第三章 高频小信号放大器
高频电子技术第3章高频小信号放大器2

双调谐放大器的性能指标:
1)谐振时电压增益
Au0
1
p1 p2 Y fe g
(3-22)
临界耦合时 1,有
Au0
p1 p2 Y fe 2g
(3-23)
2)通频带
BW0.7 2f0.7
2 f0 Qe
(3-24)
3)矩形系数
K r 0.1
BW0.1 BW0.7
3.15
(3-25)
多级双调谐放大器和多级单调谐放大器类似,通频带随级数 2
Rb2
Cb Re
Ce
图3-22 共射极高频小信号放大电路
2. 晶体管共射接法的高频等效电路-----第-Y3章参数高等频小效信电号路放大器 4
Ib
b+ . Ube Yie
. YreUce
. YfeUbe
Ic
+c . Yoe Uce
- e
- e
图 3-23 晶体三极管共射接法Y参数等效电路
Y参数方程:
12V
R1
C1
1 2
L1 4
5 Uo
R3
3
Ui
VT1
R2
Cb1 Re1
Ce1 Cb2
VT2 R4
2.多级单调谐放大器
第3章 高频小信号放大器 14
多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心频率。
1)电压增益
Am Au1 Au2 L Aum
(3-17)
多级单调谐放大器的总电压增益是各级电压增益的乘积。若
BW0.7
m
2f0.7
m
1
2m
1
f0
Qe
(3-20)
多级放大器级数越多,通频带越窄。
高频电子线路-李福勤-第三章

fp =
1 2π L C 1 1
1 2π L 1 C C0 1 C + C0 1
3)三端陶瓷滤波器
实物图:
(2)声表面波滤波器(SAWF) (2)声表面波滤波器(SAWF) 实物图:
声表面波滤波器SAWF( 声表面波滤波器SAWF(Surface Acoustic Wave Filter) Filter)
若回路品质因数较高 ,则
可得:高Q串联电路转换为并联电路后,R 可得:高Q串联电路转换为并联电路后,R2 为串联电路r 为串联电路r1的Q2倍,而X2与串联电路X1相 倍,而X 与串联电路X 同,基本保持不变。
5.并联谐振回路的耦合连接与接入系数 并连谐振回路作为放大器的负载时,其连接的方 式直接影响放大器的性能。一般来看因为晶体管 的输出阻抗低,直接接入是不适用的,会降低谐 振回路的品质因数Q 振回路的品质因数Q。通常,多采用部分接入方 式,以完成阻抗变换。 定义:接入系数p 定义:接入系数p为转换前的圈数(或容抗)与转 换后的圈数(或容抗)的比值。由此定义我们分 别可得:
(a)
(b)
(c)
声表面波滤波器 (a)结构;(b)符号;(c)等效电路
声表面波滤波器应用实例: 声表面波滤波器应用实例:
V1是预中放部分,起前置放大作用; Z1为SAWF起集中选频作用; SAWF起集中选频作用; TA7680AP为彩电图像中频放大器IC。 TA7680AP为彩电图像中频放大器IC。
集中LC滤波器通常由一节或若干节LC网络 集中LC滤波器通常由一节或若干节LC网络 组成,根据网络理论,按照带宽、衰减特 性等要求进行设计,目前已得到了广泛应 用。
LC集中滤波网络
2、集中选频滤波器 (1) 陶瓷滤波器
第3章 高频小信号放大器与噪声

第3章 高频小信号放大器
3.3.1单级单调谐回路谐振放大器
放大器的质量指标: 1)电压增益
第3章 高频小信号放大器
3.3.1单级单调谐回路谐振放大器
输出电导 下一级输入电导
输出电容 下一级输出电容
并联回路导纳
第3章 高频小信号放大器
3.3.1单级单调谐回路谐振放大器
Coe 9.5 pF, L 1.4H, p1 0.9, p2 0.3, Q0 100
且yre 0, 求 1)谐振时的电压增益 Av0 ;
第3章 高频小信号放大器
3.1 概述 (续)
电路特点: 采用谐振电路作为放大器的集电极负载。
电路作用:采用谐振回路作为负载的谐振放大器 还可起滤波或选频作用。
第3章 高频小信号放大器
3.1 概述(续)
高频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
.
Yo
I2
.
