第二章 小信号调谐放大电路1

1、第二章小信号调谐放大器小信号调谐放大器接收问题 无线电技术中，接收到的信号很弱，而且无线电技术中，接收到的信号很弱，而且还有干扰信号同时进入接收机。还有干扰信号同时进入接收机。期望目标期望目标希望有用的信号被放大，同时抑制掉干扰信号希望有用的信号被放大，同时抑制掉干扰信号实际措施：信号的放大信号的放大-放大电路（三极管构成的放大电路）放大电路（三极管构成的放大电路）信号的选择信号的选择-选频网络（调谐回路）（选频网络（调谐回路）（LC回路）回路）本章知识点及结构本章知识点及结构小小信信号号 调调谐谐放放大大器器调谐基础（LC谐振回路特性、接入方式）谐振回路特性、接入方式） 2.2调谐放大器电路

2、分析调谐放大器电路分析（电路组成、等效电路分析、（电路组成、等效电路分析、 评价指标）评价指标） 2.3，2.5，2.6电路设计电路设计（晶体管参数选择，放大器稳定性设计）（晶体管参数选择，放大器稳定性设计） 2.4，2.7第二章第二章 小信号调谐放大器小信号调谐放大器2.1 概述概述2.2 LC谐振回路谐振回路（全书重点）（全书重点）2.3 单调谐放大器单调谐放大器2.4 晶体管的晶体管的Y参数等效电路参数等效电路（本章重点）（本章重点）2.5 高频调谐放大器（本章重点）高频调谐放大器（本章重点） 2.6调谐放大器的级联调谐放大器的级联2.7 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性回顾

3、问题：（回顾问题：（1.电路分析；电路分析；2.模拟电子技术中的放大模拟电子技术中的放大器内容）器内容）2. 放大器的作用？放大器的作用？4. 放大器的基本电路结构？放大器的基本电路结构？3. 放大器组态？放大器组态？2.1 概述1.LC 电路的分析和特性？电路的分析和特性？本节问题：本节问题：一、小信号调谐放大器一、小信号调谐放大器在超外差接收机中的位置在超外差接收机中的位置?三、小信号调谐放大器三、小信号调谐放大器电路构成？电路构成？四、小信号调谐放大器的四、小信号调谐放大器的典型电路典型电路二、小信号调谐放大器的二、小信号调谐放大器的作用作用?一、小信号调谐放大器一、小信号调谐放大器在超

4、外差式接收机中在超外差式接收机中 的位置的位置 小信号：小信号：输入信号输入信号 二、小信号调谐放大器的二、小信号调谐放大器的作用作用有有选择地选择地对某一频率的信号进行对某一频率的信号进行放大放大的放大器。的放大器。VmV三、电路构成三、电路构成选频选频谐振回路谐振回路放大放大放大电路放大电路（由晶体管及其外围电路构成）（由晶体管及其外围电路构成）（由电感（由电感L和电容和电容C构成）构成）四、小信号调谐放大器的四、小信号调谐放大器的典型电路典型电路2.2 2.2 谐振回路谐振回路 （重点）（重点）一、谐振回路的类型及其电路构成？一、谐振回路的类型及其电路构成？二、谐振回路为什么具有选频（或

5、叫滤波）作用？二、谐振回路为什么具有选频（或叫滤波）作用？三、如何评价谐振回路的选频性能？三、如何评价谐振回路的选频性能？( (重点）重点） 第一组问题：第一组问题：四、影响谐振回路选频性能的因素有哪些？四、影响谐振回路选频性能的因素有哪些？五、如何改善谐振回路的选频性能？五、如何改善谐振回路的选频性能？( (重点）重点） 第二组问题：第二组问题：负载和信号源内阻负载和信号源内阻阻抗变换（部分接入）阻抗变换（部分接入）LC谐振回路（谐振回路（选频网络选频网络 ） 选选频频网网络络在在通通信信电电路路中中被被广广泛泛应应用用：具具有有选选频频特特性性 ：选选出出所所需需频频率率信信号号滤滤除除不

6、不需需（干干扰扰）频频率率信信号号通通信信电电路路中中常常用用的的选选频频网网络络分分为为两两大大类类 LC 谐谐 振振 回回 路路 ：单单LC谐谐振振回回路路（串串联联，并并联联）双双调调谐谐回回路路 各各种种滤滤波波器器：L LC C 集集中中滤滤波波器器石石英英晶晶体体滤滤波波器器陶陶瓷瓷滤滤波波器器声声表表面面波波滤滤波波器器 LC 谐谐振振回回路路分分为为：电电路路特特点点：谐谐 振振 特特 性性选选 频频 特特 性性并并 联联 LC 谐谐 振振 回回 路路 串串 联联 LC 谐谐 振振 回回 路路 2.2.1 LC 选频回路（并联谐振回路）选频回路（并联谐振回路）022001()1

