《高频电子线路》课件—03高频小信号放大器
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第2章高频小信号放大器fp 高频电子线路 课件
来等效。损耗电阻随频率增高而增大。
空载品质因数（Q0）——表示电感线圈的损耗
Q0——反映损耗的大小，越大越好 通常，线圈的Q0值：几十~三百。
15
FP
第二章高频小信号放大器
高频电子线路
3.1高频电路中的无源器件
电感的等效电路
串联等效电路
0
L
Q0
并联等效电路
g0 1
LQ0
RL (
29
N13 2 1 ) RL 2 RL N 23 p
p=N23/N13为接入系数
FP
第二章高频小信号放大器
高频电子线路
并联谐振回路的耦合联接
（3）、变压器自耦变压器耦合联接的阻抗变换
1 4 . Is C Rs 3 5 2 RL . Is
Rs
Rp
C
L
RL ′
(a)
(b)
1 1 RL 2 RL , Rs 2 Rs p2 p1
I
| U2 0 | U1 0 | U2 0 | U1 0
U1
I1 U2
I 1 y11 U 1 y12 U 2 I 2 y21 U 1 y22 U 2
I ( ) I ( ) 0
QL1 QL2
QL 2
QL1
0
幅频特性
22
相频特性
FP
第二章高频小信号放大器
高频电子线路
二、LC并联谐振回路 Q0 1
①谐振频率：
p 0
1 LC
② 阻抗特性：
0 ——感性 0 ——纯电阻 0 ——容性 ③电压特性:谐振时流过回路的电压的最大
高频电子线路第二章 高频小信号放大器
(2) 为了增大Ａu0, 要求负载电导小, 如果负载是下一级放 大器, 则要求其ｇie小。 (3) 回路谐振电导ｇe0越小, Ａu0越大。 (4) Ａu0与接入系数ｎ1、ｎ2有关, 但不是单调递增或单调 递减关系。由于ｎ1和ｎ2还会影响回路有载 Ｑ值Ｑe, 而Ｑe又 将影响通频带,所以ｎ1与ｎ2的选择应全面考虑, 选取最佳值。
结论：
以上这些质量指标，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。
应根据需要决定主次，进行分析和讨论。
4、 晶体管的高频小信号等效电路
形式等效电路（网络参数等效电路） 包括：Y参数、h参数、z参数、s参数等效电路 混合π型等效电路(物理模拟等效电路)
2.2.1 单管单调谐放大器※
1.电路组成及特点
●右图是一个典型的单管单调谐放大器。
Ｃ b 与 Ｃ c 分别是和信号源（或前级放大器）、 负载（或后级放大器）的耦合电容, Ｃe是旁路
UCC R2 L Cc
电容。 ●电容Ｃ与电感Ｌ组成的并联谐振回路作为晶 体管的集电极负载 , 其谐振频率应调谐在输入 有用信号的中心频率上。 ● 回路与晶体管的耦合采用自耦变压器耦合方 式 , 这样可减弱晶体管输出导纳对回路的影响。 ● 负载（或下级放大器）与回路的耦合采用自 耦变压器耦合和电容耦合方式, 这样, 既可减弱 负载（或下级放大器）导纳对回路的影响 , 又 可使前、 后级的直流供电电路分开。 ● 另外 , 采用上述耦合方式也比较容易实现前、 后级之间的阻抗匹配。
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。 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。
高频小信号放大器3优选PPT
高频小信号频带放大电路组成
4
本章以LC谐振放大电路和声表面波集中选择放大电路为 例，讨论高频小信号放大电路的选频特性及其有关问题。 高频小信号放大器电路分为窄频带放大电路和宽频带放 大电路两大类：
窄频带放大电路由双极型晶体管、场效应管或集成 电路等有源器件提供电压增益，由LC谐振回路、陶瓷 滤波器、石英晶体滤波器或声表面波滤波器等器件实现 选频功能。它有两种主要类型：以分立元件为主的谐振 放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。
电压增益
功率增益
6
(3)通频带 为保证频带信号无失真通过放大电路，要求其增益频率
响应特性必须有与信号带宽相适应的平坦宽度。放大电路 电压增益频率响应由最大值下降3dB，对应频宽作为通频 带。以B或2△f0.7表示。
7
(4)选择性 选择性是指对通频带之外干扰信号的衰减能力，有两种描 述方法：—是用矩形系数来说明邻近波道选择性的好坏； 二是用抑制比(抗拒比)来说明对带外某一特定干扰频率fN信 号抑制能力的大小，其定义：
Gm为晶体管微变跨导，它也是发射极 I EQ 的函数。
gmre0
0
IEQ (m)AIEQ 26 26
rce反映了集电极电压 U ce对电流 Ic 的影响。在放大状态
工作时这个影响很微弱，rce值很大，一般在几十千欧以上。
三个附加电容Cbe ，Cbc，Cce属引线和封装结构所形成
的电容，数量很小，其影响一般可以忽略。
式中，AP(f0)是中心频率上的功率增益，Ap(fN)是某一特定 干扰频率fN上的功率增益。 抑制比用分贝表示则为：
8
(5)工作稳定性 放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化时，
