全国电子设计大赛高频小信号放大器

1、2021/3/10授课：XXX1 第3章 高频谐振放大器 （一）高频小信号放大器 高频电子线路 2021/3/10授课：XXX2 主要学习内容： n本章介绍高频小信号谐振放大器和高频谐振功 率放大器。 n 这里注意电路在应用时的特点： n高频（低频）工作频率 n大信号或小信号输入信号电平 n谐振（非谐振）负载 2021/3/10授课：XXX3 内容1： 3.1 高频小信号放大器 一、 二 、晶体管高频小信号等效电路与参数！ 三 、单调谐回路谐振放大器！ 四 、谐振放大器的稳定性（中和法！） 五 、调谐放大器的常用电路与集成电路 谐振放大器 小小 结结 作业与思考题作业与思考题 概述（5个性能指

2、标） 2021/3/10授课：XXX4 接收机中的高频放大器 n高频放大和中频放大是高频小信号放大器高频放大和中频放大是高频小信号放大器。 滤波器 高频放 大器 混频器 中频放 大器 解调器 本地振 荡器 低频 放大器 信宿 自动增 益控制 2021/3/10授课：XXX5 一、 概述 1、高频谐振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 小信号 信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器) 2、分类 高频小信号按所用的材料可分为 晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集成电路（IC) 按频谱宽度可以分为 窄带放大器和宽带放大器 按电路形式

3、可以分为 单级放大器和多级放大器 按负载性质可以分为 谐振放大器和非谐振放大器 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，其结构简单，便于集成。 2021/3/10授课：XXX6 一、 概述(续1） 3、高频小信号放大器电路的性能指标 i 0 V log20 U U K i o p log10 P P K 1). 增益：（放大系数） 电压增益： 功率增益： 分贝表示： i U U K o V i 0 P P P K 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

4、表示。2 f 0.7也称为3分贝带宽。 7 . 0 2 fB 2 2021/3/10授课：XXX7 f f0 2f0.7 0.7 1 f KP KPo 2f0.7 0.5 f0 为什么有通频带这个指标？ 放大器电路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。 一、 概述（续2） 1 2021/3/10授课：XXX8 3)选择性选择性： 从各种不同频率信号的总

5、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频 带宽度来表示。 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。 矩形系数：为放大器的相对电压增益下降到 0.1(或0.01)时，相应的频 带宽度BW0.1(或BW0.01）与放大器通频带BW0.7之比。 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。 一、 概述（续3） 7.0 1.0 1 2 2 f f K ro 7 . 0 01. 0 r0.01 2 2 f f K f K

6、V/KVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 Kv0是最大电压增益，出现在 谐振频率上 2021/3/10授课：XXX9 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。 )(/ )(/ noso nisi F 输出信噪比 输入信噪比 PP PP N 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

7、，应用中和或失配中和或失配方法等。 4）工作稳定性工作稳定性： 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。 一、 概述（续5） 2021/3/10授课：XXX10 二、 晶体管高频小信号等效电路与参数 1、形式等效电路（网络参数等效电路）、形式等效电路（网络参数等效电路） 212 211 VyVyI VyVyI of ri 则有 2 1 2 1 : V V yy yy I I of ri 即 式中： 导纳称为输出短路时的输入 0 1 1 2 V i V I y 传输导纳称为输入短路时的反向 0 2 1 1 V r V I y 传输导纳称为输出短路时的正向 0 1 2 2 V f

8、V I y 导纳称为输入短路时的输出 0 2 2 1 V o V I y 晶体管共发射极电路图 2021/3/10授课：XXX11 ny参数等效电路 二、晶体管高频小信号等效电路与参数（续1） 2021/3/10授课：XXX12 二、晶体管高频小信号等效电路与参数（续2） 2、混合、混合参数等效电路参数等效电路 把晶体管内部的物理过程用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 是基极电阻 b b 是发射结电阻 e b 是集电结电阻 c b 是发射结电容 eb C 是集电结电容 cb C 等效电流发生器表示晶体管放大作用的 ebmv g

9、)(26)(, 0 mVmAIgg cebmm 称为跨导 可能引起自激一部分到输入端将输出的交流电压反馈. cb C 系数降低晶体管的电流放大高频反馈在共集电极电路中引起, bb 2021/3/10授课：XXX13 3、晶体管的高频参数、晶体管的高频参数 1）截止频率 时的频率 的频值随着工作频率下降到低21 0 2 00 1 , 1 f f f f j 由于 由于0比1大的多,在频率为f时,|虽然下降到原来的0.707 但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。 2）特征频率 时的频率。使当频率增高1, 1 1 2 0 f f 1 2 0 ffT ffT 00 , 1所以由于 二、晶

10、体管高频小信号等效电路与参数（续5） 公式： 2021/3/10授课：XXX14 电流放大系数与f的关系: ff f f ff ff f f T T T 或者, 1 2 0 故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。 二、体管高频小信号等效电路与参数（续6） 特征频率 是晶体管在共发射极运用时能得到电流增益 的最高频率极限（电流放大系数 ，但功率增益1 ）。 T f 特征频率 是高于截止频率 , 约等于 的 倍。T f f f 0 特征频率 与阻容乘积 成反比，后者又决 定于晶体管的静态工作点，因此， 也是静态工作点的 函数。 T f )( cbebe CCr T f 特征频率 是可查手册的

