《高頻電子線路》陽昌漢版-第2章-高頻小信號放大課件

第2章高頻小信號放大器

高頻電路的基礎知識晶體管高頻小信號諧振放大器

小信號諧振放大器的穩(wěn)定性集中選頻放大器概述1第2章高頻小信號放大器高頻電路的基礎知識概述12.1概述一、高頻小信號放大器的功能實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大指被放大信號的頻率在幾百KHz～幾百MHz指放大器輸入信號小，有源器件工作在線性范圍內，分析電路時可采用有源四端網絡分析法分析高頻小信號放大器功能的表示形式:輸入信號頻譜與輸出信號頻譜相同高頻:小信號:22.1概述一、高頻小二、高頻小信號放大器的分類按負載性質分：諧振放大器（又稱調諧放大器）用LC諧振回路作負載非諧振放大器按所放大信號的頻譜寬窄分窄帶放大器寬帶放大器（如集中選頻放大器）用LC諧振回路或集中選頻濾波器做負載用純阻或變壓器做負載，帶寬較寬，3二、高頻小信號放大器的分類按負載性質分：諧振放大器（又稱調f1定義：放大器的電壓增益下降到最大值的倍時所對應的頻帶寬度。常用2△f0.7(或BW0.7)表示。三、高頻小信號放大器的主要技術指標1、電壓增益與功率增益電壓增益功率增益2、通頻帶2△f0.7f20.7074f1定義：放大器的電壓增益下降到最大值的倍時所對時所對應的頻帶寬度3、選擇性：表示選取有用信號，抑制無用信號的能力。0.12△f0.1f0f1.00.7072△f0.7表征放大器選擇性好壞的一個參量，用來表示實際曲線形狀接近理想矩形的程度矩形系數(shù)：，選擇性越好。

理想實際53、選擇性：表示選取有用信號，抑制無用信號的能力。0.12△4、工作穩(wěn)定性：一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是：增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變窄、諧振曲線變形等，不穩(wěn)定的極端情況是放大器發(fā)生自激，放大器不能正常工作。指放大器的工作狀態(tài)、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等變化時，放大器主要性能指標的穩(wěn)定程度。5、噪聲系數(shù)：指輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值64、工作穩(wěn)定性：一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是：增益變化、中心頻率偏移、2.2高頻電路的基礎知識一、LC諧振回路

分為：主要特點：選頻、濾波作用72.2高頻電路的基礎知識一、LC諧振回路分為：主要特點（一）LC串聯(lián)諧振回路

回路阻抗:Z諧振頻率：阻抗特性:0Z

r0阻抗幅頻特性阻抗相頻特性z90o-90o0o0，回路呈純阻性時，，回路呈感性時，，回路呈容性時，當（諧振電阻）電流最大LC特點：（作為陷波器）8（一）LC串聯(lián)諧振回路回路阻抗:Z諧振頻率：阻抗特性:空載品質因數(shù)：

有載品質因數(shù)：

諧振條件下，回路的存儲能量與消耗能量之比?？蛰d時有負載時9空載品質因數(shù)：有載品質因數(shù)：諧振條件下，回路的存諧振曲線：（回路中電流幅值與外加信號源頻率之間的關系）當加激勵電壓時，流過電路的電流可表示為：回路諧振時，電流最大，諧振電流為：10諧振曲線：（回路中電流幅值與外加信號源頻率之間的關系）當加激（二）LC并聯(lián)諧振回路

Is.Lr0CL的等效損耗電阻1.回路阻抗回路導納Z

G0（R0）11（二）LC并聯(lián)諧振回路Is.Lr0CL的等效損耗電阻1.2.回路諧振特性（1）諧振條件：當回路的電納等于0時（即虛部為0），回路呈諧振狀態(tài)（2）諧振阻抗：（達到最大值，且為純阻性）諧振電阻：（3）諧振頻率：諧振時，由于B=0，即（4）諧振電壓：諧振時電壓達到最大值且與同相122.回路諧振特性（1）諧振條件：當回路的電納等于0時（即虛部3.品質因數(shù)

它反映諧振回路損耗的大小物理意義：諧振時（諧振回路的特性阻抗）諧振電阻133.品質因數(shù)它反映諧振回路損耗的大小物理意義：諧振時（

4.回路阻抗特性0Z

RP阻抗幅頻特性，回路呈純阻性時，，回路呈容性時，，回路呈感性阻抗相頻特性z90o-90o0o0時，當LC在諧振時，回路相移為零，阻抗最大，導納最小，且為純阻性失諧時，回路有相移，且回路阻抗下降。144.回路阻抗特性0ZRP阻抗幅頻特性，回路呈5．諧振曲線（回路兩端電壓幅值與工作頻率之間的關系）

諧振時，輸出電壓相對輸出電壓155．諧振曲線（回路兩端電壓幅值與工作頻率之間的關系）

Q1Q2在諧振點,U/U0=1。隨著|Δw|的增大，U/U0將減小。Q2>Q1對于同樣的偏離值Δw

，Q越高，U/U0衰減就越多，諧振曲線就越尖銳，即回路兩端電壓衰減越快，對外加信號的選頻作用越顯著，即選擇性越好結論：Q值越高，諧振曲線就越尖銳，回路選擇性越好16Q1Q2在諧振點,U/U0=1。而空載品質因數(shù)6．負載電阻對回路的影響

考慮ＲL后的并聯(lián)諧振回路，如圖所示。諧振頻率不變回路等效諧振電阻有載品質因數(shù)