放大器主要性能的稳定程度。 不稳定现象表现在增益变化、中心频率偏移、通频带
4
本章以LC谐振放大电路和声表面波集中选择放大电路为 例，讨论高频小信号放大电路的选频特性及其有关问题。 高频小信号放大器电路分为窄频带放大电路和宽频带放 大电路两大类：
窄频带放大电路由双极型晶体管、场效应管或集成 电路等有源器件提供电压增益，由LC谐振回路、陶瓷 滤波器、石英晶体滤波器或声表面波滤波器等器件实现 选频功能。它有两种主要类型：以分立元件为主的谐振 放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。
电压增益
功率增益
6
(3)通频带 为保证频带信号无失真通过放大电路，要求其增益频率
响应特性必须有与信号带宽相适应的平坦宽度。放大电路 电压增益频率响应由最大值下降3dB，对应频宽作为通频 带。以B或2△f0.7表示。
7
(4)选择性 选择性是指对通频带之外干扰信号的衰减能力，有两种描 述方法：—是用矩形系数来说明邻近波道选择性的好坏； 二是用抑制比(抗拒比)来说明对带外某一特定干扰频率fN信 号抑制能力的大小，其定义：
Gm为晶体管微变跨导，它也是发射极 I EQ 的函数。
gmre0
0
IEQ (m)AIEQ 26 26
rce反映了集电极电压 U ce对电流 Ic 的影响。在放大状态
工作时这个影响很微弱，rce值很大，一般在几十千欧以上。
三个附加电容Cbe ，Cbc，Cce属引线和封装结构所形成
的电容，数量很小，其影响一般可以忽略。
式中，AP(f0)是中心频率上的功率增益，Ap(fN)是某一特定 干扰频率fN上的功率增益。 抑制比用分贝表示则为：
8
(5)工作稳定性 放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化时，
放大器主要性能的稳定程度。 不稳定现象表现在增益变化、中心频率偏移、通频带
高频电子线路第一章高频小信号放大器
R2
C3 R3
小结： • 单调谐回路共发放大器是晶体管共发电路和单调谐并联谐振回路的组合。 • 并联谐振回路的作用： 选频、阻抗变换
2. 放大电路等效变换
1）将实际电路转化成交流等效电路
①去偏置电阻与旁路电容
②去直流电源与退耦电容
R1
③去藕合元件
++
-
ui -
R2
-
ui
-
uo
+
+
VCC
C4 R4
b P2
电路方程:
I1 yiU1 yrU 2
yo
I2 U 2
U1 0 输入短路时的输出导纳
I2 y f U1 yoU 2
+ I1
yi
U 1
yrU 2
yfU 1
I2 +
yo U 2
特点
–
–
晶体管 Y 参数等效电路
① 晶体管y参数是晶体管本身的参数,仅与晶体管特性有关,与外电路无关。
晶体管或场效应管看作线性元件，可用有源四端网络来 分析。
2.高频小信号放大器的分类：
按所用的材料：晶体管(BJT)、场效应管( FET)、集电电路(IC) 按频谱宽度： 窄带放大器和宽带放大器 按电路形式： 单级放大器和多级放大器 按负载性质： 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、滤波和选频作用。 非谐振放大器: 由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。
§ 2. 2 晶体管高频小信号等效电路与参数
一、y 形式等效电路（网络参数等效电路）
设输 设输
I1 U1
入电 入电
压 压UIbb和 和 输 输 出 出
通信电子线路第三章高频小信号放大器
p1＝N12/ N13 p 2＝N45/ N13
第三章 高频小信号放大器
Uo' Uo / p2 Is' / Y p1YfeUbe / Y
倒相
第三章 高频小信号放大器
二.动态分析
Au
U o U be
－p1
p2Yfe/Y－p1p2Yfe/〔g（1＋j2QLf/f0）〕
e
c
C
Yoe
YfeU·be
14
2 L
YL U·o
C
35
YfeU·be goe Coe
(a).1Fra bibliotekI s'
C
go' e
L
gP gL'
p1YfeU·be
Co' e
3
(c)
(b)
CL' U·o'
14 2 L 35
YL U·o
第三章 高频小信号放大器
晶体管接入回路的接入系数 负载接入回路的接入系数
Is' p1Is p1YfeUbe
第三章 高频小信号放大器
α
不应
小于√￣ 1_2_
η>1
η<1
fo
η=1 f
双调谐回路的次级电压谐振曲线
强耦合时曲线出现双峰，中心下陷；弱耦 合时曲线为单峰，但峰值较小。比较理 想的是临界耦合时的情况，谐振曲线既 为单峰，峰值又大。
第三章 高频小信号放大器 Rb1、Rb2和Re组成分压式偏置电路，Ce为 高频旁路电容，ZL为负载阻抗（或下级输 3.3 单管双调入的阻初谐抗、）次高，级频电Tr1感小、LT1信r、2为L号高2分频放别变与大压C器1器、，C其2组中成T的r2 双调谐耦合回路作为放大器的集电极负载，
高频电子线路第3章-高频功率放大器
中间级
输出级
特点： （1）输入信号大，一般在几百毫
伏～几伏数量级 （2）一般VBB < UBZ，发射结反偏，
保证放大器工作于丙类状态。 （3）负载为LC回路，调谐于输入信号
