第3章 高频小信号放大器
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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。
第3章 高频小信号放大器与噪声
把（4）代入(1) 放大器输入导纳
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
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
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
第三章 高频小信号放大器
高频电子线路
学习内容
高频电子线路
3.1概述
高频放大器与低频放大器区别
中心频率： 低频放大器：几十Hz～几十KHz；(工作频率低) 高频放大器：几百KHz～几百MHz； 频带带宽： 低频放大器：几十Hz～几十KHz；（带宽很宽） 高频放大器：几kHz～几十MHz； 负载类型： 低频放大器：电阻、变压器等；（无调谐负载） 高频放大器：选频网络；
若采用相同晶体管级联，则： 因此：
（3.3.10）
（3.3.11）
高频电子线路
3
Gp
p1 y feVi1
2 p1 go1
2 p2 gi 2
谐振时简化等效电路
1
回路无载Q值： 回路有载Q值：
高频电子线路
则：
（3.3.12）
（3.3.14）
此时电压增益为：
（3.3.15）
高频电子线路
3.3.3 通频带与选择性
混合π等效电路的简化
高频电子线路
0
0 / 2
即：
（3.2.30）
1
f f
高频电子线路
fT
截止频率与特征频率
（3.2.33）
（3.2.33）
（3.2.34）
高频电子线路
可以证明：
（3.2.35）
高频电子线路
解：
低频时能放大电流100倍的三极管工作 在50MHz的高频时只能放大3倍了！
高频电子线路
课后作业：P120，第3.5
高频电子线路
3.3单调谐回路谐振放大器
高频小信号放大器的电路分析步骤： 1.多级分单级； 2. 静态分析； 3. 动态分析； 4. 整合系统。
多级单调谐放大器的部分电路
学习内容
高频电子线路
3.1概述
高频放大器与低频放大器区别
中心频率： 低频放大器：几十Hz～几十KHz；(工作频率低) 高频放大器：几百KHz～几百MHz； 频带带宽： 低频放大器：几十Hz～几十KHz；（带宽很宽） 高频放大器：几kHz～几十MHz； 负载类型： 低频放大器：电阻、变压器等；（无调谐负载） 高频放大器：选频网络；
若采用相同晶体管级联，则： 因此：
（3.3.10）
（3.3.11）
高频电子线路
3
Gp
p1 y feVi1
2 p1 go1
2 p2 gi 2
谐振时简化等效电路
1
回路无载Q值： 回路有载Q值：
高频电子线路
则：
（3.3.12）
（3.3.14）
此时电压增益为：
（3.3.15）
高频电子线路
3.3.3 通频带与选择性
混合π等效电路的简化
高频电子线路
0
0 / 2
即：
（3.2.30）
1
f f
高频电子线路
fT
截止频率与特征频率
（3.2.33）
（3.2.33）
（3.2.34）
高频电子线路
可以证明：
（3.2.35）
高频电子线路
解：
低频时能放大电流100倍的三极管工作 在50MHz的高频时只能放大3倍了！
高频电子线路
课后作业：P120，第3.5
高频电子线路
3.3单调谐回路谐振放大器
高频小信号放大器的电路分析步骤： 1.多级分单级； 2. 静态分析； 3. 动态分析； 4. 整合系统。
多级单调谐放大器的部分电路
高频电子线路最新版课后习题解答第三章 高频小信号放大器习题解答
第三章 思考题与习题3.1 高频小信号放大器采用 LC 谐振回路 作为负载，所以分析高频小信号放大器常采用 Y 参数 等效参数电路进行分析，而且由于输入信号较弱，因此放大器中的晶体管可视为 线性元件 。
高频小信号放大器不仅具有放大作用，还具有 选频滤波的功能 。
衡量高频小信号放大器选择性的两个重要参数分别是 通频带 和 矩形系数 。
3.2 单级单调谐回路谐振放大器的通频带0.7BW ＝ef Q ，矩阵系数0.1r k ＝ 9.95 。
3.3 随着级数的增加，多级单调谐放大器的（设各级的参数相同）增益 增加 ，通频带 变窄 ，矩阵系数 减小 ，选择性 变好 。
3.4 试用矩形系数说明选择性与通频带的关系。
放大器的矩形系数定义为：0.70.10.1r BW k BW =，通频带0.7BW ，显然通频带越宽，矩形系数越大，选择性越差。
3.5 影响谐振放大器稳定性的因素是什么？反馈导纳的物理意义是什么？解：影响谐振放大器稳定性的因素是内部反馈b c C '，输出信号通过该电容反馈回到输入端，将会使放大器性能指标变差，严重时会使放大器产生自激振荡。
