通信電路原理 第04章mhy2

第四章高頻小信號(hào)放大器§4-1高頻放大器類型、特點(diǎn)、性能指標(biāo)§4-2高頻小信號(hào)放大器等效電路§4-3高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器[1]§4-4高頻小信號(hào)放大器的穩(wěn)定性[2]§4-5展寬頻帶的措施(簡(jiǎn)介)§4-5低噪聲放大器（簡(jiǎn)介）14.1高頻放大器類型、特點(diǎn)、性能指標(biāo)1、高頻放大器在通信系統(tǒng)中的位置大信號(hào)放大器（用于發(fā)射機(jī)）：發(fā)射機(jī)中間各級(jí)與發(fā)射機(jī)末級(jí)的功率放大器。主要指標(biāo)：輸出功率、效率、線性、頻帶外的寄生輸出。2高頻放大器在通信系統(tǒng)中的位置

高頻放大器（低噪）和中頻放大器是高頻小信號(hào)放大器。具有低通傳輸特性的負(fù)反饋控制系統(tǒng):自動(dòng)增益控制AGC。小信號(hào)放大器（用于接收機(jī)）：4.1高頻放大器特點(diǎn)、性能指標(biāo)3高頻小信號(hào)放大器的性能要求增益要適中，單級(jí)及多級(jí)級(jí)聯(lián)時(shí)工作穩(wěn)定性好。

增益大——可降低后級(jí)對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響增益大——后級(jí)易產(chǎn)生非線性失真線性動(dòng)態(tài)范圍大(超出線性動(dòng)態(tài)范圍會(huì)產(chǎn)生非線性失真）通頻帶夠?qū)挘M足系統(tǒng)要求）。輸出信號(hào)幅度保持穩(wěn)定。用自動(dòng)增益控制（AGC）。放大器的噪聲系數(shù)小。器件本身的參數(shù)和電路形式影響放大器的高頻性能。實(shí)現(xiàn)途徑：選用好器件。選用特征頻率較

高和小的晶體管。采用頻帶較寬的電路。例如共基（或共柵）極放大電路。采用組合放大電路、差分對(duì)電路、負(fù)反饋方法，或根據(jù)系統(tǒng)傳輸函數(shù)零點(diǎn)、極點(diǎn)的原理，進(jìn)行展寬頻帶的設(shè)計(jì)。4高頻小信號(hào)放大器

電路調(diào)諧放大器（窄帶）：：采用LC諧振回路作為輸入回路和負(fù)載的放大器。一般只要求在某個(gè)高頻為中心的窄頻范圍內(nèi)提供增益，故是窄帶的。由于該類放大器不需要寬帶化設(shè)計(jì)指標(biāo)，易于在較高頻率上獲得高增益，能有效降低功耗。寬帶放大器：既能夠通過(guò)一個(gè)很寬的頻帶，又具有足夠高的和平坦的增益以及良好的穩(wěn)定性。多以各種集中參數(shù)濾波器（如陶瓷濾波器、聲表面波濾波器等）作為頻率選擇電路,但放大器本身是一個(gè)寬帶放大器。應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)接收以及射頻測(cè)試儀器中。

5寬帶系統(tǒng):1）相對(duì)帶寬

2(fH-fL

)/(fH+fL)>20%其中fH、fL為10dB帶寬的頻率上邊界和下邊界?；?）絕對(duì)帶寬fH-fL

>=500MHz

窄帶系統(tǒng)不滿足上述條件。對(duì)窄帶系統(tǒng)，信號(hào)帶寬及系統(tǒng)帶寬一般采用3dB帶寬描述。

美國(guó)FCC（聯(lián)邦通信委員會(huì)）給出的定義：64.3高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

工作頻率較高。如GSM手機(jī)高放900MHz和1800MHz。特點(diǎn)：放大頻帶信號(hào)。71、放大管＋LC諧振回路。分散選頻放大電路：多級(jí)諧振放大電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成2、集中選頻放大電路：寬帶放大器＋集中選擇性濾波器。優(yōu)點(diǎn)：放大器易集成，不需調(diào)整。輸入輸入（a）諧振放大器（窄帶）(b)寬帶放大器構(gòu)成形式輸出輸出高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器8Rs前或后、RL前有電容9差動(dòng)放大器負(fù)載前有電容,缺電源104.3.1高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器114.3.1高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器單調(diào)諧放大器（窄帶）以諧振回路為負(fù)載，回路諧振于工作頻率。在諧振頻率附近的頻率分量最大，遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)頻率分量被衰減。該放大電路既有放大作用，又有選頻作用。R1、R2、R3為偏置電阻，決定工作點(diǎn)。

