第三章高頻小信號(hào)放大器3.1概述1.高頻小信號(hào)放大器的作用:放大高頻小信號(hào)超外差式音頻接收機(jī)方框圖幾十uv-幾mv1vz左右2.高頻小信號(hào)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信號(hào)幅值小，信號(hào)較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器)3.高頻小信號(hào)放大器的分類:（調(diào)諧與非調(diào)諧）非諧振放大器（寬帶）諧振放大器（窄帶）:有源器件諧振回路非諧振放大器

濾波器本章主要介紹諧振放大器，該放大器接受諧振回路作負(fù)載它不僅具有放大作用，而且還具有選頻或?yàn)V波作用4.高頻小信號(hào)放大器的質(zhì)量指標(biāo)：1）增益（放大倍數(shù)）

功率增益：

電壓增益：分貝表示：2）通頻帶放大器的電壓增益下降到最大值的0.7（即)倍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示。也稱為3分貝帶寬。從各種不同頻率信號(hào)的總和（有用的和有害的）中選出有用信號(hào)，抑制干擾信號(hào)的實(shí)力稱為放大器的選擇性。（2）抑制比：為干擾信號(hào)的放大倍數(shù)為諧振點(diǎn)的放大倍數(shù)。3）選擇性（1）矩形系數(shù)：表示對(duì)接近信道干擾的抑制實(shí)力表示對(duì)某個(gè)干擾信號(hào)fn的抑制實(shí)力，用dn表示。4）工作穩(wěn)定性指在電源電壓變更或器件參數(shù)變更時(shí)，以上三指標(biāo)的穩(wěn)定程度。一般的穩(wěn)定現(xiàn)象是增益變更，中心頻率偏移、通頻帶變窄等，不穩(wěn)定狀態(tài)的極端狀況是放大器自激，以致使放大器完全不能工作.為使放大器穩(wěn)定工作，必需實(shí)行穩(wěn)定措施，即限制每級(jí)增益，選擇內(nèi)反饋小的晶體管,應(yīng)用中和或失配方法等。5）噪聲系數(shù)在放大電路中噪聲總是有害無(wú)益的，所以希望它是越小越好，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)，除了接受低噪聲管，還要正確的選擇工作點(diǎn)電流,假如是多級(jí)盡量使前兩級(jí)放大器的噪聲系數(shù)越小越好。這些方法都可以降低放大器的總的噪聲系數(shù)。以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有沖突。增益和穩(wěn)定性是一對(duì)沖突，通頻帶和選擇性是一對(duì)沖突。因此應(yīng)依據(jù)須要確定主次，進(jìn)行分析和探討。放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示3.2晶體管高頻小信號(hào)等效電路與參數(shù)3.2.0概述單級(jí)諧振放大器電路由信號(hào)源、晶體管、并聯(lián)振蕩回路及負(fù)載并聯(lián)組成。對(duì)于并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電路接受導(dǎo)納參數(shù)分析比較便利，因此在分析放大器電路時(shí)，將晶體管接受y參數(shù)形式的等效電路來(lái)等效3.2.1晶體管y參數(shù)形式等效電路晶體管共放射極電路ｙ參數(shù)等效電路將右圖所示的晶體管電路看作二端口有源線性網(wǎng)絡(luò)，端口電壓、電流如圖所示，依據(jù)電路學(xué)問以輸入輸出電壓為自變量，列輸入輸出電流方程如下稱為輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；稱為輸入短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納；稱為輸出短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；稱為輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納。Y參數(shù)的特點(diǎn)：1.都是晶體管本身的參數(shù)，只與晶體管本身有關(guān)，與外電路無(wú)關(guān)2.這些導(dǎo)納參數(shù)當(dāng)工作電壓或工作頻率不同時(shí)，可能是實(shí)數(shù)，也可能是復(fù)數(shù)3.參數(shù)與工作點(diǎn)電流及工作頻率有關(guān)，但對(duì)某一頻率范圍的信號(hào)而言可近似為常數(shù)Y參數(shù)形式等效電路的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路計(jì)算便利缺點(diǎn)：各參數(shù)隨頻率變更，物理含義不明顯。ｙ參數(shù)等效電路3.2.2簡(jiǎn)潔放大器輸入輸出導(dǎo)納及增益的計(jì)算晶體管接入外電路就構(gòu)成如圖（a）所示放大器，其等效電路如圖（b）所示1.放大器增益2.放大器輸入、輸出導(dǎo)納放大器輸入導(dǎo)納與負(fù)載有關(guān)，輸出導(dǎo)納與信源導(dǎo)納有關(guān)，說明晶體管內(nèi)部有內(nèi)反饋，它是由反向傳輸導(dǎo)納所引起的3.2.3晶體管混合等效電路若把晶體管內(nèi)部所發(fā)生的物理過程用RLC集中參數(shù)元件表示出來(lái)就是所謂的混合等效電路，下圖為某典型晶體管的混合等效電路和元件數(shù)值優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)元件在很寬的頻率范圍內(nèi)都保持常數(shù)。缺點(diǎn)：分析電路不夠便利。3.2.4晶體管混合等效電路與y參數(shù)形式等效電路的關(guān)系共同點(diǎn)：都是晶體管的等效電路，一個(gè)是物理等效電路，一個(gè)是形式等效電路。區(qū)分：電路結(jié)構(gòu)不同，電路參數(shù)特點(diǎn)不同，適用的場(chǎng)合不同，如混合等效電路適合分析電路的頻率特性，形式等效電路適合分析電路的性能指標(biāo)聯(lián)系：把晶體管混合等效電路看作二端口網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)y參數(shù)定義可求得用混合等效電路參數(shù)表示的y參數(shù)通過計(jì)算發(fā)覺它們都是復(fù)數(shù)，為了計(jì)算便利，可表示為1.截止頻率：12.特征頻率:

3.2.5晶體管的高頻參數(shù)（表征晶體管的高頻特性）依據(jù)由此式可以粗略計(jì)算在某工作頻率的電流放大系數(shù)。即晶體管的功率增益時(shí)的最高振蕩頻率當(dāng)后，共發(fā)接法的晶體管將不再有電流放大實(shí)力，但仍可能有電壓增益，所以功率增益還可能大于1。3.最高振蕩頻率當(dāng)后，晶體管已經(jīng)不能得到功率放大，晶體管就不會(huì)產(chǎn)生振蕩，因此該頻率又叫最高振蕩頻率

頻率參數(shù)之間的關(guān)系4.電荷儲(chǔ)存效應(yīng)晶體管PN結(jié)正向?qū)щ姇r(shí)，少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象叫電荷儲(chǔ)存效應(yīng)晶體管從正向工作快速轉(zhuǎn)向反向工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)大的反向電流，從而使得輸出與輸入電流之間出現(xiàn)相差，致使電流放大系數(shù)下降，甚至使放大器不能正常工作3.3單調(diào)諧回路諧振放大器3.3.0實(shí)際電路分析及其等效45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TL直流等效電路的簡(jiǎn)化規(guī)則：溝通輸入信號(hào)為零；全部電容開路;全部電感短路。結(jié)論：Rb1、Rb2、Re為偏置電阻，供應(yīng)靜態(tài)工作點(diǎn)；1.靜態(tài)分析

Rb1Rb2ReVCC45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TL溝通等效電路簡(jiǎn)化規(guī)則：有溝通輸入信號(hào)；全部直流量為零；全部大電容短路；全部大電感開路。（諧振回路L、C保留）2.動(dòng)態(tài)分析(a)(b)45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TL為了分析放大器的性能指標(biāo)將晶體管用其y參數(shù)形式的等效電路來(lái)等效且只畫出輸出部分，放大器的負(fù)載可認(rèn)為下一級(jí)放大器的輸入導(dǎo)納,得到的等效電路如（c）所示(b)(c)2)晶體管y參數(shù)形式的放大器等效電路3）把晶體管集電極回路和負(fù)載折合到振蕩回路兩端(c)(d)3.3.1電壓增益依據(jù)電壓增益的定義(d)由圖（d）可得電路匹配時(shí)負(fù)載上可獲得最大的電壓增益和功率增益，若忽視諧振回路損耗，即令依據(jù)匹配條件，再結(jié)合可得3.3.2功率增益（諧振點(diǎn)）3.3.3通頻帶與選擇性求增益帶寬積?可見帶寬和增益為一對(duì)沖突3.3.4級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)作用：使前后級(jí)電路阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸1.工作不穩(wěn)定的緣由3.6諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施3.6.1諧振放大器的穩(wěn)定性晶體管本本身的輸入導(dǎo)納晶體管內(nèi)反饋所引起的反饋輸入導(dǎo)納由于晶體管反向傳輸導(dǎo)納yre的存在，使得輸出電壓反作用到輸入端，引起輸入電流的變更。從而引起電路的不穩(wěn)定，下面以放大器輸入導(dǎo)納Yi來(lái)分析反饋?zhàn)饔?.反饋導(dǎo)納對(duì)輸入電路的影響對(duì)輸入回路的影響：如圖（b）所示使諧振曲線畸變，變更品質(zhì)因數(shù)、通頻帶、選擇性、增益等（a）（b）若反饋電導(dǎo)gF為負(fù)值，則會(huì)使QL增大，通頻帶減小，增益增大，電路出現(xiàn)正反饋，若gF使gs+gie+gF

