高頻小信號放大器嚴(yán)國萍

高頻小信號放大器嚴(yán)國萍演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有69頁\編輯于星期二高頻小信號放大器嚴(yán)國萍現(xiàn)在是2頁\一共有69頁\編輯于星期二3.1概述1、高頻小信號放大器的特點(diǎn)①頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz頻帶寬度在幾kHz到幾十MHz②小信號信號較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器)現(xiàn)在是3頁\一共有69頁\編輯于星期二現(xiàn)在是4頁\一共有69頁\編輯于星期二2、高頻小信號放大器的分類按所用的器件：晶體管（BJT)、場效應(yīng)管（FET)、集成電路（IC)按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按電路形式：單級放大器和級聯(lián)放大器按負(fù)載性質(zhì)：諧振放大器和非諧振放大器諧振放大器是采用諧振回路作負(fù)載的放大器，具有放大、濾波和選頻的作用。非諧振放大器由阻容放大器和各種濾波器組成，其機(jī)構(gòu)簡單，便于集成。現(xiàn)在是5頁\一共有69頁\編輯于星期二1)增益：（放大系數(shù)）

電壓增益： 功率增益：分貝表示：

2)通頻帶：放大器的電壓增益下降到最大值的0.707倍時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用B=2f0.7表示。

2f0.7也稱為3分貝帶寬。3、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo)現(xiàn)在是6頁\一共有69頁\編輯于星期二0.5為什么要求通頻帶？放大器所放大的一般都是已調(diào)制的信號，已調(diào)制的信號都包含一定譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，讓必要的信號頻譜分量通過放大器。

與諧振回路相同，放大器的通頻帶決定于回路的形式和回路的等效品質(zhì)因數(shù)QL。此外，放大器的總通頻帶，隨著級數(shù)的增加而變。并且通頻帶愈寬，放大器增益愈小?，F(xiàn)在是7頁\一共有69頁\編輯于星期二3)選擇性

從各種不同頻率的信號的總和（有用的和有害的）中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性。選擇性常采用矩形系數(shù)和抑制比來表示。

①矩形系數(shù)

按理想情況，諧振曲線應(yīng)為一矩形。為了表示實際曲線接近理想曲線的程度，引入“矩形系數(shù)”，它表示對鄰道干擾的抑制能力。現(xiàn)在是8頁\一共有69頁\編輯于星期二

2f0.1,2f0.01分別為放大倍數(shù)下降至0.1和0.01處的帶寬，Kr愈接近于1越好。現(xiàn)在是9頁\一共有69頁\編輯于星期二②抑制比表示對某個干擾信號fn的抑制能力，用dn表示。An為干擾信號的放大倍數(shù)，Av0為諧振點(diǎn)f0的放大倍數(shù)。例Av0=100An=1用分貝表示dn(dB)=20lgdn現(xiàn)在是10頁\一共有69頁\編輯于星期二5)噪聲系數(shù)：放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示：

NF越接近1越好在多級放大器中，前二級的噪聲對整個放大器的噪聲起決定作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小。以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應(yīng)根據(jù)需要決定主次，進(jìn)行分析和討論。4)工作穩(wěn)定性：指在電源電壓變化或器件參數(shù)變化時以上三參數(shù)的穩(wěn)定程度。

為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，即限制每級增益，選擇內(nèi)反饋小的晶體管，應(yīng)用中和或失配方法等?，F(xiàn)在是11頁\一共有69頁\編輯于星期二3.2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)3.2.1形式等效電路（網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路）將晶體管看成四端網(wǎng)路現(xiàn)在是12頁\一共有69頁\編輯于星期二式中：Y參數(shù)等效電路現(xiàn)在是13頁\一共有69頁\編輯于星期二

把晶體管內(nèi)部的物理過程用集中器件RLC表示。用這種物理模型的方法所涉及到的物理等效電路就是混合π參數(shù)等效電路。3.2.2混合π參數(shù)等效電路(物理模擬等效電路)現(xiàn)在是14頁\一共有69頁\編輯于星期二

rbc與Cbc引起的容抗相比rbc可視為開路。rbe與Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（視為開路）rce與回路負(fù)載比較，可視為開路。