C、L組成LC諧振回路

。對(duì)于諧振回路，晶體管為部分接入。所謂單調(diào)諧回路共射放大器就是晶體管共射電路和并聯(lián)諧振回路的組合。12采用晶體管的等效電路模型設(shè)計(jì)、分析調(diào)諧放大器電路組成：晶體管、偏置、輸入匹配和負(fù)載四大部分典型電路Q晶體管Q偏置電阻、、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)負(fù)載：選頻回路交流旁路電容、負(fù)載電阻晶體管、負(fù)載部分接入調(diào)諧放大器分析與設(shè)計(jì)13（2）畫出放大器的交流通路圖（3）代入晶體管的小信號(hào)等效電路及參數(shù)，計(jì)算放大器的各項(xiàng)指標(biāo)（1）分析直流偏置，決定直流工作點(diǎn)，得出對(duì)應(yīng)工作點(diǎn)的參數(shù)畫交流通路圖的原則：①直流電源是交流地②

大電容（交流旁路電容）短路③

大電感（扼流圈)開(kāi)路④僅做偏置用的直流電阻可不畫分析電路步驟14Q①畫交流圖電源是交流地去掉偏置大電容短路②代入晶體管等效電路設(shè)晶體管為單向傳輸完整電路15①對(duì)線圈部分接入進(jìn)行折合電流源和接入系數(shù)負(fù)載接入系數(shù)計(jì)算增益（單向傳輸）16回路諧振，工作頻率為設(shè)LC回路的空載Q為Q0回路諧振阻抗（其中）②選擇回路電抗元件：③回路諧振阻抗④輸出電壓⑤電壓增益回路帶寬其中()注意此處結(jié)論17多級(jí)高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器對(duì)于諧振回路，晶體管、負(fù)載均為部分接入。以諧振回路為負(fù)載，回路諧振于工作頻率。在諧振頻率附近的頻率分量最大，遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)頻率分量被衰減。該放大器既有放大作用，又有選頻作用。放大器之間由電感和電容組成的型濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成去耦電路，避免各級(jí)放大器之間的影響。18多級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)當(dāng)單級(jí)放大器的增益不能滿足要求時(shí),即可采取多級(jí)放大器。其中每一級(jí)都調(diào)諧在同一個(gè)頻率上，故多級(jí)級(jí)聯(lián)單調(diào)諧放大器也稱為同步諧振放大器。（各級(jí)應(yīng)很好的隔離或屏蔽）19多級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)1.電壓增益和通頻帶n級(jí)放大器諧振點(diǎn)的總增益為選擇性n級(jí)相同調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)20通頻帶21參差調(diào)諧放大器(多級(jí)不同頻工作)1．雙參差調(diào)諧放大器(圖4-23p142)通過(guò)△f1和△f2的不同取值，可形成單峰或雙峰的總特性帶寬、增益與雙調(diào)諧接近，選擇性K0.1劣于雙調(diào)諧回路。每?jī)杉?jí)作為一組，一級(jí)調(diào)諧在f1=f0+△f1上，另一級(jí)調(diào)諧在f2=f0-△f2上222．三參差調(diào)諧放大器(圖4-24p142)三參差調(diào)諧放大器回路的參量選擇：

f01=f0

f02=f0+0.43×△f0.7

f03=f0-0.43×△f0.7

B1=2△f0.7

Q1=Q

B2=0.5×2△f0.7

Q2=2Q

B3=0.5×2△f0.7

Q3=2Q多用于通頻帶較寬的調(diào)諧放大電路中234.6低噪聲放大器簡(jiǎn)介

噪聲系數(shù)－－衡量系統(tǒng)噪聲性能優(yōu)劣的指標(biāo)（1）定義：網(wǎng)絡(luò)輸入信噪比與其輸出信噪比的比值。即信噪比惡化（變壞）的程度。它表征了信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。放大器噪聲系數(shù)的描述24多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)2.增大第一級(jí)的增益可以減少后級(jí)對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響1.系統(tǒng)前級(jí)、特別是第一級(jí)的噪聲系數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響最大結(jié)論：其中表示各級(jí)功率增益。25低噪聲放大器（LNA）的阻抗匹配

為得到MOS場(chǎng)效應(yīng)管放大器的最小噪聲系數(shù)，信源內(nèi)阻有一個(gè)最佳值。但是信源內(nèi)阻為最佳值時(shí)，放大器的輸入阻抗不一定恰好與信源匹配，因而這時(shí)的功率增益不是最大。為兼顧兩者，可以采用一些措施。