（不考慮ＲL）由于，所以結論：考慮ＲL,Q下降，選擇性變壞，但通頻帶加寬。

17而空載品質因數(shù)6．負載電阻對回路的影響LC串并聯(lián)相比較18LC串并聯(lián)相比較18LC串并聯(lián)相比較19LC串并聯(lián)相比較19例1已知LC并聯(lián)諧振回路的電感L在時測得試求諧振頻率時的C和并聯(lián)諧振電阻解：20例1已知LC并聯(lián)諧振回路的電感L在時測得試求諧振頻率例2下圖中，L=586H,C=200PF,r=12,RS

=RL=100k，試分析信號源及負載對諧振回路特性的影響。1.計算無RS、RL時回路的固有特性：f0、Q0、RP、BW0.7[解]LrUs.CRLRSR021例2下圖中，L=586H,C=202.計算有RS、RL時回路的特性：f0、Q、RP、BW0.7LrUs.CRLRS由于L、C基本不變，故諧振頻率f0＝465kHz不變222.計算有RS、RL時回路的特性：f0、Q、RP、BW二、串并聯(lián)阻抗的等效互換等效互換前的電路與等效互換后的電路阻抗相等\

結論：串并聯(lián)等效互換后Q不變。23二、串并聯(lián)阻抗的等效互換等效互換前的電路與等效互換后的電路阻

結果表明:串聯(lián)電路轉換為等效并聯(lián)電路后，電抗元件性質不變，且在高Q時，電抗值基本不變，而并聯(lián)電路的電阻為串聯(lián)電路的Q2倍24結果表明:串聯(lián)電路轉換為等效并聯(lián)電路后，電抗元件三、并聯(lián)諧振回路的耦合連接與阻抗變換電路

并聯(lián)諧振回路作為放大器的負載時，連接的方式直接影響放大器的性能。一般具有選頻阻抗變換的作用25三、并聯(lián)諧振回路的耦合連接與阻抗變換電路并聯(lián)諧（2）若則，實現(xiàn)從低阻向高阻的變換

注：（1）反映電壓比RLN1N2M+u1-+u2-C（一）變壓器阻抗變換電路設變壓器為無耗的理想變壓器，則等效到初級回路的電阻RL'上所消耗的功率應和次級負載RL上所消耗功率相等，即或設接入系數(shù)則26（2）若則（二）自耦變壓器阻抗變換電路則設接入系數(shù)則接入系數(shù)的定義：27（二）自耦變壓器阻抗變換電路則設接入系數(shù)則接入系數(shù)（三）雙電容分壓阻抗變換電路28（三）雙電容分壓阻抗變換電路28（四）雙電感抽頭阻抗變換電路和是各自屏蔽的（令M=0）

29（四）雙電感抽頭阻抗變換電路和是各自屏蔽的（令M=0）2在實際應用中，除了阻抗需要變換外，有時電壓源，電流源，電容,電感需要折算，根據(jù)接入系數(shù)的定義，可得到其他量的變比關系：30在實際應用中，除了阻抗需要變換外，有時電壓源，電流源，電容,例3下圖所示電路為一等效電路，其中計算回路的諧振頻率、諧振電阻。解：由上圖畫出等效電路分析：此題是基本等效電路的計算,其中L為有損電感，應考慮損耗電阻R0,其次應進行抽頭電路等效變換。31例3下圖所示電路為一等效電路，其中計算回路的諧振頻率、諧諧振電阻：32諧振電阻：32例4下圖中，線圈匝數(shù)N12

=10匝，N13

=50匝，

N45

=5匝，L13=8.4H,C=51pF,Q0=100,Is

=1mA,RS

=10k,

RL=2.5k,求有載品質因數(shù)QL、通頻帶BW0.7、諧振輸出電壓Uo。IsCUo123+–RLRs54解：將Is、RS、RL均折算到并聯(lián)諧振回路1-3兩端33例4下圖中，線圈匝數(shù)N12=10匝，BW0.7=f

0

/

QL=103kHz34BW0.7=f0/QL=103kHz34

以諧振回路為選頻網絡的高頻小信號放大器稱為小信號諧振放大器或小信號調諧放大器。構成：小信號放大器＋LC諧振回路作用：選出有用頻率信號并加以放大，而對無用頻率信號予以抑制。(選頻和放大）按諧振回路分:單調諧放大器、雙調諧放大器、參差調諧放大器。2.3晶體管高頻小信號諧振放大器35以諧振回路為選頻網絡的高頻小信號放大器稱為小Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’erbb’—基區(qū)的體電阻rb‘e—發(fā)射結電阻,約幾百歐cb‘e—發(fā)射結電容,約20PF－0.01μF

（一）混合л型等效電路一、晶體管高頻小信號等效電路36Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmgm—晶體管跨導,表示晶體管的放大能力，幾十毫西門子以下rce—晶體管c-e電阻，一般在幾十千歐以上Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’erb‘c—集電結電阻,約１０kΩ～１０MΩ?？珊雎?。cb‘c—集電結電容,數(shù)值較小，約幾個皮法

－表示晶體管放大作用的等效電流源37gm—晶體管跨導,表示晶體管的放大能力，幾十毫西門子以下bce（二）

y參數(shù)等效電路——輸入導納——反向傳輸導納——正向傳輸導納——輸出導納38bce（二）y參數(shù)等效電路——輸入導納——反向傳輸根據(jù)上式可以得到晶體管的Y參數(shù)等效電路。注：,是受控電流源，（1）正向傳輸導納愈大，晶體管的放大能力愈強；

(2)反向傳輸導納愈大，晶體管的內部反饋愈強，減小有利于放大器的穩(wěn)定工作。(3)39根據(jù)上式可以得到晶體管的Y參數(shù)等效電路。注：,4040（一）放大器的電路組成（3）LC并聯(lián)諧振回路為放大器的集電極負載，起選頻作用。(1)電路的直流偏置是由、、來實現(xiàn)。