7、()1arctanjYGjCY eLYGCLCLG其 中 ， 等 效 导 纳 的 模导 纳 角iSR0CL3 回回路路谐谐振振特特性性 (1) 谐谐振振条条件件：当当回回路路总总电电抗抗 X=0 时时，回回路路呈呈谐谐振振状状态态 (2)并并联联谐谐振振阻阻抗抗（呈纯电阻，且取最大值呈纯电阻，且取最大值） (3) 谐谐振振频频率率：由由于于，0X 即即，0 C1L0 =00ZR由上所述，谐振时001L CLLCCCLC称 为 谐 振 回 路 的 阻 抗 特 性 o 阻抗特性曲线谐振回路中，引入品质因数品质因数Q00000RRQRCLLCQ1并联回路中的Q值半含了回路三个元件的参数（R0、L、C

8、）Q越大，阻抗特性曲线越尖锐；反之越平坦PZQ2Q1Q2阻抗的模02222000111()1()RZYffGCQLff2.并联谐振回路的选频特性sUIZ由交流电相量的表示得所以电压的模022000u0()1()arctan()msmsUUI ZUI RffQffffQff ， 其中相位角u220o相频特性曲线0UmU幅频特性曲线iSR0CL+-u3.谐振曲线的分析幅频特性曲线的表达式22001()mUUffQff00000000()(),2fffffffffffffff ff 则2220001121 ()1()mUUfffQQfff在谐振点附近，幅频特性曲线可变为f频偏mUU相对抑制比fmUU

9、对于相同的频偏对于相同的频偏，Q值越大，值越大，值越小，谐振值越小，谐振曲线越尖锐曲线越尖锐通频带通频带的定义 选频网络作为带通滤波器，用来传输或选择已调的高频信号，谐振回路应具备什么样的形状在算合适？ 无线电信号占用一定的带宽，要想实现无失真的传输：选频网络的幅频特性是一常数，相频特性正比与角频率。21Bff12在无线技术中，常把U/Um从1下降到处的两个频率120.7Bfff和 的范围叫做通频带，用 或2表示回路的通频带为回路的通频带为只要选择回路的通频带只要选择回路的通频带B大于或等于无线电信号的通频带，无线电信号通过回路后的大于或等于无线电信号的通频带，无线电信号通过回路后的失真是允许

10、的失真是允许的根据通频带的定义解得2011221 ()mUUfQf021fQf 21022ffQf（）021B,BfffQ由得两式相减得122001002121ffffQfffQf 将 和 分别代入上式，有（）（）选择性 通常对于某一频率偏差下的U/Um值记为,叫做回路对这一指定频偏下的选择性，即20121 ()mUUfQf实际中，常用分贝来表示。值越小选择性越高。矩形系数 对同一回路，提高通频带和改善选择性是矛盾的。Q值越高选择性越好，但通频带越窄矩形系数：谐振回路矩形系数：谐振回路值下降到值下降到0.1时与时与值下降到值下降到0.7时，频带时，频带宽度宽度B0.1与频带宽度与频带宽度B0.

11、7之比，用之比，用K0.1表示表示K0.1=B0.1/B0.7对于单调谐回路，根据定义000.10.70.1210,K10ffBfBQQ 则特性曲线总结：PZQ2Q1Q20fQ1小小1Q2大大mUU0fQ2大，大，小小Q1小，小，大大10f阻抗特性谐振曲线mUU o 121通频带选择性当当 考考 虑虑 到到 信信 号号 源源 内内 阻阻sR及及 负负 载载lR对对 回回 路路 的的 影影 响响 时时01LoRQLGL空空 载载 时时 的的 Q 值值0001,QoOoRQGGLGL0L故 Q两两者者相相比比较较下下降降，因因此此通通频频带带加加宽宽，选选择择性性变变坏坏。sR或或LRLQsR或或

12、LRLQR0LCRSISRLCLRIs2.2.2 负载和信号源内阻对谐振回路的影响负载和信号源内阻对谐振回路的影响 实际的信号源内阻和负载并不一定是纯电阻，也有可能有电抗成分，一般是容性，低频时可以不考虑，高频要考虑其对谐振回路的影响。信号源与负载直接直接并联在谐振回路存在的问题信号源与负载直接直接并联在谐振回路存在的问题 1.Q值大大下降 2.阻抗不匹配 3.信号源与负载电容影响谐振频率可以通过阻抗变换的方式改变其影响可以通过阻抗变换的方式改变其影响2.2.3.谐振回路的接入方式谐振回路的接入方式一一 串串、并并联联阻阻抗抗等等效效互互换换1 1 串串、并并联联等等效效互互换换的的模模型型电

13、电路路BX1RXR1AABX2R2为为了了分分析析电电路路的的方方便便，常常需需把把串串联联电电路路变变换换为为并并联联电电路路。其其中中 X X1 1为为电电抗抗元元件件（纯纯电电感感或或纯纯电电容容） ，xR为为1X的的损损耗耗电电阻阻；1R为为与与1X串串联联的的外外接接电电阻阻，2X为为转转换换后后的的电电抗抗元元件件，2R为为转转换换后后的的电电阻阻。BX1RXR1AABX2R2等等效效互互换换的的原原则则：等等 效效 互互 换换 前前 的的 电电路路 与与 等等 效效 互互 换换 后后 的的电电 路路 阻阻 抗抗 相相 等等22221X1jXR)jX(RjX)RR( 2222222

