高频小信号放大.ppt

高频小信号放大.ppt

《高频小信号放大.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频小信号放大.ppt（61页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

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：

本章介绍高频小信号谐振放大器和高频谐振功率放大器。

这里注意电路在应用时的特点：

高频（低频）工作频率大信号或小信号输入信号电平谐振（非谐振）负载,3,内容1：

3.1高频小信号放大器,3.1.1,3.1.2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,小结,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,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）用于发射机末级，工作于丙类状态。

（大信号非线性电路）,5,接收机中的高频放大器,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）高频放大和中频放大是高频小信号放大器。

具有低通传输特性的负反馈控制系统（自动增益控制AGC）。

6,3.1.1概述,1、高频谐振小信号放大器的特点,2、分类,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。

7,3.1.1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。

2f0.7也称为3分贝带宽。

8,f,A,P,A,P,o,2,D,f,0.7,0.5,f,0,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，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）,1,AV0最大电压增益,9,例如：

一般语音信号的频谱示意图,0,f0+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。

10,3）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，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）=20lgdn,3.1.1概述（续4）,0,Avn,Avn,12,5）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，应用中和或失配方法等。

4）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）,13,3.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数,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,14,y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）,15,3.1.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续2）,二、混合参数等效电路,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。

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,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。

20,3）最高振荡频率fmax,fmax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：

接前级,接后级,22,画交流y参数等效电路的三条原则：

所有直流电阻元件要开路（振荡回路中的电阻除外）遇到电容要短路（振荡回路中的电容除外）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,23,1）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,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,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,28,3.1.3单调谐回路谐振放大器（续2）,Vc,29,3.1.3单调谐回路谐振放大器（续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,30,3.1.3单调谐回路谐振放大器（续3）,三、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,31,3.1.3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！

2,32,电压增益的相关结论：

3.1.3单调谐回路谐振放大器（续5）,33,2）功率增益（谐振时）（仍然忽略yre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,35,3.1.3单调谐回路谐振放大器（续7）,0,0,36,3）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：

3.1.3单调谐回路谐振放大器（续10）,39,4）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,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,上面的分析表明:

（X=1/）；X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）,42,m与X之间的关系：

3.1.3单调谐回路谐振放大器（续14）,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：

X,43,3）选择性（以矩形系数为例）,结论:

单调谐回路特点是电路简单,调试容易,但选择性差,增益和通频带的矛盾比较突出。

采用双调谐回路谐振放大器是改善放大器选择性和解决放大器的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）,44,3.1.4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：

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,输出信号成为单音.这就是自激,放大器等效输入端回路,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：

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，如何消除yre的影响呢？

46,由于yre的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。

单向化的方法有：

中和法消除yre的反馈,失配法使GL或gs的数值增大，因而使输入和输出回路与晶体管失配。

在实际运用中，中和法是外加一个电容抵消正反馈电容的作用,失配法：

信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。

即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性,四、克服自激的方法：

3.1.4谐振放大器的稳定性（续5）,47,

（1）中和法：

在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。

具体线路：

电桥平衡时，CD两端的回路电压不会反映到AB两端,即对应两边阻抗之比相等。

3.1.4谐振放大器的稳定性（续6）,48,

（2）失配法（一般了解）：

信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。

原理：

由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。

使增益下降，提高稳定性。

Yi=yie，即使后项0，则必须加大YL，yLyoe要使则晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大.,3.1.4谐振放大器的稳定性（续7）,49,3.中和法与失配法比较：

中和法：

优点：

简单，增益高缺点：

只能在一个频率上完全中和，不适合宽带因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。

采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。

失配法：

优点：

性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。

缺点：

增益低。

复合管y参数公式：

3.1.4谐振放大器的稳定性（续8）,50,一、二级共发-共基级联中频放大器电路下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中频放大器电路。

3.1.5调谐放大器的应用电路与集成电路（一般了解）,中频旁路电容,发射极温度稳定电阻,去耦电路,单调谐回路,低温补偿,51,二、由MC1590构成的选频放大器：

器件MC1590具有工作频率高，不易自激的特点，并带有自动增益控制的功能。

其内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路,器件的输入和输出各有一个单谐振回路。

输入信号V1通过隔直流电容C4加到输入端的引脚“1”，另一输入端的引脚“3”通过电容C3交流接地，输出端之一的引脚“6”连接电源正端，并通过电容C5交流接地，故电路是单端输入、单端输出。

由L3和C6构成去耦滤波器，减小输出级信号通过供电电源对输入级的寄生反馈。

3.1.5调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器（了解）,52,三、由MC1110组成的100MHz调谐放大电路MC1110集成块是一种适合于放大频率高达100MHz信号的射极耦合放大电路，其内部电路及由它制成的100MHz调谐放大器的实用电路如图所示。

片内电路如虚线框内所示，两只晶体管VT1和VT2组成共集一共基组合放大电路，使电路的上限截止频率得以提高，且输入、输出阻抗均较高，故对外接调谐回路的影响减小。

片内电容C约30pF，跨接在VT1的集电极与VT2的基极之间，对于100MHz以上的工作频率，C的容抗较小，以构成这两极间的高频短路，使VT1的集电极在管内经C至VT2的基极，形成良好的高频接地，实现共集共基（CCCB）放大对。

由C1、C2、L1构成的回路调谐于信号频率，为了减弱信号源对回路的影响，信号是部分接入的。

L1、C3、C4组成并联谐振回路，RL是负载，阻值较小，也是部分接入回路的。

3.1.5调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器（续）,（了解）,53,一、高频小信号放大器通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。

二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。

用矩形系数可以衡量实际幅频特性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐振放大器的选择性愈好。

三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。

Y参数等效电路和混合等效电路是描述晶体管工作状况的重要模型。

Y参数与混合参数有对应关系，Y参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。

四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。

小结,54,五、由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体管成为双向器件，在一定频率下使回路的总电导为零，这时放大器会产生自激。

为了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶体管单向化。

保持放大器稳定工作所允许的电压增益称为稳定电压增益，用（Avo）s表示，（Avo）s只考虑了内部反馈，未考虑外部其他原因引起的反馈。

六、非调谐式放大器由各种滤波器和线性放大器组成，它的选择性主要决定于滤波器，这类放大器的稳定性较好。

七、集成电路谐振放大器体积小、工作稳定可靠、调整方便，有通用集成电路放大器和专用集成电路放大器，也可和其它功能电路集成在一起。

小结（续1）,55,例：

1.某中频放大器线路如图所示，已知放大器的工作频率为f0=30MHz，中频变压器接入系数p1N1/N=1,p2=N2/N=0.3,线圈品质因数Q0100。

晶体管的Y参数（在工作频率上）如下:

设后级输入电导也为gie，单级放大器谐振时的电压增益Avo谐振时回路的外接电容C通频带若,56,57,第31张上的公式表明：

电压增益只与放大管输出部分到后一级的输入部分有关。

58,此时尚未有R4，R4=0,59,60,思考题,1.某中频放大器线路如图所示，已知放大器的工作频率为f0=10.7MHz，回路电容C50pF，中频变压器接入系数p1N1/N=0.35,p2=N2/N=0.03,线圈品质因数Q0100。

晶体管的Y参数（在工作频率上）如下:

设后级输入电导也为gie，回路有载QL值和通频带B0.7放大器电压增益中和电容CN的值,61,