V2
yoe
yre y fe yie Ys
第3章 高频小信号放大器
晶体管Y参数等效电路(外参数)
由共发射极放大电路节点电流方程,得到电压增益:
.
.
Av
V
.
2
V1
y fe yoe YL
晶体管正向传输导纳越大,放大器的增益就越大。
.
.
在晶体管参数为实数时,V2与 V1 相位差为180°
yi
yie
yb 'e
1 rbb' yb'e
第3章 高频小信号放大器
混合 等效电路参数与Y参数的转换(续)
四个参数均为复数,表示为
第三章-高频小信号放大器

➢ yoe yo1 go1 jCo1 为晶体管的输出导纳。
➢ Y为L' 晶体管在输出端1、2两点之间看来的负载导纳,即下级晶 体管输入导纳与LC 谐振回路折算至1、2两点间的等效导纳。
➢ yoe YL' 可以看成是1、2两点之间的总等效导纳。
所有元件折算到LC 回路两端得图(a),再简化为图(b)
yre yfe yie Ys
图 4.2.3 晶体管放大器及其 y参数等效电路
End
y(导纳)参数的缺点:随频率变化;物理含义不明显。
图 4.2.4 混合π等效电路
优点: 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。 缺点:
rbc 集电结电阻
Cbc 集电结电容 rbe 基射极间电阻
C b'e 发射结电容 rbb 基极电阻
rce 集射极间电阻
图 4.2.4 混合π等效电路
gm 晶体管跨导
附加电容 Cbe、Cbc、Cce:由晶体管引线和封装等结构所形成,数
值很小,高频下可以忽略。
rb'e
26 0
IE
0 为共射组态晶体管的低频电流放大系数;
I E 为发射极电流,单位为mA。
gm Vb'e 表示晶体管放大作用的等效电流发生器。
电压增益改写为:
Av
V o1 V i1
yfe yoe YL'
p12 yfe Y'
本级实际电压增益为:
Av
V i2 V i1
N2 V o1
N1
V i1
p2 V o1
p1
V i1
p2 p1
p12 yfe Y'
p1 p2 yfe Y'
由右图知:
第3章 高频小信号放大器

第3章 高频小信号放大器3.1概述无线通信中到达接收机的信号可低至微伏级,需要进行放大。
它们的频率一般从几百千赫兹到几百兆赫,信号的频谱宽度在几千赫到几十兆赫,对这类信号进行放大地放大器通称为高频小信号放大器。
接收机(Receiver )中的高频和中频电压放大器,都属于高频小信号放大器。
这类放大器,按所用器件可分为:晶体管、场效应管和集成电路放大器等。
高频小信号调谐放大器(窄带),频宽与中心频率之比很小(如调幅中放,带宽为9KHz ,中心频率为465KHz ,0/f f ∆约为百分之几),另外,采用调谐放大还有利于滤除频带之外的各种干扰(interference )和噪声。
高频小信号调谐放大器常可分为单调谐、多级参差调谐、双调谐谐振放大器等。
利用阻容耦合或使用集成电路构成的宽带放大器,配以各种滤波器(如LC 集中选择滤波器、石英晶体滤波器、声表面波滤波器、陶瓷滤波器等)可构成选择滤波式高频小信号放大器。
以下是衡量高频小信号放大器的几个主要性能指标。
1.中心频率在无线通信系统中,高频小信号调谐放大器放大的信号一般为具有一定带宽的频带信号,例如普通调幅波就是以载波为中心频率并占据二倍调制信号的带宽。
而对于高频宽带小信号放大器,则具有很宽的频率范围,其带宽由信号频率的上、下限决定。
2.电压增益与功率增益电压增益(Voltage gain)u A 等于放大器输出电压与输入电压之比../o i u A U U = 或020lg ()o u iU A dB U = (3-1) 而功率增益(Power gain)p A 等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。
0o p i P A P =或010lg ()o p iPA dB P = (3-2) 3.通频带通频带(Pass band)的定义是放大器的电压增益下降到最大值的倍时所对应的频带宽度,亦称3dB 带宽,常用0.7BW 来表示。