混合π等效電路中，電容，電阻并聯(lián)，在一定的頻率下：3.2.3混合π等效電路的簡化現(xiàn)在是15頁\一共有69頁\編輯于星期二簡化后的等效電路如圖：這是對工作頻率較高時的簡化電路，對工作頻率范圍不同時，等效電路可進(jìn)行不同的簡化。頻率低時可忽略電容的作用?，F(xiàn)在是16頁\一共有69頁\編輯于星期二(一)令V2=0，求yie、yfe。簡化混合π等效電路，如圖所示。

(1)3.2.4

Y參數(shù)等效電路與混合π等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換現(xiàn)在是17頁\一共有69頁\編輯于星期二(2)

V1小引起I小又現(xiàn)在是18頁\一共有69頁\編輯于星期二(二)

令，求yre、yoe

(3)

現(xiàn)在是19頁\一共有69頁\編輯于星期二故(1)、(2)、(3)、(4)中的Ybe可認(rèn)為相同。(4)現(xiàn)在是20頁\一共有69頁\編輯于星期二正向傳輸導(dǎo)納輸入導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納輸出導(dǎo)納Y參數(shù)等效電路與混合π等效電路參數(shù)的轉(zhuǎn)換式現(xiàn)在是21頁\一共有69頁\編輯于星期二晶體管的高頻參數(shù)1）截止頻率由于β0比1大的多,在頻率為fβ時,|β|雖然下降到原來的0.707但是仍然比1大的多,因此晶體管還能起到放大的作用。2）特征頻率當(dāng)頻率增高，使|β|下降到1時的頻率。現(xiàn)在是22頁\一共有69頁\編輯于星期二電流放大系數(shù)β與f的關(guān)系：故可以粗略計算在某工作頻率下的電流放大系數(shù)。3）最高振蕩頻率fmax

fmax表示晶體管所能夠適應(yīng)的最高極限頻率。在此工作頻率時晶體管已經(jīng)不能得到功率放大，當(dāng)f>fmax時,無論使用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。晶體管的功率增益時的工作頻率可以證明:現(xiàn)在是23頁\一共有69頁\編輯于星期二R1、R2、R3為偏置電阻，決定工作點(diǎn)，

LF、CF為濾波電路，負(fù)壓供電

C4、L組成L、C諧振回路

R4是加寬回路通頻帶用

Rp是并聯(lián)回路本身的損耗

所謂單調(diào)諧回路共發(fā)放大器就是晶體管共發(fā)電路和并聯(lián)回路的組合。所以前面分析的晶體管等效電路和并聯(lián)回路的結(jié)論均可應(yīng)用。3.3

晶體管諧振放大器3.3.1單級單調(diào)諧回路諧振放大器現(xiàn)在是24頁\一共有69頁\編輯于星期二(3)=(2)(4)代入(1)(4)放大器的輸入導(dǎo)納:現(xiàn)在是25頁\一共有69頁\編輯于星期二放大器的質(zhì)量指標(biāo)1）電壓指標(biāo)根據(jù)電壓變比關(guān)系：所以：由于：所以：現(xiàn)在是26頁\一共有69頁\編輯于星期二現(xiàn)在是27頁\一共有69頁\編輯于星期二現(xiàn)在是28頁\一共有69頁\編輯于星期二電壓增益的相關(guān)結(jié)論因為有載，所以QL不能太低，否則增益AV較低。

單調(diào)諧回路放大器諧振電壓增益現(xiàn)在是29頁\一共有69頁\編輯于星期二2）功率增益放大器的輸入功率諧振時：Pio0上獲得的功率輸出端負(fù)載ie2gP(：）；ioPPPA=現(xiàn)在是30頁\一共有69頁\編輯于星期二()oeiefeoeieiefeieioggygpgpgygpppp12212221222221(max)maxPo44A===：故最大功率增益為現(xiàn)在是31頁\一共有69頁\編輯于星期二現(xiàn)在是32頁\一共有69頁\編輯于星期二3）放大器的通頻帶現(xiàn)在是33頁\一共有69頁\編輯于星期二當(dāng)和為定值時（電路定了，其值也定了，帶寬增益乘積為常數(shù)）決定于與，因此選擇管子時應(yīng)選取大的，應(yīng)減少，但也不能取的太小，因為不穩(wěn)定的電容的影響大。設(shè)