反馈导纳re Y 又称为反向传输导纳，其物理意义是输入端短路时，输出电压与其在输入端产生的电流的大小之比。
3.6 在工作点合理的情况下，图3.2.5（b ）中的三极管能否用不含结电容的小信号等效电路等效？为什么？解：不能用不含结电容的小信号等效电路等效，因为结电容对电路是否有影响，与静态工作点无关，而是与放大器的工作频率有关，只有在低频工作的情况下，结电容的影响才能够忽略，此时才能用不含结电容的小信号等效电路等效。
3.7 说明图3.2.5（b ）中，接入系数1n 、2n 对小信号谐振放大器的性能指标有何影响？ 解：接入系数1n 、2n 对小信号谐振放大器的性能指标的影响体现在对回路阻抗的影响和对放大倍数的影响上，合理的选择接入系数的大小，可以达到阻抗匹配，使放大倍数最大，传输效果最佳。
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g jCbc a jb bc
3.2.4
1 ）截止频率 f
定义：当 下降到低频值 0 的
）特征频率 fT 2
1 2
时对应的频率为 f
定义：当 下降到 1 时所对应的频率为 f T
由于晶体管的 与频率之间的关系为：
0
f 1 j f
而： i u y y u b be ie re ce ic y fe ube uce y oe uce ic Y L
2 ( g0 p2 YL yL jC
Yi
ib ube
iC
3
5 4 yL
+ ube
-
yie
yreuce
yoe
y fe y fe e
j fe
yre yre e jre
C ie C oe 为输入，输出电容； 其中 gie 和 goe 称为输入，输出电导； 和 fe y fe 和 yre 为正向，反向传输幅频特性； 和 为相频特性 re
注意：以上短路参数为晶体管本身的参数，只与晶体管的特征有关， 与外电路无关，又称为内参数。
另外，为了实现晶体管输出阻抗与负载之间的阻抗匹配，减少晶体管输 出电阻与负载对品质因数的影响：
晶体管集、射回路与振荡回路之间 采用抽头接入，接入系数
Hale Waihona Puke 负载和回路之间采用了变 压器耦合，接入系数
u21 N1 p1 u31 N
u54 N 2 p2 u31 N
二、放大器性能参数分析： ib 1．放大器输入导纳 Yi
越大说明选择性越好
4．工作稳定性
指放大器的工作点，晶体管参数，电路元件参数变化时， 稳定性： 放大器的稳定程度。
即当 IC，UCE Δ Au Δ f ΔB
,rbe
元件参数变化
5．噪声系数NF
是指放大器输入端的信噪比与输出端信噪比的比值。
理想情况应为1
NF 输入端的信噪比 Pi / Pni 输出端的信噪比 Po / Pno
2 通频带
Av Av 0
一般调幅广播收音机的通频带约为8kHz;调频广播收音 机的通频带约为200kHz，电视接收机的通频带则为6～ 8MHz。
3、选择性
放大器从含有不同频率的信号总和（有用的和有害 的）中选出有用信号，排除有害（干扰）信号的能力， 称为放大器的选择性。 衡量选择性的基本指标：矩形系数和抑制比 1）矩形系数
2 高频交流等效电路
放大电路由三部分组成
输入回路 晶体管 输出回路
输入回路：输入变压器次级绕阻 B1
晶体管：T
输出回路： LC 并联谐振回 路，输出变压器 B2，及负 载 YL
3 放大器 Y 参数等效电路
其中： y ie g ie j C ie
yoe goe jC oe
y L g L jC L
Pi / Pni N F 10 lg (dB ) Po / Pno
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。
§3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数
在分析高频小信号放大器时，由于高频小信号调谐放 大器的调谐回路以及下一级负载，大都与晶体管并联，因 此采用Y参数等效电路进行分析是比较方便的。可将晶体 管等效成一个Y参数等效电路。
yfeube
+ uce
-
C
L2
1
Yi
1 ) jL
YL
而回路 3、1 端之间总电导为：
其中 g0 为回路的自损耗电导 把YL 折合到 2、1 端可得：
YL 1 1 1 2 Y ( g p y j C ) L 0 2 L 2 2 j L p1 p1
g0
iC
yoe
Ib U be Ib U ce Ic U be Ic U ce
U be 0
称为输出短路时的输入导纳
U ce 0
yre
称为输入短路时的反向传输导纳
U be 0
y fe
称为输出短路时的正向传输导纳
U ce 0
yoe
称为输如短路时的输出导纳
yie gie jCie yoe goe jCoe
可以证明： f m ax
1 2
gm 4 rb b C b e C b c
