第2章高频小信号放大器 4,5,6

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Ch04 高频小信号放大器(课堂PPT)

gm为微变跨导。
•
gm V b'e ：表示晶体管放大作用图 4.2.4 混合π等效电路的等效受控电流源
21
22
rb'e
26 0
IE
gm
0
rb'e
IC 26
1
Cb'e rb'e
或f fβ
b rbb b Cbc
c
gbc
Cbe e
gmVbe
图 4.2.5 ｙ参数及混合π等效电路 23
rbb
1
12
I1 晶
V1
体
管
I2
V2
自变量
h参数系 I1 V2
参变量
I2 V1
有源线性四端网络 z参数系 I1 I2 V1 V2
y参数系 V1 V2 I1 I2
13
VCC 输入回路晶体管输出回路
Rb1
C
Tr1
T
L
1 2
Tr2 4 yL
3
5
Tr1
T
3
5
L
2 1
4
C
yL
Tr2
Rb2
Cb
Re
Ce
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。
2
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。
几十μV～几mV
fo–fs=fi
1V左右
高频放大混频
fs
fs
中频放大检波低频放大
fi
F
F
fo 本地振荡

高频电子线路课件：高频小信号放大电路

电导、回路谐振电导和接入系数有关。
(1) 为了增大Ａu0, 应选取|yfe|大, ｇoe小的晶体管。
(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。而ｇe0取决于回路空载Ｑ值Ｑ0, 与Ｑ0成反比。
(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。
谐振放大器的主要性能指标是电压增益、通频带、矩形系数和噪声系数。
本节仅分析由晶体管和LC回路组成的谐振放大器。
高频小信号放大电路是线性放大电路。Y 参数等效电路和混合π型等效电路是分析高频晶体管电路线性工作的重要工具。
晶体管Y参数等效电路：
Ib
b ＋ U b
－ e
Ic
c ＋ U c
－ e
向控制）。ｙfe越大, 表示晶体管的放大能力越强；yre越大, 表
示晶体管的内部反馈越强。yre的存在对实际工作带来很大危害, 是谐振放大器自激的根源, 同时也使分析过程变得复杂, 因此应
尽可能使其减小或削弱它的影响。
晶体管的Ｙ参数可以通过测量得到。根据Ｙ参数方程, 分别使输出端或输入端交流短路, 在另一端加上直流偏压和交流测试信号, 然后测量输入端或输出端的交流电压及交流电流的振幅和相位, 将这些测量值代入式（2．2．1）中就可求得四个导纳参数。所以，Y参数又称为短路导纳参数。通过查阅晶体管手册也可得到各种型号晶体管的Ｙ参数。
根据N(f)定义和式（2.2.10）, 可写出放大器电压增益振幅
的另一种表达式，即

《高频小信号放大器》课件

3
集成电路设计
利用集成电路技术，将放大器等组件集成到单个芯片上。
实现
PCB布局
优化电路的物理布局，以提高性能和减少干扰。
结构优化
通过改进放大器的电路结构，进一步提高性能和稳定性。
System-on-chip
利用现代集成电路设计技术，将放大器功能集成到更大的系统中。
实例
低噪声放大器
专门设计用于音频处理等对信号质量要求高的应用。
根据输入信号和输出信号的比值计算放大器的增益。
带宽计算
确定放大器能够工作的频率范围。
噪声计算
评估放大器引入的噪声水平。
阻抗匹配
确保放大器输入/输出与周围电路之间的阻抗匹配。
设计
1
线性设计方法
通过分析放大器的线性特性，进行电路设计和参数选择。
2
非线性设计方法
针对特定的应用要求，设计具有非线性特性的放大器电路。
高增益放大器
提供高增益的放大器，用于需要放大微弱信号的应用。
差分放大器
用于抑制共模噪声，提高信号传输的可靠性。
结论
高频小信号放大器是电子设备中重要的组成部分，具有广泛的应用领域。通过了解放大器的原理、参数和设计方法，可以提高电路性能和稳定性，实现更好的信号放大效果。
未来，随着集成电路技术的不断发展，高频小信号放大器将继续在各个领域发挥重要作用。
作用与应用领域
作用
放大小信号，增加信号的强度。
应用领域
通信、无线电、音频等领域。
原理
1
放大器基本结构
由放大元件、电源和输入/输出端口组成
小信号模型
2
的电路。
通过分析放大器中的小信号行为，得到

