高频电子线路第三章概要PPT课件

1，3.1概述3.2晶体管高频等效电路3.3谐振放大器3.4放大器稳定性3.5集中频率选择放大器3.6电子噪声3.7第3章高频小信号放大器第3章结尾概述。2，第3章高频小信号放大器，3.1概述什么是的高频小信号放大器？放大高频小信号的放大器(中心频率在几百千赫到几百兆赫的范围内，频谱宽度在几千赫到几十兆赫的范围内)被称为高频小信号放大器。根据所用的器件，它们可以分为晶体管、场效应晶体管和集成电路放大器。根据电路形式，可分为单级放大器和级联放大器。根据所用负载的性质，它可分为谐振放大器和非谐振放大器。就电路结构而言，高频小信号放大电路分为两类：1 .具有谐振电路2的频率选择特性的窄带放大电路(谐振放大器)。由宽带放大电路和滤波器组成的滤波型放大电路；4 .谐振放大器是使用谐振电路(串并联和耦合电路)作为负载的放大器。中心频率在几百千赫到几百兆赫范围内、频谱宽度在几千赫到几十兆赫范围内的弱信号受到无失真放大，因此需要一定的电压增益和频率选择能力。谐振放大器不仅具有放大功能，还具有滤波或选频功能。由宽带放大电路和滤波器组成的滤波型放大电路在从几兆赫到几百兆赫的宽带范围内对弱信号进行无失真放大，因此要求放大电路的下限截止频率非常低(一些要求零频率，即直流)，上限截止频率非常高，并且滤波器(液晶、应时晶体、表面声波、陶瓷滤波器等)。)进行频率选择，形成高频小信号放大电路。6、测量了高频小信号放大器的主要性能指标：(1)电压增益和功率增益电压增益等于输出电压与输入电压之比；功率增益等于放大器输出到负载的功率与输入功率之比。(2)当通带放大器的电压增益降至最大值的倍数时，相应的带宽，也称为-3dB带宽，通常表示为带宽。(3)矩形系数是表示放大器选择性的参数。理想的带放大器应该对通带中的频谱分量具有相同的放大能力，而通带外的频谱分量应该被完全抑制。因此，理想波段放大器的频率响应曲线应为矩形。然而，实际的频率响应曲线与矩形非常不同。矩形系数用于表示实际响应曲线接近理想矩形的程度，用。是电压增益降至最大值的0.1倍时放大器对应的带宽。(4)工作稳定性是指放大器的主要性能在DC偏置、晶体管参数、电路元件参数等情况下的稳定程度。放大器的电压可能会改变。一般的不稳定现象有增益变化、中心频率偏移、通带变化、谐振曲线变形等。最极端的情况是自我激励。(5)噪声系数是表示放大器噪声性能的参数。希望噪声越小越好，噪声系数接近1。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、场效应晶体管和电阻引起的电噪声将直接影响放大器和整个电子系统的性能。本章将讨论这两个部分，它们是高频电路的基础。11、3.2晶体管高频等效电路，晶体管在高频线性应用中经常使用两种等效电路分析，一种是混合等效电路，一种是Y参数等效电路。的前者从物理开始优点是导出的表达式具有普遍意义，便于分析和测量。缺点是网络参数依赖于频率。因为高频小信号谐振放大器的频带相对较窄，一般只需要考虑谐振频率附近的特性，所以这种分析方法更合适。13，3.2.1混合型等效电路图3.2.1是晶体管高频共发射极混合型等效电路。图中各元件名称及典型值范围如下： RBB :基体电阻，约15 50。:发射极结电阻re等于基极电路的等效电阻，大约是几十欧姆到几千欧姆。 Rb c:集电极结电阻，约10k 10m。rce在:集电极-发射极电阻，超过数万欧元。14，15，CB e:发射结电容，大约10皮法到几百皮法。Cbc:集电极结电容，大约几皮法。通用：晶体管跨导，低于几十毫西门子。是一个双向传输元件，因为集电极结电容CBC跨接在输入和输出端之间，这使电路分析变得复杂。为了简化电路，Cbc可以折叠在输入端b ，e之间，并与电容CB e并联，其等效电容为： cm=(1 gmrl) CB c (3.2.1) 等效CB c至输入端，这就是米勒效应。其中gm是晶体管的跨导，RL是考虑负载后输出端的总电阻，CM称为米勒电容。