【應(yīng)用背景】小信號(hào)諧振放大器是無線電接收機(jī)的組成部分，圖3-1

所示接收機(jī)中陰影框圖“高放”與“中放”均為小信號(hào)諧振

放大器，其位于接收機(jī)的前級(jí)，用來放大來自接收天線的“小信號(hào)”,以提高接收機(jī)靈敏度?；祛l器

檢波器本振圖3-1小信號(hào)諧振放大器應(yīng)用示例音頻

放大器輸入

回路3.1概述3.1.1高頻小信號(hào)諧振放大器的特點(diǎn)將諧振系統(tǒng)插入放大管和輸出負(fù)載之間所組成的放大器

稱為諧振放大器(調(diào)諧放大器),如圖3-2所示。諧振放大器從不同的角度有不同的分類。按照諧振系統(tǒng)

分類，可以分為單調(diào)諧回路諧振放大器、雙調(diào)諧回路諧振放

大器；按照輸入信號(hào)大小分類，可以分為小信號(hào)諧振放大器

和大信號(hào)諧振放大器；按放大器的通頻帶來分類，可分為窄

頻帶諧振放大器和寬頻帶諧振放大器；按電路的級(jí)數(shù)分類，

可分為單級(jí)諧振放大器和多級(jí)諧振放大器。放大器

諧振系統(tǒng)負(fù)載圖3-2諧振放大器的組成框圖3.1.2小信號(hào)諧振放大器的主要技術(shù)指標(biāo)1.電壓增益衡量小信號(hào)諧振放大器的放大能力，用A?

表示。由于放大器輸入信號(hào)只有幾十微伏到幾毫伏，而放大輸出要求達(dá)

到500mV

以上，所以小信號(hào)諧振放大器需要有大約60~100dB的電壓增益。2.通頻帶小信號(hào)諧振放大器通頻帶的定義與諧振回路通頻帶定義類似，即電壓增益下降到最大值的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率

范圍，稱為放大器通頻帶，用2△fo.7或B?.7來表示，如圖3-3所示(實(shí)際諧振曲線)。例如，調(diào)幅收音機(jī)通頻帶約為9kHz,電視接收機(jī)通頻帶約為8MHz。2△f?f。2Af?圖3-3小信號(hào)諧振放大器的幅頻響應(yīng)理

想立0.10現(xiàn)

實(shí)3.選擇性小信號(hào)諧振放大器在不失真放大輸入的有用信號(hào)時(shí)，還

需要具有抑制通頻帶以外的干擾信號(hào)，因此對(duì)放大器提出選

擇性的要求。干擾的情況常常較復(fù)雜：有位于有用信號(hào)頻率附近的鄰

近電臺(tái)的干擾，稱為鄰近波道干擾或鄰臺(tái)干擾；有某一特定

頻率的干擾；還有通信設(shè)備本身電子器件非線性產(chǎn)生的交調(diào)

干擾，等等。在2.2節(jié)LC

諧振回路曾經(jīng)提到，理想的諧振回路的選頻特性應(yīng)該是矩形。同樣，理想的諧振放大器諧振曲線也應(yīng)該

是矩形，即對(duì)信號(hào)頻帶內(nèi)所有的頻率成分都有一樣的放大倍

數(shù)，而對(duì)于信號(hào)頻帶外的無用信號(hào)均不予放大，如圖3-3中

(理想矩形虛線)所示。而實(shí)際的諧振曲線與理想矩形諧振曲

線有較大的差異。為了評(píng)定實(shí)際諧振曲線接近理想矩形的程

度，引入放大器矩形系數(shù)，用

K

表示。一般定義放大器的電壓器增益下降到最大值0.1時(shí)的頻帶寬度(記作2△fo.1,

如圖3-3所示)與放大器通頻帶2△fo.7之比，

記作

K?

.1,

即顯然式(3-1)總是大于1的數(shù)。

K10.1愈接近1,實(shí)際的諧振曲線愈接近理想矩形，選擇性就愈好。(3

-

1)4.工作穩(wěn)定性高頻放大器如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)工作不穩(wěn)定狀態(tài)，甚

至自激。小信號(hào)諧振放大器工作穩(wěn)定性是指當(dāng)放大器的工作

狀態(tài)、元器件參數(shù)由于環(huán)境的變化(如溫度的變化)時(shí)，放大

器主要性能的穩(wěn)定程度，包括增益穩(wěn)定度、諧振頻率穩(wěn)定度、

通頻帶穩(wěn)定度、輸出穩(wěn)定度等。5.噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)是衡量諧振放大器本身產(chǎn)生噪聲大小程度的一個(gè)指標(biāo)。它定義為放大器輸出端信噪功率比大于輸

