第二章高頻放大電路

第二章高頻放大電路第1頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1高頻電路中的元器件金屬膜電阻<碳膜電阻<線繞電阻

表面貼裝（SMD）電阻<引線電阻

小尺寸的電阻<大尺寸的電阻

2、電容的高頻等效電路

3、電感的高頻等效電路

1、電阻的高頻等效電路*2第2頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月品質(zhì)因數(shù)電感的品質(zhì)因數(shù)

對于通信電路中應(yīng)用的電感來說，其Q值通常為幾十至一二百。*3第3頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻電路中的有源器件1、晶體二極管

2、雙極型晶體管與場效應(yīng)管

1）高頻小功率管

主要要求高增益和低噪聲

2）高頻功率放大管

主要要求除了增益外，還要求在高頻時能夠有較大的輸出功率。*4第4頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2諧振回路的基本特性

*5第5頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性

要求選頻電路的通頻帶寬度與傳輸信號有效頻譜寬度相一致。理想的選頻電路通頻帶內(nèi)的幅頻特性fof1f22Δf0.72Δf0.1理想實際α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20通頻帶外的幅頻特性應(yīng)滿足

理想的幅頻特性應(yīng)是矩形，既是一個關(guān)于頻率的矩形窗函數(shù)。

矩形窗函數(shù)的選頻電路是一個物理不可實現(xiàn)的系統(tǒng)，實際選頻電路的幅頻特性只能是接近矩形定義矩形系數(shù)K0.1表示選擇性：2Δf0.7稱為通頻帶：顯然，理想選頻電路的矩形系數(shù)K0.1=1，而實際選頻電路的矩形系數(shù)均小于1。*6第6頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月選頻網(wǎng)絡(luò)的基本特性

另外，為不引入信號的相位失真，要求在通頻帶范圍內(nèi)選頻電路的相頻特性應(yīng)滿足

即理想條件下信號有效頻帶寬度內(nèi)的各頻率分量都延遲一個相同時間τ，這樣才能保證輸出信號中各頻率分量之間的相對關(guān)系與輸入信號完全相同。φo+π/2φ(f)f-π/20-φofof1f22Δf0．7理想實際

實際選頻回路的相頻特性曲線并不是一條直線，所以回路的電流或端電壓對各個頻率分量所產(chǎn)生的相移不成線性關(guān)系，這就不可避免地會產(chǎn)生相位失真，使選頻回路輸出信號的包絡(luò)波形產(chǎn)生變化*7第7頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RpLCRSiSRLCRSiS2.2.1LC選頻回路RLCRSuS*8第8頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSiS2.2.1LC選頻回路ZPRLCRSuSZS*9第9頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRLCRSiS2.2.1LC選頻回路RpLCRSiS*10第10頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRpLCRSiS2.2.1LC選頻回路+ui-ii*11第11頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRLCRSiS*12第12頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RLCRSuSRLCRSiS*13第13頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月電感性電容性電容性電感性RpR*14第14頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月Q2>Q1Q11OQ2或OQ1Q2或同樣定義并聯(lián)（串聯(lián)）諧振回路端電壓（電流）的相位為*15第15頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1LC選頻回路RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-*16第16頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1LC選頻回路11*17第17頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1LC選頻回路RpLCRSiSRLRLCRSuSRL*18第18頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月為方便討論，定義在諧振時的特性阻抗為：并聯(lián)諧振回路

串聯(lián)諧振回路

*19第19頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月例設(shè)圖所示高Q電路中，Is=1mA，L=100H，C=100pF，Rs=100KΩ，RL=50KΩ，電感的損耗電阻r為10Ω，試計算諧振回路總的品質(zhì)因數(shù)和諧振時回路兩端電壓。解：將電路圖等效為下圖所示*20第20頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月LC阻抗變換網(wǎng)絡(luò)

BX1RXR1AABX2R2*21第21頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月BX1RXR1AABX2R2*22第22頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RL1CRSiSL2RpCRSiS*23第23頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月RLN1N2M+u1-+u2-C二變壓器阻抗變換電路RL'