的中心频率，选频滤波和阻抗变换 作用。 （4）采用近似的分析方法——折线法 来分析其工作原理和工作状态。
6
三、丙类高频功率放大器的工作原理
U0 VCC Ucm cosc
故动态特性的表示形式：
iC gd (uCE U0 )
uBE UBZ
iC 0
uBE UBZ
可见动态特性为折线，而不是一条直线。
21
4.动态特性的画法
iC
(一) 截距法
（1）在输出特性的 uCE 轴上取截距为
U0 VCC Ucm cosc得B点
A
•
gd
（2）u通be过m aBx点线作于斜A率点为，则gdB的A直直线线交即为
iC
iB
+
uBE
+ uCE
–
iC
iC
•
-
gc
uc
ICM
+
• • VBB
c
UBZ
uBEc c
c
ub
Ubm
设ub Ubm cost
则uBE VBB Ubm cost,VBB U BZ
iC 为尖顶余弦脉冲 ,可用傅立叶级数展开
7
uBE
UBZ
VBB
0 c
t
iB
iBmax
iC IC0 Ic1m cost （基波）
段的动态特性，则AB-BC为总动态特性
22
(二）虚拟电流法 在uCE VCC时，iC IQ
高频电路第三章课件
Tan Yueheng
Yoe goe jCoe
Hengyang normal university
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
放大器的性能参数
忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 由图3 ─ 3可得
I b I S YS U b I c YL U c
以上这些要求相互之间即有联系又有矛盾，例如 增益和稳定性，通频带和选择性等。
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
Hengyang normal university
高频电子线路
（一） 高频小信号谐振放大器的工作原理****
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
Tan Yueheng Department of P.&E.I.S Hengyang normal university
高频电子线路
晶体管的Y参数等效电路
在忽略rb′e 及满足Cπ>>Cμ 的条件下, Y参数与混Π参数 之间的关系为
b rb b′ ＋ . Ub′e － e (a) b′ C . gmUb′e c Yce e
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
Hengyang normal university
高频电子线路
晶体管的物理参数模型
ºc
rbb'
Cb’c
基极体电阻
·
rcc
Cb 'c 集电结势垒电容 Cb 'e 发射结扩散电容
g mv1
=
b º rbb’
Yoe goe jCoe
Hengyang normal university
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
放大器的性能参数
忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 由图3 ─ 3可得
I b I S YS U b I c YL U c
以上这些要求相互之间即有联系又有矛盾，例如 增益和稳定性，通频带和选择性等。
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
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高频电子线路
（一） 高频小信号谐振放大器的工作原理****
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
Tan Yueheng Department of P.&E.I.S Hengyang normal university
高频电子线路
晶体管的Y参数等效电路
在忽略rb′e 及满足Cπ>>Cμ 的条件下, Y参数与混Π参数 之间的关系为
b rb b′ ＋ . Ub′e － e (a) b′ C . gmUb′e c Yce e
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
Hengyang normal university
高频电子线路
晶体管的物理参数模型
ºc
rbb'
Cb’c
基极体电阻
·
rcc
Cb 'c 集电结势垒电容 Cb 'e 发射结扩散电容
g mv1
=
b º rbb’
第三章 高频小信号放大器教材PPT课件
1. 放大器的输入导纳和输出导纳
引用§4.2 结果，可知
Yi
yie
yreyfe yoeYL
Yi yre0 yie
Yo
yoe
yreyfe yie Ys
Yo yre0 yoe
2. 自激振荡的产生 (以输入导纳的影响为例)
如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的 输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后 (假定耦合方式是全部接入)，