入端信噪功率比的倍數(shù)。若用PsI表示輸入信號(hào)功率，

PNI表

示輸入噪聲功率，

Pso

表示輸出信號(hào)功率，

PNo表示輸出噪

聲功率，則放大器的輸入端信噪功率比為PsI/PN,輸出端信

噪功率比為Pso/PN。放大器的噪聲系數(shù)若用NF表示，則(3-2)式中，Ap=Pso/PS

是放大器的功率增益；

P′、是放大器本身產(chǎn)生的輸出端測(cè)量的噪聲功率，

ApPN是將輸入噪聲放大后

的輸出端噪聲功率。由式(3-2)可以得到NF的以下表示形式，即(3-3)放大器本身產(chǎn)生的噪聲的大小是關(guān)系到提高接收機(jī)靈敏度的關(guān)鍵問題，特別是接收機(jī)中第一級(jí)高頻放大器的噪聲系

數(shù)，將基本上決定一臺(tái)接收機(jī)的靈敏度。因此，對(duì)第一級(jí)高

頻放大級(jí)采用的電路和器件都要慎重對(duì)待?？梢?，將小信號(hào)諧振放大器與過去學(xué)習(xí)的低頻放大器比較，它們之間的根本差別是小信號(hào)諧振放大器具有諧振的性

質(zhì)，其頻率特性主要集中在諧振頻率附近，上、下限頻率的

比值接近于1;而低頻放大器不存在諧振特性，其上、下限

頻率的比值遠(yuǎn)大于1。由于存在這個(gè)根本差別，它們?cè)陔娐?/p>

結(jié)構(gòu)、性能要求、分析方法等方面會(huì)有一系列的差異。3.2晶體管高頻小信號(hào)等效電路3.2.1Y

參數(shù)等效電路(形式等效電路)晶體管總有一對(duì)輸入端和一對(duì)輸出端，共四個(gè)端子，故

可將晶體管等效地看成是一個(gè)有源四端網(wǎng)絡(luò)。這樣就可以用

一些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)來組成等效電路。圖3-4所示的是一個(gè)晶體管

共發(fā)射極電路。圖3-4晶體管共發(fā)射極電路式中，

表示晶體管輸出端短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；

表示晶體管輸出端短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；表示晶體管輸入端短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納；yo=表示晶體管輸入端短路時(shí)的輸出導(dǎo)納。Y

參數(shù)等效電路是選兩個(gè)電壓Ube和U作為自變量，兩個(gè)電流

I?

和1。作為因變量，可得到方程式為(3-4)可見，通過將輸入或輸出交流短路的辦法可以測(cè)量出yie、Yoe、ye、ym四個(gè)Y參數(shù)，因此Y參數(shù)又稱為短路導(dǎo)納參數(shù)。Y

參數(shù)一般都是復(fù)數(shù)，為方便分析計(jì)算，可分別表示為yie=gie+jwCie,yo=g+jwC,ym=lye|∠φm,yfe=lye|∠φ6。根據(jù)式(3-4)可畫出晶體管共發(fā)射極Y參數(shù)等效電路，如圖3-5所示。等效電路中兩個(gè)受控電流源分別受端電壓U

和

U

控制，方向如圖3-5所示。圖3-5晶體管共發(fā)射極Y參數(shù)等效電路3.2.2混合π型等效電路(物理模擬等效電路)晶體管共射混合π型等效電路是分析晶體管高頻電路時(shí)較常用的一種等效電路，它是根據(jù)晶體管內(nèi)部物理過程直接

模擬出的一種物理參數(shù)等效電路。即把晶體管內(nèi)部的復(fù)雜關(guān)

系，用集中元件R

、L

、C表示，每一個(gè)元件都對(duì)應(yīng)于晶體管內(nèi)發(fā)生的某種物理過程，這是一種物理模擬的方法。如圖3-6所示。圖3-6晶體管共射混合π型等效電路混合π型等效電路中的各參數(shù)物理意義與大概的數(shù)量級(jí)為：(1)基區(qū)體電阻rb:不同類型的晶體管rb

的數(shù)值是不一樣

的，低頻小功率管可達(dá)幾百歐姆，高頻小功率管一般在十幾

歐姆到幾十歐姆之間。(2)發(fā)射結(jié)參數(shù)rbe和Cb:

由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，rbe

數(shù)值一般為幾十歐姆，發(fā)射結(jié)結(jié)電容Cb'e以擴(kuò)散電容為主，

一般為幾十至幾百皮法。(3)集電結(jié)參數(shù)rc

和Cb:

由于集電結(jié)處于反向偏置，rbc

的數(shù)值很大，約為一百千歐至十兆歐。

Cb

以勢(shì)壘電容為主，

一般為2~10pF。(4)晶體管輸出電阻rce:rc

通常較大，

一般在一百千歐左

右。(5)受控電流源gmUbe:8m是晶體管跨導(dǎo)(也稱為互導(dǎo)),是

衡量發(fā)射結(jié)電壓Ube對(duì)集電極電流控制能力的參數(shù)，它反映

了晶體管的放大能力。o

可以表示為

(S)