4.选择性是指对通频带以外干扰信号的衰减能力,有两种表示方法:(1)矩形系数(Rectangle coefficient)它表示放大器实际调谐曲线接近理想矩形的程度,说明放大器选取有用信号抑制无用信号的能力,是放大器的选择性指标。
第3章 高频小信号放大器

矩形系数Kr0.1定义:单位谐振曲线N(f)值下降到0.1时的频带 范围与通频带之比,即
BW0.1 K r0.1 BW0.7
理想谐振回路Kr0.1=1,实际回路的Kr0.1总是大于1,而且其数 值越大,表示偏离理想值越大;其值越小,表示偏离理想值越小。 实际单级单调谐LC谐振回路的矩形系数: K r0.1 99 9.95 它是一个与回路的Q值以及谐振频率f0无关的定值,偏离理想回路 值较大。
第3章 高频小信号放大器
7
3.1 选频和滤波电路
选频和滤波电路在无线电接收设备的许多单元电路(如高频 放大器、混频器、中频放大器以及检波器)中起着举足轻重的作 用。
常见的选频电路是LC谐振回路,有串联回路和并联回路两种
类型。
常见的滤波电路是LC谐振回路和固体滤波器,有陶瓷滤波器、
石英晶体滤波器、声表面波滤波器等。
10
串联谐振回路
适合电源内阻小,负载电阻小的场合,应用最广。
谐振特性:电路的阻抗在某一特定频率上具有 最大或最小(或电流达到最大或最小)特性 。 谐振频率:上述作用的特定频率。
第3章 高频小信号放大器
X 容性 感性
11
+
US
L 0
-
0
r C (b)
(a)
ZS
/2 r
0 - /2
0
定义:在输入信号幅值不变的前提下改变其频率,使回路电流 1 幅度为谐振时的 时,对应的频率范围,用BW0.7表示。
2
BW0.7 f 2 f1 2 f 0.7
单位:赫兹
或 : 0.7 2 1 20.7 单位:弧度/秒 BW 0.7 f 2Q0 2Q0 0.7 1 当 N f 1 2 , 1 0 f0 f 或 : BW0.7 0 BW0.7 0 (3 — 9) Q0 Q0
第三章 高频小信号放大器

第二种形式
3.4 集中选频放大器
2、集中选频滤波器
(1) 陶瓷滤波器
1) 陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应” 2) 两端陶瓷滤波器(外形及符号)
两个谐振频率:
1 fs 2 L1C1
fp
1 2 C1C0 L1 C1 C0
3.4 集中选频放大器
3、补偿法
① 基极回路补偿 ② 发射极回路补偿
基极补 偿 射 极 补 偿
③ 集电极回路补偿
并联补偿 串联补偿 串、并联复合补偿
示例
补偿法示例:
3.3 高频小信号谐振放大器
一、概述
1、定义:高频小信号放大器的功能就是放大各种无线电设备 中的高频小信号。此处的“小信号”是指输入信号的电平较低, 放大器工作在它的线性范围。 2、高频小信号放大器的分类: (1) 按放大器的频带宽度来分:窄带放大器和宽带放大器。
映了晶体管中的物理过程, 也是分析晶体管高频时的基本等效电路。
b
rb b′ . Ub′e - + C
b′
C . gmUb′e
c Yce e
e
图 3-2 晶体三极管等效电路
(a) 混Π等效电路
直接使用晶体管的混 Π等效电路分析 放大器的性能很不方便,通常在低频时 采用h参数等效电路,而在高频时,一般 采用Y参数等效电路。晶体管的Y参数等 效电路如图3-2(b)所示。
Zp
' RL
1 j 2QL
1 (1 j 2QL GL
0
0
)
并将Yoe归入谐振回路负载中,则谐振回路总导纳为:
1 (1 j 2QL Yoe YL GL ) Zp 0
高频电子线路小信号放大器资料

I1
V1
yi
yrV2
I2
y f V1 yo V2
为因变量,其网络方程
为 I1 yi V1 yr V2
图3-4 Y参数等效电路
I2 y f V1 yo V2 .
12
即
I1
yi
yr
V1
I2 y f yo V2
式中,yi 、yr 、y f y、o 是晶体管的“内参数”,它们
注:教材P74图3-9
Vc
y fe yoe YL'
Vi
中 Vc 方向与此相反
(4)
YL'
1 p112
gp
jC
1
j
L
P22
yie
其中
g
gp
1, R
gp
为回路的谐振导纳。
Uc p1
Uo
p2 .