高频电子线路第2章高频小信号放大器

的内部反馈越强.减小有利于放大器的稳定工作. 的内部反馈越强.减小Yre有利于放大器的稳定工作. 利用混合π型电路参数可以推导出相应的参数利用混合型电路参数可以推导出相应的Y参数.为了型电路参数可以推导出相应的参数. 便于推导将图等效为下图. 便于推导将图2.1-1等效为下图. 等效为下图
2.1.5
β0
2
f 1+ f β
2.1.6
2.特征频率 T 特征频率f 特征频率晶体管的放大性能有时还用特征频率f 表示. 晶体管的放大性能有时还用特征频率 T表示.特征频率时的频率. 是β=1时的频率.根据定义时的频率根据定义: β0
fT 1+ f β
2
=1
Ib | 输出交流短路时的输入导纳 Yie = U c =0 Ub Ic Y fe = | 输出交流短路时的正向传输导纳 U c =0 U
b
根据式2.1.17可以很容易得到如图所示的Y参数可以很容易得到如图所示的参数根据式 c 可以很容易得到如图所示是受控电流源,正向传输导纳等效电路. 正向传输导纳Y 等效电路.其中 Y U 和Y U 是受控电流源正向传输导纳
U be
U ce
其中, 其中,
Yb 'e = g b 'e + jωCb 'e Yb 'c = g b 'c + jωCb 'c
三个节点列出节点电流方程: 以b,bˊ,c三个节点列出节点电流方程: , ˊ 三个节点列出节点电流方程
= U be U b 'e Ib rbb' U be U b 'e + (U ce U b 'c ) = U b 'eYb 'e rbb' Ic = (U ce U b 'e )Yb 'c + g mU b 'e + U ce g ce

高频小信号放大器

由LM733集成宽频带放大器和10.7MHz的陶瓷滤波器构成的集中选频放大器。
3．μPC1018集成中频放大器 • μPC1018是一种广泛应用于调频（FM）、调幅（AM）的集成中频放大器。 • 它为双列直插式16脚塑料封装，工作电压为2.5～6V； • 它的内部有调频、调幅分开的中频放大器，还有调幅的本振、混频及自动增益控制等电路。
Am Au1 Au 2 Au 3 Aum
• 二、谐振曲线—— m级相同的放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积。 • 三、通频带——总的通频带比单级放大器的通频带要小。级数越多，总通频带越小。 • 四、矩形系数——在多级单调谐回路谐振放大器中，级数越多，通频带越窄，其矩形系数越小。
4．TA7680AP图像中频放大器
• TA7680AP是一块大规模集成电路，双列直插式24个引脚，内部包括图像中放和伴音中放两部分。
• 由高频调谐器输出的图像中频信号经C1加至预中放管VT1的基极。 R2、R3是VT1的偏置电阻，R6是VT1发射极负反馈电阻。 • L2是匹配电感，R5是阻尼电阻，它们与VT1输出电容和Z1的输入分布电容共同组成中频宽带并联谐振回路。 • 选频放大后的信号由VT1集电极输出，经C3耦合加至表面声波滤波器Z1，预中放电路的供电电源退耦电路由R4、C2组成。 • 表面声波滤波器Z1的输出端接有匹配电感L3，它与Z1的输出分布电容组成中频谐振回路，可减少插入损耗，提高图像的清晰度。 • 表面声波滤波器输出的中频信号，经C4耦合，从集成电路IC1 （TA7680AP）的7脚和8脚输入到集成块内部的图像中频放大器。由图像中放输出的信号，经视频检波、视频放大后从15脚输出彩色全电视信号。
1 3
J1 Key = A

