高频小信号放大.ppt

1、第3章 高频放大器（一）高频小信号放大器高频电子线路2主要学习内容：n本章介绍高频小信号谐振放大器和高频谐振功率放大器。n 这里注意电路在应用时的特点：n高频（低频）工作频率n大信号或小信号输入信号电平n谐振（非谐振）负载3内容1：3.1 高频小信号放大器3.1.13.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数！3.1.3单调谐回路谐振放大器！3.1.4谐振放大器的稳定性（中和法！）3.1.5调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器小小 结结作业与思考题作业与思考题概述（5个性能指标）4发射机中的高频放大器n发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类状态。（负载通常为选频回路）n用于发射机末

2、级，工作于丙类状态。（大信号非线性电路）振荡器倍频器缓冲器放大器调制器功率放大器低频功率放大低频放大器信号源5接收机中的高频放大器n射频前端电路：输入回路；高频放大；本地振荡器；混频器。输出中频信号。（课程重点）n 高频放大和中频放大是高频小信号放大器高频放大和中频放大是高频小信号放大器。n 具有低通传输特性的负反馈控制系统（自动增益控制AGC）。63.1.1概述1、高频谐振小信号放大器的特点频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽度在几kHz到几十MHz小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)2、分类高频小信号按所用的材料可分为晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集电电路（

3、IC)按频谱宽度可以分为窄带放大器和宽带放大器按电路形式可以分为单级放大器和多级放大器按负载性质可以分为谐振放大器和非谐振放大器谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频的作用。非谐振由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。73.1.1概述(续1）3、高频小信号放大器电路的性能指标1).增益：（放大系数）电压增益：功率增益：分贝表示：2)通频带：放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用表示。2f 0.7也称为3分贝带宽。8fAPAPo2f0.70.5f0为什么有通频带这个指标？放大器电路所放大的一般都是已调制的信号

4、，已调制的信号都包含一定谱宽度，如声音信号见后图，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。3.1.1概述（续2）1AV0最大电压增益9例如：一般语音信号的频谱示意图例如：一般语音信号的频谱示意图幅度f/Hz30034000f0+3100放大！调制后，语音信号频谱被搬移到不同的高频中心频率上，形成了不同的频道。103)选择性选择性：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性

5、，选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。矩形系数：为放大器的相对电压增益下降到0.1(或0.01)时，相应的频带宽度BW0.1(或BW0.01）与放大器通频带BW0.7之比。2f0.1,2f0.01分别为放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽，Kr愈接近于1越好。3.1.1概述（续3）Av0是最大电压增益，出现在谐振频率上11抑制比：表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。例Av0=100，An=1用分贝表示dn(dB)=20

6、lgdn3.1.1概述（续4）0AvnAvn12 5）噪声系数：放大器的噪声性能可用噪声系数表示：NF越接近1越好在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。因此应根据需要决定主次，进行分析和讨论。为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配中和或失配方法等。4）工作稳定性工作稳定性：指在电源电压变化或器件参数变化时，以上三参数的稳定程度。3.1.1概述（续5）133.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数一、形式等效

7、电路（网络参数等效电路）一、形式等效电路（网络参数等效电路）式中：晶体管共发射极电路图14ny参数等效电路3.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续1）153.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续2）二、混合二、混合参数等效电路参数等效电路把晶体管内部的物理过程用集中原器件RLC表示。用这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的参数等效电路。混合参数等效电路16 混合混合 等效电路的简化：等效电路的简化：混合等效电路中，电容、电阻并联，在一定的频率下：Rbc与Cbc引起的容抗相比，Rbc可视为开路。Rbe与Cbe引起的容抗相比，Rbe可以视为开路 Rce与回路负载比较，可视为开路

8、。3.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续3）17简化后的等效电路如图：(工作频率较高时)对工作频率范围不同时，等效电路可进行不同的简化。（频率低时可忽略电容的作用）3.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续4）18三、晶体管的高频参数三、晶体管的高频参数1）截止频率由于0比1大的多,在频率为f时,|虽然下降到原来的0.707但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。2）特征频率3.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续5）公式：19电流放大系数与f的关系:故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。3.1.2体管高频小信号等效电路与参数（续6）特征频率是晶体管在共发射极运用时

9、能得到电流增益的最高频率极限（电流放大系数，但功率增益1）。特征频率是高于截止频率,约等于的倍。特征频率与阻容乘积成反比，后者又决定于晶体管的静态工作点，因此，也是静态工作点的函数。特征频率是可查手册的，也可由仪器测量得到。203）最高振荡频率fmaxfmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大，当ffmax时,无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。3.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续7）21 R1、R2、R3为 偏 置 电 阻，决 定 工作点，保证工作在放大状态 LF、CF为滤波电路，稳负压供电C4、L组成L、C谐振回路 R4是加宽回路通频带