激振荡现象。
YFyyofeeyrYeL gFjbF
图4.6.2 反馈电导ｇＦ随频率变化 的关系曲线
4. 自激产生的条件(以输入导纳的影响为例)
▪ 按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 ▪ 按电路形式：单级放大器和级联放大器 ▪ 按负载性质：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。 非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器 组成，其机构简单，便于集成。
3. 高频小信号放大器的质量指标(1)
1) 增益：（放大系数） 2) 通频带: 放大器的电压增益下降到最大值的 0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频 带，用B=2f 0.7表示。2f 0.7也称为3分贝带宽。 3) 选择性: 从各种不同频率的信号的总和（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。
Kr01
2f0.1 2f0.7
2 0.1 2 0.7
2
10 n 1
1
2n 1
Av Av0
[1QL2(
1
0
0)2]n2
[1
(QL
1
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)2
n
引用§4.2 结果，可知
Yi
yie
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Yi yre0 yie
Yo
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yreyfe yie Ys
Yo yre0 yoe
2. 自激振荡的产生 (以输入导纳的影响为例)
如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的 输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后 (假定耦合方式是全部接入)，
激振荡现象。
YFyyofeeyrYeL gFjbF
图4.6.2 反馈电导ｇＦ随频率变化 的关系曲线
4. 自激产生的条件(以输入导纳的影响为例)
▪ 按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 ▪ 按电路形式：单级放大器和级联放大器 ▪ 按负载性质：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。 非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器 组成，其机构简单，便于集成。
3. 高频小信号放大器的质量指标(1)
1) 增益：（放大系数） 2) 通频带: 放大器的电压增益下降到最大值的 0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频 带，用B=2f 0.7表示。2f 0.7也称为3分贝带宽。 3) 选择性: 从各种不同频率的信号的总和（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。
Kr01
2f0.1 2f0.7
2 0.1 2 0.7
2
10 n 1
1
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Av Av0
[1QL2(
1
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中波广播： BW0.7 =（6~8）KHz 电图视3.1信.1 号调谐：放B大W0器.7 电=6压M增Hz益的频率特性曲线
2.1.1
3、选择性
表示放大电路从各种干扰信号中选择有用信号，抑制
干扰信号的能力，等于在中心频率 f0 上的电压放大
倍数 A0 与偏离 f0 为f 处的放大倍数 An 的比值，即
Ib yieVbe yreVce Ic y V fe be yoeVce
2.2.1
图3.2.4 共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路
其中
yie
Ib Vbe
Vce 0
y fe
Ic Vbe
Vce 0
yre
Ib Vce
Vbe 0
yoe
Ic Vce
Vbe 0
式中，yie、yre、y fe、yoe 分别称为输入导纳、反向传输导纳
V2 0
(S)
y12
I1 V2
V1 0
(S)
y21
I2 V1
V2 0
(S)
y22
I2 V2
V1 0
(S)
所以Ｙ参数又称为短路导纳参数, 即确定这四 个参数时必须使某一个端口电压为零, 也就是使 该端口交流短路。
2.2.1
如共发射极接法的晶体管, 如图2.2.4所示, 相应的Ｙ参 数方程为
图3.2.4 共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路
