高频电子技术

1、高频电子线路高频电子线路郑郑 文文 斌斌通信技术教研室通信技术教研室Email:无线电广播接收设备无线电广播接收设备 第第2 2章章 高频小信号放大器高频小信号放大器 高频小信号放大器可放大中心频率为几百千赫高频小信号放大器可放大中心频率为几百千赫兹到几百兆赫兹兹到几百兆赫兹,频带为几千赫兹到几千兆赫兹频带为几千赫兹到几千兆赫兹,几几百毫伏以下的输入信号百毫伏以下的输入信号,它具有它具有选频和放大功能选频和放大功能。第第2 2章章 高频小信号（谐振）放大器高频小信号（谐振）放大器小信号小信号线性的方法分析线性的方法分析谐谐 振振选频电路选频电路LC串并联电路串并联电路放放 大大非线性器件非线性

2、器件三极管三极管 放大（三极管） 选频（LC回路）第第2 2章章 高频小信号放大器高频小信号放大器 2.1 概述概述 2.2 晶体管的频率参数和高频等效电路晶体管的频率参数和高频等效电路 2.3 单级调谐放大器单级调谐放大器 2.4 多级单调谐放大器的级联多级单调谐放大器的级联2.1 2.1 概概 述述 高频小信号放大器高频小信号放大器 窄频带放大器窄频带放大器 宽频带放大器宽频带放大器主要技术指标：主要技术指标： （1）中心频率）中心频率 （2）增益）增益 （3）通频带）通频带 （4）选择性）选择性 （5）工作稳定性）工作稳定性 （6）噪声系数）噪声系数2.1 2.1 概概 述述主要技术指标

3、：主要技术指标： （1）中心频率：放大中心频率为几百千赫兹到几百兆）中心频率：放大中心频率为几百千赫兹到几百兆赫兹赫兹（2）增益（放大系数）增益（放大系数） 电压增益电压增益： 功率增益功率增益：iuuAouoi0poPPA （3）通频带：放大器的电压增益下降到最大值的）通频带：放大器的电压增益下降到最大值的0.707时，所对应时，所对应 的频率范围称为放大器的通频带，用的频率范围称为放大器的通频带，用 表示。表示。2 f 0.7也称为也称为3分贝带宽。分贝带宽。7 . 02 fB2.1 2.1 概概 述述 （4）选择性：指对通频带之外的干扰信号的衰减能力，）选择性：指对通频带之外的干扰信号的

4、衰减能力，常用矩形系数或抑制比来描述。常用矩形系数或抑制比来描述。 矩形系数矩形系数：为放大器的相对电压增益下降到为放大器的相对电压增益下降到 0.1(或或0.01)时，时，相应的频带宽度相应的频带宽度BW0.1(或或BW0.01）与放大器通频带）与放大器通频带BW0.7之比。之比。 f Au/Auo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 Au0是最大电压增益，出现在谐振频率上7.01.0122ffKro7 . 001. 0r0.0122ffK2f0.1, 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。2.1 2.1 概概 述述 抑制比抑制比：

5、表示对表示对某个干扰信号某个干扰信号fN 的抑制能力。的抑制能力。 )()(p0pNfAfA（5）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，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以上三参数的稳定程度（6）噪声系数）噪声系数:用来描述放大器本身产生噪声电平大小的用来描述放大器本身产生噪声电平大小的一个参数。一个参数。 晶体管共射极混合晶体管共射极混合等效电路。根据器件材料和工艺不等效电路。根据器件材料和工艺不同，图中等效元件的参数也不一样。同，图中等效元件的参数也不一样。对于高频管而言：对于高频管而言：)(26)1 (1010 50010 5015000mAIrr

6、MKrpFCpFCrEQeeebcbcbebbbr，几，2.2.1 2.2.1 晶体管的混合晶体管的混合等效电路等效电路2.2 2.2 晶体管的频率参数和高频等效电路晶体管的频率参数和高频等效电路混合混合等效电路等效电路2.2.1 2.2.1 晶体管的混合晶体管的混合等效电路等效电路 其中，其中， 表示晶体管放大作用的等效电流源。其中表示晶体管放大作用的等效电流源。其中gm为晶体管微变跨导，它也是发射极为晶体管微变跨导，它也是发射极 的函数。的函数。ebmUgEQIeeebBebBebcmrrririUIg1)1(0000ceU rce反映了集电极电压反映了集电极电压 对电流对电流 的影响。在

