1、第三章 高頻小信號(hào)放大器,按頻帶寬度分,窄帶放大器：以各種選頻電路作負(fù)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(fù)載，例如高頻變壓器、傳輸線變壓器等。,按負(fù)載分,調(diào)諧放大器,集中選頻放大器：以石英晶體、陶瓷、聲表面濾波器作負(fù)載,單調(diào)諧放大器：輸出端接調(diào)諧回路,雙調(diào)諧放大器：輸入、輸出端都接調(diào)諧回路,參差調(diào)諧放大器：調(diào)諧回路的諧振頻率不同,一、高頻小信號(hào)放大器的分類,3.1 概述,1、增益（gain）：放大器輸出電壓（或功率）與輸入電壓（或功率）之比， 記為Au（或Ap）。,2、通頻帶（passband）：通頻帶是指信號(hào)頻率偏離放大器的諧振頻率fo

2、時(shí)，放大器 的電壓增益Au下降到諧振電壓增益Auo的0.707時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率范圍，用BW0.7表示。,3、選擇性（selectivity）：放大器從各種不同頻率的信號(hào)中選出有用信號(hào)抑制 干擾信號(hào)的能力。,矩形系數(shù)K0.1：2f0.1與2f0.7之比。,二、高頻小信號(hào)放大器的主要性能指標(biāo),諧振電壓增益是指放大器在諧振頻率上的電壓增益，記為Auo。,抑制比d：諧振電壓增益Auo與干擾電壓增益Aun之比。,4、工作穩(wěn)定性（stability）：指放大器的工作狀態(tài)（偏置）、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)生變化時(shí)，放大器的增益、中心頻率、通頻帶、特性曲線等穩(wěn)定程度。,5、噪聲系數(shù)NF：指放大器輸入端信噪

3、比(Psi/Pni)與輸出端信噪比(Pso/Pno)的比值。,放大器的噪聲系數(shù)NF越小越好，理想值為1。,3.2 BJT的高頻小信號(hào)模型與參數(shù),一、混合等效電路,混合型等效電路,二、三極管的Y參數(shù)等效電路,三極管處在小信號(hào)線性放大狀態(tài)時(shí)，可以近似為線性器件。因此，我們避開三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將其看成一個(gè)線性二端口網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示，從而可以用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效電路來等效三極管。,+,已知線性二端口網(wǎng)絡(luò)的y參數(shù)方程為：,得到三極管共發(fā)射極接法的y參數(shù)電流方程：,并由這個(gè)電流方程畫出三極管的交流Y參數(shù)等效電路如圖：,是輸入端交流短路時(shí)的輸出導(dǎo)納，即受控電流源的內(nèi)導(dǎo)納。,是輸出交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；,是輸入交

4、流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納，這是造成三極管輸入回路與輸入回路耦合的主要因數(shù)，也稱為反饋導(dǎo)納；,其中：,是輸出端交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納，這是體現(xiàn)三極管電流控制作用的參數(shù)，其作用相當(dāng)于H參數(shù)等效電路中的；,混合等效電路和Y參數(shù)等效電路所反映的是同一只三極管，所以兩種等效電路之間存在著確定的關(guān)系，根據(jù)Y參數(shù)的上述定義，從混合等效電路可以推導(dǎo)出：,1、共射截止頻率f : 下降到0的0.707所對(duì)應(yīng)的工作頻率。,三、三極管的參數(shù),共射電流放大倍數(shù),2、特征頻率f T: 下降到1時(shí)的工作頻率。 f T0 f f,3、最高振蕩頻率f max: 三極管的功率增益為1時(shí)的工作頻率。,f max f Tf ,3.3

5、 單調(diào)諧回路諧振放大器,1、采用分壓式穩(wěn)定偏置電路；,一、電路和工作原理,2、T工作在甲類放大狀態(tài)；,4、信號(hào)輸入與輸出為實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、滿足最大功率傳輸均采用變壓器耦合。,3、輸出端采用并聯(lián)諧振電路，起選頻作用，T的集電極采用部分接入，以提高諧振回路的有載Q值；,二、主要參數(shù)分析計(jì)算,1、電壓增益（電壓放大倍數(shù)）,當(dāng)輸出回路諧振時(shí)， =0，即為純電導(dǎo)。因此，諧振電壓增益Auo為：,2、功率增益（諧振時(shí)功率放大倍數(shù)）,a、失配損耗：如果負(fù)載失配導(dǎo)致輸出功率減小引起的功率損耗。此時(shí)，,若諧振回路理想、無損耗，則go=0，當(dāng)輸出端匹配時(shí)n12goe=n22gL，輸出功率最大，功率增益最大，記為APo

6、max：,b、插入損耗：由于諧振回路的接入而引起功率增益下降，稱為諧振回路的插入損耗1/（1Qe/Q）2 。這樣任意態(tài)下的功率增益表述為下式：,3、通頻帶,4、矩形系Kr0.1,Kr0.1越接近于1，選頻特性越好!,5、增益帶寬積,當(dāng)增益帶寬積一定時(shí)，放大器的帶寬越寬，則其諧振電壓增益越小。,三、級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò),見課本107頁(yè),例1：見課本107109頁(yè),四、例題,例2：?jiǎn)握{(diào)諧回路放大器如圖所示。設(shè)負(fù)載是與該放大器完全相同的下一級(jí)放大器，BJT的參數(shù)為：gie=1.1103S，goe=1.110-4S，|yfe|0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，N1320圈， N45

