第一章 高频小信号调谐放大器

1、1返回11.1.1 1.1.1 选频网络的基本特性选频网络的基本特性 1.1.2 1.1.2 LC LC 选频回路选频回路 * *1.1.4 1.1.4 双耦合谐振回路及其选频特性双耦合谐振回路及其选频特性 返回1.1.3 1.1.3 LC LC 阻抗变换网络阻抗变换网络 1.1 LC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：具有选频特性具有选频特性 ：选出所需频率信号选出所需频率信号滤除不需滤除不需（干扰）频率信号（干扰）频率信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

2、（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返回1.1.1 选频网络的基本特性选频网络的基本特性 返回 要求要求选频电路的通频带宽度选频电路的通频带宽度与与传输信号有效频谱宽度传输信号有效频谱宽度相一致。相一致。理想的选频电路通频带内的幅频特性理想的选频电路通频带内的幅频特性fof1f22f0.72f0.1理想实际(f)=H(f ) / H(fo)f1.00.200df)f(dH 通频带外的幅频特性应满足通频带外的幅频特性应满足0)f(H 理想的

3、幅频特性应是矩形，既理想的幅频特性应是矩形，既是一个关于频率的矩形窗函数。是一个关于频率的矩形窗函数。 矩形窗函数的选频电路是一矩形窗函数的选频电路是一个物理不可实现的系统个物理不可实现的系统，实际选，实际选频电路的幅频特性只能是接近矩频电路的幅频特性只能是接近矩形形 定义矩形系数定义矩形系数K0.1表示选择性：表示选择性： 7.01.01.0f2f2K 2f0.7称为通频带称为通频带 ：7 .00212f2)ff(2ffB 显然，理想选频电路的矩形系数显然，理想选频电路的矩形系数K0.1=1，而实际选频电路的矩，而实际选频电路的矩形系数均大于形系数均大于1。1.1.1 选频网络的基本特性选频

4、网络的基本特性 返回 另外，为不引入信号的相位失真，要求在通频带范围内选另外，为不引入信号的相位失真，要求在通频带范围内选频电路的相频特性应满足频电路的相频特性应满足 df)f(d 即即理想条件下信号有效频带宽理想条件下信号有效频带宽度内的各频率分量都延迟一个相度内的各频率分量都延迟一个相同时间同时间，这样才能保证输出信号这样才能保证输出信号中各频率分量之间的相对关系与中各频率分量之间的相对关系与输入信号完全相同。输入信号完全相同。 o+/2(f)f-/20-ofof1f22f07理想理想实际实际 实际选频回路的相频特性曲线并不是一条直线，所以回路实际选频回路的相频特性曲线并不是一条直线，所以

5、回路的电流或端电压对各个频率分量所产生的相移不成线性关系，的电流或端电压对各个频率分量所产生的相移不成线性关系，这就不可避免地会产生相位失真，使选频回路输出信号的包络这就不可避免地会产生相位失真，使选频回路输出信号的包络波形产生变化波形产生变化 RpLCRSiSRLCRSiS1.1.2 LC 选频回路选频回路 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 1 电电路路结结构构并并联联 LC谐谐振振回回路路 串串联联 LC谐谐振振回回路路CRLRp 返回RLCRSu

6、SRLCRSiS1.1.2 LC 选频回路选频回路2 回回路路阻阻抗抗Cj1LjRCj1)LjR(Zp CjLjRZ1s )C1L( jRCL )CL( jR1 jXRCL jXR 返回ZPRLCRSuSZSRLCRSuSRLCRSiS1.1.2 LC 选频回路选频回路3 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CRLZpo =pR （呈呈纯纯电电阻阻，且且取取最最大大值值）串串联联谐谐振振阻阻抗抗RZso （呈纯电阻，且取小大值呈纯电阻，且取小大值） (3) 谐谐振振频频率率：由由