(2)為高頻旁路電容。(4)為了實現(xiàn)晶體管輸出阻抗與負載之間的阻抗匹配，減少晶體管輸出阻抗與負載對回路的影響，晶體管的輸出及下一級放大器均通過阻抗變換電路接入。二、單調諧回路諧振放大器41（一）放大器的電路組成（3）LC并聯(lián)諧振回路為放大器的集電第一步：由原電路畫出交流通路（二）放大器的高頻等效電路Vcc：交流接地Cb、Ce：交流短路LCYie41235+–+–cbe交流通路42第一步：由原電路畫出交流通路（二）放大器的高頻等效電路VccLCYie41235+–+–cbe交流通路第二步：由交流通路畫Y參數(shù)等效電路43LCYie41235++cbe交流通路第二步：由交流通路畫Y將所有參數(shù)折合到LC回路兩端，集電極的接入系數(shù)簡化的高頻等效電路負載的接入系數(shù)為回路本身的損耗

假設晶體管的yre=0，有用部分p1p244將所有參數(shù)折合到LC回路兩端，集電極的接入系數(shù)簡化的高頻等（三）放大器的技術指標①電壓增益當放大器諧振時：諧振時電壓增益：即諧振頻率：增益幅值：相角：回路有載品質因數(shù)：45（三）放大器的技術指標①電壓增益當放大器諧振時：諧振時②諧振曲線

－廣義失諧因子（表示放大器的相對電壓增益與輸入信號頻率的關系。）46②諧振曲線－廣義失諧因子（表示放大器的相對電壓增益

③放大器的通頻帶④放大器的矩形系數(shù)0.12△f0.1f12△f0.7f20.70747③放大器的通頻帶④放大器的矩形系數(shù)0.12△f0三、多級單調諧回路諧振放大器（每級的)設放大器有m級，每級都是單調回路，且諧振頻率相同為1）總電壓增益當各級電壓增益相同，則，2）諧振曲線m級相同的放大器級聯(lián)時，它的諧振曲線等于各單級諧振曲線的乘積。即可見，級數(shù)越多，諧振曲線越尖銳48三、多級單調諧回路諧振放大器（每級的3）總通頻帶——帶寬縮減因子可見級聯(lián)后總通頻帶變窄。結論：級聯(lián)的放大器級數(shù)m越多，總增益越大,但總通頻帶越窄。493）總通頻帶——帶寬縮減因子可見級聯(lián)后總通頻帶變4）總矩形系數(shù)

由該表知，級聯(lián)的放大器級數(shù)越多，雖有所改善，但效果不大。

由以上分析知，單調諧放大器的選擇性差，增益和通頻帶的矛盾突出。改善放大器選擇性和解決其增益與通頻帶之間的矛盾的有效方法是采用參差調諧放大器和雙調諧放大器。504）總矩形系數(shù)

由該表知，級聯(lián)的放大器級數(shù)越多，雖有所改善2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性即Π等效電路中存在。一、諧振放大器不穩(wěn)定的原因低頻時可忽略，高頻時不可忽略。它使輸出信號反饋到輸入端，一定條件下導致自激，放大器將不穩(wěn)定。原因：512.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性即Π等效電路中2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性放大器的輸入導納Yi從晶體管的ce兩端向諧振回路看的等效負載導納可見，由于Yre的存在，使得放大器的輸入導納與負載導納有關。522.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性放大器的輸入導納從晶體管的2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性2.輸出導納Y0Y0由于yre的存在，使得放大器的輸出導納Yo不僅與晶體管的輸出導納yoe有關，而且還與放大器輸入端的信號源內導納Ys有關。532.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性2.輸出導納Y0Y0由二、放大器的穩(wěn)定系數(shù)2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性

而通過yre反饋到輸入端的反饋電壓+-則放大器要產生自激振蕩穩(wěn)定系數(shù)S=1為維持自激振蕩的條件，放大器不穩(wěn)定；S<1,一定要產生自激；S>>1，放大器穩(wěn)定，一般S>>5就可認為是穩(wěn)定的。54二、放大器的穩(wěn)定系數(shù)2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性

而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，以抵消晶體管內部Yre的反饋作用。

三、提高諧振放大器穩(wěn)定性的方法選用Yre（或Cb’c）小的晶體管從電路上消除內反饋的影響,使管子單向化中和法失配法1.中和法2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性YN，

內反饋：外反饋：反饋作用抵消，應有yre55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2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性1.中和法CN通常的實部很小，可以忽略。故常采用一個電容CN來抵消虛部中的電容反饋，由于與有關，常用代替+--+中和電容562.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性1.中和法CN通常2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性+-+-572.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性+-+-572.失配法增大負載導納YL，使回路總導納增大，導致輸出回路嚴重失配，輸出電壓減小，從而減小內反饋。2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性降低電壓增益方法較多，例如，可選用合適的接入系數(shù)；在諧振回路兩端并端電阻來實現(xiàn)降低電壓增益。在實際應用中，較多的是采用共射—共基級聯(lián)放大器，其等效電路如圖所示。

失配法的實質：是降低放大器的電壓增益，以滿足穩(wěn)定的要求。L+–+–T1T2C共發(fā)－共基組合電路調諧放大器T2（共基）：輸入阻抗?。ㄝ斎雽Ъ{大）→T1的負載導納大→從而使共發(fā)晶體管內部反饋減弱，穩(wěn)定性大大提高582.失配法增大負載導納YL，使回路總導納增大，導致輸出回2.失配法2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性共發(fā)電路在負載導納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍較大；而共基電路雖然電流增益接近1，但電壓增益卻較大。所以二者級聯(lián)后，互相補償，電壓增益和電流增益都比較大。共射—共基級聯(lián)晶體管可以等效為一個共射晶體管。L+–+–T1T2C共發(fā)－共基組合電路調諧放大器592.失配法2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性共發(fā)電路在負2.6集中選頻放大器一、陶瓷濾波器二、聲表面波濾波器2.6.1集中選頻濾波器602.6集中選頻放大器一、陶瓷濾波器2.6.1集中選頻濾波一陶瓷濾波器利用某些陶瓷材料的壓電效應構成的濾波器，稱為陶瓷濾波器。它的等效品質因數(shù)ＱＬ為幾百，比LC濾波器高。

