第三章 高频小信号放大器

第三章高频小信号放大器,3.1概述3.1.1高频小信号放大器的分类3.1.2高频小信号放大器的主要性能指标3.2LC串并联谐振回路3.2.1串联谐振回路3.2.2并联谐振回路3.2.3阻抗变换与接入系数3.3晶体管高频小信号等效电路与参数3.4小信号调谐放大器,高频小信号放大器在无线电接收机中的位置,作用:选频、放大微弱的高频小信号用途：作为高频放大器和中频放大器，应用于广播、电视、通信等的接收机中,3.1概述,3.1.1高频小信号放大器的分类,1、按负载性质分小信号调谐放大器：用LC谐振回路作负载可分为谐振放大器（频率可调，主要做高频放大级，接收天线后第一级放大器）和中频放大器（频率固定的中放电路）,3.1概述,集中选频放大器：用集中选择性滤波器（如陶瓷滤波器）做负载。,3.1概述,3.1.1高频小信号放大器的分类,2、按带宽分窄带放大器：用LC谐振回路或集中选频滤波器做负载，频带宽度约（几几十M）Hz。宽带放大器：用纯阻或变压器做负载，带宽较宽，约（几M几百M）Hz。,3.1.2高频小信号放大器的主要性能指标,3.1概述,电压增益与功率增益电压增益=输出电压/输入电压功率增益=输出功率/输入功率频带宽度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，常用来表示,3.1.2高频小信号放大器的主要性能指标,3.1概述,矩形系数矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量，定义为工作稳定性噪声系数,3、增益够大，多级级联时工作稳定性好4、通频带够宽。因此，引出增益带宽乘积GBP作为衡量宽带放大器的质量指标5、输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制（AGC）电路6、低噪声,对高频小信号放大器的要求,1、工作频率高。目前广泛使用的GSM数字移动通信系统的手机中，为900MHz和1800MHz（1900MHz）,2、负载是谐振回路和声表面波滤波器等。,C,高频放大器的结构,输入电路,晶体管,输出电路,选频滤波的作用,高频小信号调谐放大器的电路组成：晶体管和LC谐振回路。,3.2LC串并联谐振回路,LC谐振回路有并联回路和串联回路两种形式其作用是：（1）选频滤波：从输入信号中选出有用频率分量，抑制无用频率分量或噪声。（2）阻抗变换电路及匹配电路；（3）实现频幅、频相变换：将频率的变化转换为振幅或相位的变化（将在频率调制中讲）,3.2.1LC串联谐振回路,串联谐振回路由电感L、电容C和电阻r串联而成，其中r为电感线圈的损耗电阻，如图所示：,3.2.1LC串联谐振回路1、串联回路阻抗特性,2、回路的空载品质因数和有载品质因数串联谐振回路品质因数Q:回路感抗值（容抗值）与电阻数值的比值回路空载品质因数Q0：表示回路不含外加负载电阻与信号源内阻时，回路感抗（容抗）与其固有损耗电阻r的比值。,2、回路的空载品质因数和有载品质因数,回路有载品质因数QL：表示考虑了外加负载电阻与信号源内阻时的回路品质因数。,3、串联谐振回路的谐振特性,Q值越高，回路的谐振曲线越尖锐，选择性越好，对无用信号的抑制能力越强，但通频带越窄。,4、回路谐振时的电压特性,串联回路谐振时，电感器和电容器的端电压均达到最大值，并为输入电压的Q倍。故又称串联谐振为电压谐振。,例1：串联回路如下图所示。,信号源频率F=1MHz电压振幅V=0.1V。将1-1端短接，电容C调到100PF时谐振。此时，电容C两端的电压为10V。,如1-1端开路再串接一阻抗Z（电阻和电容串联），则回路失谐，电容C调到200PF时重新谐振。此时，电容C两端的电压为2.5V。试求：线圈的电感L，回路品质因数Q以及未知阻抗Z。