14、2222222XRXRjXRXR 有有：实实部部： 2222222X1XRXRRR 虚虚部部： 22222221XRXRX 2 2 等等效效互互换换原原理理 分分析析RLN1N2M+u1- -+u2- -C1.互感变压器的接入方式（阻抗变换电路）互感变压器的接入方式（阻抗变换电路） RL 假设初级电感线圈的圈数为假设初级电感线圈的圈数为N1，次级圈数为次级圈数为N2，且初次间全耦合，且初次间全耦合(k=1)，线圈损耗忽略不计，则等效，线圈损耗忽略不计，则等效到初级回路的电阻到初级回路的电阻RL上所消耗的功上所消耗的功率应和次级负载率应和次级负载RL上所消耗功率相上所消耗功率相等，即等，即 或或

15、 L22L21RuRu 2221LLuuRR 变压器初次级电压比变压器初次级电压比u1u2等于相应圈数比等于相应圈数比N1N2，故有，故有 L221LR)NN(R 可通过改变可通过改变 比值调整比值调整RL的大小。的大小。 21NN2.自耦变压器接入RLL221LR)NN(R 22211C:1CkkIjUCnCUIj图1212112:C CCCCCnCC总电容L21RLRn等效电阻C1LC2RL总电容C3. 电容抽头接入电容抽头接入2212212L121R()()LLCCCCCRRCCCCC=,等效电阻4 4 接入系数（抽头系数）接入系数（抽头系数） 接入系数：表示接入部分所占的比例L22L,

16、1RLLRnn C21N变压器耦合电路中，定义n=N折算后的阻抗折算后的电容C电容抽头接入22211C:1CkkIjUCnCUIj图1212112:C CCCCCnCC总电容L21RLRn等效电阻负载阻抗的部分接入负载阻抗的部分接入:) e (图图)e (图图 高高频频电电路路的的实实际际应应用用中中， 常常用用到到激激励励信信号号源源或或负负载载与与振振荡荡回回路路中中的的电电感感或或电电容容部部分分接接入入的的并并联联振振荡荡回回路路， 常常称称为为抽抽头头振振荡荡回回路路或或部部分分接接入入并并联联振振荡荡回回路路。 1 1 常常用用的的抽抽头头振振荡荡回回路路 电电感感抽抽头头部部分分

17、接接入入电容分压部分接入电容分压部分接入L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换典典型型实实用用电电路路：2 2 等效电路：等效电路：在电路的定量分析中常把部分接入的外电路在电路的定量分析中常把部分接入的外电路等效到并联回路两端。等效到并联回路两端。其其中中：2121CCCCC ， 有有互互感感无无互互感感M2LLLLL2121iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRLRS iS LCRLRS iS ababiSRSL2L1C2C1RLacbdiS RS LCRLab LLSSSSRuuRiuuiRuuR1

18、)(1)(1)(12abdbabcb2abcb三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换3 3 等等效效原原则则：等等效效电电路路与与原原电电路路功功率率相相等等 LLSSSSRuRuuiuiRuRu2db2abcbab2cb2ab21122SSSSLLGn GIn IGn G+ucb-+uab-+udb-+uab-2.3单调谐放大器按谐振回路分单调谐放大器双调谐放大器参差调谐放大器按晶体管连接方法分共基极调谐放大器共集极调谐放大器共发射极调谐放大器本节本节2.3.1电路的组成CEREuiC2+RCR1R2+C1RLu0uCEiCiiiEiBI2I1BRLCEREUiR1R2+C1ECBCAB

19、CN1N0UABU0一、技术指标一、技术指标1.1.放大能力放大能力 用谐振时的放大倍数用谐振时的放大倍数 K0 表示。表示。2.2.选频性能选频性能 (1) (1) 通过有用信号的能力通过有用信号的能力 即具有一定的通频带即具有一定的通频带。 放大器能有效放大的频率范围放大器能有效放大的频率范围 (2)(2) 抑制无用信号的能力抑制无用信号的能力 即有足够的选择性即有足够的选择性。 放大器对其他频率信号抑制能力的衡量。放大器对其他频率信号抑制能力的衡量。 2.3.2 单调谐放大器的放大能力RLCEREUiR1R2+C1ECBCABCN1N0UABRLUiR1R2BCBACN1N0交流通路交流

20、通路小信号模型RLUirbeR2ibCBACN1N0ic2.3.2 单调谐放大器的放大能力2201()ABACACNZZnZN002200bABABABiABib iiUUI ZUNZNKUUUNI rrN图图2-21 2-21 调谐放大器集电极回路的等效电路调谐放大器集电极回路的等效电路22002101(),() ACABACiZNNNKZZrNNN0211)()A CiNNKZrNN整 理 得 ：（2211000021()()ACceLLZR j Lj cNNRrQL RQLNNABCN1N0bIR谐振时：ZAC=R020011()()LiNNKQLrNN2.3.3 选频性能选频性能1.