單片陶瓷濾波器的等效電路和符號l.壓電效應和壓電振蕩

在陶瓷片兩個電極上加交變電壓時，它將會產生一定頻率的機械變形；而當陶瓷片發(fā)生機械變形時（拉伸或壓縮），它的表面又會產生電荷，兩極間產生電壓，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應。當固有振動頻率與外加信號頻率相同時，由于壓電效應陶瓷片產生諧振，這是機械振動幅度最大，陶瓷片表面產生電荷量的變化也最大，因而外電路中的電流也最大。這表明具有串聯(lián)諧振的特性。61一陶瓷濾波器利用某些陶瓷材料的壓電效應2.陶瓷濾波器的等效電路和振蕩頻率圖3.6.2石英諧振器基頻等效電路當陶瓷片不振動時，可等效為一個平板電容C0，稱為靜態(tài)電容；其值決定于陶瓷片的幾何尺寸和電極面積。當陶瓷片產生振動時，陶瓷片的慣性等效為電感Lq。陶瓷片的彈性等效為電容Cq，Cq

<<C0。陶瓷片的摩擦損耗等效為電阻rq，理想情況下rq=0。一陶瓷濾波器622.陶瓷濾波器的等效電路和振蕩頻率圖3.6.2石英諧當?shù)刃щ娐分械腖q、Cq、rq支路產生串聯(lián)諧振時，該支路呈純阻性，其串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率由于Cq<<C0，所以f

s≈f

p。一陶瓷濾波器63當?shù)刃щ娐分械腖q、Cq、rq支路產生串聯(lián)諧圖3.6.10四端陶瓷濾波器陶瓷濾波器工作頻率從幾百千赫到幾十兆赫，具有體積小、成本低，受外界影響小等優(yōu)點。缺點是頻率特性曲線較難控制，通頻帶也不夠寬。諧振子數(shù)目愈多，濾波器的帶外衰減性能愈強。End一陶瓷濾波器64圖3.6.10四端陶瓷濾波器陶瓷濾波器工作頻率從幾百千二聲表面波濾波器圖聲表面波濾波器結構示意圖原理：加輸入信號，發(fā)端叉指間產生交變電場，由于壓電效應，基片表面產生彈性形變，激發(fā)出與輸入信號同頻率的聲表面波，沿基片傳送到收端。收端換能器產生逆壓電效應，在叉指間產生電信號，并傳送給負載。65二聲表面波濾波器圖聲表面波濾波器結構示意圖原理：加圖3.6.13均勻叉指換能器聲振幅－頻率特性曲線二表面聲波濾波器66圖3.6.13均勻叉指換能器聲振幅－頻率特性曲線二表面聲波濾波器具有體積小、重量輕、中心頻率可做得很高、相對頻帶較寬、矩形系數(shù)接近于１等特點，并且它可以采用與集成電路工藝相同的平面加工工藝，制造簡單、成本低、重復性和設計靈活性高，可大量生產，所以是一種很有發(fā)展前途的濾波器。End二表面聲波濾波器67表面聲波濾波器具有體積小、重量輕、中心頻率可2.6.2集中選頻放大器應用舉例集中選頻放大器：是以集中選頻濾波器為負載的放大器，有選擇性好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。如電視接收機中的中頻放大器。682.6.2集中選頻放大器應用舉例集中選頻放大器：是以集中2.7.1概述

所謂干擾（或噪聲）,就是除有用信號以外的一切不需要的信號及各種電磁騷動的總稱。放大器的內部噪聲主要有電阻等有耗元件晶體管場效應管等電子器件產生2.7放大器的噪聲692.7.1概述放大器的內部噪聲主要有電阻等有耗元件晶體2.7放大器的噪聲

2.7.2電子噪聲的來源與特性（內部噪聲）

1.電阻熱噪聲:電阻內部自由電子的熱運動產生的。因熱運動產生雜亂起伏的微弱電流，被稱為起伏噪聲電流，因而在電阻兩端產生起伏電壓。這種噪聲電壓被稱為電阻的熱噪聲。頻譜寬，各個頻率分量的強度相等，與白光光譜類似，故也稱為白噪聲。702.7放大器的噪聲2.7.2電子噪聲的來源與特7171

2.晶體三極管的噪聲一般比電阻熱噪聲大。

1)熱噪聲：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的體電阻和引線電阻產生的熱噪聲?；鶇^(qū)體電阻產生的為主。2)散粒噪聲：由于單位時間內通過PN結的載流子數(shù)目隨機起伏，使得通過PN結的電流在其平均值上下作不規(guī)則起伏變化而形成噪聲。是晶體管的主要噪聲源。722.晶體三極管的噪聲2)3）分配噪聲：在晶體管中，通過發(fā)射結的非平衡載流子大部分達到集電結，形成集電極電流，而小部分在基區(qū)內復合，形成基極電流。這兩部分電流分配比例是隨機的，從而造成集電極電流在其靜態(tài)值上下起伏變化，產生的噪聲。4)閃爍噪聲：也稱低頻噪聲。在高頻工作時一般可以忽略。

