《高頻電子線路》第二章

1、第一節(jié) 概述,第二章 高頻小信號放大器,一.高頻小信號放大器的功能與特點：功能：一般用在接收機的前級，對信號的電壓進行放大。特點：信號頻率較高（幾百KHz－幾百MHz），可以采用諧振電路； 信號的幅度很?。╱v－mv級），可以采用線性模型進行分析。,二.高頻小信號放大器的分類,,窄帶放大器（多采用諧振放大器）,寬帶放大器,(非諧振放大器),三 主要性能指標:,電壓增益，通頻帶，矩形系數(shù)，穩(wěn)定性，噪聲系數(shù),第二節(jié)

2、分析小信號放大器的有關(guān)知識,一、并聯(lián)諧振回路的基本特性,1. 并聯(lián)諧振回路的阻抗（導(dǎo)納）特性,,,2.諧振頻率,導(dǎo)納有最小值，阻抗有最大值，此時稱該并聯(lián)諧振電路諧振，此時的（角）頻率稱為諧振（角）頻率。,3.品質(zhì)因數(shù),,,,并聯(lián),串聯(lián),并聯(lián),串聯(lián),Q的意義：可以衡量諧振曲線的尖銳程度。,,,定義：通頻帶,,,,,說明：Q0是在沒接入負載、信號源時的品質(zhì)因數(shù)， 稱為無載（或空載）品質(zhì)因數(shù)。 QL為有載品質(zhì)因數(shù)。,所

3、以，有載時，電路通頻帶?, 選擇性?。,4.諧振電阻,串聯(lián),并聯(lián),5 阻抗的幅頻與相頻特性,,,二.串并聯(lián)阻抗的等效變換,1.等效的含義：相同的工作頻率下，回路兩端的阻抗相等,在較理想（Q值比較大）的情況下：,三.并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)結(jié)與接入系數(shù),在高頻放大電路中，多采用諧振回路作為負載輸出，后一級放大電路如果直接聯(lián)接在前級的負載上，會嚴重影響前級放大電路的性能（前級放大電路諧振回路的Q值會下降） 從能量的傳輸角度來看，要求

4、前級放大電路的輸出電阻和后級放大電路的輸入電阻匹配，如果直接連接很難做到，,所以在高頻電路中：多級放大電路的聯(lián)接，放大電路和負載的之間的聯(lián)接要考慮阻抗變換，即要采用部分接入的形式。,（四）接入系數(shù)p,1與2重合時， 全部接到電路兩端，對回路影響最明顯；2從上向下滑動時， 與回路的連接?，對回路的影響?；2與3重合時， 與回路脫離聯(lián)系，對回路沒任何影響。,該變化過程，反映在下式中：,,RL,1,“部分接入”的概念,接入系數(shù)

5、P反映的是外電路（負載，后級電路）對本電路的影響程度,一、Y參數(shù)等效電路,1.Y參數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程,,,第三節(jié) 晶體管高頻小信號等效電路,2.Y參數(shù)的物理意義,,,晶體管的輸入導(dǎo)納 它說明了輸入電壓對輸入電流的控制作用。,,正向傳輸導(dǎo)納 它表示輸入電壓對輸出電流的控制作用,,反向傳輸導(dǎo)納 它代表晶體管輸出電壓對輸入端的反作用。,,晶體管的輸出導(dǎo)納 它說明輸出電壓對輸出電流的控制作用。,三.

6、高頻參數(shù),(1) 截止頻率 （共射截止頻率）： 下降到0.707 時的頻率。,(2) 特征頻率 下降到1時的頻率。,(3）最高振蕩頻率 晶體管的共射極接法功率放大倍數(shù) 下降到1時的頻率 。,第四節(jié) 晶體管諧振放大器,一.（單管）單調(diào)諧回路諧振放大器,（一）放大器的等效電路及其簡化由于放大的信號幅度很小，所以可以用Y參數(shù)模型來取代

7、晶體管。,高頻小信號放大器交流等效模型,(2) 輸出導(dǎo)納Yo,(1)輸入導(dǎo)納Yi,,1.電壓增益：,（二）放大器的技術(shù)指標,其中ｇΣ與ＣΣ分別為諧振回路總電導(dǎo)和總電容:,當諧振回路諧振的時候，電容和電感 的作用互相抵消,2 諧振頻率和諧振曲線,回路有載Ｑ值 QL=,諧振特性方程：,3）通頻帶,4）矩形系數(shù),由于ｙfe是復(fù)數(shù), 有一個相角∠φfe, 所以一般來說, 諧振時放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差１８０°

8、;。,另外, 由上述公式可知, 電壓增益振幅與晶體管參數(shù)、 負載電導(dǎo)、回路諧振電導(dǎo)和接入系數(shù)有關(guān)：  (1) 為了增大Ａu0, 應(yīng)選取|yfe|大, ｇoe小的晶體管。  (2) 為了增大Ａu0, 要求負載電導(dǎo)小, 如果負載是下一級放大器, 則要求其ｇie小。  (3) 回路諧振電導(dǎo)ｇe0越小, Ａu0越大。而ｇe0取決于回路空載Ｑ值Ｑ0, 與Ｑ0成反比。 ,(4) Ａu0與接入