32
所以由
Au
Uo Ui
p2 p1
Uc Ui
,知
Au
p2 y fe p1( yoe YL' )
pi :放大器的输入功率;
2
pi Vi2 gie1 ,
所以
po
p1
y fe g
Vi
p22 ge2
Apo
po pi
p12 p22 gie2 y fe
gie
g
2
2
Avo
g 2 ie2 gie
gie和gie
分别是本级和下一级. 晶体管的输入导纳。
式中,uo、u分i 别为放大电路中心频率上的输出、
输率入的电输压出有、效输值入;功P率o、,P分常i 别用为分放贝大表电示路。中心频
.
5
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End
4.2.1 4.2.2
形式等效电路(网络参数等效电路) 混合π等效电路
4.2.3
4.2.4
混合π等效电路参数与 形式等效电路y参数的转换
晶体管的高频参数
因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗 并联组成,采用导纳分析比较方便,为此, 引入晶体管的y(导 纳)参数等效电路。
输入回路 Tr1 晶体管 输出回路
3 L 2 1 5
T
C
4
Tr2
yL
优点:通用,没有涉及晶体管内部物理过程,分析电路方便, 适用于任何四端(或三端)器件。 缺点入电压 V V 1 2
式中:
I yi 1 V 1 I yr 1 V 2 I yf 2 V 1 I yo 2 V 2
理想
2f 0.01 K r0. 01 2 f 0 . 7
实际 f
高频小信号放大器的主要质量指标
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。
② 抑制比:表示对某个干扰信号fn 的抑制能力,用dn表示。
yre yfe Yo yoe yie Ys V2 I2
图 4.2.3 晶体管放大器及其 y参数等效电路
End
y(导纳)参数的缺点:随频率变化;物理含义不明显。
图 4.2.4 混合π等效电路
优点: 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。 缺点:
rbc 集电结电阻
C bc 集电结电容
高频小信号放大器的主要质量指标
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。
① 矩形系数:表示与理想滤波特性的接近程度。
K r 01
2f 0.1 2f 0.7
AV/AVo 1 0.7 2f0.7 0.1 2f0.1
又形式等效电路有:
I1 yi V1 yr V2 I 2 y f V1 yo V2
两种等效电路参数转换公式为:
yi Y11
yr Y12
yo Y22
y f Y21
End
1. 截止频率
下降到低频值 0的
0
f 1 j f
1 时所对应的频率。 2
yfe Av yoe YL V1
V2
图 4.2.2 y参数等效电路
放大器输出导纳Yo
I y V y V ie 1 re 2 1 I 2 y fe V1 yoe V2 I1 Ys V1 ( I s 0)
1 L2 3
Tr2
4 yL 5
T
Rb2
Cb
Re
Ce
2. 静态分析
画出直流等效电路, 其简化规则:交流输入信号为零; 所有电容开路;所有电感短路。
VCC Rb1 Tr1 T C L2
3
1
Tr2
4 yL 5
Rb1
VCC
Rb2
Rb2
Re
Cb
Re
Ce
结论:Rb1、Rb2、Re为偏置电阻,提供静态工作点;
3. 动态分析 1) 画出交流等效电路, 其简化规则:有交流输入信号,所有 直流量为零;所有大电容短路;所有大电感开路。(谐振回路 L、C保留)
高频小信号放大器的分类
单振荡回路 谐振放大器(窄带) (调谐与非调谐) 高频小信号放大器 非谐振放大器(宽带) LC集中滤波器 石英晶体滤波器 陶瓷滤波器 声表面波滤波器 耦合振荡回路
高频小信号放大器的主要质量指标
1) 增益:(放大系数)
Vo 电压增益: Av Vi
Po 功率增益: Ap Pi
Po Ap 10 log Pi
Vo 分贝表示: A v 20 log Vi
高频小信号放大器的主要质量指标
2) 通频带: 3dB带宽 6dB带宽
20.7 20.5
负载回路形式
回路的QL
通频带决定于
高频小信号放大器的主要质量指标
2) 通频带: 通频带越宽,放大器增益就越小,两者矛盾。 AM接收机(频带窄),矛盾不突出; 电视或雷达(频带宽),矛盾突出。 •牺牲单级增益,保证所需带宽,再加多 级保证总增益。 •放大器的总通频带随着放大级数的增加 而变窄。