3.場效應管噪聲：主要由溝道電阻產生的熱噪聲。733）分配噪聲：在晶體管中，通過發(fā)射結的非平衡載流子大部分達到

2.7.3

噪聲系數(shù)

1．噪聲系數(shù)的定義

圖2—35為一線性四端網絡,它的噪聲系數(shù)定義為輸入端的信號噪聲功率比(S/N)i與輸出端的信號噪聲功率比(S/N)o的比值,即

圖2—35噪聲系數(shù)的定義

742.7.3噪聲系數(shù)圖噪聲系數(shù)通常用dB表示,用dB表示的噪聲系數(shù)為NF=Psi/PniPso/Pno思考：理想情況下，NF=?75噪聲系數(shù)通常用dB表示,用dB表示的噪聲系數(shù)為NF=Ps結論：NF總是大于1。其值越接近1表示放大器內部噪聲性能越好。例2.4.1已知放大器輸入信號功率Psi=2μW，輸入噪聲功率為Pni=0.02pW，輸出信號功率Pso=200μW，輸出噪聲功率Pno=8pW，試求輸入、輸出信噪比及噪聲系數(shù)。76結論：NF總是大于1。其值越接近1表示放大器內部噪聲性能越好2.多級級聯(lián)網絡的噪聲系數(shù)的公式為

從式(2—78)可以看出,當網絡的額定功率增益遠大于1時,系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要取決于第一級的噪聲系數(shù)。越是后面的網絡,對噪聲系數(shù)的影響就越小,這是因為越到后級信號的功率越大,后面網絡內部噪聲對信噪比的影響就不大了。因此,對第一級來說,不但希望噪聲系數(shù)小,也希望增益大,以便減小后級噪聲的影響。772.多級級聯(lián)網絡的噪聲系數(shù)的公式為從式(2例5:設一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載，信號中心頻率f=10MHz，回路電容C=50pF,試計算所需的線圈電感值。又若線圈品質因數(shù)為Q0=100，試計算回路諧振電阻和回路帶寬。若放大器所需的帶寬為0.5MHz，則應在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求？78例5:設一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載，信號中心頻率f=例6：在前述高頻小信號放大器中，已知工作f0=30MHZ,gie=1.2ms,Cie=12PF;goe=400μs,Coe=9.5PF;

Yfe

=58.3ms.回路電感L13=1.4μH，線圈匝數(shù)比n1=1,n2=10/3,Q0=100.負載是另一級相同的放大器。求諧振電壓增益振幅Au0和通頻帶BW0.7。又回路電容C多少時，才能使回路諧振？

79例6：在前述高頻小信號放大器中，已知工作f0=30MHZ,g第2章高頻小信號放大器

高頻電路的基礎知識晶體管高頻小信號諧振放大器

小信號諧振放大器的穩(wěn)定性集中選頻放大器概述80第2章高頻小信號放大器高頻電路的基礎知識概述12.1概述一、高頻小信號放大器的功能實現(xiàn)對微弱的高頻信號進行不失真的放大指被放大信號的頻率在幾百KHz～幾百MHz指放大器輸入信號小，有源器件工作在線性范圍內，分析電路時可采用有源四端網絡分析法分析高頻小信號放大器功能的表示形式:輸入信號頻譜與輸出信號頻譜相同高頻:小信號:812.1概述一、高頻小二、高頻小信號放大器的分類按負載性質分：諧振放大器（又稱調諧放大器）用LC諧振回路作負載非諧振放大器按所放大信號的頻譜寬窄分窄帶放大器寬帶放大器（如集中選頻放大器）用LC諧振回路或集中選頻濾波器做負載用純阻或變壓器做負載，帶寬較寬，82二、高頻小信號放大器的分類按負載性質分：諧振放大器（又稱調f1定義：放大器的電壓增益下降到最大值的倍時所對應的頻帶寬度。常用2△f0.7(或BW0.7)表示。三、高頻小信號放大器的主要技術指標1、電壓增益與功率增益電壓增益功率增益2、通頻帶2△f0.7f20.70783f1定義：放大器的電壓增益下降到最大值的倍時所對時所對應的頻帶寬度3、選擇性：表示選取有用信號，抑制無用信號的能力。0.12△f0.1f0f1.00.7072△f0.7表征放大器選擇性好壞的一個參量，用來表示實際曲線形狀接近理想矩形的程度矩形系數(shù)：，選擇性越好。

理想實際843、選擇性：表示選取有用信號，抑制無用信號的能力。0.12△4、工作穩(wěn)定性：一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是：增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變窄、諧振曲線變形等，不穩(wěn)定的極端情況是放大器發(fā)生自激，放大器不能正常工作。指放大器的工作狀態(tài)、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等變化時，放大器主要性能指標的穩(wěn)定程度。5、噪聲系數(shù)：指輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值854、工作穩(wěn)定性：一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是：增益變化、中心頻率偏移、2.2高頻電路的基礎知識一、LC諧振回路

分為：主要特點：選頻、濾波作用862.2高頻電路的基礎知識一、LC諧振回路分為：主要特點（一）LC串聯(lián)諧振回路

回路阻抗:Z諧振頻率：阻抗特性:0Z

r0阻抗幅頻特性阻抗相頻特性z90o-90o0o0，回路呈純阻性時，，回路呈感性時，，回路呈容性時，當（諧振電阻）電流最大LC特點：（作為陷波器）87（一）LC串聯(lián)諧振回路回路阻抗:Z諧振頻率：阻抗特性:空載品質因數(shù)：