7、4圈， L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。 求：f0，Aou，BW0.7,1、負(fù)載是與該放大器完全相同的下一級(jí)放大器，所以gL=gie，CL=Cie,3.4 多級(jí)單調(diào)諧放大器,目的：提高增益（各級(jí)增益相乘）；改善頻率選擇性。,一、同步調(diào)諧多級(jí)放大器,1、電壓放大倍數(shù)：Au=Au1Au2Aun Au1n （每一級(jí)都相同）,3、矩形系數(shù)：,2、通頻帶：,級(jí)數(shù)越多，總通頻帶越窄，矩形系數(shù)越小，選擇性越好。,級(jí)數(shù)越多，總通頻帶和矩形系數(shù)變化越緩慢。,二、參差調(diào)諧放大器,將若干個(gè)單級(jí)諧振放大器級(jí)連，但每個(gè)諧振放大器的調(diào)諧頻率不同，稱為參差調(diào)諧放大器。,參差調(diào)諧放大器可以增加帶寬，同時(shí)又得到

8、邊沿較陡峭的頻率特性。因 此，它用于寬帶和高選擇性的場(chǎng)合。,結(jié)論：雙參差調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)比兩級(jí)同步調(diào)諧放大器小得多。,3.5 雙調(diào)諧回路諧振放大器,臨界耦合狀態(tài)(=1)時(shí)的最大電壓放大倍數(shù)為：,缺點(diǎn):電路較復(fù)雜；調(diào)整比較困難。,優(yōu)點(diǎn):通頻帶寬，選擇性好。,3.6 諧振放大器的穩(wěn)定性與穩(wěn)定措施,在前面對(duì)小信號(hào)諧振放大器的分析中把三極管當(dāng)成單向化器件對(duì)待,但是實(shí)際上三極管的高頻小信號(hào)模型是雙向傳輸?shù)摹?一、諧振放大器的輸入導(dǎo)納Yi及穩(wěn)定性分析,yre的影響將在小信號(hào)諧振放大器中產(chǎn)生兩個(gè)問題：,1、影響小信號(hào)諧振放大器的諧振頻率，特別是當(dāng)輸入端也接有諧振回路時(shí)，yre中的電容成分會(huì)引起放大器的

9、頻率特性發(fā)生明顯的畸變，使得多級(jí)調(diào)諧放大器調(diào)整變得很困難。,2、yre中的電導(dǎo)成分會(huì)引起放大器自激，使放大器不穩(wěn)定。,二、提高放大器穩(wěn)定性的方法,1、選擇高頻性能好的三極管。通常Cbc (即C)越小越好。,2、中和法。在晶體管外部接一個(gè)中和電容CN來抵消內(nèi)部反饋有害的影響。,如果中和電路使 和 相等，此時(shí)，正反饋的影響被抵消。起到使放大器穩(wěn)定工作的作用。,優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單。,缺點(diǎn)：難以完全中和。,采用共射共基級(jí)聯(lián)組合放大電路,V2管的Cb/c不構(gòu)成正反饋，而V1管由于負(fù)載阻抗很小，導(dǎo)致該級(jí)增益很低，V1和V2之間處于嚴(yán)重失配狀態(tài)，不會(huì)構(gòu)成自激振蕩。,3、失配法：是一種通過適當(dāng)降低放大器的增益，提

10、高放大器的穩(wěn)定性的方法。,優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定，無需調(diào)試，適宜大量生產(chǎn)。,應(yīng)用電路見課本121頁(yè)。,3.7 常用諧振放大器,一、常用分立元器件諧振放大器,由集成放大器和具有一定帶寬的選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。,二、集成電路諧振放大器,見課本122125頁(yè),見課本127頁(yè),+12V,兩級(jí)60MHz中頻放大器,XG1590是通用型高頻線性集成放大器芯片，帶有自動(dòng)增益控制功能。當(dāng)芯片調(diào)諧在60MHz工作時(shí)，功率增益為45dB，非調(diào)諧工作時(shí)BW0.7=10MHz，當(dāng)自動(dòng)增益控制電壓UAGC=57V時(shí)，控制范圍達(dá)60dB，芯片采用單電源供電，最大電源電壓18V。,3.8 放大電路中的噪聲,噪聲（noise）：在放大電路或