11、，也可由仪器测量得到。 T f 1 2021/3/10授课：XXX15 3）最高振荡频率fmax时的工作频率晶体管的功率增益1 P G cbebbb m CCr g f max 42 1 : 可以证明 fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率 时晶体管已经不能得到功率放大，当ffmax时,无论使用什么 方法都不能使晶体管产生振荡。 fff T max :频率参数的关系 二、晶体管高频小信号等效电路与参数（续7） 2021/3/10授课：XXX16 所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联 谐振回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并 谐振联回路的结论均可应用。 三、

12、 单调谐回路谐振放大器 1、电路组成：、电路组成： 接前级 RL 2 L 3 C 14 V Rb1 Rb2CbReCe (a) 5 2021/3/10授课：XXX17 RL 2 L C 5 V (b) 4 3 1 图 3 1 高频小信号谐振放大器 (a) 实际线路; (b) 交流等效电路 2021/3/10授课：XXX18 2 放大器的性能参数放大器的性能参数 忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 由图3 3可得 crebieb UyUyI cL c bS Sb UYI UYII(3 6a) IS YS Ub . Ib . Yie Uc . YreUc . YfeUb . Ic . YL

13、Yoe . 图 3 3 图3 1高频小信号放大器的 高频等效电路 (3 6b) coebfec UyUyI 2021/3/10授课：XXX19 (3) 输出导纳Yo ieS fere oeI c c o YY YY Y U I Y S 0 (3 9) Loe refe ie b b i Loe fe b c YY YY Y U I Y YY Y U U K (1) 电压放大倍数K (2) 输入导纳Yi (3 7) (3 8) 2021/3/10授课：XXX20 (4) 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 通频带B 0.707为 L o Q f B 707. 0 (3 10) 以矩形系数来

14、分析： 7 . 0 1 . 0 0.1r f2 f2 k 则如果1 . 0 k k V0 V 1 . 0 f f2Q 1 1 0 1 . 0L L 0 2 0.1 Q f 1102f 1110 f2 f2 k 2 7 . 0 1 . 0 r0.1 故矩形系数： 所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其邻道选 择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。 L Q f0 7 . 0 f2又因为： 2021/3/10授课：XXX21 四、 谐振放大器的稳定性（抓住重点，迅速掌握） 谐振放大器稳定性分析： 生，是不稳定的原因。的存在会导致自激的产在实际中 re y Fie Loe refe iei Yy

15、Yy yy yY 1、自激产生的原因：、自激产生的原因： F jbgY FF gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减 小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量， 出现正反馈。谐振时，当gF = gs + gie（回路原有电导）则回路总电导g = 0，QL ， 选中了一个频率选中了一个频率,输出信号成为单音输出信号成为单音.这就是自激这就是自激 放大器等效输入端回路放大器等效输入端回路 s中包含了goe和G0 g 前 级 放 大 器 的 后 半 部 分 本 级 放 大 器 的 前 半 部 分 2021/3/10授课：XXX22

16、 2、放大器产生自激的条件：、放大器产生自激的条件： 当Ys + Yz = 0 回路总电导g = 0 放大器产生自激。 此即放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消 四、 谐振放大器的稳定性（续1） 0 Yy yy yY Loe refe ieS 1 yy YyYY refe LoeieS 那么，如何消除yre的影响呢？ 2021/3/10授课：XXX23 由于yre的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器 的稳定性可以考虑晶体管的单向化。 单向化的方法有： 中和法 消除yre的反馈 失配法 使GL或gs的数值增大，因而使输入和输出回路 与晶体管失配。 在实际运用中，中和法是

17、外加一个电容抵消正反馈电容的作用 失配法： 信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配； 晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。 即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性 3、克服自激的方法、克服自激的方法： 四、 谐振放大器的稳定性（续5） 2021/3/10授课：XXX24 (1) 中和法： 在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈 互相抵消。 具体线路： 电桥平衡时，CD两端的回路电压 不会反映到AB两端,即对应两边阻抗之比相等 。 A L1 L2 B Cbc CN Vi + + B A Vi CN + Vo Cbc C D L1 L2 0 V NC C L L 1 1

18、 bc 2 1 cb 2 1 cb 2 1 N C N N C L L C 四、 谐振放大器的稳定性（续6） 2021/3/10授课：XXX25 (2) 失配法（一般了解）： 信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级 晶体管的输出阻抗匹配。 原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减 小。使增益下降，提高稳定性。 ，即使后项0，则必须加大YL，yL yoe 要使Yi = yie 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. Loe refe iei Yy yy yY BG 1 Yg yfbyqb Yib Y0=y0

19、b yiyie YL 失 配 BG2 复 合 管 四、 谐振放大器的稳定性（续7） 2021/3/10授课：XXX26 4. 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。 谐振放大器的稳定性（续8） 2021/3/10授课：XXX27 1、多级单调谐回路谐振放大器、多级单调谐回路谐振放大器 若