21、Kf 特性特性2.2. K/K0f 特性特性3. 3. 通用谐振曲线通用谐振曲线 02i11() ()ACNNKZrNN2200L011()KKffQffL0220L01()ACQLZffQff0L0222i110L0()()1()NQLNKrNNffQff0220L01()KffQff 代入得代入得2200L011()KKffQffK/K0-f 特性特性K-f 特性特性 =00L0()ffQff广义失谐量广义失谐量 在谐振点附近在谐振点附近 L02 fQf 2011 KK 仅与仅与 有关，所以不管有关，所以不管Q 如何变化，均可如何变化，均可用同一条曲线表示用同一条曲线表示-通用特性曲线通用

22、特性曲线。0f10.707111可见可见 对应于通频带的上下边界对应于通频带的上下边界12200L011()KKffQff2.3.42.3.4调谐放大器的最大增益、阻抗匹配条件调谐放大器的最大增益、阻抗匹配条件 K0 受多种因素影响，一般是采用通过调整匝比的方受多种因素影响，一般是采用通过调整匝比的方法获得高的增益。法获得高的增益。 020L0i11()()NNKQLrNN是是不是不是 ， 愈大愈好愈大愈好? ? 为什么？为什么？要保证一定的要保证一定的Q ，又要达到尽可能高的增益，又要达到尽可能高的增益，则则有一个最佳匝比。有一个最佳匝比。10NN12NN 0ce1L02NrNQL2L1L0

23、2NRNQL最佳匝比：最佳匝比： 阻抗匹配阻抗匹配 0maxceLi2Kr Rr最大增益：最大增益： 00QQQL 00(dB)20lgLQQQ 谐振电路的效率谐振电路的效率 谐振电路的插入损耗谐振电路的插入损耗 式中：式中： LceRr 当变换到谐振电路的负载当变换到谐振电路的负载 等于变换到谐振电路等于变换到谐振电路的内阻的内阻 时，可得到最大的增益。时，可得到最大的增益。cerLR2.4晶体管高频等效电路及频率参数 工作频率分为高频管和低频管工作频率分为高频管和低频管低频晶体管的电流放大系数低频晶体管的电流放大系数，看成与频率无关的常数看成与频率无关的常数高频晶体管的电流放大系数与频率有

24、明显的关系，频率越高，高频晶体管的电流放大系数与频率有明显的关系，频率越高，电流放大系数越小。电流放大系数越小。晶体管高频等效电路晶体管高频等效电路）等效电路。）等效电路。 一是物理模拟（混合一是物理模拟（混合y参数等效电路）。参数等效电路）。另一是形式另一是形式等效电路（等效电路（2.4.1晶体管混合型等效电路图2.2.1 晶体管高频共发射极混合型等效电路； bbr基区体电阻基区体电阻, , 约约十几几十ber发射结电阻发射结电阻er折合到基极回路的等效电阻折合到基极回路的等效电阻, ,约约几十欧到几千欧；几十欧到几千欧；26()()()b eCQmVrImA2.2.1b eC：发射结电容：

25、发射结电容, , 约约1010皮法到几百皮法；皮法到几百皮法； bcr：集电结电阻：集电结电阻, , 约约10k10k10M10M； b cC：集电结电容：集电结电容, , 约几个皮法；约几个皮法； mg：晶体管跨导：晶体管跨导, , 几十毫西门子以下；几十毫西门子以下； 各参数有关的公式如下：各参数有关的公式如下： 126()()1(1)2TmeeEQEQbeoebebcT eVmVgrrIImArrCCf r 其中其中: :EQIoTf是发射极静态电流是发射极静态电流, , 是晶体管低频短路电流是晶体管低频短路电流是晶体管特征频率。是晶体管特征频率。放大系数放大系数, ,2.2.1注意注意

26、: :各参数均与静态工作点有关。各参数均与静态工作点有关。obee26(1)(mA)rI0emb e26Igr在实际应用中，可用简化的混合在实际应用中，可用简化的混合 型等型等效电路。效电路。图图2-242-24 简化的混合简化的混合型等效电路型等效电路2.4.2参数等效电路参数等效电路 双口网络即具有两个端口的网络，如图双口网络即具有两个端口的网络，如图2.2.32.2.3所示。所示。 参数方程是选取各端口的电压为自变量参数方程是选取各端口的电压为自变量, , 电流为应变电流为应变量量, , 其方程如下其方程如下 图2.2.3 双口网络111 1122221 1222Iy Vy VIy Vy

27、 V2.2.1其中其中 11122122yyyy、 、 、四个参量均具有导纳量纲，即四个参量均具有导纳量纲，即 221112112111001212222200()()()()VVVVIIySySVVIIySySVV 所以参数又称为短路导纳参数所以参数又称为短路导纳参数, , 即确定这即确定这四个参数时必须使某一个端口电压为零四个参数时必须使某一个端口电压为零, , 也就是也就是使该端口交流短路。使该端口交流短路。2.2.1图2.2.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 2.2.1 如共发射极接法的晶体管如共发射极接法的晶体管, , 如图2.2.4所示所示, , 相应的相应的参数方程为参数方程