9、系數(shù)p1、p2有關(guān), 但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系。由于p1和p2還會影響回路有載Ｑ值ＱL, 而ＱL又將影響通頻帶,所以p1與p2的選擇應(yīng)全面考慮, 選取最佳值。  實際放大器的設(shè)計是要在滿足通頻帶和選擇性的前提下, 盡可能提高電壓增益。  在單管單調(diào)諧放大器中, 選頻功能由單個并聯(lián)諧振回路完成, 所以單管單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)與單個并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)相同。由于有載Q值小于空載Q值，其通頻帶比單個并聯(lián)諧振回路

10、加寬。,例：在圖2.3.1中, 已知工作頻率f0＝30MHz, Vcc＝６Ｖ, Ｉe＝２ mA。晶體管采用３ＤＧ４７型高頻管。其Ｙ參數(shù)在上述工作條件和工作頻率處的數(shù)值如下： gie=1.2mS, Cie=12pF, goe=400μS, Coe=9.5pF, |yfe|=58.3mS,∠φfe=-22°, |yre|=310μS, ∠φre=-88.8°,Ｌ＝1.4μH 接入系數(shù)p1＝１, p2＝

11、0.3, Ｑ0＝100。 負載是另一級相同的放大器。 求諧振電壓增益振幅Ａu0和通頻帶ＢＷ07，并求回路電容Ｃ是多少時, 才能使回路諧振？,所以 gΣ,=ge0+p21goe+p22gie=0.55×10-3S,從而 Au0=,因為,又,所以,由 QL=,可得,從對單管單調(diào)諧放大器的分析可知, 其電壓增益

12、取決于晶體管參數(shù)、 回路與負載特性及接入系數(shù)等, 所以受到一定的限制。如果要進一步增大電壓增益, 可采用多級放大器。,二.多級單調(diào)諧回路放大器,設(shè)放大器有m級, 各級電壓增益振幅分別為Ａu1, Ａu2, …, Ａum, 則總電壓增益振幅是各級電壓增益振幅的乘積, 即 Ａm＝Ａu1Ａu2…Ａum,（一）電壓增益,（二）單位諧振函數(shù) N（f）=,(三）放大器通頻帶,BWm=(2Δf 0.7)m=,由上述公式

13、可知, m級相同的單調(diào)諧放大器的總增益比單級放大器的增益提高了, 而通頻帶比單級放大器的通頻帶縮小了, 且級數(shù)越多, 頻帶越窄。所以, 增益和通頻帶的矛盾是一個嚴重的問題, 特別是對于要求高增益寬頻帶的放大器來說, 這個問題更為突出。這一特性與低頻多級放大器相同。,例:某中頻放大器的通頻帶為６MHz, 現(xiàn)采用兩級或三級相同的單調(diào)諧放大器, 兩種情況下對每一級放大器的通頻帶要求各是多少？,解: 當m=2時, 因為,所以, 要求每一級帶寬,

14、同理, 當m＝３時, 要求每一級帶寬,（四）矩形系數(shù),附表:單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級數(shù)的關(guān)系,第五節(jié) 小信號諧振放大器的穩(wěn)定性,以上我們在討論諧振放大器時, 都假定了反向傳輸導(dǎo)納ｙre＝０, 即晶體管單向工作, 輸入電壓可以控制輸出電流, 而輸出電壓不影響輸入。實際上ｙre≠0, 即輸出電壓可以反饋到輸入端, 引起輸入電流的變化, 從而可能引起放大器工作不穩(wěn)定。如果這個反饋足夠大, 且在相位上滿足正反饋條件, 則會出現(xiàn)自激振蕩。為了提高

15、放大器的穩(wěn)定性, 通常從兩個方面著手。一是從晶體管本身想辦法, 減小其反向傳輸導(dǎo)納ｙre值。,二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用, 使它單向化。 具體方法有中和法與失配法。,一.諧振放大器存在不穩(wěn)定的原因（定性分析）,二.放大器的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益 （定量計算）,這部分不要求，略。有興趣的同學自學,三.提高諧振放大器穩(wěn)定性的措施,（一）中和法,ｙre的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容Ｃb′c（由混合π型等效電路圖可知, Ｃb′

16、c跨接在輸入、 輸出端之間）,中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路（中和電路）, 以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)ｙre的反饋作用。由于ｙre的實部（反饋電導(dǎo)）通常很小, 可以忽略, 所以常常只用一個電容ＣN來抵消yre的虛部（反饋電容）的影響, 就可達到中和的目的。,為了使通過ＣN的外部電流和通過Ｃb′c的內(nèi)部反饋電流相位相差１８０°,從而能互相抵消, 通常在晶體管輸出端添加一個反相的耦合變壓器,由于ｙre是

17、隨頻率而變化的, 所以固定的中和電容ＣN只能在某一個頻率點起到完全中和的作用, 對其它頻率只能有部分中和作用, 又因為ｙre是一個復(fù)數(shù), 中和電路應(yīng)該是一個由電阻和電容組成的電路, 但這給調(diào)試增加了困難。另外, 如果再考慮到分布參數(shù)的作用和溫度變化等因素的影響, 中和電路的效果很有限。 ,（二）失配法,失配法通過增大負載電導(dǎo)ＹL, 進而增大總回路電導(dǎo), 使輸出電路嚴重失配, 輸出電壓相應(yīng)減小, 從而反饋到輸入端的電流減小, 對輸入端的