此外，由于rce和rbc相对较大，它们通常可以打开。这样，利用米勒效应的简化高频混合型等效电路如图3.2.2所示。17，Re=，Rb e=(10) Re Cb e Cb c=，与各参数相关的公式如下：(3.2.2)。式中，k是玻尔兹曼常数，t是电阻温度(由绝对温度k测量)，IEQ是发射极静态电流， 0是晶体管低频短路电流的放大系数，fT是晶体管的特征频率。可以先参考手册来确定晶体管的混合型参数。rbb、Cbc、0和fT等参数通常在晶体管手册中给出，然后其他参数可根据等式(3.2.2)计算。请注意，每个参数都与静态工作点相关。嘿。19、3.2.2 Y参数等效电路图3.2.3是双端口网络示意图。的双端口网络是双端口网络。所谓的端口是指一对结束按钮。流入一端按钮的电流总是等于流出另一端按钮的电流。然而，虽然四端网络的外部结构与双端口网络相同，但对流入和流出电流没有类似的规定，这是两者的区别。双端口网络的每个端口只有一个电流变量和一个电压变量，因此有四个端口变量。如果其中任意两个是自变量，另外两个是因变量，则有六种组合，也就是说，有六组可能的方程来显示两端口网络端口变量之间的相关性。Y参数方程就是其中之一。它选择每个端口的电压作为自变量，电流作为因变量。方程式如下：20、21，其中Y11，Y12，Y21，Y22都有导纳尺寸，22岁。因此，Y参数也称为短路导纳参数，即在确定四个参数时，必须使一个端口的电压为零，即必须使端口的交流短路。现在以一个共发射极连接的晶体管为例，将其视为一个双端口网络，如图3.2.4所示。相应的Y参数方程为：(3.2.3)。23、24，输出短路时的正向传输导纳，输入短路时的反向传输导纳，以及输入短路时的输出导纳。其中，输出短路时的输入导纳，(3.2.4)、(3.2.5)、(3.2.6)、(3.2.7)。25，图中的受控电流源表示输出电压对输入电流的控制效果(反向控制)；指示输入电压对输出电流的控制效果(正向控制)。正向传输导纳YFE越大，晶体管的放大能力越强。反向传输越大根据Y参数方程，分别使输出或输入交流短路，在另一端加上DC偏置电压和交流信号，然后测量输入或输出的交流电压和交流电流，代入方程(3.2.3)-(3.2.6)得到。各种类型晶体管的y参数也可以通过查阅晶体管手册获得。应注意，y参数不仅与静态工作点的电压值和电流值有关，而且是工作频率的函数。例如，当发射极电流增加时，输入和输出电导都会增加。当工作频率较低时，电容效应的影响逐渐减弱。因此，无论是测量还是查阅晶体管手册，都应注意工作条件和频率。，27，3.2.3晶体管的高频参数在考虑电容效应后，晶体管的电流增益是工作频率的函数。下面描述与电流增益相关的三个晶体管高频参数。1。共源共栅晶体管F 共源共栅短路电流放大系数的截止频率是指混合型等效电路输出交流短路时集电极电流与基极电流的比值。如图3.2.1所示，当输出端短路时，rbe、Cbe和Cbc并联。28，29，采取他们的模式，得到0=gmrb ef=0。从公式(3.2.8)可以看出，的振幅随着频率的增加而减小。当它降至0时，相应的频率定义为共源共栅晶体管的截止频率f。，(3.2.8)，30，2。特征频率fT。当| |的幅度降至1时，相应的频率定义为特征频率fT。根据定义，一般来说，有，因此。31，3。共基晶体管的截止频率f 共基短路电流放大系数是晶体管用于共基配置时的输出交流短路参数，即f的幅值也随着频率的增加而减小，f定义为幅值减小到低频放大系数0时的频率。三个高频参数之间的关系。32，并满足以下类型：ft0f=gmrb efft0ff ftf(3 . 2 . 9)。33，3.3谐振放大器是一种由晶体管、场效应晶体管或集成电路和液晶并联谐振电路组成的高频小信号谐振放大器，广泛应用于广播、电视、通信、雷达等接收设备中。它的功能是线性放大微弱的有用信号，滤除不需要的噪声和干扰信号。谐振放大器的主要性能指标是电压增益、通带和矩形系数。在的这一部分，只分析由晶体管和液晶环路组成的谐振放大器。