10、用 Rp是并联回路本身的损耗所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联谐振回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并谐振联回路的结论均可应用。3.1.3单调谐回路谐振放大器一、电路组成：一、电路组成：接前级接后级22n画交流y参数等效电路的三条原则：n所有直流电阻元件要开路（振荡回路中的电阻除外）n遇到电容要短路（振荡回路中的电容除外）n遇到晶体管，要用y参数等效电路来表示二、等效电路分析直流通路交流通路231）耦合电容C值一般为UF级,比较大2）而振荡回路中的电容一般为PF级，比较小3）用阻抗公式 来看，大电容也相当于短路级联的谐振放大器的交流通路图单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振

11、放大器前一级后一级理解耦合电容的作用24级联的谐振放大器的Y参数等效交流通路图前一级后一级单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器缺少了R1,R2，是因为相对于1/Yie2是远大于的关系，可以视为开路25请注意：的由来单调谐回路谐振放大器等效电路1）！前级放大电路输出的信号经电容耦合到单调谐回路谐振放大器输入端，等效为信号源2）！后级放大电路的输入导纳成为单调谐回路谐振放大器的负载26非标准形式谐振负载接法的多样式27化为标准形式谐振负载接法 运用折合公式 ！把纯阻和电抗用并联形式分开，则数值就分别是导纳和电纳283.1.3单调谐回路谐振放大器（续2）Vc293.1.3单调谐回路谐振放大器（续

12、1）二、等效电路分析由图，利用节点电流关系定理得：YL代表由集电极C向右看的回路导纳。（实际上，Vc是上负下正，故Ic=有一负号）(3)=(2)(4)(4)代入(1)放大器的输入导纳;暂忽略 得出了Vc与Vi的关系303.1.3单调谐回路谐振放大器（续3）三、放大器的性能指标放大器的性能指标抽头谐振电路化成标准并联形式后，按并联公式计算导纳想：抽头谐振回路阻抗或导纳的导纳变换公式，接入系数都分别含有纯阻和纯电抗313.1.3单调谐回路谐振放大器（续4）代入后得：（不加负载时）与并联谐振回路中谐振曲线公式进行比较，是一致的！232电压增益的相关结论：3.1.3单调谐回路谐振放大器（续5）332）

13、功率增益（谐振时）（仍然忽略）功率增益（谐振时）（仍然忽略yre的作用）的作用）3.1.3单调谐回路谐振放大器（续6）G0谐振时34对照前面的图，找出对应的电压和导纳利用功率公式353.1.3单调谐回路谐振放大器（续7）00363）放大器的通频带）放大器的通频带3.1.3单调谐回路谐振放大器（续8）与并联谐振回路的谐振曲线比较前面已经求出37设P1、P2=1，所以带宽增益乘积为一常数 带宽小时，增益就大带宽大时，增益就减小当Yfe和C为定值时（电路定了其值也定了，带宽增益乘积=const，决定于C与Yfe）。因此选择管子时应选取|Yfe|大的，并减少C。但C也不能取的太小，否则不稳定的电容的影

14、响大。3.1.3单调谐回路谐振放大器（续9）回忆：并联谐振品质因数公式38讨论：讨论：3.1.3单调谐回路谐振放大器（续10）394）单调谐放大器的选择性）单调谐放大器的选择性所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。3.1.3单调谐回路谐振放大器（续11）40四、多级单调谐回路谐振放大器四、多级单调谐回路谐振放大器若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。1）增益2）通频带3.1.3单调谐回路谐振放大器（续12）41根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带(2f0.7)m上面的分析表

15、明上面的分析表明:（X=1/)；X为为每级的带宽与总带宽之比为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的X倍。当每级通频带加宽X倍时,每级的增益都会降低为原来的1/X。3.1.3单调谐回路谐振放大器（续13）42n m与X 之间的关系：m12345678X 11.56 1.96 2.32 2.58 2.86 3.10 3.333.1.3单调谐回路谐振放大器（续14）n 例：某中频放大器总通频带为4Mhz，采用6级单调谐放大器，则每级放大器通频带为多少？解：每级的为：X433）选择性(以矩形系数为例)结论结论:单调谐回路特点是电路简单单调谐回路特点是电路简单,调试容易调试容易,但选择性差但选

16、择性差,增增 益和通频带的矛盾比较突出。益和通频带的矛盾比较突出。采用双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器是改善放大器选择性改善放大器选择性和解决放大器的增益和通频带增益和通频带之间的矛盾的有效方法之一。3.1.3单调谐回路谐振放大器（续15）443.1.4谐振放大器的稳定性（抓住重点，迅速掌握）谐振放大器稳定性分析：一、自激产生的原因：一、自激产生的原因：gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。谐振时，当gF=gs+gie（回路原有电导）则回路总电导g=0，QL ，选中了一个频率，选中了一个频率,输出信号成为单音输出信号成为单音.这就是自激这就是自激放大器等效输入端回路放大器等效输入端回路s中包含了goe和G0g前级放大器的后半部分本级放大器的前半部分45二、放大器产生自激的条件：二、放大器产生自激的条件：当Ys+Yz=0回路总电导g=0放大器产生自激。此即放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消3.1.4谐振放大器的稳定性（续1）那么，如何消