有載品質因數(shù)：

諧振條件下，回路的存儲能量與消耗能量之比?？蛰d時有負載時88空載品質因數(shù)：有載品質因數(shù)：諧振條件下，回路的存諧振曲線：（回路中電流幅值與外加信號源頻率之間的關系）當加激勵電壓時，流過電路的電流可表示為：回路諧振時，電流最大，諧振電流為：89諧振曲線：（回路中電流幅值與外加信號源頻率之間的關系）當加激（二）LC并聯(lián)諧振回路

Is.Lr0CL的等效損耗電阻1.回路阻抗回路導納Z

G0（R0）90（二）LC并聯(lián)諧振回路Is.Lr0CL的等效損耗電阻1.2.回路諧振特性（1）諧振條件：當回路的電納等于0時（即虛部為0），回路呈諧振狀態(tài)（2）諧振阻抗：（達到最大值，且為純阻性）諧振電阻：（3）諧振頻率：諧振時，由于B=0，即（4）諧振電壓：諧振時電壓達到最大值且與同相912.回路諧振特性（1）諧振條件：當回路的電納等于0時（即虛部3.品質因數(shù)

它反映諧振回路損耗的大小物理意義：諧振時（諧振回路的特性阻抗）諧振電阻923.品質因數(shù)它反映諧振回路損耗的大小物理意義：諧振時（

4.回路阻抗特性0Z

RP阻抗幅頻特性，回路呈純阻性時，，回路呈容性時，，回路呈感性阻抗相頻特性z90o-90o0o0時，當LC在諧振時，回路相移為零，阻抗最大，導納最小，且為純阻性失諧時，回路有相移，且回路阻抗下降。934.回路阻抗特性0ZRP阻抗幅頻特性，回路呈5．諧振曲線（回路兩端電壓幅值與工作頻率之間的關系）

諧振時，輸出電壓相對輸出電壓945．諧振曲線（回路兩端電壓幅值與工作頻率之間的關系）

Q1Q2在諧振點,U/U0=1。隨著|Δw|的增大，U/U0將減小。Q2>Q1對于同樣的偏離值Δw

，Q越高，U/U0衰減就越多，諧振曲線就越尖銳，即回路兩端電壓衰減越快，對外加信號的選頻作用越顯著，即選擇性越好結論：Q值越高，諧振曲線就越尖銳，回路選擇性越好95Q1Q2在諧振點,U/U0=1。而空載品質因數(shù)6．負載電阻對回路的影響

考慮ＲL后的并聯(lián)諧振回路，如圖所示。諧振頻率不變回路等效諧振電阻有載品質因數(shù)

（不考慮ＲL）由于，所以結論：考慮ＲL,Q下降，選擇性變壞，但通頻帶加寬。

96而空載品質因數(shù)6．負載電阻對回路的影響LC串并聯(lián)相比較97LC串并聯(lián)相比較18LC串并聯(lián)相比較98LC串并聯(lián)相比較19例1已知LC并聯(lián)諧振回路的電感L在時測得試求諧振頻率時的C和并聯(lián)諧振電阻解：99例1已知LC并聯(lián)諧振回路的電感L在時測得試求諧振頻率例2下圖中，L=586H,C=200PF,r=12,RS

=RL=100k，試分析信號源及負載對諧振回路特性的影響。1.計算無RS、RL時回路的固有特性：f0、Q0、RP、BW0.7[解]LrUs.CRLRSR0100例2下圖中，L=586H,C=202.計算有RS、RL時回路的特性：f0、Q、RP、BW0.7LrUs.CRLRS由于L、C基本不變，故諧振頻率f0＝465kHz不變1012.計算有RS、RL時回路的特性：f0、Q、RP、BW二、串并聯(lián)阻抗的等效互換等效互換前的電路與等效互換后的電路阻抗相等\

結論：串并聯(lián)等效互換后Q不變。102二、串并聯(lián)阻抗的等效互換等效互換前的電路與等效互換后的電路阻

結果表明:串聯(lián)電路轉換為等效并聯(lián)電路后，電抗元件性質不變，且在高Q時，電抗值基本不變，而并聯(lián)電路的電阻為串聯(lián)電路的Q2倍103結果表明:串聯(lián)電路轉換為等效并聯(lián)電路后，電抗元件三、并聯(lián)諧振回路的耦合連接與阻抗變換電路

并聯(lián)諧振回路作為放大器的負載時，連接的方式直接影響放大器的性能。一般具有選頻阻抗變換的作用104三、并聯(lián)諧振回路的耦合連接與阻抗變換電路并聯(lián)諧（2）若則，實現(xiàn)從低阻向高阻的變換

注：（1）反映電壓比RLN1N2M+u1-+u2-C（一）變壓器阻抗變換電路設變壓器為無耗的理想變壓器，則等效到初級回路的電阻RL'上所消耗的功率應和次級負載RL上所消耗功率相等，即或設接入系數(shù)則105（2）若則（二）自耦變壓器阻抗變換電路則設接入系數(shù)則接入系數(shù)的定義：106（二）自耦變壓器阻抗變換電路則設接入系數(shù)則接入系數(shù)（三）雙電容分壓阻抗變換電路107（三）雙電容分壓阻抗變換電路28（四）雙電感抽頭阻抗變換電路和是各自屏蔽的（令M=0）

108（四）雙電感抽頭阻抗變換電路和是各自屏蔽的（令M=0）2在實際應用中，除了阻抗需要變換外，有時電壓源，電流源，電容,電感需要折算，根據(jù)接入系數(shù)的定義，可得到其他量的變比關系：109在實際應用中，除了阻抗需要變換外，有時電壓源，電流源，電容,例3下圖所示電路為一等效電路，其中計算回路的諧振頻率、諧振電阻。解：由上圖畫出等效電路分析：此題是基本等效電路的計算,其中L為有損電感，應考慮損耗電阻R0,其次應進行抽頭電路等效變換。110例3下圖所示電路為一等效電路，其中計算回路的諧振頻率、諧諧振電阻：111諧振電阻：32例4下圖中，線圈匝數(shù)N12