7、于于，0X 即即，0 C1L0 =0LC10 LC21f0 返回RpLCRSiSSOZjXRCLZP jXR)C1L( jRZSOS POZRLCRSuSRpLCRSiS1.1.2 LC 选频回路选频回路4 品品质质因因数数物物理理意意义义：谐谐振振条条件件下下，回回路路储储存存能能量量与与消消耗耗能能量量之之比比P2io2iR/uL/uQ =LRoP +ui-iiRiLiQ2io2i =RLo =p2io2iR/uCu =poCR =RiC/i2io2i =RC10 （请请注注意意：R 与与 RP的的关关系系）CRLRp 返回 opp2jQ1RZ RLCRSuSRLCRSiS又又由由于于:

8、QRLo ，而而 o2o2oo)( = oo0)( o2 )(RLj1Rooop 5 回回路路阻阻抗抗频频率率特特性性jXRCLZp jXRZS )1(1/CLRLjRCL )CL1(RLj1Rp C1jLjR )C1L( jR )(RLj1Rooo 其其中中：o j1Rp jpeZ )2jQ1(RZos )j1(R jseZ 返回 opp2jQ1RZ j1Rp PjpeZ )2jQ1(RZos )j1(R SjseZ 5 回路阻抗频率特性回路阻抗频率特性RLCRSuSRLCRSiS 2pp1RZ 2s1RZ 1ptg 1stg 返回5 回回路路阻阻抗抗频频率率特特性性 2pp1RZ 2s1R

9、Z 1ptg 1stg o PZ o SZ讨讨论论：(1) 当当o ，即，即CL1o ， 即即CL10 有有00p并并联联 LC谐谐振振回回路路呈呈电电容容性性，0s 串串联联 LC谐谐振振回回路路呈呈电电感感性性电容性电容性电感性电感性返回RpR6谐谐振振曲曲线线定定义义：并并联联 谐谐振振回回路路：回回路路电电压压与与工工作作频频率率之之间间的的关关系系串串联联 谐谐振振回回路路： 回回路路电电流流与与工工作作频频率率之之间间的的关关系系常常用用的的谐谐振振曲曲线线为为归归一一化化谐谐振振曲曲线线，即即为为 poipiioipZiZiuu 211 sosssioisZuZuii 211 仿

10、真2仿真1返回继续Q2 Q1Q11OQ2或或P S OQ1Q2PS或或 同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为 1Ptg 1Stg 1.1.2 LC 选频回路选频回路7 谐谐振振时时电电压压与与电电流流的的关关系系并并联联 谐谐振振回回路路：o ，piiRiu （取取最最大大值值） 电电感感支支路路电电流流：iiopoiLjQiiLRjLjui 电电容容支支路路电电流流：ipooiciCRjCjui =ijQi 串串联联 谐谐振振回回路路： Ruiii （取取最最大大值值） 电电 感感 端端 电电 压压 ： iooiLuRLjLji

11、u =ijQu 电电容容端端电电压压：ioioCicjQuCRujj1iu 返回仿真RpLCRSiSiiiCiRiL+ui- -RLCRSuS+ uC - -+ uL - -ii+ui- -+uR- -1.1.2 LC 选频回路选频回路8 通通频频带带定定义义：并并联联 谐谐振振回回路路：21uuioi 令：211 串串联联 谐谐振振回回路路：21iiioi 211 所所 对对 应应 的的 频频 率率 范范 围围 。由定义可得：由定义可得：12Qo Q2Bo 或或Qfo 结结论论：Q 值值越越大大频频带带越越窄窄，回回路路损损耗耗越越小小。 ioiuu o 121ioiii o 121返回1.

12、1.2 LC 选频回路选频回路9 信信号号源源内内阻阻及及负负载载对对回回路路的的影影响响当当 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 时时并并联联 谐谐振振回回路路的的有有载载 Q 值值：LR/R/RQoLpsL 空空 载载 时时 的的 Q 值值LRQopO 串串 联联 谐谐 振振 回回 路路 Q 值值 ：LsoLRRRLQ OQRLo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LRLQ继续返回仿真RpLCRSiSRLRLCRSuSRL谐振回路谐振回路10、能量关系