11、電子設(shè)備中與有用信號(hào)同時(shí)存在的一種隨機(jī)變化的 電流或電壓，沒有有用信號(hào)是時(shí)它也存在。,一、噪聲的特點(diǎn)和表示方法,特 點(diǎn)：起伏性和隨機(jī)性,表示方法： 平均值、均方值、均方根值和功率譜密度S(f)（單位噪聲帶寬內(nèi)的噪聲功率）,二、電路內(nèi)部噪聲的來源,電路的內(nèi)部噪聲主要來源于電阻的熱噪聲和放大器件的噪聲,噪聲功率譜密度 S(f)=4kTR 單位為W/HZ,噪聲電壓的均方值,（一）電阻的熱噪聲,電阻材料中的自由電子因無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的起伏電流(電壓)稱為電阻的熱噪聲,=4kTRfn,噪聲電流的均方值,=4kTgfn,電阻的熱噪聲可以用一個(gè)噪聲電壓源和一個(gè)無噪聲的電阻R串聯(lián)來等效，也可以用一個(gè)噪聲電

12、流源和一個(gè)無噪聲的電導(dǎo)g并聯(lián)來等效。,電阻熱噪聲的等效電路,串并聯(lián)電路的等效噪聲電路,兩個(gè)并聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓均方值相當(dāng)于兩個(gè)電阻的并聯(lián)阻值所產(chǎn)生的熱噪聲,兩個(gè)串聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓均方值相當(dāng)于兩個(gè)電阻的串聯(lián)阻值所產(chǎn)生的熱噪聲,1、熱噪聲（thermal noise）,2、散粒噪聲（shot noise）,(二)三極管的噪聲,3、分配噪聲（distribution noise）,4、閃爍噪聲（flicker noise）或1/f噪聲,晶體三極管的熱噪聲主要是基區(qū)電阻 rb/b產(chǎn)生的熱噪聲。 用噪聲功率譜密度表示為S(f)=4kTrb/b,由于少數(shù)載流子由發(fā)射區(qū)通過PN結(jié)注入基區(qū)時(shí)，在

13、單位時(shí)間內(nèi)注人的載流子數(shù)不同， 是隨機(jī)起伏的。這種起伏會(huì)影響到集電極電流的起伏，由此引起的噪聲叫散粒噪聲。,晶體管發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的少數(shù)載流子中，一部分經(jīng)過基極區(qū)到達(dá)集電極形成集電極電流，一部分在基極區(qū)復(fù)合。載流子復(fù)合時(shí)，其數(shù)量是隨機(jī)起伏的。分配噪聲就是集電極電流隨基區(qū)載流子復(fù)合數(shù)量的變化而變化所引起的噪聲。,它主要在低頻(幾千赫以下)范圍起主要作用，其噪聲頻譜與頻率近似成反比。這種噪聲產(chǎn)生的原因與半導(dǎo)體材料制作時(shí)表面清潔處理和外加電壓有關(guān)，在高頻工作時(shí)通常不考慮它的影響。,(三)場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲,3.9 噪聲的表示及計(jì)算方法,一、噪聲系數(shù)NF,放大電路的輸出噪聲功率pno 是由兩部分組成的，一

14、部分是Pno1 =ApPni，另一部分是放大電路本身產(chǎn)生的噪聲在輸出端呈現(xiàn)的噪聲功率pno2,表示信號(hào)通過放大器后，信噪比變壞的程度。,噪聲系數(shù)的概念僅僅適用于線性電路，可用功率增益來描述。,額定輸入信號(hào)功率（ ）：信號(hào)源內(nèi)阻Rs與放大電路的輸入電阻Ri相 等時(shí)，信號(hào)源的最大功率輸出。,當(dāng)RiRs時(shí)，額定信號(hào)功率和額定噪聲功率的數(shù)值不變。但這時(shí)的額定功率不表示實(shí)際的功率。,額定功率增益(ApH)：指放大電路的輸入和輸出都匹配時(shí) (即 RS =Ri ，R0 =RL 時(shí) ) 的功率增益。,二、噪聲溫度Ti（noise temperature）,三、多級(jí)放大器的噪聲系數(shù),兩級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)為,噪

15、聲溫度Ti：把放大電路的內(nèi)部噪聲看作是由信號(hào)源內(nèi)阻Rs在溫度為Ti時(shí)所產(chǎn)生的噪聲。也就是說，在放大電路的輸入端虛設(shè)一個(gè)噪聲源4KTiRsfn。它經(jīng)過放大電路放大后，在輸出端得到的額定輸出噪聲功率正好等于放大電路內(nèi)部噪聲在輸出端得到的額定輸出噪聲功率。,。,。,多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)為,多級(jí)放大器總的噪聲系數(shù)主要取決于前面兩級(jí)，而和后面各級(jí)的噪聲系數(shù)幾乎沒有關(guān)系。通常，要求第一級(jí)的NF1要小而APH1 要大。,五、等效噪聲帶寬,設(shè)二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸系數(shù)為 A(f)，輸入端的噪聲功率譜密度為Si(f)。把輸入時(shí)噪聲功率譜密度乘以網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸系數(shù)A2(f)，即可得輸出端的噪聲功率譜密度So(f)= A2(f) Si(f),四、靈敏度（sensitivity）,。,靈敏度：系統(tǒng)的輸出信噪比給定時(shí)的有效輸入信號(hào)功率。 與之相對(duì)應(yīng)的輸入電壓為最小可檢測(cè)信號(hào)。,線性網(wǎng)絡(luò)輸出端的噪聲電壓方均值為,。,因?yàn)镾i(f)=4kTR，