假設(shè)初級電感線圈的圈數(shù)為N1，次級圈數(shù)為N2，且初次間全耦合(k=1)，線圈損耗忽略不計，則等效到初級回路的電阻RL'上所消耗的功率應(yīng)和次級負(fù)載RL上所消耗功率相等，即

或變壓器初次級電壓比u1／u2等于相應(yīng)圈數(shù)比N1／N2，故有

可通過改變比值調(diào)整RL'的大小。*24第24頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月三回路抽頭的阻抗變換L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL*25第25頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月三回路抽頭的阻抗變換iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRL'RS'iS'LCRL'RS'iS'abab*26第26頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月iSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab三回路抽頭的阻抗變換

+ucb-+uab-+udb-+uab-*27第27頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月iSRSL2L1C2C1RLacbd4接入系數(shù)（抽頭系數(shù)）

iLiSiCiRiL>>iS；iC>>iR*28第28頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月ususisis雙耦合諧振回路及其選頻特性

*29第29頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月isis雙調(diào)諧回路（耦合回路）+u2m-+u2m-*30第30頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月雙調(diào)諧回路（耦合回路）1*31第31頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月雙調(diào)諧回路（耦合回路）1*32第32頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月雙調(diào)諧回路（耦合回路）1*33第33頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)作業(yè)2.2.2，2.2.4，2.2.5*34第34頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1小信號諧振放大電路

晶體管的高頻小信號等效模型高頻小信號調(diào)諧放大器高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性*35第35頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻小信號調(diào)諧放大器

（highfrequencysmallsignalamplifiers）*36第36頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻小信號調(diào)諧放大器

（highfrequencysmallsignalamplifiers）*37第37頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’e1晶體管的高頻小信號等效模型eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmub’e*38第38頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月yieyoeyreuceyfeube+u1-+u2-i1i2+ube-+uce-ibic二Y參數(shù)等效電路*39第39頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月yieyoeyreuceyfeube+ube-+uce-ibic*40第40頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe*41第41頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月1*42第42頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月*43第43頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc1.2.2高頻小信號調(diào)諧放大器Rb1Rb2ReEc32154B1B2CLyLVT輸入回路輸出回路晶體管*44第44頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-32154B1B2CLyLVT*45第45頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL二、放大器性能參數(shù)分析：ib+ube-iC+uce-YiiCyfeubeyoe+uce-*46第46頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYSiC*47第47頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiS+u54-+u31-+u21-+ube-iCyfeubeyoe+uce-*48第48頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeYLyLyfeubeyoe+u54-+u31-+u31-p1yfeubep1yfeube+u31-*49第49頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego+u31-*50第50頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月1B*51第51頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月1*52第52頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月go二、放大器性能參數(shù)分析：+u31-*53第53頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月二、放大器性能參數(shù)分析：go+u31-*54第54頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月三、多級單調(diào)諧放大器Au1Au2Aun*55第55頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）n級放大器的矩形系數(shù)*56第56頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月利用參差調(diào)諧展寬調(diào)諧放大電路的通頻帶

參差調(diào)諧放大電路廣泛應(yīng)用于要求通頻帶較寬的小信號調(diào)諧放大電路中，常用的有雙參差調(diào)諧（成對調(diào)諧）和三參差調(diào)諧放大電路。所謂雙參差調(diào)諧是把n級放大電路中每兩級作為一組。假設(shè)共有m=n/2組，每組中的兩級放大電路均有相同的電路結(jié)構(gòu)和性能，只是把其中的一級調(diào)諧在f1=f0+Δf1上，另一級調(diào)諧在f2=f0-Δf2上*57第57頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)參差調(diào)諧頻率滿足f1=f0(1+1/2Q)和f2=f0(1-1/2Q)時，合成幅頻特性為最為平坦；兩級參差調(diào)諧放大器的選擇性為：通頻帶為：

如果將m組雙參差放大電路級聯(lián)，則總選擇性為：

通頻帶為：

當(dāng)通頻帶維持不變時，兩組參差調(diào)諧放大電路的總增益，僅下降到QL值恒定時，四級調(diào)諧在同一頻率的單諧振回路放大電路總增益的(1.12)4/4=0.39倍，大大緩和了通頻帶和增益之間的矛盾。*58第58頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月yieyreuceyfeubeyoeYSyL2.2.4高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性