20、单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级 级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都 将发生变化。 1）增益 m KKK K 21m VmV2V1 K KKm 则总增益为 、级，各级的增益为如果放大器有 2）通频带 相同如果各级放大器的增益 2 2 0 0 1m 2 1 1 K m L m mm V f fQ K K K 多级谐振放大器多级谐振放大器 2021/3/10授课：XXX28 根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带(2f0.7)m 2 1 2 1 1 2 2 0 0 m L m m f fQ K K 成为带宽缩减因子可见通频带变窄12, 1 m x 上面的分析表明上面的

21、分析表明:（X=1/) ；X为为每级的带宽与总带宽之比 为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的X倍。 当每级通频带加宽X倍时,每级的增益都会降低为原来的1/X。 LL mm m Q f x Q f ff 00 1 7 . 0 1 7 . 0 12212)2( 2021/3/10授课：XXX29 n m与X 之间的关系： m12345678 X 11.56 1.96 2.32 2.58 2.86 3.10 3.33 n 例：某中频放大器总通频带为4Mhz，采用6级单调谐放大器， 则每级放大器通频带为多少？ 解：每级的为： hz44.11486. 2 )2()2( m7 . 07 . 0

22、 M fXf 每一级 2021/3/10授课：XXX30 hz44.11486. 2 )2( 1 )2( m7 . 07 . 0 M f x f 每一级 2021/3/10授课：XXX31 3）选择性(以矩形系数为例) 结论结论:单调谐回路特点是电路简单单调谐回路特点是电路简单,调试容易调试容易,但选择性差但选择性差,增增 益和通频带的矛盾比较突出。益和通频带的矛盾比较突出。 采用双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器是改善放大器选择性改善放大器选择性和解决放大器 的增益和通频带增益和通频带之间的矛盾的有效方法之一。 时当根据定义1 . 0 A A : V0 V L 0 m 1 m1 . 0

23、 Q f 1100)f2( 12 1100 f2 f2 k: m 1 m 1 m7 . 0 m1 . 0 1 . 0r 故 L m m Q f f 0 1 7 . 0 12)2( 2021/3/10授课：XXX32 2. 多级双调谐放大器多级双调谐放大器 2/ 4 ) 4 1 ( nn a (3 16) 3. 参差调谐放大器参差调谐放大器 图3 8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的 参差调谐放大器的频率特性。 2021/3/10授课：XXX33 2021/3/10授课：XXX34 3.1.5 高频集成放大器高频集成放大器 高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集 成放大器, 主要用于某些不

24、需要选频功能的设备中, 通 常以电阻或宽带高频变压器作负载; 另一种是选频放大 器, 用于需要有选频功能的场合, 如接收机的中放就是 它的典型应用。 图3 10(a)中, 集中选频滤波器接于宽带集成放 大器的后面。 图3 10(b)是另一种接法。 2021/3/10授课：XXX35 (a) (b) 前 置 放大器 集 中 滤波器 宽 带 放大器 宽 带 放大器 集 中 滤波器 图3 10 集中选频放大器组成框图 2021/3/10授课：XXX36 一、二级共发-共基级联中频放大器电路 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。 输入 C3 0.047F 3AG22 680

25、T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k 2k R3 C4 0.047F C5 0.047F R7 150 R11 10k C6 0.047F R12 2.7k C 9 0.047F 3AG22 T2 C7 560pF C8 56pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 2k R15 C10 0.047F 0.047F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18 0.047F C12 15V 输出 R19 10k R20 5. 1k C13 C14 560pF 560pF Tr2 15V 稳压 8V 调谐放大器的应用电路与集成电路调谐放大器

26、的应用电路与集成电路（一般（一般了解了解） 中频旁路电容 发射极温度稳定电阻 去耦电路 单调谐回 路低温补偿 2021/3/10授课：XXX37 一、高频小信号放大器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通频带和选择性两个质量指标来 衡量。 用矩形系数矩形系数可以衡量实际幅频特性接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有源线性四端网络进行分析。Y参数等

27、效电路和混合参数等效电路和混合 等效电路等效电路是描述 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。 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。 小小 结结 2021/3/10授课：XXX38 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。 为了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶体管单向化。保持放 大器稳定工作所允许的电压增益称为稳定电压增益稳定电压增益，用(Kvo)s表示，(Kvo)s只 考虑了内部反馈，未考虑外部其他原因引起的反馈。 六、非调谐式放大器由各种滤波器和线性放大器组成，它的选择性主要 决定于滤波器，这类放大器的稳定性较好。 七、集成电路谐振放大器体积小、工作稳定可靠、调整方便，有通用集 成电路放大器和专用集成电路放大器，也可和其它功能电路集成在一起。 小小 结（续结（续1） 2021/3/10授课：XXX39 例：例： n1.某中频放大器线路如图所示，已知放大器的工作频率为某中频放大器线路如图所示，已知放大器的工作频率为f0=30MHz， 中频变压器接入