第3章-高频小信号放大器...ppt

第3章高频小信号放大器,这里注意电路在应用时的特点：高频（低频）工作频率大信号或小信号输入信号电平谐振（非谐振）负载,小信号放大器与功率放大器,小信号：主要强调输入信号电平较低，放大器工作在它的线性范围。高频功率放大器的主要功用是放大高频信号，并且以高效输出大功率为目的。也就是说，高频功放要求高频工作，信号电平高和高效率，因而工作在高频状态和大信号非线性状态是高频功率放大器的主要特点。,谐振放大器与宽带放大器,从原理上看，用于高频电路的各种有源器件与低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同。只是由于工作在高频范围，对器件的某些性能要求更高。但通常被放大的高频信号是窄带信号（信号带宽只有中心频率的百分之几，甚至是千分之几）。因此，需选用各种选频网络作为负载，兼具阻抗变换和选频用。（谐振放大器）在某些无线电设备中，需要放大多个高频信号，或者信号中心频率要随时改变，这时，需用到宽带放大器。这种放大器一般采用无选频作用的负载电路，如传输线变压器或其它宽带匹配电路。而低频放大器相对频带很宽，工作频率一般在2020000Hz，高频端与低频端之差达1000倍。因此，低频放大器的负载不能采用调谐负载，而要用电阻、变压器等非调谐负载。,发射机中的高频放大器,发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类状态。（负载通常为选频回路）用于发射机末级，工作于丙类状态。（大信号非线性电路）,接收机中的高频放大器,射频前端电路：输入回路；高频放大；本地振荡器；混频器，输出中频信号。（课程重点）高频放大和中频放大是高频小信号放大器。具有低通传输特性的负反馈控制系统（自动增益控制AGC）。,高频小信号放大器的要求,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）,高频小信号放大器的要求(续1）,负载是谐振回路或声表面波滤波器等。,主中放,声表面波滤波器（SAW）,匹配网络,高频小信号放大器的要求(续2）,增益够大，多级级联时工作稳定性好通频带够宽。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输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制（AGC）电路低噪声。,高频小信号放大器的实现问题,选用好器件。选用特征频率高和小的晶体管。采用频带较宽的电路。例如共基极放大电路，共发一共基放大电路。在线路上可以采用负反馈的方法。根据系统传输函数零点、极点的原理，进行展宽频带的设计。,3.1高频小信号放大器,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谐振放大器的稳定性,3.5调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器,小结,本章分析重点,3.1概述,1、高频小信号放大器的特点,2、分类,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。非谐振由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。,3.1概述(续）,3、高频小信号放大器的质量指标,1).增益：（放大系数）,电压增益：功率增益：,分贝表示：,2)通频带：放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用表示。2f0.7也称为3分贝带宽。,f,A,P,A,P,o,2,D,f,0.7,0.5,f,0,为什么要求通频带？放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。,3.1概述（续）,1,放大器的幅频特性.swf,3)选择性：从各种不同频率信号的总和（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。矩形系数：按理想情况，谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。2f0.1,2f0.01分别为放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽，Kr愈接近于1越好。,3.1概述（续）,抑制比：表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。,An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。例Av0=100An=1用分贝表示dn(dB)=20lgdn,3.1概述（续）,5）噪声系数：放大器的噪声性能可用噪声系数表示：NF越接近1越好在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。以上这些要求，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。因此应根据需要决定主次，进行分析和讨论。,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。,4）工作稳定性：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。,3.1概述（续）,本章分析重点,本章分析重点（续）,3.2晶体管高频小信号等效电路与参数,一、形式等效电路（网络参数等效电路）,式中：,3.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续）,二、混合参数等效电路,把晶体管内部的物理过程用集中原器件RLC表示。用这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的参数等效电路。,混合参数等效电路,三、混合等效电路的简化：混合等效电路中，电容、电阻并联，在一定的频率下。rbc与Cbc引起的容抗相比rbc可视为开路。rbe与Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（视为开路）rce与回路负载比较，可视为开路。,3.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续）,简化后的等效电路如图：(工作频率较高时)对工作频率范围不同时，等效电路可进行不同的简化。（频率低时可忽略电容的作用）,3.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续）,三极管混合等效电路单向化模型,三极管混合等效电路单向化模型.swf,四、Y参数等效电路与混合等效电路参数的转换：(一)令V2=0，求yie、yfe。简化混合等效电路，如图所示。(1),b,r,bb,g,m,V,b,e,b,C,b,c,C,b,e,c,e,I,I,2,I,1,y,i,e,V,1,V,2,=0,3.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续）,(2),短路电流较大,3.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续）,(二)令，求yre、yoe(3)故,3.2晶体管高频小信号等效电路与参数（续）,(4)Cbcyoe若，则晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大.,3.4谐振放大器的稳定性（续）,共基电路的特点是输入阻抗很低（亦即输入导纳很大）和输出阻抗很高（亦即输出导纳很小），当它和共发电路连接时，相当于共发放大器的负载导纳很大，也很大。由于于是即晶体管内部反馈的影响相应地减弱，甚至可以不考虑内部反馈的影响，因此放大器的稳定性就得到提高。,3.中和法与失配法比较：中和法：优点：简单，增益高缺点：只能在一个频率上完全中和，不适合宽带因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。失配法：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。复合管y参数公式：,3.4谐振放大器的稳定性（续）,一、下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中频放大器电路。,二级共发-共基级联中频放大器电路,3.5调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器,二、由MC1590构成的选频放大器：器件MC1590具有工作频率高，不易自激的特点，并带有自动增益控制的功能。其内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路,器件的输入和输出各有一个单谐振回路。输入信号V1通过隔直流电容C4加到输入端的引脚“1”，另一输入端的引脚“3”通过电容C3交流接地，输出端之一的引脚“6”连接电源正端，并通过电容C5交流接地，故电路是单端输入、单端输出。由L3和C6构成去耦滤波器，减小输出级信号通过供电电源对输入级的寄生反馈。,3.5调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器（续）,三、MC1110制成的100MHz调谐放大电路MC1110集成块是一种适合于放大频率高达100MHz信号的射极耦合放大电路，其内部电路及由它制成的100MHz调谐放大器的实用电路如图所示。片内电路如虚线框内所示，两只晶体管VT1和VT2组成共集一共基组合放大电路，使电路的上限截止频率得以提高，且输入、输出阻抗均较高，故对外接调谐回路的影响减小,片内电容C约30pF，跨接在VT1的集电极与VT2的基极之间，对于100MHz以上的工作频率，C的容抗较小，以构成这两极间的高频短路，使VT1的集电极在管内经C至VT2的基极，形成良好的高频接地，实现共集共基（CCCB）放大对。由C1、C2、L1构成的回路调谐于信号频率，为了减弱信号源对回路的影响，信号是部分接入的。L1、C3、C4组成并联谐振回路，RL是负载，阻值较小，也是部分接入回路的。,3.5调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器（续）,一、高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性接按近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐振放大器的选择性愈好。三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。Y参数等效电路和混合等效电路是描述晶体管工作状况的重要模型。Y参数与混合参数有对应关系，Y参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。,小结,四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。五、由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体管成为双向器件，在一定频率下使回路的总电导为零，这时放大器会产生自激。为了