高頻電子線路(第二版)課件 第二章

高頻放大電路高頻放大電路是一種常見的電子電路,用于放大高頻信號。它通常由增益級、偏置電路和輸出級等部分組成,能夠有效放大輸入信號,并保持信號的完整性。本章將詳細介紹高頻放大電路的工作原理和設計技巧。byJerryTurnersnull2.1高頻放大電路的特點頻率響應寬高頻放大電路能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)保持較平坦的幅頻特性和相位特性。帶寬大相比于低頻放大電路,高頻放大電路具有更大的帶寬,能夠更好地傳輸寬帶信號。增益較低高頻放大電路的電壓增益一般較低,但其功率增益可以較高。噪聲較大由于工作頻率較高,高頻放大電路的噪聲水平相對較高,需要采取相應的降噪措施。2.2高頻放大電路的分類根據(jù)放大電路的拓撲結構分類：共源級、共柵級和共集電極級放大電路。根據(jù)放大電路的頻率特性分類：寬帶放大電路和窄帶放大電路。根據(jù)放大電路的工作狀態(tài)分類：A類、AB類、B類和C類放大電路。2.3共源級放大電路共源級放大電路是一種典型的高頻放大電路拓撲結構,其特點是源極接地,柵極和漏極之間形成放大級。這種結構具有增益高、輸入阻抗低、輸出阻抗高等優(yōu)點,廣泛應用于射頻、微波等領域的放大電路設計中。共源級放大電路的工作原理是利用場效應管漏極電流對柵極電壓的依賴關系來實現(xiàn)放大功能。通過合理設計元件參數(shù),可以獲得較高的功率放大倍數(shù)和較寬的工作頻帶。2.4共柵級放大電路共柵級放大電路是一種常見的高頻放大電路拓撲。該電路采用共柵連接,其特點是具有高輸入阻抗和低輸出阻抗,適用于前級與后級之間的匹配與隔離。同時它還具有良好的穩(wěn)定性和噪聲特性,在射頻和微波電路中廣泛應用。2.5共集電極放大電路共集電極放大電路是三極管放大電路的一種常見拓撲結構。它采用共集電極的接法，具有低輸入阻抗、高輸出阻抗的特點。這種電路結構能夠提供較大的功率增益，且具有良好的隔離性能和穩(wěn)定性。與共源級和共柵級相比，共集電極放大電路在高頻放大領域應用更為廣泛。2.6共源級放大電路的頻率特性共源級放大電路的頻率特性受到源端負載電容和管道參數(shù)的影響。在低頻段,放大器具有較平坦的幅頻特性和較好的相位特性;在高頻段,隨著頻率的增加,放大器的增益逐漸下降,相移角也逐漸增大。為了提高共源級放大電路的高頻特性,可以采用優(yōu)化管道參數(shù)、減小源端負載電容等措施。共柵級放大電路的頻率特性共柵級放大電路在高頻段具有較好的頻率響應特性。電路的上限截止頻率高于共源級電路,可以實現(xiàn)更高的工作頻率。但相比之下,它的增益較低,噪聲性能也較差。在實際應用中需要根據(jù)具體需求進行權衡取舍。共集電極放大電路的頻率特性共集電極放大電路的頻率特性主要表現(xiàn)在很高的輸出電阻和很低的輸入電容。這使得它能夠實現(xiàn)很寬的帶寬和很高的增益帶寬積。同時它具有很好的隔離性能,可以有效地避免高頻信號在級間的反饋耦合。但與此同時,共集電極放大電路也存在一些缺陷,比如較高的功耗、噪聲較大等。因此在實際應用中需要根據(jù)具體需求進行權衡。2.9高頻放大電路的噪聲特性高頻放大電路的噪聲特性是一個重要的指標。噪聲會影響放大電路的信噪比,從而影響整個系統(tǒng)的性能。需要對噪聲源進行分析和控制,包括器件噪聲、接地噪聲、電源噪聲等。同時還需要優(yōu)化電路拓撲結構和工作點設計,以最大限度降低噪聲。2.10高頻放大電路的穩(wěn)定性高頻放大電路的穩(wěn)定性是指放大電路能夠保持正常工作狀態(tài),不受外部干擾和內(nèi)部參數(shù)變化的影響。這需要對放大電路的偏置電路、反饋網(wǎng)絡、耦合網(wǎng)絡等進行合理設計,確保電路保持穩(wěn)定的增益和相位特性。良好的穩(wěn)定性可以確保放大電路在各種工作條件下保持良好的性能,提高電路的可靠性和工作壽命。這是高頻放大電路設計的關鍵內(nèi)容之一。