rbe 基射极间电阻
C b'e 发射结电容
rbb 基极电阻
rce
图 4.2.4 混合π等效电路
集射极间电阻 晶体管跨导
gm
由晶体管引线和封装等结构所形成,数 附加电容 C be、 C bc 、 Cce : 值很小,高频下可以忽略。
26 0 rb'e IE
0 IE
为共射组态晶体管的低频电流放大系数; 为发射极电流,单位为mA。
I 01 y fe Vi1 g 01、 C
01
Gp
1 Rp
YL gi 2 jCi 2
由式(4.2.10)可得放大器的电压增益为:Av
V o1
yoe yo1 YL' 为晶体管在输出端1、2两点之间看来的负载导纳,即下级晶 体管输入导纳与LC 谐振回路折算至1、2两点间的等效导纳。 ' y Y oe L 可以看成是1、2两点之间的总等效导纳。
g m V b'e 表示晶体管放大作用的等效电流发生器。
gm 0 rb'e Ic 26
希望 C bc和 rbb尽量小。
C bc 将输出的交流电压反馈一部分到输入端(基极),可
能引起放大器自激。
rbb
在共基电路中引起高频负反馈,降低晶体管的电流放 大系数。
End
输入电压 V1 Vb 输出电压 V2 Vc 输入电流 I1 I b
图4.2.6 β截止频率和 特征频率
即 f f T
可以粗略计算在某工作频率f >> fβ的电流放大系数。
3. 最高振荡频率fmax
晶体管的功率增益AP 1时的工作频率。
f ≥fmax后, Ap<1,晶体管已经不能得到功率放大。
通常,为使电路工作稳定,且有一定的功率增益,晶体
管的实际工作频率应等于最高频率的 1 1 。
主要由晶体管内 反馈引起,放大 器完全不能工作
高频小信号放大器的主要质量指标
5) 噪声系数:指放大器输入端SNR与输出端SNR的比值。
Psi Pni 输入端SNR Fn Pso Pno 输出端SNR
Psi Pni Fn (dB) 10lg Pso Pno
放大器中,噪声总是有害无益,要求噪声系数接近1。
采用低噪声管 保障措施 正确选择工作点电流
选用合适线路等 总结:以上指标既有联系,又有矛盾;根据要求,决定主次。
高频小信号放大器的分析方法
几十μV~几mV
fo–fs=fi
1V左右
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
晶体管工作在线性区,可看成线性元件,可用有源四端 网络参数微变等效电路来分析。
2. 特征频率 1时所对应的频率。
0
f 1 f β
2
1
所以 f T f β 1
2 0
0
0 / 2
1
通常0 1,
当f fβ时,
f T 0 f β。
0
fT fβ
f fβ
fT
fT 2 f fβ f f 1 f
0 V 2
0 V 1
放大器输入导纳Yi
I y V y V ie 1 re 2 1 I 2 y fe V1 yoe V2 I 2 YL V2
yre yfe Yi yie y Y oe L V1 I1
4.1
概述
4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数
4.3 单调谐回路谐振放大器
4.4 多级单调谐回路谐振放大器 4.5 双调谐回路谐振放大器
4.6 谐振放大器的稳定性与稳定措施
*4.7
谐振放大器的常用电路和 集成电路谐振放大器 场效应管高频小信号放大器 放大器中的噪声
*4.8 *4.9
*4.10 噪声的表示和计算方法
+ +
yoe
yrevce yfevbe -
3
5
C u L2 31
1
v21
4
yL v 54
-
晶体管集、射回路与振 荡回路之间采用抽头接入, + 接入系数
yie
-
v 21 N 2 p2 v 31 N
图4.3.1
单调谐回路谐振放大器的 原理性电路与等效电路
图4.3.1 单调谐回路谐振放大器的原理性电路
VCC Rb1 Tr1 T C L
1 2 3
输出回路 输入回路 晶体管 T C Tr2
3 2 L 1 5 4
Tr2
4 yL 5
Tr1
yL
Rb2
Cb
Re
Ce
2) 画出交流小信号等效电路,
输入回路 Tr1 晶体管 输出回路
3 L 2 1 5 4
负载和回路之间采用了 变压器耦合,接入系数
yL
T
C
Tr2
v54 N1 p1 v31 N
End
高频小信号放大器的特点:放大高频小信号(中心频率在几 百kHz到几百MHz,频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的 放大器。