7、放大状态的影响。在放大状态工作时这个影响很微弱工作时这个影响很微弱,rce值很大，一般在几十千欧以上。值很大，一般在几十千欧以上。 三个附加电容三个附加电容Cbe ，Cbc，Cce属引线和封装结构所形成属引线和封装结构所形成的电容，数量很小，其影响一般可以忽略。的电容，数量很小，其影响一般可以忽略。 频率较高时，频率较高时，Cbc的容抗较小，可它并联的电阻的容抗较小，可它并联的电阻rbc较较大，相比之下大，相比之下rbc可以忽略。简化后的等效电路如图所示。可以忽略。简化后的等效电路如图所示。cI2.2.1 2.2.1 晶体管的混合晶体管的混合等效电路等效电路混混合合等等效效电电路路的的简简化化

8、2.2.1 2.2.1 晶体管的混合晶体管的混合等效电路等效电路2.2.2 2.2.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数 1.短路电流放大系数短路电流放大系数 和和 截止频率截止频率f 如图所示：如图所示： 即即 时，时，Cbe，bc和和rbe三者并联。因此三者并联。因此0ceUbcII0ceU)(1)(1)(1)(1cbebebebbmebmcbebebebbcbebebcbebebbebCCjrrIgUgcICCjrrICCjrCCjrIU 2.2.5)(1)(10cbebebcbebebebmbcCCjrCCjrrgII 式中式中 是低频时的电流放大系数。是低频时的电流放大系数。 截止频

9、率截止频率f的定义：当的定义：当 的频率，即的频率，即ebmrg020221020cbebebCCfrcbebebCCrf212.2.6 2001| 1 ffffj于是将式将式2.2.6代入式代入式 得得解上述方程得：解上述方程得：2.2.2 2.2.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数)(10cbebebbcCCjrII 2.特征频率特征频率fT 晶体管的放大性能有时还用特征频率晶体管的放大性能有时还用特征频率fT表示。特征频率表示。特征频率是是=1时的频率。根据定义时的频率。根据定义:1120ffT 解之得解之得:ffT120 当当0远远大于远远大于1时时ffT02.2.2 2.2.2 晶

10、体管的频率参数晶体管的频率参数cbebecbebebeebTCCrCCrrrff02121若工作频率若工作频率 时时,则则可用下式近似计算。可用下式近似计算。ff53ffffffffffTT0201 上式说明，管型选定后，便可估算出工作频率上的电流上式说明，管型选定后，便可估算出工作频率上的电流放大系数。放大系数。2.2.2 2.2.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数 由于由于 ， 代入上式得：代入上式得：eebrr0cbebebCCrf21 3. 截止频率截止频率f及其与及其与f和和fT的关系的关系 当晶体管用作共基极连接时，其输出端交流短路的电流当晶体管用作共基极连接时，其输出端交流短路

11、的电流放大倍数放大倍数 也是随频率提高而降低的也是随频率提高而降低的,当当下降到下降到 时，所时，所对应的频率称为对应的频率称为 截止频率。由于共基极短路电流放大系数截止频率。由于共基极短路电流放大系数 的近似表示式为的近似表示式为:20ffj10根据根据 和和 的关系式的关系式:1 12.2.2 2.2.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数 可以求出可以求出 截止频率截止频率f与与截止频率截止频率f的关系的关系:fff00111用近似公式用近似公式 代入得代入得ffT0ffT0 故故f，fT，f三个频率的关系是三个频率的关系是: ffTYbc，gmYbc，gceYbc，则对应的，则对应的Y参