28、为 bieberececfebeoeceIy Vy VIy Vy V式中，式中， ierefeoeyyyy、 、 、分别称为输入导纳、反向传输导纳分别称为输入导纳、反向传输导纳正向传输导纳和输出导纳。这正向传输导纳和输出导纳。这些参数称为晶体管的内参数些参数称为晶体管的内参数 0000cecebebebciefebebeVVbcreoececeVVIIyyVVIIyyVV其中其中 图2.2.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 Y参数的物理意义参数的物理意义Cbieb0UIyU 晶体管的输入导纳晶体管的输入导纳 它说明了输入电压对输入电流的控制作用。它说明了输入电压对输入电流的控制作用。Ccf

29、eb0UIyUbbrec0UIyU正向传输导纳正向传输导纳它表示输入电压对输出电流的控制作用它表示输入电压对输出电流的控制作用 反向传输导纳反向传输导纳 它代表晶体管输出电压对输入端的反作用。它代表晶体管输出电压对输入端的反作用。bcoec0UIyU晶体管的输出导纳晶体管的输出导纳它说明输出电压对输出电流的控制作用。它说明输出电压对输出电流的控制作用。2.4.3 混合型等效电路参数与Y参数的关系1()1()1()1()refebebeieieiebbbebebe bbmoeoeoeoebcbbbebejbcrerebbbebejmfefebbbebegj Cygj Crgj Cj C r gy

30、gj Cgj Crgj Cj Cyy ergj Cgyy ergj C2.2.1Y参数等效电路是从外部来研究晶体管的作用，实际分析中，参数等效电路是从外部来研究晶体管的作用，实际分析中，用用Y参数等效电路比较好参数等效电路比较好 晶体管的混合晶体管的混合 型等效电路分析法物理概念比较型等效电路分析法物理概念比较清楚，对晶体管放大作用的描述较全面，各个参清楚，对晶体管放大作用的描述较全面，各个参量基本上与频率无关。量基本上与频率无关。因此，这种电路可以适用因此，这种电路可以适用于相当宽的频率范围。但该等效电路比较复杂。于相当宽的频率范围。但该等效电路比较复杂。 Y参数等效电路是从外部来研究晶体管

31、的作用。参数等效电路是从外部来研究晶体管的作用。而且在实际中，高频放大器的谐振回路、负载阻而且在实际中，高频放大器的谐振回路、负载阻抗和晶体管大都是并联关系的。因此，在分析放抗和晶体管大都是并联关系的。因此，在分析放大器时，用大器时，用Y参数等效电路比较适合，因为这时参数等效电路比较适合，因为这时各并联支路的导纳可以直接相加，运算方便，各并联支路的导纳可以直接相加，运算方便，此此外，晶体管的外，晶体管的Y参数可以用仪器直接测量。参数可以用仪器直接测量。 总之，总之，混合混合 型等效电路和型等效电路和Y参数等效电路是参数等效电路是对对同一对象（晶体管）同一对象（晶体管）两种不同的等效分析方两种不

32、同的等效分析方法，法，各有特点，在实际中可根据具体情况选择各有特点，在实际中可根据具体情况选择采用哪一种方法。采用哪一种方法。2.4.4 晶体管的高频放大能力及其频率参数0cecbUII晶体管在高频情况下的放大能力随频率的增加而下降共发射极短路电流的放大系数bbrberbeCbemg UcercI1bI2bIbIbbcC3bI123321100100, ,CC,CI,cebbbbb cb cbebebbbb cbcbb eb embebUIIIIc eCCIIIIIg UUIrIcb短路时，与并联,故，在此情况下，可忽略。此时有则 =I介介绍绍几几个个表表征征晶晶体体管管高高频频特特征征的的参

33、参数数1 截截止止频频率率 f定定义义：当当 下下降降到到低低频频值值0 的的21时时对对应应的的频频率率为为 f2 特特 征征 频频 率率Tf定义：当定义：当 下降到下降到1 时所对应的频率为时所对应的频率为Tf f0 2/0 Tf f1由由于于晶晶体体管管的的 与与频频率率之之间间的的关关系系为为： ffj10 20)ff(1 有有 由由定定义义：令令1)ff(12T0可得可得 f1ff002T 定定义义：晶晶体体管管的的功功率率增增益益1 pG时时的的工工作作频频率率为为maxf maxf表表示示一一个个晶晶体体管管所所能能适适用用的的最最高高极极限限频频率率。在在此此频频率率工工作作时

34、时，晶晶体体管管已已得得不不到到功功率率放放大大。一一般般当当maxff 时时，无无论论用用什什么么方方法法都都不不能能使使晶晶体体管管产产生生振振荡荡。可可以以证证明明：cbebbbmmaxCCr4g21f 以以上上三三个个频频率率参参数数的的大大小小顺顺序序为为： fffT max。3.截止频率 3. 3. 三个频率参数之间关系三个频率参数之间关系 、 、 三个频率的关系三个频率的关系 式中式中 是一个系数，通常在是一个系数，通常在0.60.6 0.90.9之间，之间， 随晶体管类型而异。随晶体管类型而异。 ffTfT,fff00Tfff 例如：例如：T100MHzf 100000.99则