13、（以串联为例）、能量关系（以串联为例）谐振时tsinIim0tcosV)90tsin(IC1idtC1vCmo0c2022222211212121msmsmcmLIVCLRCVCQCVtccW22cm2ccos2121vv为信号源电压最大值smvsmcmQccW222cm2121vvwtLIW22omccos21CLRRLLCRLQ11LIWcm2om21tLILiW22om2Lsin2121LIW2omLm21 即即W是一个不随时间变化的常数。这说明回路中储存的能量是不变的，只是一个不随时间变化的常数。这说明回路中储存的能量是不变的，只是在线圈与电容器之间相互转换。且电抗元件不消耗外加电动势

14、的能量，外加电是在线圈与电容器之间相互转换。且电抗元件不消耗外加电动势的能量，外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的高幅振荡。所以谐振回路中电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的高幅振荡。所以谐振回路中电流最大。流最大。 2om22om22omCL21cos21sin21LItLItLIWWW谐振回路谐振回路结论：电感上储存的瞬时能量的最大值与电容上储存的瞬时能量 的最大值相等。能量W是一个不随着时间变化的常数，这说明整个回路中储存 的能量保持不变，只是在线圈和电容器之间相互转换，电 抗元件不消耗外加电源的能量。外加电源只是提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的 等幅振荡，

15、谐振时振荡器回路中的电流最大。电路R上消耗的平均功率为：2omRI21P 每一周期时间内消耗在电阻上的能量为：每周耗能回路最大储能2QQRLRLffRILIWWW212112121ooo2om2omRLCo2om2omR12121fRITRITPW1.1.3 LC 阻抗变换网络阻抗变换网络 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电路路BX1RXR1AABX2R2为了分析电路的方便，常需把串联电路变换为并联电为了分析电路的方便，常需把串联电路变换为并联电路。其中路。其中 X X1 1为电抗元件为电抗元件（纯电感或纯电容） ，（纯电感或纯电

16、容） ，xR为为1X的的损耗电阻；损耗电阻；1R为与为与1X串联的外接电阻，串联的外接电阻，2X为转换后的为转换后的电抗元件，电抗元件，2R为转换后的电阻。为转换后的电阻。BX1RXR1AABX2R2等效互换的原则：等效互换的原则：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( 22222222222222XRXRjXRXR 有有：实实部部： 2222222X1XRXRRR 虚虚部部： 22222221XRXRX 又又回回路路的的品品质质因因数数 222LX111LXRQRRXQ 由由式式得得： 2222X1)XR

17、(1RRR =21L2Q1R 2 2 等等效效互互换换原原理理分分析析得得结结果果为为： )Q1)(RR(R21LX12 同同理理： )Q11(XX21L12 串串联联电电路路转转换换等等效效成成并并联联电电路路后后，电电抗抗2X的的特特性性与与1X相相同同。当当1LQ较较大大时时，12XX 基基本本不不变变，而而2R比比)RR(X1大大21LQ倍倍。2 2 等等效效互互换换原原理理分分析析得得结结果果为为： )Q1)(RR(R21LX12 同同理理： )Q11(XX21L12 一一般般来来说说，1LQ 比比较较大大， 即即当当1LQ 1 10 0时时，有有 1221LX12XXQ)RR(RX

18、111LRRXQ 结结果果表表明明：例例 1 1：其其中中，12LLRCL)RL(R)Q(RR121o21LP LC10 注意：注意：RL1CRSiSL2RpCRSiSRLN1N2M+u1- -+u2- -C二二 变压器阻抗变换电路变压器阻抗变换电路 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 L22L21RuRu 2221

19、LLuuRR 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。 21NN 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。 三三 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换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接接入入电电容容分

20、分压压部部分分接接入入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)(1)(1)(1

21、2abdbabcb2abcb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 LLSSSSRuRuuiuiRuRu2db2abcbab2cb2ab L22LS1SS21SGpGipigpg+ucb-+uab-+udb-+uab-4 4 接接入入系系数数（抽抽头头系系数数）p定定义义：回路电压部分接入电压 p 1 1 iSRSL2L1C2C1RLacbd4 4 接入系数（抽头系数）接入系数（抽头系数） 定定 义义 ：回路电压部分接入电压 p1iS ； iC iR 11.2高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器概述概述1.2.1