12、数为参数为:2.2.3 晶体管的Y参数等效电路由上述各式可知，由上述各式可知，Y参数是工作频率的函数，当工作频率不同时，参数是工作频率的函数，当工作频率不同时，即使是同一晶体管，其即使是同一晶体管，其Y参数也是不一样的。当工作频率比较低，电容参数也是不一样的。当工作频率比较低，电容效应的影响可以不考虑时，晶体管的效应的影响可以不考虑时，晶体管的Y参数才可以认为近似不变。由式参数才可以认为近似不变。由式2.2.242.2.27,若忽略若忽略Y参数的虚部参数的虚部,则可得到低频工作的则可得到低频工作的Y参数值。参数值。ebbbebbbmceoeebbbmfeebbbcbreebbbebieiegr

13、grggYgrgYgrgYgrggY11112.2.3 晶体管的Y参数等效电路2.3 2.3 谐振放大器谐振放大器单级单谐振放大器是由晶体管和并联谐振回路组成的。图单级单谐振放大器是由晶体管和并联谐振回路组成的。图2.3.1是一是一个典型的单回路谐振放大器组成的三级级联放大电路。各级的形式相同，个典型的单回路谐振放大器组成的三级级联放大电路。各级的形式相同，因此只分析其中一级的特性，其后利用级联的方法研究其多级总特性。因此只分析其中一级的特性，其后利用级联的方法研究其多级总特性。 2.3.1 2.3.1 单级单调谐放大电路单级单调谐放大电路 自本级基极开始到下一级基极输入端的电路作为一级放自本

14、级基极开始到下一级基极输入端的电路作为一级放大电路，前一级设为信号源大电路，前一级设为信号源,用电流源用电流源 和输出导纳和输出导纳Ys表示表示,后级作为本级的负载，用输入导纳后级作为本级的负载，用输入导纳Yie表示。图表示。图2.3.2是一是一个单级谐振放大器的高频特性电路，图中忽略了个单级谐振放大器的高频特性电路，图中忽略了Yre的影响的影响.其中其中 。下面分析该放大器的主要技术指标。下面分析该放大器的主要技术指标。sI41Rggp2.3.1 2.3.1 单级单调谐放大电路单级单调谐放大电路图图2.3.2 单调谐放大器的等效电路单调谐放大器的等效电路2.3.1 2.3.1 单级单调谐放大

15、电路单级单调谐放大电路1.1.电压放大倍数电压放大倍数根据电压放大倍数定义：根据电压放大倍数定义：uAiouUUA2.3.1 为求为求 ，先求，先求 ，设由发射极，设由发射极e和集电极和集电极c两端向右看的两端向右看的导纳为导纳为YL/，则，则oUcU212221/11pYYpLjCjgpYLieL2.3.21.1.电压放大倍数电压放大倍数uA于是通过集电极电流于是通过集电极电流 为为cIcoeifeLccUYUYYUI/2.3.321/ ppUUUYYYUociLoefecocUppU21 coUppU12 LoefeLoefeLoefeiciouYYpYpppYYpYpYYpYpUUppU

16、UA21212112/1212 于是于是)(112222ieieiepLCjgPLjCjgYPLjCjgYoeoeoeCjgY 1.电压放大倍数LjCPCPCjgPgPgyPPyyPyPPieoeieoefeLoefeu1)()(A22212221212121.(2.3.10)iLoefecUYYYU/ 令令ieoeieoepCpCpCCgpgpgg222122212.3.11式式2.3.10化为化为02121211ffQjgYppLjCjgYppALfefeu2.3.12式中，式中，f0谐振频率谐振频率,f频偏频偏,QL有载有载Q值。值。LggCQfffLCfL00001211.1.电压放大

17、倍数电压放大倍数LjCPCPCjgPgPgyPPyyPyPPieoeieoefeLoefeu1)()(A22212221212121.当当f = f0(f = 0)时时,ieoepfefeLfeuogpgpgYppgYppffQjgYppA2221212102121 uoA1.1.电压放大倍数电压放大倍数 上式说明上式说明,n 谐振时谐振时 与回路总电导与回路总电导g成反比，成反比，n 与晶体管正向传输导纳与晶体管正向传输导纳Yfe成正比。成正比。|Yfe|越大，越大，| |越大。越大。 n 负号表示输出电压负号表示输出电压 与输入电压与输入电压 有有180的相位差的相位差.n 此外，此外，Y