魏俊平高频电子线路第2章高频小信号选频放大器

R. S
Us
L rC
解：1. 计算不考虑 RS、 RL时的回路固
RL
有特性：f0、Q、RP、BW0.7
f0

2
1 LC
(
2
1
)Hz 465kHz
586 106 200 1012
586 106
Q
LC r

200 1012 12
143
RP

L Cr

(
586 106 200 1012
Is'U
' o

IsU12
I's

I sU 12 U 'o

U 12 U 13
Is

1 n1
Is

1mA 5
0.2 mA

Uo

U13 n2

U
' o
n2

I
' s
Re

0.2 30.6 V
n2
10
0.612 V
思考讨论题
1. LC并联谐振回路有何基本特性?说明Q对回路特性的影响。
2.1 LC谐振回路
2.1.3抽头谐振回路 2.电容分压式
【例2-3、2-4】
第2章高频电路基础
例 2-3 如图，抽头回路由电流源激励，忽略回路本身的固有损耗，试求回路两端电压 u1(t) 的表示式及回路带宽。
29
例2.4 下图中，线圈匝数 N12 = 10 匝， N13 = 50 匝，N45 = 5 匝，L13= 8.4 mH, C = 51 pF, Q =100, Is = 1 mA , Rs =10 kW, RL= 2.5 kW, 求有载品质因数Qe、通频带BW0.7、谐振输出电压Uo。

第2章高频小信号谐振放大器

第2章通信信号的接收
A ＋ . Is L RP C . U － B
图2.6 并联振荡回路
第2章通信信号的接收
Um
U

图2.7 电压-频率特性曲线
第2章通信信号的接收
3)并联谐振回路谐振频率在实际应用中，并联谐振回路频率可以由式(2─2) 近似求出
0C 0
1 0 f0 1 2 LC
高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。
反馈电阻，Ｃ1、Ｃe是直流高频旁路电容，它们起稳定
放大器静态工作点的作用。LC组成并联谐振回路，它与晶体管共同起着选频放大作用。
第2章通信信号的接收
T2 R1 T1 La C1 R2 Re Ce R3 C L
U CC
V
图2.2 共射单调谐放大器
第2章通信信号的接收
当直流工作点选定以后，图2.2可以简化成只包括
放大器的噪声系数是指输入端的信噪比Pi/Pni 与输
出端的信噪比Po/Pno两者的比值，即
F
或
( S / N )i ( S / N )o

Pi / Pni Po / Pno Pi / Pni Po / Pno )
( N F ) dB 10 lg(
第2章通信信号的接收
式中，Pi 为放大器输入端的信号功率；Pni 为放大
下面利用谐振曲线求出通频带。
由式(2─16)，令U/U0 =0.707，如图2.10所示，可得回路的通频带BW 0.7为

第2章高频小信号放大器(1,2)

◆
ɺ yrV2 表示输出电压Vɺ 2 的反馈在
输入端引起的受控电流源，代表晶体管的反向传输能力。 y参数等效电路反馈导纳 yr 越大，内部的反馈越强。yr 的存在，给实际工作带来很大的危害，应尽可能减小。
11
考虑信号源和负载后，参数等效电路图变为参数等效电路图变为：考虑信号源和负载后，y参数等效电路图变为：
12
2.2.1 晶体管的参数等效电路晶体管的y参数等效电路
计算亦可得，放大器的电压增益为：计算亦可得，放大器的电压增益为：器的电压增益为
表明：表明： 1) 晶体管的正向传输导纳越大，放大器的增益也越大。晶体管的正向传输导纳越大，放大器的增益也越大。 ɺ ɺ 2) 负号说明：若 y fe、 y oe 与 YL 均为实数，则 V2与V1 负号说明：均为实数，说明的相位差为1800 （注：非特殊说明时，只考虑此情况）。的相位差为非特殊说明时，只考虑此情况）
均为容性参数。均为容性参数。
13ห้องสมุดไป่ตู้
第2章高频小信号放大器
2.2.1
管外基极引出端
混合π 物理模拟等效电路）混合π等效电路（物理模拟等效电路）
目录帮助
管内基极
rbb' ——基极体电阻，25Ω量级，在共基电路中引基极体电阻，量级，基极体电阻 25Ω量级
起高频负反馈，降低电流放大系数。起高频负反馈，降低电流放大系数。
3
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第2章高频小信号放大器
四、质量指标
目录帮助
1.增益： 1.增益：放大器的输出电压与增益电压输入之比。符号: 电压输入之比。符号:
Av 或 Av (dB)
2.通频带: 2.通频带: 通频带 A0 2∆f0.7 ——3dB带宽， v ( f )等于 v 时对应频率的范围。 3dB带宽 A 时对应频率的范围。 3dB带宽， ◆ 2∆f0.7与被放大已调信号的带宽相适应，以有效放大与被放大已调信号的带宽相适应，已调信号，防止频率失真；同时减少噪声影响。已调信号，防止频率失真；同时减少噪声影响。 ◆ 放大器的通频带宽度与增益之间存在矛盾，需要放大器的通频带宽度与增益之间存在矛盾，合理解决。合理解决。

