高頻小信號放大器

第三章

小信號調諧放大器使用選頻網(wǎng)絡作為負載的放大電路小信號+放大+選頻3.1概述對高頻小信號放大器的要求信號幅度小放大器工作在線性區(qū)，可以應用二端口網(wǎng)絡分析信號頻譜——輸入與輸出完全相同選頻（濾波）作用信號頻譜寬度——有限噪聲、干擾——全頻范圍目的：提取有用信號，抑制無用信號晶體管、場效應管、集成運放LC諧振，晶體、陶瓷、聲表面波等固體濾波器有源器件諧振回路窄帶諧振放大器按頻帶寬度分:窄帶放大器：以各種選頻電路作負載，例如并聯(lián)諧振回路、耦合諧振回路、各種濾波器等寬帶放大器：采用無選頻作用的電路作負載，例如高頻變壓器、傳輸線變壓器等按負載分:調諧放大器集中選頻放大器：以石英晶體、陶瓷、聲表面波濾波器為負載單調諧放大器雙調諧放大器參差調諧放大器

小信號放大電路的分類:主要性能指標和基本單元電路常見的基本指標如下：一．增益

增益定義為放大器的輸出信號電量與輸入信號電量的比值，用A加下標（類似于低頻放大器的增益）來表示。

圖為一典型增益的幅頻特性曲線。

分貝表示：二．通頻帶

放大器的電壓增益下降到最大值的0.707（即1/)倍時，所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示。2

f0.7也稱為3dB帶寬。三.選擇性

從各種不同頻率信號的總和中選出有用信號，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)表示與理想濾波特性的接近程度。2

f0.1,2f0.01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。單諧振回路單諧振回路的選擇性較差例：求解任意一單諧振回路的矩形系數(shù)Kr0.1解：表示對某個干擾信號fn

的抑制能力，用dn表示。例：Av0=100，Avn=1，用分貝表示dn(dB)=20lgdn②抑制比(抗拒比)Avn：為干擾信號的放大倍數(shù)，Av0：為諧振點f0的放大倍數(shù)。

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，選擇內反饋小的晶體管，應用中和或失配方法等。

指當放大電路的工作狀態(tài)、元件參數(shù)等發(fā)生可能的變化時，放大器主要性能的穩(wěn)定程度。4

工作穩(wěn)定性：

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)應盡量小。3.2小信號放大器等效電路及其參數(shù)直流偏置電路和交流偏置電路的畫法(1)直流偏置電路：將所有電容開路、電感短路，可得放大器的直流通道。（2）交流偏置電路：將旁路電容（大電容）短路，直流電源對地短路，高頻扼流圈開路，可得交流通道。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEcRb1Rb2ReEc32154B1B2CLyLVT輸入回路輸出回路晶體管直流偏置電路：R1,R2為基極分壓電阻，Re為發(fā)射級負反饋電阻，C1,Ce為旁路電容。目的：確定靜態(tài)工作點，給三極管放大器供電，使其可以工作。高頻等效通路：交流信號實際流過的電路。1、混合型等效電路

從模擬晶體管的物理機構出發(fā)，用集中參數(shù)元件R、C和受控源來表示管內的復雜關系。

二、晶體管高頻等效電路優(yōu)點：各元件參數(shù)物理意義明確，在較寬的頻帶內元件值基本上與頻率無關；缺點：隨器件不同而有不少差別，分析和測量不方便。因而混合型等效電路法較適合于分析寬頻帶小信號放大器?；旌夕行偷刃щ娐?/p>