18、fe本身是一个复数本身是一个复数,也有一个相角也有一个相角fe 因此因此 与与 的相位差应为的相位差应为fe-180。只有频率较低时。只有频率较低时fe=0, 与与 相位差相位差为为-180。uoAoUiUoUiUoUiU功率放大倍数功率放大倍数Ap对于小信号谐振放大器本身并无重要对于小信号谐振放大器本身并无重要意义，但是通过功率放大倍数的推导意义，但是通过功率放大倍数的推导,可以获得晶体管可以获得晶体管最高最高振荡频率振荡频率和和最大电压放大倍数最大电压放大倍数的概念的概念。 当当放大器输入和输出电路均处于调谐状态放大器输入和输出电路均处于调谐状态时时,图图2.3.2所所示电路的输入功率示电

19、路的输入功率Pi和输出功率和输出功率Po可改写成可改写成:ieoieomoieiieimigUgUPgUgUP22222121则则22uoioioPoAUUPPA2.3.172. 2. 功率放大倍数功率放大倍数Ap本级输入电导本级输入电导后级输入电导后级输入电导用式用式2.3.16代入得代入得:222212221|ieoepfePogpgpgYppA2.3.18 在理想情况下，回路本身并无电阻电路，即在理想情况下，回路本身并无电阻电路，即gp=0,且输且输出端处于匹配状态。则出端处于匹配状态。则ieoegpgp2221 此时放大器有最大功率放大倍数此时放大器有最大功率放大倍数Apm。ieoef

20、eieoefeoefeoefeoefepmggYggpYpgpYpgpYppgpYppA4|4|4| 4|2|2222222212222412222122122212. 2. 功率放大倍数功率放大倍数Ap上式说明小信上式说明小信号放大器的最大功号放大器的最大功率增益只与晶体管率增益只与晶体管本身的参数本身的参数Yfe，goe，gie有关，而与回路有关，而与回路元件无关。元件无关。为了用晶体管内部的物理参数表示最大功率放大倍数，现为了用晶体管内部的物理参数表示最大功率放大倍数，现将将Y参数化为等效参数化为等效参数的形式，并设参数的形式，并设f f，即，即Cbe gbe，Cbe 1/rbb ，Cb

21、c gbc，则，则：2. 2. 功率放大倍数功率放大倍数ApebmcbbbbbcbebmbbebmieoefepmCgCrrCCgrCgggYA22241144|2.3.24上式表明，上式表明，晶体管的最大功率增益与晶体管的阻容乘晶体管的最大功率增益与晶体管的阻容乘积积rbbCbeCbc成反比，与跨导成反比，与跨导gm成正比，且随着工作频成正比，且随着工作频率率f的提高而显著下降（在的提高而显著下降（在f f的情况下）。的情况下）。3 . 3 . 晶体管最高振荡频率晶体管最高振荡频率f fmaxmax 定义定义: 当当Apm=1时对应的频率为晶体管最高工作频率。时对应的频率为晶体管最高工作频率

22、。11162max2fCCrgAcbebbbmpm解此方程得：解此方程得：cbebbbmCCrgfmax4 故故fmax也只与晶体管本身的参量也只与晶体管本身的参量rbbCbcCbe和和gm有关，而有关，而与放大器电路形式无关，与放大器电路形式无关，为使晶体管具有更高的工作频率，为使晶体管具有更高的工作频率，应选用应选用rbbCbeCbc乘积小而乘积小而gm大的管子。大的管子。4 .4 .放大器的通频带放大器的通频带 放大器的谐振曲线放大器的谐振曲线: 放大器放大器Au/Auo随频率随频率f变化而变化的变化而变化的曲线曲线。根据上述定义得根据上述定义得:20212021211|21|ffQgY