22、 晶体管的高频小信号等效模型晶体管的高频小信号等效模型 1.2.2 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 1.2.3 高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性 直直流流放放大大器器 小小信信号号低低频频放放大大器器：低低频频宽宽带带放放大大器器 小小信信号号放放大大器器： 交交流流放放大大器器 小小信信号号高高频频放放大大器器： 高高频频窄窄带带放放大大器器： 中中心心频频率率(几几百百kHz几几百百MHz) 1.2高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器（high frequency small signal amplifiers）概概述述 特特点点： 工工作作频频率率高高，中中心心

23、频频率率几几百百 kHz几几百百 MHz 具具有有选选频频特特性性，一一般般负负载载采采用用谐谐振振回回路路 晶晶体体管管工工作作在在线线性性区区，可可看看成成线线性性元元件件，可可 用用有有源源四四端端网网络络参参数数微微变变等等效效电电路路来来分分析析。主主要要要要求求： （质质量量指指标标）增增益益：i0uuuA 通通 频频 带带 ：7 .0f2B 选选择择性性：选选出出有有用用信信号号的的能能力力 7 .01 .001f2f2K 1 抑抑制制干干扰扰的的能能力力1273451.2高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器（high frequency small signal ampli

24、fiers）稳稳定定性性：即即当当 IC，UCE Au ,rbe f 元元件件参参数数变变化化 B 噪声系数：噪声系数：希希望望放放大大器器本本身身产产生生的的噪噪声声越越小小越越好好，要要求求噪噪声声系系数数接接近近 1。以以上上这这些些要要求求相相互互之之间间即即有有联联系系又又有有矛矛盾盾，例例如如增增益益和和稳稳定定性性，通通频频带带和和选选择择性性等等。CberbbCbcrbcrbeubercegm ube1.2.1 晶体管的高频小信号等效模型晶体管的高频小信号等效模型晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：一一 混合混合参数等效电

25、路参数等效电路注注意意：C bc和和rbb的的存存在在对对晶晶体体管管的的高高频频运运用用的的十十分分不不利利的的。 Cbc将将输输出出交交流流电电流流反反馈馈到到输输入入端端，可可能能会会引引起起放放大大器器自自激激。 rbb在在共共基基电电路路中中会会引引起起高高频频负负载载反反馈馈，降降低低晶晶体体管管的的电电流流放放大大系系数数。 127345eb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ubeyieyoeyreuceyfeube根根 据据 四四端端 网网络络 的的理理 论论，两两个个 端端口口 的的四四 个个变变 量量，可可任任 选选二二 个个 作作自自 变变量量

26、，由由 所所选选 的的不不 同同 自自变变 量量和和 参参变变 量量，可可得得 六六 种种不不 同同 的的 参参 数数 系系 ， 但但 最最 常常 用用 的的 只只 有有 H,Y,Z 三三 种种 参参 数数 系系 。 +u1-+u2-i1i2在在高高频频电电子子线线路路中中常常采采用用 Y 参参数数系系等等效效电电路路。因因为为晶晶体体管管是是电电流流受受控控元元件件，输输入入输输出出端端都都有有电电流流，采采用用 Y参参数数系系较较方方便便，另另外外很很多多导导纳纳的的并并联联可可直直接接相相加加，使使运运算算简简单单。 ceoebefeccerebeiebofriuyuyiuyuyiuyu

27、yiuyuyi212211+ube-+uce-ibic127345二二 Y参数等效电路参数等效电路 yieyoeyreuceyfeube输入短路时的输出导纳0uce2oebeuiy 输出短路时的输入导纳0ubebieceuiy 二二 y 参参数数等等效效电电路路+ube-+uce-ibic由由上上可可求求出出各各Y参参数数: 注注意意：以以上上短短路路参参数数为为晶晶体体管管本本身身的的参参数数，只只与与晶晶体体管管的的特特征征有有关关，与与外外电电路路无无关关，又又称称为为内内参参数数。导纳输出短路时的正向转输0ubecfeceuiy 导纳输入短路时的反向转输0ucebrebeuiy 127