右圖所示是一種最簡(jiǎn)單的方法。令，即實(shí)現(xiàn)放大器的輸入阻抗與信源匹配。該方法存在兩個(gè)問(wèn)題：并聯(lián)電阻是一個(gè)實(shí)際電阻，存在電阻熱噪聲，會(huì)影響放大器的噪聲系數(shù)。并聯(lián)電阻會(huì)消耗功率，這就影響放大器的功率增益。有效的辦法是采用電感負(fù)反饋的方法。26放大器的各種組態(tài)及匹配方式舉例27ULN-2204集成中頻放大器28下圖表示國(guó)產(chǎn)某調(diào)幅通信機(jī)接收部分所采用的二級(jí)中頻放大器電路。

十二、調(diào)諧放大器電路舉例29END30雙調(diào)諧放大器

多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，雖然電壓放大倍數(shù)增加較多，通頻帶卻變窄，選擇性雖有所改善，但與理想矩形相比，仍相差較大。為解決上述矛盾，晶體管集電極回路采用雙調(diào)諧回路，可以使放大器具有較好的選擇性和較寬的頻帶，這種放大器稱為雙調(diào)諧放大器。下圖所示是一種常用的雙調(diào)諧放大電路。31雙耦合諧振回路作用：阻抗變換，提高選頻性能。初級(jí)回路次級(jí)回路初次級(jí)回路參量往往相同32雙調(diào)諧回路諧振放大電路33其中等是直流偏置電路

3435雙調(diào)諧放大器諧振曲線

耦合參數(shù)強(qiáng)耦合弱耦合臨界耦合364.4調(diào)諧放大器的穩(wěn)定問(wèn)題不穩(wěn)定原因：管子的內(nèi)反饋（或）隨著頻率提高，內(nèi)部反饋增強(qiáng)從選擇器件著手，選擇Cb’c小的晶體管；電路的寄生參數(shù)電路中產(chǎn)生負(fù)阻，可能引起自激振蕩37通過(guò)計(jì)算知可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)阻，可理解為負(fù)阻供給電路能量，出現(xiàn)正反饋。若放大器的反饋能量正好抵消回路損耗能量，則引起自激振蕩。Cgs右側(cè)導(dǎo)納：當(dāng)yF小于yL，其中yF為Cgd電納，yL為RLC回路導(dǎo)納負(fù)阻產(chǎn)生原因：當(dāng)在某頻率處RLC回路呈感性時(shí)38

1.中和法：用中和電容抵消內(nèi)反饋電容，使放大器單向化。

2.失配法：共射-共基電路、共源-共柵電路，減小內(nèi)反饋。--犧牲增益

3.有損匹配：如基極上加壓振電阻，射極加負(fù)反饋電阻等（不穩(wěn)定意味著放大器輸入或輸出阻抗中存在負(fù)阻成分，增加電阻以消除此負(fù)阻）

4.注意屏蔽、隔離、布局、布線等，減小寄生參數(shù)的影響。穩(wěn)定措施39中和法消除極間內(nèi)反饋電容影響加中和電容使注意相位應(yīng)相反！40中和法消除極間內(nèi)反饋電容影響41共基電路輸入阻抗小，共射電路輸出阻抗大，級(jí)聯(lián)時(shí)增大了共射電路的負(fù)載導(dǎo)納，失配，使共射管內(nèi)反饋減弱，穩(wěn)定性提高。共射電壓增益減小，共射-共基兩個(gè)管子的電壓增益相當(dāng)于單級(jí)共射電路增益，因此該電路是犧牲增益換取穩(wěn)定。42有損匹配方法—犧牲增益換取穩(wěn)定晶體管的三個(gè)端口中的兩個(gè)端口之間并聯(lián)電阻。例如在共射放大器的集電極-發(fā)射極并一較大電阻。在晶體管的三個(gè)端口串聯(lián)電阻，例如在基極上串一小的壓振電阻。對(duì)低噪聲放大器，有損匹配電阻應(yīng)置于輸出端口，否則使噪聲系數(shù)惡化。對(duì)功率放大器，有損匹配電阻應(yīng)置于輸入端口，以維持電路的效率。43注：分散選頻諧振放大電路(每級(jí)都接有諧振特性的負(fù)載，將它們級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成多級(jí)放大電路）存在下述缺點(diǎn)：1.晶體管輸入阻抗與輸出阻抗的變化影響諧振曲線，使放大電路選擇性變差2.晶體管的結(jié)電容Cb’c使放大電路輸入端與輸出端發(fā)生相