23、ppffQgYppAALfeLfeuou2.3.30习惯上习惯上,以以Au/Auo下降到下降到 时的频率作为放大器的通频时的频率作为放大器的通频带的界限，用符号带的界限，用符号B表示。于是表示。于是21LQffB02BCBfCfQCggCL22 Q 0000L得代入 21gYppAfeuoBCYppAfeuo2214 .4 .放大器的通频带放大器的通频带当当p1=p2=1时时,则则 上式说明，上式说明，当晶体管选定后，当晶体管选定后，(即即Yfe已经确定已经确定),放大器的放大器的谐振电压放大倍数谐振电压放大倍数Auo只与回路总电容只与回路总电容C和通频带和通频带B的乘积的乘积有关，若有关，若

24、C越大，越大，B越宽，则越宽，则 越小。越小。 |uoA5 .5 .最大电压放大倍数最大电压放大倍数BCYBCYppAfefeuo2221当当p1=p2=1时时,则则BCYAfeuo22.3.33式式2.3.33也可以写成也可以写成CYBAfeuo2|2.3.34 当当|Yfe|和和C为定值时，为定值时，AuoB为常数，这是放大器一个很为常数，这是放大器一个很重要的概念。它说明，通频带重要的概念。它说明，通频带B越宽，则放大器的放大倍数越宽，则放大器的放大倍数越小。越小。4 .4 .放大器的通频带放大器的通频带反之亦然。这个矛盾在设计宽频带放大器时特别突出。要想反之亦然。这个矛盾在设计宽频带放

25、大器时特别突出。要想得到高的增益，又保证足够的带宽，除了选用得到高的增益，又保证足够的带宽，除了选用|Yfe|较大的晶较大的晶体管外，应尽量减小谐振回路的总电容量体管外，应尽量减小谐振回路的总电容量C，选用，选用Cie，Coe小的晶体管或减小回路的外接电容小的晶体管或减小回路的外接电容C。f0.71f0fBCYAfeuo24 .4 .放大器的通频带放大器的通频带5 .5 .放大器的选择性放大器的选择性 放大器的选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数放大器的选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数Kr0.1表示。即。表示。即。BBKr1 .01 .0 根据前面的推导可得根据前面的推导可得LLQ

26、fBQfB021 . 00110 ，95. 9110K 21 . 0r0.1BB故上式表明，上式表明，单调谐放大器的矩形系数远大于单调谐放大器的矩形系数远大于1，也就是，也就是说，它的谐振曲线和矩形相差甚远，选择性差，这是单调说，它的谐振曲线和矩形相差甚远，选择性差，这是单调谐放大器的一大缺点。谐放大器的一大缺点。2.3 2.3 多级单调谐放大器的级联多级单调谐放大器的级联当单级放大器的增益不能满足要求时当单级放大器的增益不能满足要求时,即可采取多级放即可采取多级放大器。大器。其中每一级都调谐在同一个频率上，故多级级联单其中每一级都调谐在同一个频率上，故多级级联单调谐放大器也称为同步谐振放大器

27、。调谐放大器也称为同步谐振放大器。2.3.1 2.3.1 多级放大器的电压放大倍数和通频带多级放大器的电压放大倍数和通频带总增益总增益 An=Au1Au2Au3Aun 若各级放大器是由完全相若各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成同的单级放大器所组成,则则nLnfennunffQgYppAA2021121| 谐振时电压放大倍数为谐振时电压放大倍数为Ano,则则nfennoYgppA|21 它的归一化谐振曲线为它的归一化谐振曲线为220211nLnonffQAA令令f0.7代表代表An/An0=0.707时的频率偏移时的频率偏移,即有即有21211207 . 0nLnonffQAA 解上式得解

28、上式得11017 . 012122BQffBnLnn 因为因为n是大于是大于1的正整数的正整数,故故 必小于必小于1。所以。所以 称为缩小系数。具体数值见表称为缩小系数。具体数值见表1所示。所示。121n121n表表1 多谐调谐放大器缩小系数与级数的关系多谐调谐放大器缩小系数与级数的关系级数级数n123456781.00.640.510.430.39 0.35 0.320.3121n从上述分析可知，从上述分析可知，通频带越宽，每级的增益就越小，对通频带越宽，每级的增益就越小，对于单级谐振放大器来说，增益和通频带的矛盾是一个严重问于单级谐振放大器来说，增益和通频带的矛盾是一个严重问题，特别是对高