1、增益
（1） 电压放大倍数
A
Vo Vi
或 电压增益
20 lg
A
20lg Vo Vi
dB
（2）功率放大倍数
Ap
po pi
或 功率增益
10 lg
Ap
10 lg
po pi
dB
2.1.1
对高频小信号放大器的要求是在中心频率 f0 处及带宽 内，有足够大的电压增益 A ，而在其它频率处增益减小， 如图3.1.1所示。
2.1.1
5．噪声系数
表征信号经放大后，信噪比变坏的程度。 噪声系数的定义是放大器的输入信噪比（输入端的信号 功率与噪声功率之比）与输出信噪比之比，即
NF
psi pso
pni pno
NF 通常是大于1的，NF 越接近于1，放大器的输出
噪声越小。
放大器中产生噪声的原因有放大器本身产生的噪声。 在多级级联的放大器中，前一、二级放大器的噪声对整 个放大器的噪声起决定作用。为了减少放大器的内部噪 声，在设计与制作时应当采用低噪声管，正确的选择工 作点电流，选用合适的电路等。
g
m
1 re
rbe (1 o )re
re
VT I EQ
26(mV ) IEQ (mA)
Cbe
Cbc
1
2 fT re
；
2.2.1
另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图3.2.2 图（a）所示，图 (b)是简化等效电路。
图3.2.2 晶体管高频共基极等效电路及其简化电路 2.2.1
二、Ｙ参数等效电路
双口网络即具有两个端口的网络，如图2.2.3所示。 Y参数方程是选取各端口的电压为自变量, 电流为应变 量, 其方程如下
I1
y11V1
y12V2
I2 y21V1 y22V2
图3.2.3 双口网络
2.2.1
其中 y11、y12、y21、y22 四个参量均具有导纳量纲，即
y11
I1 V1
2.1.1
3.2 高频小信号调谐放大器
高频小信号调谐放大器的电路组成： 晶体管和LC谐振回路。
3.2.1晶体管高频等效电路
一是物理模拟（混合 ）等效电路。 另一是形式等效电路（y 参数等效电路）。
2.2
一、混合 型等效电路
图3.2.1 晶体管高频共发射极混合π型等效电路
各主要参数有关的公式如下：
理想情况下，选频特性应为矩形，即
Kr0.1 1
图3.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线
4．工作稳定 性
指放大器的工作状态，晶体管参数，电路元件 参数等发生可能变化时，其主要质量指标的稳定程度。
放大器的不稳定现象表现为增益 A0 的变化，中心频率 f0
的偏移，通频带 BW0.7 变窄，谐振曲线变形等，其极限 状态是放大器产生自激。
图3.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线 2.1.1
2．通频带BW0.7
通频带也称为3dB带宽：指放大电路的电压增益比中 心频率 f处0 的增益下降3dB时的上、下限频率之间的频带， 用 表B示W，0.7 如图2.1.1所示。
BW0.7 f2 f1 2f0.7
BW0.7 决定于负载回路 Q 值及形式；且随级数的增加 带宽越来越窄。同时用途不同， 要求的带宽 BW0.7 也各 不相同。如
S A0 An
显然，S值越大表明电路的选择性越好。
图3.1.1 调谐放大器电压增益的频率特性曲线
2.1.1
实际中，也可用矩形系数来衡量放大器的频率特性与 理想矩形的接近程度。
矩形系数定义为
Kr 0.1
BW0.1 BW0.7
式中 BW0.1 为放大电路增益下降到最大值的0.1时的
失谐（偏离 f0 ）宽度。如图2.1.1所示。
择性滤波器做负载）。
按带宽分： 1、窄频带放大器： 窄带放大器用LC谐振回路或集中选频滤波器做负载，
具有放大、选频的功能。其中心频率在（几百-几百M） Hz范围内，频带宽度约（几～几十M）Hz。
2、宽带放大器： 用纯阻或变压器做负载，带宽较宽，越（几M～几 百M）Hz。
Байду номын сангаас
三、高频小信号调谐放大器的主要质量指标
yre
yre
第三章 高频小信号放大器
3.1 引言
一、高频放大器的作用与分类
高频放大器的作用：放大高频信号。 工作频率范围：（300K-300M）Hz 。
高频放大器的分类 1、按信号大小分：
高频功率放大器，（大信号，通常用于发射机中）； 高频小信号放大器（接收机前端的主要部分）；
2、按负载分
谐 振 放大器：LC谐振回路作负载。
非谐振放大器：以传输线变压器作负载。
2.1
二、高频小信号放大器
按有元器件分： 1、以分离元件为主的高频小信号调谐放大器（用
LC谐振回路作负载） 又可分为： 谐振放大器（频率可调，主要做高频放大级，接
收天线后第一级放大器） 中频（频带）放大器（频率固定的中放电路）； 2、以集成电路为主的集中选频放大器（用集中选
正向传输导纳和输出导纳。
三、Ｙ参数与混合参数的关系
由混合 等效电路与Ｙ参数的定义即可求出Y参数
如下式（请自行推导得出下式）
yie
gie
jCie
gbe jCbe 1 rbb (gbe jCbe )
yoe
goe
jCoe
goe
jCbc
jCberbb gm
1 rbb (gbe jCbe )