=10匝，N13

=50匝，

N45

=5匝，L13=8.4H,C=51pF,Q0=100,Is

=1mA,RS

=10k,

RL=2.5k,求有載品質因數(shù)QL、通頻帶BW0.7、諧振輸出電壓Uo。IsCUo123+–RLRs54解：將Is、RS、RL均折算到并聯(lián)諧振回路1-3兩端112例4下圖中，線圈匝數(shù)N12=10匝，BW0.7=f

0

/

QL=103kHz113BW0.7=f0/QL=103kHz34

以諧振回路為選頻網絡的高頻小信號放大器稱為小信號諧振放大器或小信號調諧放大器。構成：小信號放大器＋LC諧振回路作用：選出有用頻率信號并加以放大，而對無用頻率信號予以抑制。(選頻和放大）按諧振回路分:單調諧放大器、雙調諧放大器、參差調諧放大器。2.3晶體管高頻小信號諧振放大器114以諧振回路為選頻網絡的高頻小信號放大器稱為小Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’erbb’—基區(qū)的體電阻rb‘e—發(fā)射結電阻,約幾百歐cb‘e—發(fā)射結電容,約20PF－0.01μF

（一）混合л型等效電路一、晶體管高頻小信號等效電路115Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmgm—晶體管跨導,表示晶體管的放大能力，幾十毫西門子以下rce—晶體管c-e電阻，一般在幾十千歐以上Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’erb‘c—集電結電阻,約１０kΩ～１０MΩ?？珊雎浴b‘c—集電結電容,數(shù)值較小，約幾個皮法

－表示晶體管放大作用的等效電流源116gm—晶體管跨導,表示晶體管的放大能力，幾十毫西門子以下bce（二）

y參數(shù)等效電路——輸入導納——反向傳輸導納——正向傳輸導納——輸出導納117bce（二）y參數(shù)等效電路——輸入導納——反向傳輸根據(jù)上式可以得到晶體管的Y參數(shù)等效電路。注：,是受控電流源，（1）正向傳輸導納愈大，晶體管的放大能力愈強；

(2)反向傳輸導納愈大，晶體管的內部反饋愈強，減小有利于放大器的穩(wěn)定工作。(3)118根據(jù)上式可以得到晶體管的Y參數(shù)等效電路。注：,11940（一）放大器的電路組成（3）LC并聯(lián)諧振回路為放大器的集電極負載，起選頻作用。(1)電路的直流偏置是由、、來實現(xiàn)。

(2)為高頻旁路電容。(4)為了實現(xiàn)晶體管輸出阻抗與負載之間的阻抗匹配，減少晶體管輸出阻抗與負載對回路的影響，晶體管的輸出及下一級放大器均通過阻抗變換電路接入。二、單調諧回路諧振放大器120（一）放大器的電路組成（3）LC并聯(lián)諧振回路為放大器的集電第一步：由原電路畫出交流通路（二）放大器的高頻等效電路Vcc：交流接地Cb、Ce：交流短路LCYie41235+–+–cbe交流通路121第一步：由原電路畫出交流通路（二）放大器的高頻等效電路VccLCYie41235+–+–cbe交流通路第二步：由交流通路畫Y參數(shù)等效電路122LCYie41235++cbe交流通路第二步：由交流通路畫Y將所有參數(shù)折合到LC回路兩端，集電極的接入系數(shù)簡化的高頻等效電路負載的接入系數(shù)為回路本身的損耗

假設晶體管的yre=0，有用部分p1p2123將所有參數(shù)折合到LC回路兩端，集電極的接入系數(shù)簡化的高頻等（三）放大器的技術指標①電壓增益當放大器諧振時：諧振時電壓增益：即諧振頻率：增益幅值：相角：回路有載品質因數(shù)：124（三）放大器的技術指標①電壓增益當放大器諧振時：諧振時②諧振曲線

－廣義失諧因子（表示放大器的相對電壓增益與輸入信號頻率的關系。）125②諧振曲線－廣義失諧因子（表示放大器的相對電壓增益

③放大器的通頻帶④放大器的矩形系數(shù)0.12△f0.1f12△f0.7f20.707126③放大器的通頻帶④放大器的矩形系數(shù)0.12△f0三、多級單調諧回路諧振放大器（每級的)設放大器有m級，每級都是單調回路，且諧振頻率相同為1）總電壓增益當各級電壓增益相同，則，2）諧振曲線m級相同的放大器級聯(lián)時，它的諧振曲線等于各單級諧振曲線的乘積。即可見，級數(shù)越多，諧振曲線越尖銳127三、多級單調諧回路諧振放大器（每級的3）總通頻帶——帶寬縮減因子可見級聯(lián)后總通頻帶變窄。結論：級聯(lián)的放大器級數(shù)m越多，總增益越大,但總通頻帶越窄。1283）總通頻帶——帶寬縮減因子可見級聯(lián)后總通頻帶變4）總矩形系數(shù)

由該表知，級聯(lián)的放大器級數(shù)越多，雖有所改善，但效果不大。

由以上分析知，單調諧放大器的選擇性差，增益和通頻帶的矛盾突出。改善放大器選擇性和解決其增益與通頻帶之間的矛盾的有效方法是采用參差調諧放大器和雙調諧放大器。1294）總矩形系數(shù)