29、增益宽频带的放大器来说，这个问题更为突题，特别是对高增益宽频带的放大器来说，这个问题更为突出。出。后面将讨论的参差调谐放大器就是为了解决这个矛盾而后面将讨论的参差调谐放大器就是为了解决这个矛盾而提出的。提出的。2.3.2 2.3.2 多级放大器的矩形系数多级放大器的矩形系数 按矩形系数的定义，当按矩形系数的定义，当f= f0.1时时,An/Ano=0.1,可得可得LnQff011 . 011002于是于是1211002111 .01 .0nnnrBfK表表2列出了列出了Kr0.1与与n的关系的关系表表2 单调谐放大器矩形系数与级数关系单调谐放大器矩形系数与级数关系 从表上可以看出，当级数从表上

30、可以看出，当级数n增加时增加时,矩形系数有所改善，矩形系数有所改善，但这种改善是有限度的，级数越多，但这种改善是有限度的，级数越多，Kr0.1变化越缓慢。即当变化越缓慢。即当n趋于无穷时趋于无穷时,Kr0.1也只有也只有2.56。和理想的矩形还有很大距。和理想的矩形还有很大距离。离。级数级数n12345678910Kr0.19.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56 共射电路由于电压增益和电流增益都较大共射电路由于电压增益和电流增益都较大, 所以是谐振放大所以是谐振放大器的常用形式。器的常用形式。 以上我们在讨论谐振放大器时以上我们在讨论谐振放大器

31、时, 都假定了反向传输导纳都假定了反向传输导纳re, 即晶体管单向工作即晶体管单向工作, 输入电压可以控制输出电流输入电压可以控制输出电流, 而输出而输出电压不影响输入。实际上电压不影响输入。实际上re0, 即输出电压可以反馈到输入端即输出电压可以反馈到输入端, 引起输入电流的变化引起输入电流的变化, 从而可能引起放大器工作不稳定。如果从而可能引起放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大这个反馈足够大, 且在相位上满足正反馈条件且在相位上满足正反馈条件, 则会出现自激振则会出现自激振荡。荡。 为了提高放大器的稳定性为了提高放大器的稳定性, 通常从两个方面着手。通常从两个方面着手。一是从晶一是从晶体

32、管本身想办法体管本身想办法, 减小其反向传输导纳减小其反向传输导纳re值。值。 2.3.3谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性 re的大小主要取决于集电极与基极间的结电容的大小主要取决于集电极与基极间的结电容bc（由混合（由混合型等效电路图可知型等效电路图可知, bc跨接在输入、跨接在输入、 输出端之输出端之间）间）, 所以制作晶体管时应尽量使其所以制作晶体管时应尽量使其bc减小减小, 使反馈容抗增使反馈容抗增大大, 反馈作用减弱。反馈作用减弱。二是从电路上设法消除晶体管的反向作用二是从电路上设法消除晶体管的反向作用, 使它单向化。使它单向化。 具体方法有具体方法有中和法与失配法中和法与失配法

33、。 2.3.3谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性 为了使通过为了使通过N的外部电流和通过的外部电流和通过bc的内部反馈电流相的内部反馈电流相位相差位相差,从而能互相抵消从而能互相抵消, 通常在晶体管输出端添加一通常在晶体管输出端添加一个反相的耦合变压器。图（）所示为收音机常用的中和电个反相的耦合变压器。图（）所示为收音机常用的中和电路路, （）是其交流等效电路。（）是其交流等效电路。 为了直观为了直观, 将晶体管内部电容将晶体管内部电容bc画在了晶体管外部。画在了晶体管外部。 中和法是在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加中和法是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（中和