2.11高頻放大電路的反饋高頻放大電路中常采用負反饋來提高電路的穩(wěn)定性、降低失真度、擴大動態(tài)范圍。反饋電路可以用電壓反饋、電流反饋或混合反饋等方式實現(xiàn)。正確選擇反饋方式和參數(shù)是提高高頻放大電路性能的關鍵。2.12高頻放大電路的耦合高頻放大電路通常需要進行各級之間的耦合。常見的耦合方式包括電容耦合、變壓器耦合和共模耦合等。合理選擇耦合方式可以降低電路的能量損耗,提高放大效率。同時還需要考慮耦合方式對頻率特性、隔離性能等的影響。電容耦合和變壓器耦合是最常見的兩種耦合方式。電容耦合簡單易實現(xiàn),但需要考慮耦合電容的選擇。變壓器耦合能夠實現(xiàn)相應的阻抗匹配和隔離,但結構相對復雜。共模耦合則能夠抑制共模干擾,適用于對共模抑制要求較高的場合。高頻放大電路的偏置高頻放大電路通常需要對晶體管或放大器件進行精確的偏置電壓和電流設置,以確保其在正常的工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運行。合理的偏置設計不僅可以提高放大電路的線性度和增益穩(wěn)定性,還能降低工作點漂移,從而提高整個放大電路的性能和可靠性。高頻放大電路的工作點設計工作點的設計是保證高頻放大電路穩(wěn)定工作的關鍵。需要根據(jù)具體應用條件選擇合適的偏置電路拓撲,合理分配各部件的直流電壓和電流,確保放大電路在最佳工作區(qū)域運行。同時還要兼顧噪聲、失真等性能指標,滿足高頻放大電路的性能需求。高頻放大電路的匹配高頻放大電路的匹配非常重要,可以最大限度地傳輸信號,提高電路的效率和穩(wěn)定性。正確的匹配可以減少信號反射,降低噪聲,優(yōu)化電路性能。匹配的方法包括阻抗匹配、變壓器匹配等,需要根據(jù)具體電路的輸入輸出阻抗來選擇。2.16高頻放大電路的隔離高頻放大電路需要進行有效隔離,以防止不同級間的互相影響。隔離通常通過采用合理的電路布局和使用隔離電路網(wǎng)絡來實現(xiàn)。合理的輸入輸出端子分布、電源供給的隔離以及串聯(lián)電容或變壓器等均可起到隔離作用。合理的隔離設計可以減少回路耦合,提高電路的穩(wěn)定性和可靠性,是高頻放大電路設計的重要環(huán)節(jié)。2.17高頻放大電路的級聯(lián)在許多應用中,單級高頻放大電路的增益通常不夠,需要多級放大電路級聯(lián)來獲得足夠的增益。級聯(lián)放大電路的設計需要考慮級間的耦合、隔離、匹配等因素,確保各級之間的穩(wěn)定工作和良好的頻率特性。合理的級聯(lián)設計可以實現(xiàn)高增益、寬帶、低噪聲特性,滿足高頻放大電路的應用需求。高頻放大電路的應用高頻放大電路廣泛應用于通信、雷達、航天等領域。這些電路可以實現(xiàn)信號的高效放大和頻率轉換,支持高速、低功耗的信號處理。隨著技術的發(fā)展,高頻放大電路正應用于物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等前沿領域,滿足日益復雜的電子系統(tǒng)對性能的需求。未來,高頻放大電路將繼續(xù)向更高頻率、更高功率和更低噪聲等方向發(fā)展,進一步提升系統(tǒng)的集成度和能效,推動高頻電子技術的進步。高頻放大電路的發(fā)展趨勢隨著電子技術的不斷進步,高頻放大電路也呈現(xiàn)出日新月異的發(fā)展趨勢。量子電子學、光電子學和微電子學的突破將推動高頻放大器件朝著更小、更快、更節(jié)能的方向發(fā)展。集成化和模塊化將成為主流,高頻放大電路將廣泛應用于通信、雷達、航天等領域,為社會進步做出重要貢獻。2.20本章小結本章詳細介紹了高頻放大電路的特點、分類、工作原理和設計方法。從共源級、共柵級和共集電極三種不同的放大器拓撲結構出發(fā),分析了它們的頻率特性、噪聲特性、穩(wěn)定性以及反饋、耦合、偏置等關鍵設計技術。同時也討論了高頻放大電路的匹配、級聯(lián)和應用等內(nèi)容。通過本章的學