由該表知，級聯(lián)的放大器級數(shù)越多，雖有所改善2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性即Π等效電路中存在。一、諧振放大器不穩(wěn)定的原因低頻時可忽略，高頻時不可忽略。它使輸出信號反饋到輸入端，一定條件下導致自激，放大器將不穩(wěn)定。原因：1302.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性即Π等效電路中2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性放大器的輸入導納Yi從晶體管的ce兩端向諧振回路看的等效負載導納可見，由于Yre的存在，使得放大器的輸入導納與負載導納有關。1312.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性放大器的輸入導納從晶體管的2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性2.輸出導納Y0Y0由于yre的存在，使得放大器的輸出導納Yo不僅與晶體管的輸出導納yoe有關，而且還與放大器輸入端的信號源內導納Ys有關。1322.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性2.輸出導納Y0Y0由二、放大器的穩(wěn)定系數(shù)2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性

而通過yre反饋到輸入端的反饋電壓+-則放大器要產生自激振蕩穩(wěn)定系數(shù)S=1為維持自激振蕩的條件，放大器不穩(wěn)定；S<1,一定要產生自激；S>>1，放大器穩(wěn)定，一般S>>5就可認為是穩(wěn)定的。133二、放大器的穩(wěn)定系數(shù)2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性

而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，以抵消晶體管內部Yre的反饋作用。

三、提高諧振放大器穩(wěn)定性的方法選用Yre（或Cb’c）小的晶體管從電路上消除內反饋的影響,使管子單向化中和法失配法1.中和法2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性YN，

內反饋：外反饋：反饋作用抵消，應有yre134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2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性1.中和法CN通常的實部很小，可以忽略。故常采用一個電容CN來抵消虛部中的電容反饋，由于與有關，常用代替+--+中和電容1352.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性1.中和法CN通常2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性+-+-1362.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性+-+-572.失配法增大負載導納YL，使回路總導納增大，導致輸出回路嚴重失配，輸出電壓減小，從而減小內反饋。2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性降低電壓增益方法較多，例如，可選用合適的接入系數(shù)；在諧振回路兩端并端電阻來實現(xiàn)降低電壓增益。在實際應用中，較多的是采用共射—共基級聯(lián)放大器，其等效電路如圖所示。

失配法的實質：是降低放大器的電壓增益，以滿足穩(wěn)定的要求。L+–+–T1T2C共發(fā)－共基組合電路調諧放大器T2（共基）：輸入阻抗?。ㄝ斎雽Ъ{大）→T1的負載導納大→從而使共發(fā)晶體管內部反饋減弱，穩(wěn)定性大大提高1372.失配法增大負載導納YL，使回路總導納增大，導致輸出回2.失配法2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性共發(fā)電路在負載導納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍較大；而共基電路雖然電流增益接近1，但電壓增益卻較大。所以二者級聯(lián)后，互相補償，電壓增益和電流增益都比較大。共射—共基級聯(lián)晶體管可以等效為一個共射晶體管。L+–+–T1T2C共發(fā)－共基組合電路調諧放大器1382.失配法2.5小信號調諧放大器的穩(wěn)定性共發(fā)電路在負2.6集中選頻放大器一、陶瓷濾波器二、聲表面波濾波器2.6.1集中選頻濾波器1392.6集中選頻放大器一、陶瓷濾波器2.6.1集中選頻濾波一陶瓷濾波器利用某些陶瓷材料的壓電效應構成的濾波器，稱為陶瓷濾波器。它的等效品質因數(shù)ＱＬ為幾百，比LC濾波器高。

單片陶瓷濾波器的等效電路和符號l.壓電效應和壓電振蕩

在陶瓷片兩個電極上加交變電壓時，它將會產生一定頻率的機械變形；而當陶瓷片發(fā)生機械變形時（拉伸或壓縮），它的表面又會產生電荷，兩極間產生電壓，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應。當固有振動頻率與外加信號頻率相同時，由于壓電效應陶瓷片產生諧振，這是機械振動幅度最大，陶瓷片表面產生電荷量的變化也最大，因而外電路中的電流也最大。這表明具有串聯(lián)諧振的特性。140一陶瓷濾波器利用某些陶瓷材料的壓電效應2.陶瓷濾波器的等效電路和振蕩頻率圖3.6.2石英諧振器基頻等效電路當陶瓷片不振動時，可等效為一個平板電容C0，稱為靜態(tài)電容；其值決定于陶瓷片的幾何尺寸和電極面積。當陶瓷片產生振動時，陶瓷片的慣性等效為電感Lq。陶瓷片的彈性等效為電容Cq，Cq

<<C0。陶瓷片的摩擦損耗等效為電阻rq，理想情況下rq=0。一陶瓷濾波器1412.陶瓷濾波器的等效電路和振蕩頻率圖3.6.2石英諧當?shù)刃щ娐分械腖q、Cq、rq支路產生串聯(lián)諧振時，該支路呈純阻性，其串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率由于Cq<<C0，所以f

s≈f

p。一陶瓷濾波器142當?shù)刃щ娐分械腖q、Cq、rq支路產生串聯(lián)諧圖3.6.10四端陶瓷濾波器陶瓷濾波器工作頻率從幾百千赫到幾十兆赫，具有體積小、成本低，受外界影響小等優(yōu)點。缺點是頻率特性曲線較難控制，通頻帶也不夠寬。諧振子數(shù)目愈多，濾波器的帶外衰減性能愈強。End一陶瓷濾波器143圖3.6.10四端陶瓷濾波器陶瓷濾波器工作頻率從幾百千二聲表面波濾波器圖聲表面波濾波器結構示意圖原理：加輸入信號，發(fā)端叉指間產生交變電場，由于壓電效應，基片表面產生彈性形變，激發(fā)出與輸入信號同頻率的聲表面波，沿基片傳送到收端。收端換能器產生逆壓電效應，在叉指間產生電信號，并傳送給負載。144二聲表面波濾波器圖聲表面波濾波器結構示意圖原理：加圖3.6