35、可推算出则可推算出T01001MHz100ffT0100126MHz(0.8)0.8 0.99ff设（1 1）当）当 时，此时时，此时 即相当于低频的情即相当于低频的情 况；况；（2 2）在在 的附近，的附近， 开始随开始随 f 增加而下降，当增加而下降，当 时，降到时，降到 的的70.770.7；（3 3）当当 时时, ,参数间的关系参数间的关系 01jff,b e b e12fC r式中式中 讨论：讨论： ff 0 ff ff 0 ff 00Tffffff（定义（定义 ）T0ff 在实际工作中，为了不使在实际工作中，为了不使 过小，过小，至少满足至少满足 T(3 5)ff工作2.5 高频调

36、谐放大器 应用领域：应用领域： 无线电广播 、电视 、通信、 雷达等接收设备中 作用作用（1）放大微弱的有用信号 （2）滤除无用的干扰和噪声信号 主要性能指标主要性能指标： 电压放大倍数、通频带、选择性、矩形系数2.5 2.5 高频调谐放大器高频调谐放大器一、单级高频调谐放大器的电压放大倍数一、单级高频调谐放大器的电压放大倍数图图2-29 2-29 三级高频单调谐回路放大器三级高频单调谐回路放大器第一级第一级第二级第二级第三级第三级 电路性能分析电路性能分析 为了分析单管单调谐放大器的电压增益, 图2.2.3给出了其等效电路。其中晶体管部分采用了参数等效电路, 忽略了反向传输导纳re的影响。输

37、入信号源用电流源Is并联导纳s表示, 负载假定为另一级相同的单调谐放大器, 所以用晶体管输入导纳ie表示。 .图 2.2.3 单管单调谐放大器的等效电路 12341：放大电路的信号源2：晶体管的Y参数等效电路3：LC谐振回路4：放大电路的负载YsbIiUyieifeUyyoecUCn1pUcIn2LyieoULYGo 是回路本身的谐振电导，是回路本身的谐振电导， 是集电极是集电极c c的的接入系数，接入系数， 是负载导纳的接入系数是负载导纳的接入系数 是放大器的输出导纳，是放大器的输出导纳， 是下级放大器的输入导是下级放大器的输入导纳，它作为谐振回路的负载。纳，它作为谐振回路的负载。0G1n2

38、noeoeoejygCieieiejygC单管单调谐放大器的电压增益为 ouiUAU(2.2.4) 我们先求Uc与Ui的关系式, 然后求出Uc与Uo的关系, 即可导出Uo与Ui之比, 即电压增益Ku。 因为负载的接入系数为2, 晶体管的接入系数为1, 所以负载等效到回路两端的导纳为n22yie。 .2.5.2 电路性能指标 设从集电极和发射极之间向右看的回路导纳为 , 则 LY)1(122021ieeLynLjCjgnY(2.2.5) 由于 是 上的电压, 且 与相位相反, 因此 cULYcUcILccYUI由Y参数方程(2.2.1)可知 coeifecUyUyI(2.2.6) (2.2.7)

39、 代入式(2.2.6)，可得 cfeLoeiUyYyU根据自耦变压器特性21/,/nUUnUUpopc,有有 coUnnU12将式(2.2.8)和(2.2.9)代入式(2.2.4), 可得 (2.2.8) (2.2.9) 1221feouioeLn n yUAUn yY (2.2.10) 其中, 是 等效到谐振回路两端的导纳, 它包括回路本身元件、e0和负载导纳总的等效值, 即 21LLYnY LYieeLynLjCjgY2201(2.2.11) 根据式（2.2.2）, 将式（2.2.11）代入式（2.2.10）中, 则 121feun n yAgj Cj L 其中与分别为谐振回路总电导和总电

40、容， g=n21goe+n22gie+ge0 C=n21Coe+n22Cie+C谐振频率为 LCf210或 LC210回路有载值为 001LCQgLg(2.2.14) 回路通频带即放大器带宽为 02LgfBQC(2.2.15) 以上几个公式说明, 考虑了晶体管和负载的影响之后, 放大器谐振频率和值均有所变化。 谐振频率处放大器的电压增益为 gynnUUAfeiu21000其电压增益振幅为 gynnUUAfeiu21000(2.2.17)(2.2.16) (1) 为了增大u0, 应选取|yfe|大, oe小的晶体管。 (2) 为了增大u0, 要求负载电导小, 如果负载是下一级放大器, 则要求其i

41、e小。 (3) 回路谐振电导e0越小, u0越大。而e0取决于回路空载值0, 与0成反比。 (4) u0与接入系数1、2有关, 但不是单调递增或单调递减关系。由于1和2还会影响回路有载值L, 而L又将影响通频带,所以1与2的选择应全面考虑, 选取最佳值。 实际放大器的设计是要在满足通频带和选择性的前提下, 尽可能提高电压增益。 在单管单调谐放大器中, 选频功能由单个并联谐振回路完成, 所以单管单调谐放大器的矩形系数与单个并联谐振回路的矩形系数相同, 其通频带则由于受晶体管输出阻抗和负载的影响, 比单个并联谐振回路要宽（因为有载Q值小于空载Q值）。 2n22n20Ln0uun01u1u0nn11