實際上yre≠0，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，從而可能使放大器工作不穩(wěn)定。如果這個反饋足夠大，且在相位上滿足正反饋條件，則會出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。1.共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益

u'beuce

由于內(nèi)反饋的存在，在放大器的輸入端將產(chǎn)生一個反饋電壓u'be，定義穩(wěn)定系數(shù)S:S＝ube(jω)／u'be(jω)u'be(jω)=-yreuce/

(YS+yie)=-yreuce/y1uce(jω)=-yfeube/

(yL+yoe)=-yfeube/y2S＝ube(jω)／u'be(jω)=y1y2/yfeyre

當(dāng)S為正實數(shù)時，表明ube(jω)／u'be(jω)同相，滿足自激振蕩的相位條件。

當(dāng)|S|>1時，|ube(jω)|>|u'be(jω)|，不滿足振幅條件，放大器不會自激；當(dāng)|S|≤1時，放大器不穩(wěn)定。

為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級放大器通常選|S|＝5～10。

*59第59頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性

1.共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益

當(dāng)晶體管的工作頻率遠(yuǎn)低于特征頻率fT時:

yfe≈|yfe|≈gm,yre≈jωCb'c，φre＝90o

經(jīng)推導(dǎo)得放大器的電壓增益與穩(wěn)定系數(shù)S的平方根成反比:當(dāng)取S=1時，稱為臨界穩(wěn)定，其電壓增益稱為臨界穩(wěn)定電壓增益。實際中常取S=5，此時電壓增益稱為最大穩(wěn)定增益。即為

*60第60頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.提高放大器的穩(wěn)定性的方法

一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納yre的值。

二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法有中和法與失配法。

中和法通過在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路(中和電路)，來抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)yre的反饋作用。

CNCL2L1VT2VT1ECCL1L2VT1VT2CNCb'ciNif

用一個電容CN來抵消yre的虛部(反饋電容)的影響，就可達(dá)到中和的目的。

固定的中和電容CN只能在某一個頻率點起到完全中和的作用，對其它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。

*61第61頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.提高放大器的穩(wěn)定性的方法

失配法通過增大負(fù)載電導(dǎo)YL，進(jìn)而增大總回路電導(dǎo)，使輸出電路嚴(yán)重失配，失配法以犧牲增益來換取電路的穩(wěn)定。

用兩只晶體管按共發(fā)一共基方式連接成一個復(fù)合管是經(jīng)常采用的一種失配法。

VT1VT2

由于共基電路的輸入導(dǎo)納較大，當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較小的共發(fā)電路連接時，相當(dāng)于增大共發(fā)電路的負(fù)載導(dǎo)納而使之失配，從而使共發(fā)晶體管內(nèi)部反饋減弱，穩(wěn)定性大大提高。

共發(fā)電路在負(fù)載導(dǎo)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，而且共發(fā)一共基電路的上限頻率很高。

*62第62頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2集中選頻的小信號諧振放大電路集中選擇性放大電路框圖

寬帶集成放大電路為電路提供足夠高的電壓增益，而集中選擇濾波器則滿足電路的通頻帶寬和選擇性高的要求一.集中選擇性濾波器

完全由無源元件組成的濾波電路稱為無源濾波器，這種濾波器不但沒有增益，而且還會對信號產(chǎn)生衰減（即使對于通帶內(nèi)的信號也是如此，但是對于阻帶信號的衰減要遠(yuǎn)大于對通帶信號的衰減），通常把對通帶內(nèi)信號的衰減程度稱為插入損耗（簡稱為插損）。*63第63頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

由濾波網(wǎng)絡(luò)和加有反饋的放大器件共同組成的濾波電路稱為有源濾波器。

常用的濾波器種類很多，如高階LC濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面波濾波器等1.陶瓷濾波器

陶瓷濾波器是由鋯鈦酸鉛[Pb(ZrTi)O3]壓電陶瓷材料（簡稱PZT)制