,解:将1-1短接,回路总电阻,所以当F=1MHz时,1-1断开,串接Z时,Z为Cx与Rx串联,则回路总电容为,Cx=200pF=C,一、并联谐振回路原理1、电路组成,左图所示为一个有耗的空心线圈和电容组成的并联回路。其中r为L的损耗电阻，C的损耗很小，可忽略。为激励电流源,为L的并联损耗电阻,3.2.2并联谐振回路,2、LC并联谐振回路的阻抗特性,并联谐振回路的总阻抗：,2、LC并联谐振回路的阻抗特性,回路谐振时：回路呈纯阻特性,其中Q为回路的空载品质因数，且有,回路谐振频率:,2、LC并联谐振回路的阻抗特性,分子分母同乘,并联回路的阻抗频率特性曲线：,2、LC并联谐振回路的阻抗特性,=0，阻抗最大且为纯阻Rp0，呈容性f，有：,（3）最高振荡频率：,最高，次之，最低。,晶体管的功率增益时的工作频率称为最高振荡频率。,二、晶体管的高频参数,（4）共基极截止频率,晶体管的共基极电流放大系数是：其中是低频时共基极短路电流放大系数，是下降到时的频率。,二、晶体管的高频参数,f=(1+)f,共基极截止频率f远大于共发射极截止频率f，其关系式如下：,在正常情形下1，所以有,ff,所以在高频段和宽频带的放大器中，多使用共基电路。,3.4小信号调谐放大器3.4.1单级单调谐放大器,一、电路组成及工作原理,高频调谐放大器的典型线路（a）原理电路（b）交流通路,1、各元件的作用,2.2.2,电容CB、CE对高频旁路，电容值比低频放大器中小得多。,LC谐振回路作为晶体管放大器的负载，为放大器提供选频回路。谐振回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配。,2.2.2,高频调谐放大器的典型线路（a）原理电路（b）交流通路,2、简单工作原理,信号由输入端的高频变压器引入，晶体管放大器的负载为部分接入的谐振回路，该回路对输入信号频率谐振，即。此时，回路呈现的阻抗最大，而对其它频率的阻抗很小，因而输入信号频率的电压得到放大，而其它频率信号受到抑制。同时谐振回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配，以提供晶体管集电极所需要的负载电阻，从而在负载（下一级晶体管的输入）上得到最大的电压输出。所以，谐振回路的作用是实现选频滤波及阻抗匹配。,二、电路性能分析,1、放大器的小信号等效电路及其简化,单管放大器的小信号（a）小信号等效电路（b）简化电路,2.2.2,其中,2.2.2,由图知：,所以,2、电路性能分析,（1）电压放大倍数（增益）,2.2.2,谐振电压放大倍数（增益）,式中负号表示输出电压和输入电压之间的相位相差。,谐振电压放大倍数（增益）的振幅值,2.2.2,谐振放大器谐振时的电压增益最大,电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数有关,（2）、放大器的频率特性,其中幅频特性表达式为,放大器的谐振曲线,2.2.2,放大器的频率特性曲线如图示。,（3）放大器的通频带,令，得到放大器的通频带为,越高，放大器的通频带越窄，反之越宽。,（4）放大器的增益带宽积,将,代入,得到放大器的增益带宽积为,2.2.2,当均为定值时，谐振放大器的增益与通频带的乘积为一常数，也就是说，通频带越宽，增益越小；反之，增益越大。,（5）矩形系数,2.2.2,上式说明，单调谐放大器的矩形系数远大于，谐振曲线与矩形相差太远，故单调谐谐振放大器的选择性较差。,3.4.2多级单调谐放大器,当多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上时，称为多级单调谐放大器。n级放大器级联，则总电压增益的振幅值为：,一、电压增益,若每一级参数均相同，则,谐振电压增益,2.2.3,所以，放大器的频率特性,2.2.3,级联放大器谐