(3-5)由于混合π型等效電路參數(shù)中既有電阻量綱(如

9又有電導(dǎo)量綱(如8m),

因此稱之混合參數(shù)等效電路。在實(shí)際應(yīng)用混合π型等效電路時(shí)，為了使分析盡量簡(jiǎn)單化，往往根據(jù)不同的工作頻段將完整的等效電路加以簡(jiǎn)化，

在簡(jiǎn)化中所依據(jù)的是當(dāng)電容C和電阻R

并聯(lián)時(shí)，并聯(lián)阻抗的

數(shù)值與頻率w有關(guān)系。例如，頻率較高時(shí)，容抗1/(wC)的數(shù)

值較小，當(dāng)其遠(yuǎn)小于R時(shí)，并聯(lián)阻抗以電容C作用為主，R

可忽略不計(jì)；頻率較低時(shí)，容抗1/(wC)的數(shù)值較大，當(dāng)其遠(yuǎn)

大于R時(shí)，并聯(lián)阻抗以R作用為主，C

可忽略不計(jì)。根據(jù)這

種情況，再結(jié)合各個(gè)電阻、電容值的大小，混合π型等效電

路在不同的工作頻段，可以做出相應(yīng)的簡(jiǎn)化。例如，幾十千

赫頻率以下的低頻混合π型等效電路如圖3-7所示。十幾兆赫

頻率以下的視頻混合π型等效電路如圖3-8所示。圖3-7低頻混合π型等效電路圖3-8視頻混合π型等效電路幾十兆赫頻率以上的高頻混合π型等效電路如圖3-9所示。圖3-9高頻混合π型等效電路經(jīng)過證明，

Y參數(shù)可以通過混合π參數(shù)得到，如果r

可以忽略不計(jì)，兩者的關(guān)系近似為這樣Y參數(shù)的物理概念也就清楚多了。最后，需要說明的是，雖然等效電路是分析電子電路的有力工具，但它是一定假設(shè)條件下將晶體管用等效電路來替

代的，即它是近似的，利用它進(jìn)行計(jì)算時(shí)誤差是相當(dāng)大的。

而且等效電路應(yīng)用是有局限性的，雖然已經(jīng)說明等效電路在

小信號(hào)條件下可用，但小信號(hào)究竟小到什么程度，要看具體

電路和要求的精確度，有時(shí)候還要考慮非線性問題。3.3晶體管的頻率參數(shù)1.

β的截止頻率f在“低頻電路”課程中介紹了共發(fā)射極電路的電流放大系數(shù)β的含義。需要指出的是，β值隨著頻率的上升而下降，β是一個(gè)頻率函數(shù)。原因是由于基極電流I

被發(fā)射結(jié)結(jié)電容Cbe的分流而引起的，如圖3-10所示。圖3-10Cb'e

分流作用示意圖隨著頻率的增高，β值從低頻β。值下降到β/

√2時(shí)所對(duì)應(yīng)的值，稱為β的截止頻率，用fs

表示，如圖3-11所示?？梢?/p>

證明，可表示為(3-6)(3-7)或圖3-11

β的頻率特性2.特征頻率fT當(dāng)頻率增高，β值下降為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，稱為晶體管的特征頻率，用f表示，如圖3-11所示。根據(jù)式(3-7),當(dāng)ff

時(shí)

，

Iβ|=1,

即從而求得fr=fs√3-1

(3-8)在式(3-8)中，當(dāng)β?》1時(shí)，近似有fr≈βofp

(3-9)特征頻率f是晶體管高頻運(yùn)用時(shí)的重要參數(shù)，有關(guān)f的情況，需要注意以下幾點(diǎn)：(1)特征頻率f是晶體管在運(yùn)用時(shí)能夠得到電流放大作用的最高極限頻率。當(dāng)f>f

時(shí)，電流放大系數(shù)|β

|<1。但必須注意的是，不等于說這時(shí)候的晶體管就沒有放大作用了，這是因?yàn)榇藭r(shí)功率增益和電壓增益還有可能大于1(因?yàn)榉糯笃?/p>

的輸出負(fù)載阻抗往往大于輸入阻抗)。這一點(diǎn)不能混淆。(2)特征頻率fT

高于β截止頻率f,即f>f。由式(3-9)可見，fr約比f高出β?倍。例如，設(shè)晶體管3DG32A

的fr=500MHz,

β?=50,則其

這表明，當(dāng)晶

體管選定后，

fr

也基本確定，那么要獲得足夠大的電流放大

系數(shù)β,其工作頻率就不能太高。如果要兩者兼得，就必須

選擇f

更高的晶體管。(3)特征頻率f與高頻時(shí)的電流放大系數(shù)β還有一種簡(jiǎn)單關(guān)系。當(dāng)工作頻率f》f的時(shí)候，可以得到fr≈flβl