42、ff2Q11AAAAAA 2.6.1多级单调谐放大器多级单调谐放大器若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器设设放放大大器器有有 n 级级，各各级级的的电电压压增增益益分分别别为为un3u2u1uAA,A,A，则则总总电电压压增增益益nA为为：un3u2u1unAAAAA 而而谐谐振振时时的的电电压压总总增增益益为为：n0u03u02u01u0nAAAAA 如如果果各各级级放放大大器器的的参参数数及及增增益益匀匀相相同同， 即即n0u03u02u01uAAAA ，且且通通频频带带匀匀相相同同， 即即LnQfBBBB013121 则则有

43、有： nunnunAAAA0101 归归一一化化电电压压增增益益为为：Au1Au2Aun(1) n 级级放放大大器器的的通通频频带带令令nn1222212111 12n1 LonnnQffB12217 . 0 可见，可见，n 级放大器级联后，总的通频带比单级放大器的通频带级放大器级联后，总的通频带比单级放大器的通频带缩小了缩小了121 n倍，其中，倍，其中，121 n称为频率缩小系数。称为频率缩小系数。由由矩矩形形系系数数的的定定义义：7 . 01 . 01 . 0f2f2K 如如果果令令11001 . 011122 nn 1100Qff2n1L01.0 121100Kn1n11.0 可可见见

44、当当级级数数 n 增增加加时时，放放大大器器的的矩矩形形系系数数有有所所改改善善，但但这这种种改改善善是是有有限限度度的的，一一般般级级数数越越多多，1 . 0K的的改改善善越越缓缓慢慢。当当 n时时，1 . 0K也也只只有有 2.56，与与理理想想矩矩形形仍仍有有一一定定距距离离。 二、参差调谐放大器二、参差调谐放大器 参差调谐放大电路在形式上和多级单调谐放参差调谐放大电路在形式上和多级单调谐放大电路没有什么不同，但在调谐回路的调谐频率上大电路没有什么不同，但在调谐回路的调谐频率上有区别。多级单调谐放大电路的调谐回路是调谐于有区别。多级单调谐放大电路的调谐回路是调谐于同一频率，而同一频率，而

45、在参差调谐放大电路中各级回路的谐在参差调谐放大电路中各级回路的谐振频率是参差错开的。振频率是参差错开的。1.1.双参差调谐放大器双参差调谐放大器 两级单调谐回路放大器的谐振频率，分别调整两级单调谐回路放大器的谐振频率，分别调整到略高于和略低于信号的中心频率。到略高于和略低于信号的中心频率。 第一级：调谐于第一级：调谐于第二级：调谐于第二级：调谐于dff0dff0注意：对于单个谐振电路而言，它是工作于失谐状态注意：对于单个谐振电路而言，它是工作于失谐状态。失谐量分别为：失谐量分别为： -参差失谐量参差失谐量。对应的对应的 -广义参差失谐量广义参差失谐量。 d0ffd0L02 fQf 0 小，曲线

46、尖锐小，曲线尖锐 0 大，曲线平坦大，曲线平坦出现马鞍形双峰出现马鞍形双峰 大到一定程度大到一定程度 01 ，为双峰，为双峰， 0=1 ，为两者的分界线，为单峰中最平坦的情况。，为两者的分界线，为单峰中最平坦的情况。 0 愈大，双峰距离愈远，下凹愈严重。愈大，双峰距离愈远，下凹愈严重。图图2-34 2-34 参差调谐放大器的频率特性参差调谐放大器的频率特性2.2.三参差调谐放大器三参差调谐放大器 两级工作于参差调谐的双峰状态，两级工作于参差调谐的双峰状态，第第三级调谐于信号的中心频率三级调谐于信号的中心频率 f0 ，它们合成它们合成的谐振曲线比较平坦，加宽了通频带。的谐振曲线比较平坦，加宽了通

47、频带。 由合成谐振曲线可见：利用三参差调谐由合成谐振曲线可见：利用三参差调谐电路，并适当地选择每个回路的有载品质电路，并适当地选择每个回路的有载品质因数因数 QL 和和 0 ，就可以获得双参差调谐所就可以获得双参差调谐所不能得到的通频带。不能得到的通频带。 由于双参差调谐在由于双参差调谐在 f0 处失谐，故其在处失谐，故其在 f0 点的放大倍数要比调谐于同一频率的两级点的放大倍数要比调谐于同一频率的两级单调谐放大倍数小。单调谐放大倍数小。 即：即：注意：注意：o201K1ofK0总 （参差失谐 ）0总 （调谐于同一 ）图图2-35 2-35 三参差调谐放大器的三参差调谐放大器的谐振曲线谐振曲线