二端口網(wǎng)絡2、晶體管的Y參數(shù)等效電路Y參數(shù)網(wǎng)絡方程Y參數(shù)等效電路電路正向傳輸導納反應輸入電壓對輸出電流的控制。體現(xiàn)晶體管放大能力反向傳輸導納反應輸出電壓對輸入電流影響。即晶體管內部的反饋作用Yoe=goe+jωCoe，輸出導納goe、Coe分別稱為輸出電導和輸出電容Yie=gie+jωCie，輸入導納gie、Cie分別稱為輸入電導和輸入電容晶體管的Y參數(shù)等效電路放大器輸入導納Yi放大器輸出導納Yo電壓增益3.3單調諧回路諧振放大器高頻調諧放大器及其等效電路取Yre=0高頻調諧放大器及其等效電路gp表示電感線圈的等效并聯(lián)損耗電導放大器輸出電壓1．電壓增益與諧振電壓增益諧振電壓增益負號表示放大器的輸出電壓與輸入電壓之間反相，但由于Yfe是復數(shù)，有一個相角∠φfe，因此，一般來說，放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差180°2．放大器的選擇性與通頻帶相對電壓增益通頻帶>>1通常的，放大器采用級聯(lián)形式搭建。即，本級的放大器負載，為下一級的晶體管輸入端3.負載分析和阻抗匹配匹配條件匹配時的電壓增益【例】單調諧放大器如圖所示，下級采用與本級相同的電路，放大器的中心頻率f0=465kHz，通頻帶BW0.7=15kHz。已知晶體管在中心頻率及工作點上的Y參數(shù)為：gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55μS，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略去Yre的影響；調諧回路的電感線圈N13=120匝，L13=586μH，Q0=150。試在放大器輸出功率盡量高的情況下（阻抗匹配），確定回路品質因數(shù)，等效元件值，變壓器匝數(shù)，回路電容C，并計算放大器的增益。解：1)確定回路參數(shù)(1)確定回路有載品質因數(shù)、總電導值和電感損耗等效并聯(lián)電導值。(2)確定接入系數(shù)p1和p2為了使輸出功率盡量高，則要求電路滿足匹配條件則有(3)確定回路電容C2)計算放大器的增益例f=30MHz,晶體管為3DG47型NPN高頻管.當Vce=6V,Ie=2mA時,gie=1.3mS,Cie=12pF,goe=400μS,Coe=9.5pF;|Yfe|=58.3mS,φfe=-2.2o;|Yre|=310μS,φre=-88.8o;L=1.4μH;p1=1,p2=0.3,Q0=100.求單級放大器的AV0;2Δf0.7;回路電容C=?才能使回路諧振?單極放大器的Y參數(shù)微變等效電路折合后的微變等效電路例f=30MHz,晶體管為3DG47型NPN高頻管.當Vce=6V,Ie=2mA時,gie=1.3mS,Cie=12pF,goe=400μS,Coe=9.5pF;|Yfe|=58.3mS,φfe=-2.2o;|Yre|=310μS,φre=-88.8o;L=1.4μH;p1=1,p2=0.3,Q0=100.求單級放大器的AV0;2Δf0.7;回路電容C=?才能使回路諧振?解:設暫不考慮Yre的作用.例解:例f=30MHz,晶體管為3DG47型NPN高頻管.當Vce=6V,Ie=2mA時,gie=1.3mS,Cie=12pF,goe=400μS,Coe=9.5pF;|Yfe|=58.3mS,φfe=-2.2o;|Yre|=310μS,φre=-88.8o;L=1.4μH;p1=1,p2=0.3,Q0=100.求單級放大器的AV0;2Δf0.7;回路電容C=?才能使回路諧振?go+u31-采用相同的晶體管go+u31-一、多級單調諧回路諧振放大器1．電壓增益每一級放大器的參數(shù)結構均相同諧振時總的電壓增益2．通頻帶級數(shù)m1234510.640.510.430.39頻帶縮減因子3.4調諧放大器的級聯(lián)3．矩形系數(shù)級數(shù)m123456∞9.954.663.743.383.193.072.56例有一個三級同步調諧的單回路諧振放大器，其中心頻率為465kHz，每個回路的品質因數(shù)QL=40,（1）試求該放大電路的總通頻帶為多少？（2）若要求該電路級聯(lián)前后通頻帶不改變，則此時的QL’為多少？諧振增益變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?？?）若要求該放大電路總通頻帶為10kHz，則允許的最大QL為多少？即，單級諧振增益約為之前的0.5倍。三級總增益為之前的0.125倍。1.2.3.結論m變大時，BW0.7、BW0.1降低，選擇性增強，矩形系數(shù)減小(其減小不是線性的，上限值約2.56)為保持多級級聯(lián)后通頻帶不變，總增益將急劇下降3.5雙調諧回路諧振放大電路參差調諧電路以雙參差調諧為例：將2級單調諧放大器調諧在信號中心頻點附近兩個不同頻點上，組成參差調諧電路。該電路中兩個單調諧放大器幅頻特性互相補償，雖然降低了增益，但是展寬了通頻帶Δf1=Δf2=f0/2QL時，幅頻特性具有最平坦特性。圖三參差調諧放大器的諧振曲線3.6高頻調諧放大器的穩(wěn)定性晶體管內部存在著反向輸入導納，考慮yre