(3-

10)由式(3-10)可知，當(dāng)fr確定后，就能很快知道在某一工作頻率f時(shí)的電流放大系數(shù)|β

|。由式(3-11)可見，f

與8m、Cb'e、Cbc有關(guān)系，而8m、CbeCb.c都與靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ

和UCEQ

有關(guān)，因此，fr與靜態(tài)工作

點(diǎn)有關(guān)。一般情況下，當(dāng)Ico和UCEQ

大時(shí)，fr值也升高一些。(4)特征頻率f與晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Ic

和UCEQ

是有關(guān)的。電路手冊(cè)上給出的f

值都是在一定的靜態(tài)工作點(diǎn)上測(cè)出

的?？梢宰C明(3-

11)3.a

的截止頻率fa與討論f時(shí)類似，定義晶體管在共基狀態(tài)時(shí)，隨著頻率的增高，共基極電流放大系數(shù)α的值從低頻時(shí)的α?

下降到a。/√2時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為α截止頻率，用f。表示。根據(jù)

的關(guān)系，可求出fa=(1+β?)fβ故有f.=fβ+βofp≈fp+fr(3-12)式(3-12)表明f。通常要遠(yuǎn)大于fg,略大于fr,即有f.>fr》fβ

(3-13)說明共基極電路的工作頻帶寬帶比共射極寬，適用于寬帶放大器。4.最高振蕩頻率fmax把晶體管的功率增益等于1時(shí)的工作頻率稱為最高振蕩頻率，用fmax表示?？梢宰C明fmax表示一個(gè)晶體管所能運(yùn)用的最高極限頻率，此時(shí)，晶體管已得不到功率放大，當(dāng)f>fmax時(shí)，無論用什么辦法都

不能使晶體管產(chǎn)生振蕩，故稱fmax為最高振蕩頻率。(3-14)3.4小信號(hào)單調(diào)諧回路諧振放大器3.4.1單級(jí)單調(diào)諧回路放大器圖3-12為兩級(jí)小信號(hào)共射單調(diào)諧回路放大器。圖3-12兩級(jí)小信號(hào)共射單調(diào)諧回路放大器1.電路的工作原理小信號(hào)諧振放大器的晶體管工作在“小信號(hào)”甲類工作

狀態(tài)(即晶體管對(duì)輸入交流信號(hào)在整個(gè)周期均導(dǎo)通),因此電

路中同時(shí)存在著直流和交流信號(hào)。1)靜態(tài)分析直流工作情況是指放大器沒有外加信號(hào)時(shí)的工作情況，即所謂“靜態(tài)”工作情況。要分析靜態(tài)情況，可先畫出電路的直流通路，如圖3-13所示。圖3-13-放大器直流通路UB=UB

一UBEQ(硅管：UBEQ≈0.7

V,鍺管：UBEQ≈0.2V),Io≈~Lg,UcEQ=Ec

一UBQ電路中各支路的直流電流方向如圖3-13中箭頭所示。工作點(diǎn)計(jì)算過程為2)動(dòng)態(tài)分析當(dāng)直流工作正常后，分析“動(dòng)態(tài)”情況，即在輸入信號(hào)作用下，小信號(hào)諧振放大器交流工作情況。要分析動(dòng)態(tài)情況，可畫出電路的交流通路，如圖3-14所示。其中，RB=RB?//RB?,Yi2為后一級(jí)放大器的輸入導(dǎo)納，作為本級(jí)負(fù)載導(dǎo)納。圖3-14放大器的交流通路3)工作過程高頻小信號(hào)被放大的基本過程是：高頻小信號(hào)源作用在本級(jí)晶體管b、e之間，產(chǎn)生基極電流i?,通過晶體管放大作用產(chǎn)生集電極電流i。,當(dāng)LC

諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率上時(shí)(在忽略晶體管和負(fù)載電容影響的情況下),在回路兩端出現(xiàn)較高的諧振電壓，再經(jīng)自耦變壓器耦合就在負(fù)載中產(chǎn)生電流i,

從而負(fù)載上將得到較大的、不失真的功率或電壓。如果LC諧振回路諧振頻率不等于輸入信號(hào)頻率，就不能實(shí)

現(xiàn)放大作用。當(dāng)要分析放大器放大倍數(shù)、通頻帶等性能參數(shù)時(shí)，首先

要畫出其Y參數(shù)等效電路。2.小信號(hào)單調(diào)諧放大器的Y

參數(shù)等效電路及其簡(jiǎn)化電路圖3-14所示的小信號(hào)單調(diào)諧放大器的Y

參數(shù)等效電路如

圖3-15所示。圖中虛線框里是晶體管的Y

參數(shù)等效電路，

Rp是負(fù)載諧振回路等效并聯(lián)損耗電阻。圖3-15小信號(hào)單調(diào)諧放大器的Y參數(shù)等效電路由于晶體管的Y

參數(shù)等效電路與負(fù)載yie2是部分接入LC諧振回路的，因此下面對(duì)圖3-15進(jìn)一步等效，即將虛線框里

的晶體管Y參數(shù)等效電路以及負(fù)載導(dǎo)納yie2折合到諧振回路兩端，如圖3-16所示。圖3-16晶體管Y參數(shù)等效電路以及負(fù)載折合到諧振回路兩端的等效電路由于yje=8ie+jwCie,yoe=8e+jwC,

則圖3-16中導(dǎo)納P21yo和

P22Yie2可以分別等效為電導(dǎo)和電容的并聯(lián)電路，如

圖3

-

17所示。P3

。

P2g

P2C.