＝0，則輸出能量完全反饋到輸入端，放大器就處于自激工作狀態(tài)，這對(duì)放大器來(lái)說是決不允許的。假如放大電路輸入端也接有諧振回路(或前級(jí)放大器的輸出諧振路)那么放大器輸入端的等效電路如圖（a）所示3.穩(wěn)定性的判定準(zhǔn)則產(chǎn)生自激條件輸入端輸出端

設(shè)放大器輸入輸出回路相同，即將（2）（3）式代入（1）式得自激條件為(1)(2)(3)放大器的穩(wěn)定系數(shù)定義為：它表示遠(yuǎn)離自激振蕩的程度，一般狀況下，放大器的反向傳輸導(dǎo)納較小，S較大，當(dāng)足夠大時(shí)，S才能趨近于1，滿足自激振蕩條件，所以S越大，越遠(yuǎn)離振蕩條件，電路越穩(wěn)定。若考慮實(shí)際工作時(shí)狀況：則穩(wěn)定系數(shù)S可簡(jiǎn)化為：4.增益與穩(wěn)定性之間的關(guān)系：當(dāng)放大器輸出端接受完全接入方式若令則可得：結(jié)論：增益和穩(wěn)定性為一對(duì)沖突當(dāng)稱為穩(wěn)定電壓增益留意：為保證放大器穩(wěn)定工作，電壓增益不允許超過3.6.2提高電路穩(wěn)定性的方法 如前所述，由于晶體管內(nèi)存在yre的反饋，所以它是一個(gè)“雙向元件”。作為放大器工作時(shí)，yre的反饋?zhàn)饔每赡芤鸱糯笃鞴ぷ鞯牟环€(wěn)定。將消退yre的反饋，變“雙向元件”為“單向元件”這個(gè)過程稱為單向化。其方法有以下兩種1.中和法在晶體管的輸入輸出之間引入一個(gè)附加的外反饋電路，以抵消晶體管內(nèi)部的反饋?zhàn)饔?，該方法理論?jiǎn)潔，但實(shí)際不行行，主要是因?yàn)閥re隨頻率發(fā)生變，所以外電路參數(shù)很難確定。2.失配法信號(hào)源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出阻抗不與本級(jí)晶體管的輸出阻抗匹配，就可消退晶體管的內(nèi)反饋?zhàn)饔美暂斎胱杩篂槔?，?dāng)?shù)湫碗娐罚汗舶l(fā)-共基電路其溝通等效電路如下：共基電路輸入阻抗小輸出阻抗大,所以V1、V2輸出端都失配3.7放大器中的噪聲干擾和噪聲都是指除有用信號(hào)以外的一切不須要的信號(hào)及各種電磁騷動(dòng)的總稱。其中干擾通常指系統(tǒng)外部所引入的，噪聲是指系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的。3.7.1放大器內(nèi)部噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)一.來(lái)源：是由電路中的電阻、諧振回路和有源器件內(nèi)部所具有

的帶電微粒無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生。二.特點(diǎn)：它具有起伏噪聲的性質(zhì)，產(chǎn)生過程是一種隨機(jī)過程，

所以不能用確定的時(shí)間函數(shù)來(lái)描述它，但它遵循確定

的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以可用其本身的概率分布特性來(lái)描述。若以S(f)df表示頻率在f與f+df之間的平均功率,則總的平均功率為三.起伏噪聲的表示：1.電壓平均值：2.電壓均方值：：表示噪聲的強(qiáng)度或在1Ω電阻上噪聲功率的大小

3.噪聲的功率譜：S(f)稱為噪聲功率譜密度,單位為W/HZ理論和實(shí)踐分析：起伏噪聲在極寬的頻帶內(nèi)具有勻整的功率譜密度，又稱白噪聲。表示噪聲的直流重量：表示噪聲電壓溝通重量的有效值3.7.2電阻熱噪聲由熱運(yùn)動(dòng)理論和實(shí)踐證明,電阻熱噪聲功率譜密度

波爾茲曼常數(shù)k=1.38×10-23J/K;T為電阻的確定溫度值(K)。

由此可推出：

電路的等效噪聲帶寬噪聲電壓均方值：噪聲電流均方值：等效結(jié)論：多個(gè)電阻串聯(lián)或并聯(lián)，依據(jù)噪聲的獨(dú)立性有如下結(jié)論：3.8電路噪聲的表示和計(jì)算3.8.1噪聲系數(shù)（適用于線性電路）1.定義：2.用額定功率及額定增益表示噪聲系數(shù)形式：輸入端匹配時(shí)（）：額定輸入信號(hào)功率：額定輸入噪聲功率：輸出端匹配時(shí)（）額定輸出信號(hào)功率及噪聲功率分別為

實(shí)際電路：3.結(jié)論：噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)；與電路是否匹配無(wú)關(guān)4.多