后，放大器輸入導納和輸出導納的數(shù)值會對放大器的調試及對放大器的工作穩(wěn)定性有很大的影響。一、晶體管內部反饋的有害影響

1．放大器調試困難放大器的輸入導納

放大器的輸出導納

由于yre

的存在，放大器的輸入和輸出導納，分別與負載及信號源有關。

2.

放大器工作不穩(wěn)定

因為放大后的輸出電壓Uo

通過反向傳輸導納yre

，把一部分信號反饋到輸入端，由晶體管加以放大，再通過yre

反饋到輸入端，如此循環(huán)不止。在條件合適時，放大器甚至不需要外加信號，也能夠產生正弦或其它波形的振蕩，使放大器工作不穩(wěn)定。一、自激產生的原因gF改變了回路的QL值,bF引起回路失諧。yre的存在會導致自激的產生,是不穩(wěn)定的原因。gF呈負電導性時，gΣ↓,QL↑,通頻帶↓,增益也因損耗的減少而增加，即負電導gF供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當gF=gs+gie（回路原有電導）則gΣ=0，QL

，放大器失去放大性能，處于自激振蕩工作狀態(tài)。二、放大器產生自激的條件當Ys+Yi=0時,

回路總電導gΣ=0,

放大器產生自激。假定輸入回路和輸出回路相同產生自激的條件當S=1時產生自激；當S>>1時，放大器穩(wěn)定工作。一般要求S=5～10。三、Av0與S的關系

實際上:由于f<<fT,φfe≈0,因此yfe=|yfe|，且yre中,電納起主要作用，即代入相位條件,得:ξ=－

1當f在低于f0的某一點(ξ=－

1)時,可能產生自激.如果令gs+gie=g1，goe+GL=g2，代入穩(wěn)定系數(shù)S當S=5時，穩(wěn)定電壓增益用晶體管CG30做一個30MHz的中頻放大器，當工作電壓Vce=8V，Ie=2mA時，其Y參數(shù)是：

Yie=(2.86+j3.4)mS;Yre=(0.08-j0.3)mS;Yfe=(26.4-j36.4)mS;Yoe=(0.2+j1.3)mS。求此放大器的穩(wěn)定電壓增益Av0，要求穩(wěn)定系數(shù)S≥5。例3.2解：依題意，取S=5;

由于yre的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強放大器的穩(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失配法增大GL或gs的數(shù)值，使輸入和輸出回路與晶體管失配。二、克服不穩(wěn)定的方法

——單向化1．中和法在放大器的線路中插入一個外加的反饋電路來抵消內部反饋的影響，稱為中和。這相當減小了晶體管的

yre

，放大器可以穩(wěn)定地工作。

中和法對增益沒有影響，該方法的主要優(yōu)點是增益高，因為它不是靠犧牲增益來獲取穩(wěn)定性的。但中和法的缺點也是突出的，它不能在一個頻段滿足實際需要，實際電路中只能在一個頻率點起到中和作用。此外，由于晶體管集電極至基極的內部反饋電路并不是一個純電容，而是具有一定的電阻分量，所以中和電路也應是電阻和電容構成的網(wǎng)絡，這使設計和調整都比較麻煩。目前，僅在收音機中采用這種辦法，而一些要求較高的通信設備大多不再用中和電路。2．失配法

失配是指信號源內阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出端的負載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。失配法從物理概念上講，