P

P?C圖3-17導(dǎo)納P21yo

和導(dǎo)納P2Yie?的等效電路為此，將圖3-16中所有電導(dǎo)合并為總電導(dǎo)g,所有電容合并為總電容C,則可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為如圖3-18所示電路。圖3-18小信號(hào)單調(diào)諧放大器Y

參數(shù)等效電路的簡(jiǎn)化電路圖3-18中總電導(dǎo)g

為g=Gp+Pig?+P2g(3-

15)式中，GP為線圈并聯(lián)損耗等效電導(dǎo)；8o

為晶體管輸出電導(dǎo)；8ie2為負(fù)載電導(dǎo)。總電容C

為式中，C為回路電容；

C為晶體管輸出電容；Cie2為負(fù)載電容。(3-

16)3.電壓增益由圖3-18可見，放大器存在反向受控電流源yreUce,即存在內(nèi)反饋，易使得放大器工作不穩(wěn)定，同時(shí)使分析復(fù)雜化。

為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)放大器采取穩(wěn)定措施后(3.6節(jié)將介紹穩(wěn)

定措施)使得yre≈0,則等效電路圖3-18變?yōu)閳D3-19。圖3-19yre≈0時(shí)的放大器Y

參數(shù)等效電路1)電壓增益一般表示式由圖3-19可見，電壓增益A。為(3-17)式

中，由于其中，△f=f-fo,將△f

稱為失諧量。代入式(3-17)后，可得單調(diào)諧回路放大器電壓增益的一般表示為(3-18)2)諧振電壓增益Ao在實(shí)際工作中，最重要的是放大器諧振時(shí)的增益，即在諧振頻率(或中心頻率)處的電壓增益。諧振時(shí)有ffo,

即

當(dāng)△f=0時(shí)，代入式(3-18),可得到電壓增益的最大值，即放大器諧振時(shí)的電壓增益為(3-

19)可見，諧振時(shí)的電壓增益與晶體管參數(shù)y

、goe

、g

有關(guān)，與接入系數(shù)P?

、P?有關(guān)，還與

回路損耗電導(dǎo)Gp

有關(guān)。所以當(dāng)希望提高放大器諧振電壓增益時(shí)，可做幾個(gè)方面的選擇：或

選用y.大

、g

。和

gi?(即負(fù)載電導(dǎo)g?)小的晶體管；或減小回路損耗電導(dǎo)Gp,即回路空載

品質(zhì)因數(shù)Q。要高；或適當(dāng)選擇接入系數(shù)P?

、P?

(但并不能簡(jiǎn)單說P?

、P?越大越好或越小

越好，請(qǐng)讀者自行分析)。式中，負(fù)號(hào)“一”表示高頻放大器工作在共發(fā)射極狀態(tài)，但不能說明U。與

U;

的相位差為180°,這是因?yàn)槭街械膟;是復(fù)數(shù)，它有一個(gè)相角φ。因此在負(fù)載回路諧振時(shí)，輸出電壓U。

與輸入電壓U;

的相位差為180°+φ。只有當(dāng)工作頻率在低頻時(shí)，φ=0,此時(shí)U。與

U;

的

相位差為180°。因此，放大器諧振時(shí)的電壓增益大小為(3-20)4.通頻帶由式(3-18)和式(3-19)可知，把諧振放大器工作在任一頻

率時(shí)電壓增益模值A(chǔ)?

與諧振電壓增益模值A(chǔ)?

之比可表示為式中，△f=f-fo。當(dāng)QL一定時(shí)，根據(jù)式(3-21)可以畫出諧振放大器的通用諧振曲線，如圖3-20所示。(3-21)圖3-20諧振放大器的通用諧振曲線得到單調(diào)諧放大器通頻帶的計(jì)算公式為

(3-22)根據(jù)通頻帶的定義，將式(3-21)中的2△f

改寫為2△fo.7,即有式(3-21)與諧振回路的通頻帶公式類似，不同的是，其中有載品質(zhì)因數(shù)Q

要考慮總損耗電導(dǎo)g,

即Q可以表示為

(3-23)其中，諧振頻率f要考慮總電容C,

即f可以表示為

(3-24)在分析了放大器的通頻帶計(jì)算方法后，下面討論諧振電壓增益與通頻帶的關(guān)系。由式(3-19)和式(3-22)可得(3-25)一般把式(3-25)稱為放大器的增益帶寬積，即GB