以上三个频率参数的大小顺序为： f max fT f 。
§3.3 单调谐回路谐振放大器
一、基本电路与工作原理
1
直流偏置电路
Rb1、Rb2 为基极分压式偏置电阻， Re 为射极负反馈偏置电阻，稳定静态 工作点，Cb、Ce 为旁路电容。
g be jCbe a jb 0.754 103
a 2 b2 0.895 j1.41m S
j 2 3.14 107 24 1012 1 j 0.1 12 0.12
j 2 3.14 107 3 1012 1 j 0.1 y re 0.0187 j 0.187m S a 2 b2 12 0.12 g m a jb 37.7 103 1 j 0.1 y fe 37.327 j 3.733m S a 2 b2 12 0.12 g jCbc a jb jC 1 r g a jb y oe g ce jCbc rbb g m bc bc bb m 2 2 a 2 b2 a b 1 j 0.1 j 2 3.14 107 3 1012 1 70 37.7 103 2 0.049 j 0.68m S 2
K r 0.1 K r 0.01 2f 0.1 2f 0.7 2f 0.01 2f 0.7
理想的频率特性曲线应为矩形，矩形系数为1。放大器 的矩形系数越小越好。
2）抑制比（或称抗拒比，通常说明某些特定频率如 中频、象频等选择性的好坏）
Av 0 Av 0 d or d (dB) 20 lg Avn Avn
令a 1 rbb gbe ; b Cbe rbb agbe bCbe Cbe gie ; Cie 2 2 2 a b a b2 bCbc rbb aCbc g m rbb bgbc g oe g ce agbc 2 ; Coe Cbc 2 a b a 2 b2 gm b y fe ; fe arctan a a 2 b2 yre
3.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）
取电压U be 和U ce 为自变量， I b 和 I c 作为因变量。 根据四端网络的理论，可以得晶体管的Y参数的 网络方程：
I b yie U be +yre U ce I c y fe U be +yoe U ce
yie
gbc jCbc gbe jC be y yie re ( 1 rbb gbe ) jCbe rbb ( 1 rbb gbe ) jC be rbb gm gbc jCbe y fe yoe gce jCbc rbb gm ( 1 rbb gbe ) jCbe rbb ( 1 rbb gbe ) jCbe rbb
由上两式可求出：
uce
y fe
Yi yie
yre y fe yoe YL
yoe YL
ube
yfeube
yie
YL
晶体管Y参数等效电路
晶体管放大器及其等效电路
I 1 yie V 1 yre V 2 I 2 y fe V 1 yoe V 2 I 2 YL V 2
yre y fe )V 1 I 1 ( yie yoe YL I 2 ( y yre y fe ) V 2 oe yie Ys
注意：C b’c 和 rbb’的存在对晶体管的高频运用的十分不利的。 Cb’c 将输出交流电流反馈到输入端，可能会引起放大器自激。 rbb’在共基电路中会引起高频负载反馈，降低晶体管的电流放大系数。
3.2.3
Cb'c rbb' rb'c Cb'e ub'e rb'e gm ub’e rce
一般的晶体管通常满足 g m g b e ，gbe gbc ， gce gbc ，对 共射极电路可以推算出：
由上式可见，四个参数都是复数，为以后方便，可表示为
yie g ie jCie yoe g oe jCoe y fe y fe fe yoe y fe oe
C ie C oe 为输入，输出电容； 其中 gie 和 goe 称为输入，输出电导； 和 fe y fe 和 yre 为正向，反向传输幅频特性； 和 为相频特性 re
特点： 工作频率高，中心频率几百 kHz~几百 MHz 具有选频特性，一般负载采用谐振回路 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。
高频小信号放大器主要性能指标
1)谐振增益 2)通频带 3)选择性 4)工作稳定性 5)噪声系数NF
1、谐振增益 Auo
放大器的谐振增益是指放大器在谐振频率上的电压增益， 记为Auo，其值可用分贝(dB)表示。Au/Auo表示相对电压增益。
第3章 高频小信号放大器
主要内容： §3.1 概述 §3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 §3.3 单调谐回路谐振放大器
§3.4 多级单调谐回路谐振放大器
§3.5 双调谐回路谐振放大器 §3.6 谐振放大器的稳定性与稳定措施