極為發(fā)端換能器，右端叉指電極為收端換能器。圖6-15 聲表面波濾波器的基本結(jié)構(gòu)6.2.1 集中選頻濾波器當(dāng)把輸入信號(hào)加到發(fā)端換能器上時(shí)，叉指間便產(chǎn)交變電場，由于壓電效應(yīng)的作用，基片表面將產(chǎn)生彈性形變，激發(fā)出與輸入信號(hào)同頻率的聲表面波，它沿著圖中箭頭方向，從發(fā)端沿基片向收端傳播，到達(dá)收端后，由于壓電效應(yīng)的作用，在收端換能器的叉指對間產(chǎn)生電信號(hào)，并傳送給負(fù)載。6.2.1 集中選頻濾波器6.2.2 集中選頻放大器電路識(shí)讀集中選頻放大器由于線路簡單。選擇性好，性能穩(wěn)定，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于通信、電視等各種電子設(shè)備中。圖6-16所示為采用集成寬帶放大器FZ1和陶瓷濾波器組成的選頻

13、放大器。 圖6-16 陶瓷濾波器選頻放大器為了使陶瓷濾波器的頻率特性不受外電路參數(shù)的影響，使用時(shí)一般都要求接人規(guī)定的信號(hào)源阻抗和負(fù)載阻抗，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。為此在圖6-16中，陶瓷濾波器的輸入端采用變壓器耦合的并聯(lián)諧振回路，輸出端接有由晶體管構(gòu)成的射極輸出器。6.2.2 集中選頻放大器電路識(shí)讀圖6-17所示為采用聲表面波濾波器構(gòu)成的集中選頻放大器，圖中SAWF為聲表面波濾波器。由于SAWF插人損耗較大，所以在SAWF前加一級(jí)由晶體管構(gòu)成的預(yù)中放電路，其輸入端電感 與分布電容并聯(lián)諧振于中心頻率上。圖6-17 聲表面波濾波器選頻放大器6.2.2 集中選頻放大器電路識(shí)讀6.3 噪聲與靈敏度6.3.1

14、噪聲來源和分類6.3.2 噪聲系數(shù)6.3.3 接收靈敏度6.3.1 噪聲來源和分類1電阻的熱噪聲一個(gè)電阻在沒有外加電壓時(shí)，電阻材料的自由電子要作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生很小的電壓，一段較長的時(shí)間里，出現(xiàn)正負(fù)電壓的概率相同，因而兩端的平均電壓為零。但就某一瞬時(shí)來看，電阻兩端電壓的大小和方向是隨機(jī)變化的。這種因熱而產(chǎn)生的電壓起伏稱為電阻的熱噪聲。6.3.1 噪聲來源和分類噪聲電壓 是隨機(jī)變化的，其波形如圖6-18所示。圖6-18 電阻熱噪聲電壓波形 實(shí)踐和理論分析，它們的規(guī)律性可以用概率特性和功率譜密度來描述，如電阻熱噪聲電壓 具有很寬的頻譜，各個(gè)頻率分量是相等的，如圖6-19所示。圖

15、6-19 電阻熱噪聲6.3.1 噪聲來源和分類2晶體三極管的噪聲晶體三極管的噪聲主要有四個(gè)來源。（1）熱噪聲（2）散粒噪聲（3）分配噪聲（4）閃爍噪聲6.3.1 噪聲來源和分類3 場效應(yīng)管的噪聲在場效應(yīng)管中，因?yàn)槠涔ぷ髟聿皇巧贁?shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，所以散粒噪聲的影響很小，主要是溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲，還存在閃爍噪聲。6.3.1 噪聲來源和分類6.3.2 噪聲系數(shù) 噪聲系數(shù)的定義信號(hào)功率（signal） ：信號(hào)功率能量的大小。噪聲功率（noice） ：噪聲功率能量的大小。信號(hào)噪聲功率比 ：用以衡量信號(hào)的質(zhì)量。 噪聲系數(shù) 的定義是：放大電路輸入端信號(hào)噪聲功率比 與輸出端信號(hào)噪聲功率比 的比值。用 表示： （6-14）用分貝數(shù)表示： （6-15）它表示通過放大器后，信噪比變壞的程度。如果放大電路是理想無噪聲的線性網(wǎng)絡(luò)，輸出端的信噪比與輸入端的信噪比相同，噪聲系數(shù) 1。若放大電路本身有噪聲，則輸出端的信噪比低，即 1。6.3.1 噪聲來源和分類2 噪聲系數(shù)的表示實(shí)際上，放大電路的輸出噪聲功率 是由兩部分組成的，一部分是 ,另一部分是放大電路本身產(chǎn)生的噪聲在輸出端呈現(xiàn)的噪聲功率 ，即所以，噪聲系數(shù)又可寫成 （6-16） 可以看出噪聲系數(shù)與放大電路內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲有關(guān)。6.3.1 噪聲來源和分類6.3.3 接收靈敏度在通信設(shè)備中，常用保證輸出信號(hào)質(zhì)量即保證輸出信號(hào)信