積。由此可得到兩個(gè)有用的結(jié)論：(1)放大器的GB

積為一常數(shù)。也就是說，提高放大器的增益與拓寬通頻帶是矛盾的。

當(dāng)需要加寬通頻帶時(shí)，只能減小增益；若想提高增益，只能靠壓縮通頻帶達(dá)到目的。要兩者

兼得，只能提高GB

積的值。(2)為了提高放大器的GB

積的值，有兩個(gè)辦法：

一是選用正向傳輸導(dǎo)納y大的晶體

管；二是盡量減小回路總電容C的值。然而C的減小是有限度的，由于

PCie?,

其中，C

、Ci?都是不穩(wěn)定的，也是無法減小的，因此要企圖減小

只能靠減小回路電容C,

但是，若C

、主要由不穩(wěn)定電容組成，會(huì)使放大器的諧振頻率和諧振曲線變得不

穩(wěn)定，這是不利的。所以，從提高A.oBo.7的值出發(fā)，希望回路電容C

的值小一些好，而從

穩(wěn)定諧振曲線出發(fā)，又希望C

值大一些好。在實(shí)際中，要區(qū)別情況對(duì)待：對(duì)寬帶放大器，因?yàn)轭l帶寬，諧振曲線有些不穩(wěn)定還可以允許，可以選C

值小一些，使得GB

積的積能大些；

對(duì)窄帶放大器，主要希望諧振曲線穩(wěn)定，因此可選C

值大一些，使放大器工作穩(wěn)定性提高。5.選擇性根據(jù)矩形系數(shù)定義式，首先求2△fo.1,把式(3-21)中的

2△f改為2△fo.1,

則

有解上式，可得到失諧通頻帶為(3-26)可見，單調(diào)諧回路諧振放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1,與理想值相差比較遠(yuǎn)，顯然這樣的選擇性是不好的，其鄰近電臺(tái)

的抑制能力差，這是單級(jí)單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)。因此單調(diào)諧回路諧振放大器的矩形系數(shù)為(3-27)例3-1諧振放大器交流等效電路如圖3-21所示，已知諧振頻率fo=10.7

MHz,B?.7=500kHz,A?=100,Q0=60。晶

體

管

的Y參數(shù)為：yie=(2+j0.5)mS,yoe=(20+j40)μS,yre≈0,yfe=(20-j5)mS。(1)試畫出電路的Y

參數(shù)等效電路；(2)試計(jì)算圖3-21例3-1電路圖解(1)放大器的Y參數(shù)等效電路如圖3-22所示。圖3-22例3-1電路的Y參數(shù)等效電路(

2

)因

為所

以又因

為所

以而所

以C?=C+P{C

。+PCi?=C+CC=C-C=66.4

pFg,=Gp+P2g+P2gi2=Gp+g∞+g又因?yàn)橐驗(yàn)樗砸?/p>

為所以則例3-2小信號(hào)諧振放大器如圖3-23所示。設(shè)工作頻率fo=10.7

MHz,回路電容C=56pF,回路電感L=4μH,

空載品

質(zhì)因數(shù)

Qo=60,接入系數(shù)P?=P?=0.25,電阻R?=10kΩ

。

晶

體管的Y參數(shù)為：yje=(0.96+j1.5)mS,yoe=(0.058+j0.72)mS,yre≈0,ye=(37-j4.1)mS。求：(1)畫出電路的Y

參數(shù)等效電路；(2)諧振放大倍數(shù)Ao;(

3

)

通

頻

帶B?.7。圖3-23-例3-2電路圖解(1)放大器的Y參數(shù)等效電路如圖3-24所示。圖3-24例3-2電路的Y參數(shù)等效電路(2)由題意可知，

g

包括線圈損耗電導(dǎo)Gp

、回路外接電導(dǎo)g

、本級(jí)晶體管輸出電導(dǎo)

g。和下一集放大器輸入電導(dǎo)gi?

折合到負(fù)載回路兩端的P2g

。

和

P2gi?,即根據(jù)

和

,可得Bo.7≈633

kHz又因?yàn)榈玫?所以3.4.2多級(jí)單調(diào)諧回路放大器1.總電壓增益假設(shè)放大器共有m

級(jí)，各級(jí)的電壓增益分別為A?、A?……Aum,

則電壓總增益(A)m

為(A)m=A

·A……Am(3-28)即多級(jí)放大器電壓總增益為各級(jí)電壓增益的乘積。如果多級(jí)調(diào)諧放大器是由m個(gè)相同參數(shù)(包括晶體管參數(shù)和回路參數(shù))的單級(jí)放大器所組成的，并且它們的中心頻

率都調(diào)諧在同一頻率f上，則有(A。)m=(A。)"

(3-29)式中，A?為每級(jí)放大器增益。2.總通頻帶當(dāng)m級(jí)相同的放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，總的諧振曲線為單級(jí)諧振