P1、P2=1帶寬增益乘積為一常數(shù)現(xiàn)在是34頁\一共有69頁\編輯于星期二

3、對于寬帶而言，要使盡量大，因為頻帶很寬，諧振曲線不穩(wěn)定是次要的，對于窄帶放大器，盡量大，使諧振曲線穩(wěn)定（不會使通頻帶改變，以至引起頻率失真）。

2、為了獲得高增益，寬頻帶，除了選用較大的晶體管外，應(yīng)該盡量減小諧振回路的總電容，但是這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。

1、當(dāng)確定，p1和p2不變時，只取決于和的乘積，電容越大，通頻帶越寬，變小。討論：現(xiàn)在是35頁\一共有69頁\編輯于星期二4）單調(diào)諧放大器的選擇性

所以單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，故其鄰道選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)?，F(xiàn)在是36頁\一共有69頁\編輯于星期二4、多級單調(diào)諧回路諧振放大器

若單級放大器的增益不能滿足要求，就可以采用多級級聯(lián)放大器。級聯(lián)后的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)生變化。現(xiàn)在是37頁\一共有69頁\編輯于星期二1）增益2）通頻帶

如果多級放大器是由完全相同的單級放大器組成，則Am=

現(xiàn)在是38頁\一共有69頁\編輯于星期二根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶

上面的分析表明:①

為了使總的通頻帶不變,每級的帶寬都要增加為原來的X倍。②當(dāng)每級通頻帶加寬X倍時,每級的增益都會降低為原來的1/X?，F(xiàn)在是39頁\一共有69頁\編輯于星期二3）選擇性(以矩形系數(shù)為例)結(jié)論:單調(diào)諧回路特點(diǎn)是電路簡單,調(diào)試容易,但選擇性差,增益和通頻帶的矛盾比較突出。現(xiàn)在是40頁\一共有69頁\編輯于星期二例3-1在圖中，設(shè)工作頻率f=30MHz，晶體管的正向傳輸導(dǎo)納

yfe=58.3ms，gie=1.2ms,Cie=12PF,goe=400s,Coe=9.5pF，回路電感L=1.4H，接入系數(shù)P1=1，P2=0.3空載品質(zhì)因數(shù)Q0=100（假設(shè)yre=0）求：1.單級放大器諧振時的電壓增益通頻帶2

f0.7，諧振時回路外接電容C若R4=10k，試計算并比較在回路中并上R4前后的通頻帶和增益。現(xiàn)在是41頁\一共有69頁\編輯于星期二分析：根據(jù)電壓增益表達(dá)式，應(yīng)先求出總電導(dǎo)g首先將圖中的負(fù)載畫出其等效電路如圖所示，現(xiàn)在是42頁\一共有69頁\編輯于星期二

解：因為回路諧振電阻RP=QP0L=1006.28301061.410-626k

因此回路總電導(dǎo)g=Gp+

若下級采用相同晶體管時，即gie1=gie2=1.2ms

則=0.038410-3+0.410-3+(0.3)21.210-3=0.5510-3S

②

回路總電容為

故外加電容C應(yīng)為

③通頻帶為①電壓增益為現(xiàn)在是43頁\一共有69頁\編輯于星期二④若R4=10k，則因此并上電阻R4后增益降低，帶寬加寬。故而則現(xiàn)在是44頁\一共有69頁\編輯于星期二3.4.1自激產(chǎn)生的原因gF改變了回路的QL值,bF引起回路失諧。3.4諧振放大器的穩(wěn)定性現(xiàn)在是45頁\一共有69頁\編輯于星期二

gF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可能為負(fù)值，即呈負(fù)電導(dǎo)性，使回路的總電導(dǎo)減小，QL增加，通頻帶減小，增益也因損耗的減少而增加，即負(fù)電導(dǎo)gF供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當(dāng)gF=gs+gie（回路原有電導(dǎo)）則回路總電導(dǎo)g=0，QL