高频小信号放大器的基本性能指标

因此，需要在回路上并联7.97 kΩ的电阻。
第２章高频小信号放大器
5. 常用阻抗变换电路
为了减小信号源及负载对谐振回路的影响，除了增大RS、
RL外，还可以采用阻抗变换电路。常用的阻抗变换电路有变
变压器的功能有
变压：变流：变阻：
U1 N L 1 1 U 2 N 2 L2
I1 N 2 I 2 N1
(3) 以上所知品质因数均是指回路没有外加负载时的值，称为空载品质因数，用Q0来表示。当回路有外加负载时，品
质因数要用有载品质因数值Qe
第２章高频小信号放大器
3.
并联谐振回路在高频小信号放大器、高频功率放大器、
混频器以及正弦波振荡器中常用如图2-3所示的中频放大器。
图2-3 中频放大器
第２章高频小信号放大器
第２章高频小信号放大器
2.1 小信号谐振放大器的分类和性能指标 2.2 LC并联谐振回路
2.3 高频小信号放大器
2.4 集成选频放大器 2.5 仿真设计与应用小结习题
第２章高频小信号放大器
本章要点
·
·
·
本章难点 · · ·用Multisim 10.0仿真分析高频小信号放大器
第２章高频小信号放大器
为纯电阻且为最大，可以用R0表示，式(2-1)变为
Z p R0 L Cr
(2-2)
第２章高频小信号放大器
并联谐振回路的谐振频率为
0
1 LC 或 f 0 1 2π LC
(2-3)
在LC谐振回路中，为了评价谐振回路损耗的大小，常引入空载品质因数Q0。 Q0定义为回路谐振时的感抗(或容抗)与回路等效损耗电阻r之比，即
100(kHz )

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16
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第五节场效应管高频放大器
一、场效应管的优点场效应管具有输入阻抗高、动态范围大、噪声小、线性好、抗辐射能力强等优点。二、双栅场效应管高频放大器
17
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上图是彩色电视机高频调谐器中的具有自动增益控制作用的双栅场效
应管高频放大器。从结构上看相当于共源—共栅放大器的形式。输入
认为是稳定的。
③ 稳定系数与电路参数的关系
2 gie g s g oe g L
S
y fe yre 1 cos fe re
5
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2、单调谐放大器的稳定电压增益
① 什么是稳定电压增益？
不加任何稳定措施，并满足稳定系数S（例如 S 5 ）要求时，放大器工作于谐振频率的最大电压增益。
2
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3
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二、放大器的稳定系数及稳定电压增益
1、放大器的稳定系数
调谐放大器等效电路
4
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② 稳定系数S的定义 :
将输入电压 U i 与正反馈电压 U i 的比值定义为稳定系数.
Ui S U i