曲線的乘積，即(3-30)根據(jù)式(3-30)可以畫出m

級(jí)相同參數(shù)的多級(jí)放大器的諧振曲線。圖3-25所示為級(jí)數(shù)分別是m=1

、m=2

、m=3的諧振

曲線。顯然，級(jí)數(shù)m愈多，諧振曲線愈尖銳，選擇性愈好，

但是通頻帶變窄。那么通頻帶變窄多少呢?為求出多級(jí)放大器的通頻帶，式中，稱為m

級(jí)放大器的3dB帶寬縮減系數(shù)。解上式，可得多級(jí)放大器的通頻帶為令式(3-30)中2△f=2△fo.7,則有(3-31)m=1m=3

m=2J。(24fa)a3(2△fa)2(24fa+)

。1圖3-25m

級(jí)放大器的諧振曲線(4).f3.總選擇性m級(jí)相同參數(shù)的多級(jí)放大器矩形系數(shù)的表達(dá)式為(3-32)(3-33)時(shí)，求得又已知根據(jù)式(3-34)可以得到矩形系數(shù)Kr0.1與級(jí)數(shù)m的關(guān)系，如表3-1所示。表

3

-

1

不同級(jí)數(shù)時(shí)多級(jí)單調(diào)諧放大器的Ka.1m123456789100∞Kro.19.954.33.753.43.23.132.942.922.92.56故有(3-34)3.5小信號(hào)雙調(diào)諧回路諧振放大器雙調(diào)諧回路諧振放大器是指負(fù)載采用雙耦合回路的晶體管放大器，其典型電路如圖3-26所示。雙調(diào)諧回路諧振放大

器電路與單回路放大器相似，本級(jí)晶體管的集電極和下一級(jí)

晶體管都是部分接入雙回路，接入系數(shù)分別為P?和P?。圖3-26雙調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路3.5.1雙調(diào)諧回路放大器的Y參數(shù)等效電路假設(shè)初、次級(jí)回路本身的損耗很小，可忽略不計(jì)，則可以畫

出雙調(diào)諧放大器的高頻Y參數(shù)等效電路，如圖3-27所示。圖3-27雙調(diào)諧回路放大器的高頻等效電路設(shè)反向傳輸導(dǎo)納yre=0(采取穩(wěn)定措施),把電流源yfeU?和晶體管輸出電導(dǎo)8。e、輸出電容C。折合到初級(jí)回路L?C?

的

兩

端，負(fù)載電導(dǎo)8ie、負(fù)載電容Ce

折合到次級(jí)回路L?C?的兩端，

則可得到如圖3-28所示的等效電路。圖3-28折合到回路兩端的等效電路考慮到在實(shí)際應(yīng)用中，初、次級(jí)回路都調(diào)諧在同一中心頻率f。

上，并且假設(shè)初、次級(jí)回路元件參數(shù)都相同，即有L?=L?=L,C

?+P2Ce=C?+PCie=C,Pig=P2gie=g,則回路諧振角頻率均為初、次級(jí)回路的有載品質(zhì)因數(shù)為則可得雙調(diào)諧回路放大器的簡(jiǎn)化等效電路，如圖3-29所示。圖3-29雙調(diào)諧回路放大器的簡(jiǎn)化等效電路3.5.2雙調(diào)諧放大器性能指標(biāo)分析1.電壓增益參考第2章中所得到的雙回路次級(jí)輸出電壓表達(dá)式(242),

可得到如圖3-29所示的電路的次級(jí)輸出電壓為則雙調(diào)諧放大器的電壓增益為(3-35)(3-36)將式(3-36)與單回路放大器電壓增益公式比較后可見：雙回路放大器的電壓增益還與耦合因數(shù)η有關(guān)。因?yàn)?/p>

所以雙回路放大器的增益要比單回路放式(3-37)表明，臨界耦合狀態(tài)的放大器電壓增益只有單回路放大器的一半。這是由于雙回路多了一個(gè)諧振回路，增加了回路損耗所造成的。雙回路放大器與雙回路并聯(lián)諧振回路類似，根據(jù)η大小也分為弱耦合(η<1)、臨界耦合(η=1)和強(qiáng)耦合(η>1)三種情況，相應(yīng)的諧振曲線如圖3-

30所示。大器的增益小。若調(diào)節(jié)初、次級(jí)之間的耦合，使放大器處于臨界耦合狀態(tài)，即η=1時(shí)，A。

達(dá)到最大，其值為當(dāng)電路產(chǎn)生諧振時(shí)，即廣義失諧量ξ=0,可得到放大器諧振電壓增益為(3-37)圖3-30雙回路放大器諧振曲線2.通頻帶由圖3-30可見，強(qiáng)耦合(曲線③和④)通頻帶最寬，臨界

耦合(曲線②次之，弱耦合(曲線①)最窄。下面僅討論臨界

耦合通頻帶?？梢宰C明當(dāng)η=1時(shí)的放大器的歸一化增益為(3-38)由式(3-39)可見，在Q,

值相同的情況下，臨界耦合雙回路放大器的通頻帶比單回路放大器要寬

√2倍。當(dāng)

△f=△fo?