34、电路）的外部反馈电路（中和电路）, 以抵消晶体管内部参数以抵消晶体管内部参数re的的反馈作用。由于反馈作用。由于re的实部（反馈电导）通常很小的实部（反馈电导）通常很小, 可以忽略可以忽略, 所以常常只用一个电容所以常常只用一个电容N来抵消来抵消yre的虚部（反馈电容）的影的虚部（反馈电容）的影响响, 就可达到中和的目的。就可达到中和的目的。 由于由于re是随频率而变化的是随频率而变化的, 所以固定的中和电容所以固定的中和电容N只能只能在某一个频率点起到完全中和的作用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对其它频率只能有部分中和作用中和作用, 又因为又因为re是一个复数是一个

35、复数, 中和电路应该是一个由电阻中和电路应该是一个由电阻和电容组成的电路和电容组成的电路, 但这给调试增加了困难。另外但这给调试增加了困难。另外, 如果再考虑如果再考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响到分布参数的作用和温度变化等因素的影响, 中和电路的效果中和电路的效果很有限。很有限。 失配法通过增大负载电导失配法通过增大负载电导L, 进而增大总回路电导进而增大总回路电导, 使输使输出电路严重失配出电路严重失配, 输出电压相应减小输出电压相应减小, 从而反馈到输入端的电流从而反馈到输入端的电流减小减小, 对输入端的影响也就减小。可见对输入端的影响也就减小。可见, 失配法是用牺牲增益而失配

36、法是用牺牲增益而换取电路的稳定。换取电路的稳定。 用两只晶体管按共射用两只晶体管按共射共基方式连接成一个复合管是经共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。常采用的一种失配法。 图图2.3.4是其结构原理图。是其结构原理图。 由于共基电路的输入导纳较大由于共基电路的输入导纳较大, 当它和输出导纳较小的共当它和输出导纳较小的共射电路连接时射电路连接时, 相当于使共射电路的负载导纳增大而失配相当于使共射电路的负载导纳增大而失配, 从从而使共射晶体管内部反馈减弱而使共射晶体管内部反馈减弱, 稳定性大大提高。稳定性大大提高。 2.4 宽频带放大器宽频带放大器 宽频带放大器既要有较大的电压增益宽频

37、带放大器既要有较大的电压增益, 又要有很宽的通频又要有很宽的通频带带, 所以常用电压增益所以常用电压增益Au和通频带和通频带BW的乘积作为衡量其性能的乘积作为衡量其性能的重要指标的重要指标, 称为称为增益带宽积增益带宽积, 写成写成GBW=AufH。此处的通频。此处的通频带用上限截止频率带用上限截止频率fH表示表示, 因为宽频带放大器的下限截止频率因为宽频带放大器的下限截止频率fL一般很低或为零频。一般很低或为零频。Au是电压增益幅值。是电压增益幅值。增益带宽积越大增益带宽积越大的宽频带放大器的性能越好。的宽频带放大器的性能越好。 宽频带放大器既可以由晶体管和场效应管组成宽频带放大器既可以由晶

38、体管和场效应管组成, 也可以由也可以由集成电路组成。集成电路组成。 本节以单级差分放大器为例进行分析本节以单级差分放大器为例进行分析, 可以可以推广到由差分电路组成的单级或多级集成电路宽频带放推广到由差分电路组成的单级或多级集成电路宽频带放. 集成宽频带放大器常采用单级或多级差分电路形式。集成宽频带放大器常采用单级或多级差分电路形式。 由由于单级共射电路可看成是单级差分电路的差模半电路于单级共射电路可看成是单级差分电路的差模半电路, 所以先所以先分析单级共射电路的电压增益和通频带分析单级共射电路的电压增益和通频带(用上限截止频率用上限截止频率fH表示表示)。 宽频带放大器中的晶体管特性适合采用

39、混合宽频带放大器中的晶体管特性适合采用混合型等效电路。型等效电路。图图2.4.1(a)、 (b)分别是共射电路的交流通路和高频等效电路。分别是共射电路的交流通路和高频等效电路。 设设RL是交流负载，且是交流负载，且 2.4.1单级差分宽频带放大器单级差分宽频带放大器Z be= rbe = tjwc1tebebcjwrr1Z be= rbe = tjwc1tebebcjwrr1Ct=Cbe+CM=Cbe+(1+gmRL) bcc Rt=r ber bb= (2.4.3)bbebbbebrrrrCt=Cbe+CM=Cbe+(1+gmRL) bcc 密勒效应密勒效应：反相放大电路中，输入与输出之间的