S越大，放大器越稳定.对于一般放大器来说， 5 就可以 S
国产：8FZ1、ER4803 国外：V2350、U2450、MC1490
三、集中滤波器
多节LC集中选频滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器。
21
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课后作业: 习题 2-14，2-19
22
yi yie
yf y fe
反向传输导纳
yr
yo yre
yre yre yoe y fe
可见，复合管的输入导纳 yi 和正向传输导纳 yf 与单管参数近似相等。
yr 远小于单管的 yre ，表明内部反馈弱，放大器稳定性提
高。而输出导纳 yoe 也比单管的 yo 要小。
从晶体管制造工艺的着手，减小 Cbc 达到减小反向传输导纳 yre 的目的。 2、在电路上想办法把 yre 的作用抵消或减小。也就是说，从电路上设法消除晶体管的反向传输作用，
使它变为单向器件。单向化的方法有两种，即中和
法和失配法。
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中和法单向化的方法失配法
1、中和法 ① 什么是中和法？
Vb 0
12
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③ 中和电路的两种形式
Cbc
Cbc
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电容 CN 的数值为：
U12 N12 CN Cbc Cbc U 45 N32
CN
U12 N Cbc 12 Cbc U 45 N 45
★ 中和电路只能对一个频率点实现完全中和。因晶体管是随频率变化的，而 CN 不随频率变化。
信号通过组成单调谐输入回路加到第一栅极进行放大。输出信号通过双调谐回路输出。第二栅极的电位能控制放大器的电压增益。自动增
益控制（AGC）电压通过加入，实现增益控制。
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调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。它可以通过互感与下一级耦合,也可以通过电容与下一级耦合（图1和图2）。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。
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第四节小信号谐振放大器的稳定性
一、引起放大器不稳定的原因
由于 yre 0 有可能构成正反馈，引起放大器产生自激振荡.
1
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• 自激振荡现象： Af=A/1+AF, 1）若1+AF=0,则Af=∞，此时说明即使没有输入信号，放大电路仍将有一定的输出信号，说明放大电路产生了自激振荡。； 2）若|1+AF| >1，负反馈: |AF| <|A|。； 3）若|1+AF| < 1，正反馈: |AF| > |A|。 • 自激振荡条件是：1+AF=0，即：AF = -1。即幅度条件：|AF| =1，相位条件：φA+φF=(2n+1)*pi
导纳使共射放大电压增益低，但电流增益较大。后级共基电流增益小、电压增益大，组合后的放大器的总电压增益和功率增益都和单管共射放大电路差不多，但稳定
性高。
②
共射—共基级联晶体管可以等效为一个共射晶体管。在 yie yre ； y fe yie；
y fe yoe 的条件下，等效晶体管的参数为
② 稳定电压增益与电路参数的关系
放大器的等效电路
6
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Uc Uo y fe P Au 2 Ui yoe YL P Ui Uc 1 Uo
P2 yoe YL P2 yie YS 1 2
P2 P 1 yoe YL yie YS
19
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第六节线性宽带放大集成电路与集中滤波器
一、宽频带放大集成电路与集中滤波器组成的选频放大器
1、集中滤波器在宽带放大器之后这是一种常用的接法，它要求放大器与滤波器之间要实现阻抗匹配。阻抗匹配能使放大器有较大功率增益，同时能使滤波器有正常的频率特性
2、集中滤波器在宽带放大器前
前置放大
这种接法的特点避免强干扰信号使放大器进入非线状态产生新的干扰。但若选用的集中滤波器的衰减较大时，进入放大器的信号较小，通常可在集中滤波器前加一前置放大器
20
高频电子线路 3、优点
电路简单，调整方便，性能稳定易于大规模生产，成本低
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二、线性宽频带集成放大器
13
高频电子线路 2、失配法
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失配：是指信号源内阻不与晶体管输入阻抗相匹配；输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗相匹配失配法的实质：是降低放大器的电压增益，以确保满足稳定的要求。
共射—共基级联放大器
14
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首页ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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15
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特点
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①
由于后级共基晶体管的输入导纳较大，它是前级共射晶体管的负载。大的负载
则
Au
y fe yoe YL yie YS
当回路谐振时，谐振电压增益为
Auo
y fe goe g L gie gs
将稳定系数S式中的 goe gL gie gs 代入上式
7
高频电子线路稳定电压增益
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Auo s
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y y 例如，已知某晶体管在工作频率为10.7MHz 时，fe 26.4 j36.4 ms ； re 0.08 j0.3 ms
。用其做放大器，若 S 5 认为是稳定的。可以计算
y fe 26.42 36.42 45.0 ms
fe arctg
★ 这说明用这个晶体管设计制作放大器，只要放大器电压增益不大于12.52，
在没有任何稳定措施条件下，放大器是稳定的。即满足 S 5 的要求。
9
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三、提高谐振放大器稳定性的措施由于yre 的反馈作用，晶体管有可能构成正反馈，引起放大器产生自激
振荡。
解决问题的途径？
1、从晶体管本身想办法，因为 yre 主要由 Cbc 决定，
在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外部反馈电路，以抵消晶体管内部
yre 的反馈作用。
具有中和电路的放大器
② 中和电路的原理
11
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完全中和时，等效反向传输导纳等于零，即 yren 0 内部反馈全部抵消，由上图可知：
yren
I1 Vc
yre yn
S yre 1 cos fe re
2 y fe
结论:
根据稳定系数的要求( S 5 )确定 Auo 的情况下，允许的最高电压增益。实际的电压增益
s
这是没有稳定措施
Au 0 Au 0 S 则放大器稳定，
8
高频电子线路 ③ 放大器稳定的判断（例题）
re arctg
36.4 54 26.4
0.3 75 0.08
yre 0.082 0.32 0.31 ms
2 y fe
Auo s
S yre 1 cos fe re
2 45 103 12.52 3 1 cos 54 75 5 0.3110