時(shí)，則

即則臨界耦合時(shí)的通頻帶為(3-39)3.選擇性當(dāng)頻偏為△fo.1時(shí)

，a=0.1,

代入式(3-38)可得解上式得則矩形系數(shù)為(3-40)上面只討論了臨界耦合的通頻帶和選擇性，這是因?yàn)檫@種情況應(yīng)用最多。而弱耦合的諧振曲線與單回路放大器相似，

通頻帶窄，選擇性差。強(qiáng)耦合時(shí)，雖然通頻帶變得更寬，矩

形系數(shù)也更好，但諧振曲線頂部出現(xiàn)凹陷，回路的調(diào)整也麻

煩，因此只有在要求更寬的頻帶時(shí)，其與臨界耦合級(jí)配合時(shí)

才使用。3.6高頻小信號(hào)諧振放大器的穩(wěn)定性3.6.1放大器工作不穩(wěn)定的原因及其分析1.不穩(wěn)定的原因和現(xiàn)象在前幾節(jié)中，為了集中力量分析主要矛盾，是在假設(shè)晶體管反向傳輸導(dǎo)納yre≈0的條件下，分析放大器的增益、帶寬

等問題。而實(shí)際上，在高頻工作時(shí)晶體管內(nèi)部反饋不能忽略，

即存在反向傳輸導(dǎo)納yre或Cbc。

內(nèi)部反饋的存在一方面使放大器的增益、帶寬不會(huì)與理想情況相同；另一方面使放大器產(chǎn)生不穩(wěn)定。晶體管內(nèi)部反饋造成放大器工作不穩(wěn)定現(xiàn)象表現(xiàn)有以下三

種

：(1)使放大器的輸入、輸出回路之間以及多級(jí)放大器之間，互相影響，互相牽扯，給放大器的調(diào)整帶來很大麻煩。(2使放大器諧振曲線產(chǎn)生變形，致使放大器通頻帶、選擇性都發(fā)生變化，改變了原有指標(biāo)。(3)使放大器出現(xiàn)自激振蕩。放大器變成了振蕩器，無法正常進(jìn)行放大工作。2.用輸入導(dǎo)納的觀點(diǎn)分析不穩(wěn)定的原因?yàn)榱诉M(jìn)一步理解晶體管內(nèi)部反饋對(duì)放大器工作的影響，

下面還可用放大器輸入導(dǎo)納的觀點(diǎn)來進(jìn)行分析，如圖3-31所圖3-31放大器輸入導(dǎo)納等效電路示。由圖3-31可以求出單回路放大器的輸入導(dǎo)納表示式為

(3-41)由式(3-41)可見，放大器的輸入導(dǎo)納Y并不等于晶體管的輸入導(dǎo)納yie,而是包括兩部分：

一部分是晶體管輸入導(dǎo)納yie;另一部分是輸出端通過反向傳輸導(dǎo)納yre的反饋?zhàn)饔迷谳斎攵?/p>

產(chǎn)生的等效導(dǎo)納，稱它為反饋導(dǎo)納，用Y

表示，即

(3-42)由式(3-42)可見，由于晶體管Y

參數(shù)yfe、Yre、yo

都是頻率的函數(shù)，因此反饋導(dǎo)納Y也是大小和電抗性質(zhì)隨頻率而不

同的復(fù)數(shù)導(dǎo)納，可表示為Yp=gg+jbg

(3-

44)Y?=yie+YF

(3-43)這樣就有式中，gF

為反饋電導(dǎo)；bp

為反饋電納，它們都是頻率的函數(shù)。這樣，放大器的輸入導(dǎo)納又可表示為Y;=g;e+jwCi+gF+jbF

(3-45)由式(3-45)可見，Ci

已作為輸入回路電容一部分，現(xiàn)在又增加一個(gè)b(一般為容性),會(huì)使回路失諧，諧振點(diǎn)向頻率低的

方向移動(dòng)。gF

的作用是使回路的

Q

值發(fā)生變化，特別值得

注意的是，gF

是頻率的函數(shù)，它與頻率的關(guān)系曲線如圖3-32

所示

。圖3-32gF與f的關(guān)系曲線3.6.2高頻小信號(hào)諧振放大器的穩(wěn)定措施如前所述，由于高頻小信號(hào)諧振放大器存在yre(即Cbc)的內(nèi)反饋，使得放大器不能單向工作，存在不穩(wěn)定因素。保

證放大器穩(wěn)定(或單向化)的措施的具體辦法是：一種是消除Yre(

即Cbc)的反饋?zhàn)饔茫Q為“中和法”;另一種是增大負(fù)載導(dǎo)納

Y,使得式(3-41)中的Y≈yie。