40、分布电：反相放大电路中，输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端的电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端的电容值会扩大为（容值会扩大为（1K）倍，其中）倍，其中K为该级放大电路的电压放为该级放大电路的电压放大倍数。大倍数。则 ittbbtiebbbebebUcjwRrRUzrzU1/LebmRUgU0HbbLtmiuwwjrRRgUUA110 其中其中H= , 即上限截止频率即上限截止频率 fH= (2.4.7)ttCR1ttCR21HbbLtmiuwwjrRRgUUA110 差分电路的差分电压增益和上限截止频率。差分电路的差分电压增益和上限截止频率。

41、 图图2.4.2是一个双端输入双端输出的差分放大电路。是一个双端输入双端输出的差分放大电路。 它的差模它的差模电压增益电压增益与单管共射电路的电压增益与单管共射电路的电压增益 相同。相同。udAudAHbbLtmudwwjrRRgA11 此处此处RL=Rc 。上。上限截止频率限截止频率fH与式与式(2.4.7)相同。相同。 2LR GBW=AudfH= tbbLmHudcrRgfA2增益带宽积增益带宽积 HbbLtmudwwjrRRgA11 在实际宽频带放大电路中在实际宽频带放大电路中, 要展宽通频带要展宽通频带, 也就是要提高上也就是要提高上限截止频率限截止频率, 主要有组合法和反馈法两种方

42、法。主要有组合法和反馈法两种方法。 1 组合电路法组合电路法 在集成宽频带放大器中广泛采用共射在集成宽频带放大器中广泛采用共射-共基组合电路共基组合电路, 如如图图2.4.4所示。所示。 共射电路的电流增益和电压增益都较大共射电路的电流增益和电压增益都较大, 是放大器最常用是放大器最常用的一种组态。的一种组态。 但它的上限截止频率较低但它的上限截止频率较低, 从而带宽受到限制从而带宽受到限制, 这主要是由于这主要是由于密勒效应密勒效应的缘故。的缘故。 2.4.2展宽放大器频带的方法展宽放大器频带的方法图 2.4.4 集成宽带放大器中的共射共基电路 从式从式(2.2.1)可以看到可以看到, 集电

43、结电容集电结电容C bc等效到输入端以后等效到输入端以后, 电容值增加为原来的电容值增加为原来的(1+gmRL)倍。倍。 虽然虽然Cbc数值很小数值很小, 一般仅几个皮法一般仅几个皮法, 但但M一般却很大。一般却很大。 密勒效应使共射电路输入电容增大密勒效应使共射电路输入电容增大, 容抗减小容抗减小, 且随频率的增且随频率的增大容抗更加减小大容抗更加减小, 因此高频性能降低。因此高频性能降低。 在共基电路和共集电路中在共基电路和共集电路中, bc或者处于输出端或者处于输出端, 或者处于或者处于输入端输入端, 无密勒效应无密勒效应, 所以上限截止频率远高于共射电路。所以上限截止频率远高于共射电路

44、。 在图在图2.4.4所示共射所示共射共基组合电路中共基组合电路中, 上限频率由共射电上限频率由共射电路的上限截止频率决定。路的上限截止频率决定。 利用共基电路输入阻抗小的特点利用共基电路输入阻抗小的特点, 将它作为共射电路的将它作为共射电路的负载负载, 使共射电路输出总电阻使共射电路输出总电阻L大大减小大大减小, 进而使密勒电容进而使密勒电容M大大减小大大减小, 高频性能有所改善高频性能有所改善, 从而有效地扩展了共射电从而有效地扩展了共射电路亦即整个组合电路的上限截止频率。由于共射电路负载减路亦即整个组合电路的上限截止频率。由于共射电路负载减小小, 所以电压增益减小。但这可以由电压增益较大的共基电所以电压增益减小。但这可以由电压增益较大的共基电路进行补偿。而共射电路的电流增益不会减小路进行补偿。而共射电路的电流增益