，放大器失去放大性能，處于自激振蕩工作狀態(tài)。現(xiàn)在是46頁\一共有69頁\編輯于星期二系統(tǒng)變得穩(wěn)定。

變大,遠(yuǎn)離1，，反饋?zhàn)內(nèi)酰仁阶筮呑兊牟环€(wěn)定。

變小,接近于1，，反饋?zhàn)儚?qiáng)，等式左邊y

討論：re小大rey當(dāng)Ys+Yi=0回路總電導(dǎo)g=0放大器產(chǎn)生自激。此時放大器的反饋能量抵消了回路損耗能量，且電納部分也恰好抵消。表明放大器反饋的能量抵消回路損耗的能量，且電納部分也恰好得到抵消。3.4.2放大器產(chǎn)生自激的條件現(xiàn)在是47頁\一共有69頁\編輯于星期二因為討論的是小信號，略去直流參數(shù)元件即可用Y參數(shù)等效電路模擬。數(shù)學(xué)分析：

YL代表由集電極C向右看的回路導(dǎo)納等效電路分析現(xiàn)在是48頁\一共有69頁\編輯于星期二還可推導(dǎo)穩(wěn)定系數(shù)S＝5～101S一般要求時穩(wěn)定時產(chǎn)生自激，當(dāng)當(dāng)

為穩(wěn)定系數(shù)定義：>>=1S＝S現(xiàn)在是49頁\一共有69頁\編輯于星期二

re0feV021CSy2Aggw＝則有：如果=20=gyAfeV0212w=CyggSrefe3.4.3

Avo與S的關(guān)系令接入系數(shù)P1=P2=1則現(xiàn)在是50頁\一共有69頁\編輯于星期二

討論：

①(Avo)s與f有關(guān)，f(Avo)s，fyre內(nèi)反饋厲害。

②選管應(yīng)選大些的為好

③(Avo)s只考慮內(nèi)部反饋，未考慮外部反饋。當(dāng)S=5時，

(Avo)s是保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益，稱為穩(wěn)定電壓增益，為保證放大器穩(wěn)定工作，Avo不允許超過(Avo)s?，F(xiàn)在是51頁\一共有69頁\編輯于星期二

由于yre的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。單向化的方法有：⑴中和法消除yre的反饋⑵失配法使GL或gs的數(shù)值增大，因而使輸入或輸出回路與晶體管失去匹配。中和法:外加一個電容抵消正反饋電容的作用.

失配法：信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出端負(fù)載不與晶體管的輸出阻抗匹配。即以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性3.4.4克服自激的方法現(xiàn)在是52頁\一共有69頁\編輯于星期二

電橋平衡時，CD兩端的回路電壓不會反映到AB兩端,即對應(yīng)兩邊阻抗之比相等。(1)中和法：在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。具體線路：

現(xiàn)在是53頁\一共有69頁\編輯于星期二使Yi=yie，即使后項0，則必須加大YL

晶體管實現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法一般采用共發(fā)一共基級聯(lián)放大。則

信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負(fù)載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。(2)

失配法

現(xiàn)在是54頁\一共有69頁\編輯于星期二復(fù)合管y參數(shù)公式：現(xiàn)在是55頁\一共有69頁\編輯于星期二3.中和法與失配法比較中和法：優(yōu)點(diǎn)：簡單，增益高缺點(diǎn)：①只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶②因為晶體管離散性大，實際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。③采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變化沒有改善效果。失配法：優(yōu)點(diǎn)：①性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；②頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；③生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。缺點(diǎn)：增益低?，F(xiàn)在是56頁\一共有69頁\編輯于星期二下圖表示國產(chǎn)某調(diào)幅通信機(jī)接收部分所采用的二級中頻放大器電路。

4.諧振放大器電路舉例

現(xiàn)在是57頁\一共有69頁\編輯于星期二優(yōu)點(diǎn)

:

1)將選擇性回路集中在一起，有利于微型化。例如，采用石英晶體濾波器和線性集成電路放大器后，體積能夠做得很小。

2)穩(wěn)定性好，集中濾波器僅接在放大器的某一級，因此晶體管的影響很小，提高了放大器的穩(wěn)定性。

3)通常將集中濾波器接在放大器組的低信號電平處（例如，在接收機(jī)的混頻和中放之間）。這樣可使噪聲和干擾首先受到大幅度的衰減，提高信號噪聲比。

4)便于大量生產(chǎn)。集中濾波器作為一個整體，可單獨(dú)進(jìn)行生產(chǎn)和調(diào)試，大大縮短了整機(jī)生產(chǎn)周期?！?.5非調(diào)諧式放大器與集成電路放大器§3.5.1非調(diào)諧回路式放大器現(xiàn)在是58頁\一共有69頁\編輯于星期二器件MC1590具有工作頻率高，不易自激的特點(diǎn)，并帶有自動增益控制的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。

器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路。輸入信號Vi通過隔直流電容C4加到輸入端的引腳“1”，另一輸入端的引腳“3”通過電容C3交流接地，輸出端之一的引腳“6”連接電源正端，并通過電容C5交流接地，故電路是單端輸入、單端輸出。由L3和C6構(gòu)成去耦濾波器，減小輸出級信號通過供電電源對輸入級的寄生反饋。3.5.2

集成電路諧振放大器

1.由MC1590構(gòu)成的選頻放大器：現(xiàn)在是59頁\一共有69頁\編輯于星期二

MC1110集成塊是一種適合于放大頻率高達(dá)100MHz信號的射極耦合放大電路，其內(nèi)部電路及由它制成的100MHz調(diào)諧放大器的實用電路如圖所示。片內(nèi)電路如虛線框內(nèi)所示，兩只晶體管VT1和VT2組成共集一共基組合放大電路，使電路的上限截止頻率得以提高，且輸入、輸出阻抗均較高，故對外接調(diào)諧回路的影響減小。2.

MC1110制成的100MHz調(diào)諧放大電路現(xiàn)在是60頁\一共有69頁\編輯于星期二片內(nèi)電容C約30pF，跨接在VT1的集電極與VT2的基極之間，對于100MHz以上的工作頻率，C的容抗較小，以構(gòu)成這兩極間的高頻短路，使VT1的集電極在管內(nèi)經(jīng)C至VT2的基極，形成良好的高頻接地，實現(xiàn)共集—共基（CC—CB）放大對。由C1、C2、L1構(gòu)成的回路調(diào)諧于信號頻率，為了減弱信號源對回路的影響，信號是部分接入的。

L2、C3、C4組成并聯(lián)諧振回路，RL是負(fù)載，阻值較小，也是部分接入回路的?，F(xiàn)在是61頁\一共有69頁\編輯于星期二

ULN2204是單片調(diào)頻—調(diào)幅收音機(jī)集成塊，其內(nèi)部包含中頻放大器、調(diào)幅檢波器、調(diào)幅混頻器、調(diào)頻鑒頻器、AGC、AFC及音頻功率放大器等電路。下圖表示其中的中頻放大器。3.ULN2204集成電路中的放大器現(xiàn)在是62頁\一共有69頁\編輯于星期二本章小結(jié)一、高頻小信號放大器是通常分為諧振放大器和非諧振放大器，諧振放大器的負(fù)載為串、并聯(lián)諧振回路或耦合回路。二、小信號諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇性兩個質(zhì)量指標(biāo)來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實際幅頻特性接近理想幅頻特性的程度，矩形系數(shù)越接近于1，則諧振放大器的選擇性愈好?，F(xiàn)在是63頁\一共有69頁\編輯于星期二三、高頻小信號放大器由于信號小，可以認(rèn)為它工作在管子的線性范圍內(nèi)，常采用有源線性四端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。Y參數(shù)等效電路和混合等效電路是描述晶體管工作的重要模型。

Y參數(shù)與混合參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系，Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。四、單級單調(diào)諧放大器是小信號放大器的基本電路，其電壓增益主要決定于管子的參數(shù)、信號源和負(fù)載，為了提高電壓增益，諧振回路與信號源和負(fù)載的連接常采用部分接入方式?，F(xiàn)在是64頁\一共有69頁\編輯于星期二

五、由于晶體管內(nèi)部存在反向傳輸導(dǎo)納Yre，使晶體管成為雙向器件，在一定頻率下使回路的總電導(dǎo)為零，這時放大器會產(chǎn)生自激。