34，3.3.1单管单调谐放大器 1。电路组成和特性图3.3.1是典型的单管单调谐放大器。Cb和cc分别是信号源(或前置放大器)和负载(或后置放大器)的耦合电容，ce是旁路电容。由电容器C和电感器L组成的并联谐振电路被用作晶体管的集电极负载，并且其谐振频率应该被调谐到输入有用信号的中心频率。该级回路与晶体管之间的耦合采用自耦变压器耦合，可以减小晶体管输出导纳对回路的影响。35，图2.3.1单管和单调谐放大器电路。36，负载(或下放大器)与回路的耦合采用自耦变压器耦合和电容耦合，可以减小负载(或下放大器)的导纳对回路的影响，并且可以分离前级和后级的DC电源电路。另外，采用耦合方式，前级和后级之间的阻抗匹配相对容易实现。2.电路性能分析为了分析单管单调谐放大器的电压增益，其等效电路如图3.3.2所示。晶体管部分采用Y参数等效电路，忽略了反向传输导纳YRE的影响。输入信号源由电流源并联源导纳YS表示，负载假定为同一单调谐放大器的另一级，因此由晶体管输入导纳YIE表示。单管单调谐放大器的电压增益为：我们先找到和的关系，然后找到将集电极和发射极之间的回路导纳设为YL，然后设为：(3.3.2)，(3.3.1)。39岁。 ，由于电压接通和反相，从Y参数方程(3.2.3)中知道：并可以通过代入方程(3.3.3)得到：因此，根据自耦变压器的特点，(3.3.3)、(3.3.4)、(3.3.5)。40.将等式(3.3.5)和(3.3.6)代入(3.3.1)，可以得到，其中YL=n21YL是YL到谐振电路两端的等效导纳，包括电路自身元件L、C、Ge0和负载导纳的总等值，即YL=(Ge0 JC n22 YIE，(3.3.6)，(3.3.7)，(3.3.8)。41，如果等式(3.3.8)被替换为(3.3.7)，则： ，其中g和c分别是谐振电路的总电导和总电容：g=n21 goen 22 giege 0 c=n21 Coen 22 ciec谐振频率，或(3.3.9)、(3.3.11)、(3.3.10)、(3.3.10)。42，电路有一个负载QL值QL=。上述公式表明，在考虑晶体管和负载的影响后，放大器的谐振频率当放大器谐振时，方程(3.3.9)表明放大器在谐振频率下的电压增益，其电压增益幅度 | au0 |=，(3.3.14)，(3.3.13)，(3.3.12)。43， 根据N(f)定义，单管单调谐放大器的单位谐振函数N(f)与其并联谐振电路的单位谐振函数相同，并且可以写成：可以根据该等式获得归一化谐振曲线。放大器电压增益幅度的另一个表达式可以从等式(3.3.15)、(3.3.16)中得出， AU=，44岁，。从上述公式可以看出，电压增益幅度与晶体管参数、负载电导、环路谐振电导和接入系数有关：(1)为了增加AU0，应选择|yfe|大而GOE小的晶体管。(2)为了增加AU0，要求负载电导小，如果负载是下一级放大器，要求GIE小。(3)回路的谐振电导Ge0越小，AU0越大。Ge0取决于环路空载Q值Q0，与Q0成反比。45，(4) AU0与N2 N1的访问系数有关，但不是单调递增或递减的。由于N1和N2也会影响环路的有载Q值QL，而QL会影响通带，因此应综合考虑N1和N2的选择，并选择最佳值。实际放大器的设计是在满足通带和选择性的前提下尽可能提高电压增益。46，放大器的矩形系数：在单管单调谐放大器中，频率选择功能由单个并联谐振电路执行，因此单管单调谐放大器的矩形系数与单个并联谐振电路的矩形系数相同。47岁。解决方案：根据定义，可以通过使用类似于计算通带带宽0.7的方法来获得。从上面的公式可以看出，单个谐振电路的矩形系数是一个不变的值，与它的环路Q值和谐振频率无关，并且这个值相对较大，接近10，表明单个谐振电路的幅频特性不理想。，例1，计算并联谐振电路的矩形系数。48，放大器的通带。在单管单调谐放大器中，频率选择功能由单个并联谐振电路完成，因此单管单调谐放大器的通带与单个并联谐振电路的计算公式相同。通带，通带由于晶体管输出阻抗