48、三、松耦合双调谐回路放大器三、松耦合双调谐回路放大器 松耦合双调谐电路松耦合双调谐电路-指两个单调回指两个单调回路之间有耦合，两个线圈离得很远路之间有耦合，两个线圈离得很远, ,靠互感靠互感耦合耦合。耦合系数耦合系数 k2. 2. 广义耦合系数广义耦合系数 或称耦合因数或称耦合因数 1 LkQ LkQ1 LkQ 1 LkQ 为临界耦合为临界耦合 为过耦合为过耦合 为弱耦合为弱耦合 LMLLMk 21（取（取L=L1=L2） 图图2-36 2-36 双双调谐回路放大器调谐回路放大器图图2-37 2-37 双调谐放大器的高频等效电路双调谐放大器的高频等效电路图图2-37 2-37 双调谐放大器的高

49、频等效电路双调谐放大器的高频等效电路 根据耦合回路的特性和电压放大倍数的定义，根据耦合回路的特性和电压放大倍数的定义， 可以推得可以推得 12feoV22224i(1)2(1)n n yUKUg式中：式中： L02 fQf为广义失谐量为广义失谐量 当初、次级回路都调到谐振时当初、次级回路都调到谐振时, =0 ，这时，这时， 放大倍数为放大倍数为12feV021n n yKg 在临界耦合时，在临界耦合时， ，放大器达到匹配状态。，放大器达到匹配状态。放大倍数为最大：放大倍数为最大：112feV0max2n n yKgV22224V0max22222(1)2(1)2(1)4KK双调谐放大器的谐振曲

50、线表达式为双调谐放大器的谐振曲线表达式为 在临界耦合时在临界耦合时，1V4V0max24KK 在回路有载品质因素相同的情况下，在回路有载品质因素相同的情况下，临界临界双调谐放大器的通频带是单调谐放大器的双调谐放大器的通频带是单调谐放大器的 倍。倍。 按照矩形系数的定义，可以求得：按照矩形系数的定义，可以求得： 可见双调谐放大器在临界状态时，其可见双调谐放大器在临界状态时，其矩形系数较小，矩形系数较小，谐振曲线更接近于矩形，谐振曲线更接近于矩形，这是双调谐放大器的主要优点。这是双调谐放大器的主要优点。00.7L22fBfQ 216. 31100241 . 01 . 0BfK1=1f0f图图2-3

51、8 2-38 双调谐放大器不同耦合程双调谐放大器不同耦合程 度时的谐振曲线度时的谐振曲线 前面讨论的放大器，都假yre=0,实际中，它是存在的。2.7 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性2.7.1晶体管内部反馈的有害影响 放大器调试困难 （1）输入导纳 （2）输出导纳1.2.放大器的工作不稳定1.放大器调试困难（1）.放大器的输入导纳ieybbrcrey Ubfey UoeycIbIbLYbUcUiYce,UbbcierecbcfeoefecccbLoeLbfereiieoeLbIy Uy UIy Uy UyIY UUyYy yIYyyYU 故晶体管的输入导纳包括两部分（2）.放大器

52、的输出导纳ieybbrcrey Ubfey UoeycIbIbSYbUcUoYce,bbcierecbcfeoebbSfereooeieSIy Uy UIy Uy UIY Uy yYyyY 故2.放大器工作不稳定 输出被反馈到输入端，又经晶体管放大，循环进行。在合适的条件下，放大器甚至不需要外加信号，也能产生正弦或其他波形的振荡，则正常的放大被破坏。 即使不发生自激，频率的不同，反馈的强弱也不同，结果影响放大器的频率特性，通频带和选择性。2.7.2解决办法解决办法 一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳yre的值。的值。 二是从电路上设法消除晶体管

53、的反向作用，使它单向化，具体方法二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法与失配法。有中和法与失配法。 中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路电路(中和电路中和电路)，来抵消晶体管内部参数，来抵消晶体管内部参数yre的反馈作用。的反馈作用。 CNCL2L1VT2VT1ECCL1L2VT1VT2CNCbciN if 用一个电容用一个电容CN来抵消来抵消yre的虚部的虚部(反馈电容反馈电容)的影响，就可达到中和的目的影响，就可达到中和的目的。的。 固定的中和电容固定的中和电容CN只能在某一

54、个频率点起到完全中和的作用，对其只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其它频率只能有部分中和作用。中和电路的效果很有限。它频率只能有部分中和作用。中和电路的效果很有限。 中和法原理10irenoUIyUieyorey Ubfey UoeyiUoUeny1I外加反馈回路 yn,做为中和元件完全中和时，等效反向传输导纳为0，即1oorenrenrenIy Uy Uyyy故2. 提高放大器的稳定性的方法提高放大器的稳定性的方法 失配法通过增大负载电导失配法通过增大负载电导YL，进而增大总回路电导，使输出电路严，进而增大总回路电导，使输出电路严重失配重失配，失配法以牺牲增益来换取电路的稳定。失配法以

55、牺牲增益来换取电路的稳定。 用两只晶体管按共发一共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。用两只晶体管按共发一共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。 VT1VT2 由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内部反馈减弱，稳定性大大提高。部反馈减弱，稳定性大大提高。 共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍较大；