28、345 ceoebefeccerebeiebofriuyuyiuyuyiuyuyiuyuyi212211yieyoeyreuceyfeube三三 混混合合 参参数数等等效效电电路路与与y参参数数等等效效电电路路的的转转换换四四个个 y 参参数数都都是是复复数数，为为了了计计算算方方便便，可可表表示示为为：oeoeoeieieieCjgyCjgy refejrerejfefeeyyeyy 其其中中ieg和和oeg称称为为输输入入，输输出出电电导导；ieC和和oeC为为输输入入，输输出出电电容容；fey和和rey为为正正向向，反反向向传传输输幅幅频频特特性性；fe 和和re 为为相相频频特特性性1

29、27345CiegiegoeCoeY参数等效电路与混合参数等效电路与混合 等效电路参数的转换：等效电路参数的转换： (一一) 令令V2 = 0，求求yie、yfe。 简化混合简化混合 等效电路，如图所示。等效电路，如图所示。 (1) b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 011ie2VVIyebbbebebbbcbebbbie111)(11YrYYrCCjry晶体管高频小信号等效电路与参数)(cbebebCCjY(2) 012fe2VVIyIVgIebm2 eb2VgImebbb1ebebbb1eb11YrVYYrVVebbb1m21Yr

30、VgIebbbm012fe11YrgVIyV )(cbebebCCjY晶体管高频小信号等效电路与参数V1小引的I小 (二) 令，求yre、yoe (3) 故 01VrbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIebbbbbebbbebbbeb11/YrrIYrICjgIV）（）（2cbebcb211VCjYCjVIebbb2bbcbeb1YrVrCjVebbb2cbbbebbb2bbcb111YrVCjrYrVrCjIebbbcbre1YrCjy晶体管高频小信号等效电路与参数ebebCjY此处(4) Cbc 1时，放时，放大器不会自激；当大器不会自激

31、；当| |S S |1 |1时，放大器不稳定。时，放大器不稳定。 为使放大器远离自激状态而稳定地工作，单级放大器通常选为使放大器远离自激状态而稳定地工作，单级放大器通常选|S |510。 2.2.4高频调谐放大器的稳定性高频调谐放大器的稳定性1. 共发射极放大器的最大稳定增益共发射极放大器的最大稳定增益 当晶体管的工作频率远低于特征频率当晶体管的工作频率远低于特征频率fT时时: : yfe|yfe|gm ,yrejCbc，re90o 经推导得放大器的电压增益与稳定系数经推导得放大器的电压增益与稳定系数S的平方根成反比的平方根成反比: cbomuo2 CSgA 当取当取S=1时，称为临界稳定，其

32、电压增益称为临界稳定电压增益。时，称为临界稳定，其电压增益称为临界稳定电压增益。 实际中常取实际中常取S=5，此时电压增益称为最大稳定增益。即为，此时电压增益称为最大稳定增益。即为 cbommaxuo5 . 2 CgA 自激的振荡器结构分析法自激的振荡器结构分析法：从振荡器的角度分析是因为放大器：从振荡器的角度分析是因为放大器的输入输出都调谐到某一频率，那么在低于这一频率的某频率的输入输出都调谐到某一频率，那么在低于这一频率的某频率上，输入输出回路都成感性，加上反馈的电容就构成了上，输入输出回路都成感性，加上反馈的电容就构成了“射同射同余异余异”的的三点式三点式LC振荡器振荡器相位条件，可能起

33、振。相位条件，可能起振。Yfe越大增益越大，但是越大增益越大，但是S越小，所以越小，所以增益和稳定性是矛盾的增益和稳定性是矛盾的。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 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

34、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。 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

35、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

36、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；而共基电路虽然电流增益接近较大；而共基电路虽然电流增益接近1，但电压增益却较大。所以二者级联，但电压增益却较大。所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益都比较大，而且共发一共基电路的上限后，互相补偿，电压增益和电流增益都比较大，而且共发一共基电路的上限频率很高。频率很高。 返回继续 失配失配：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：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机晶体管的输出阻抗匹配。如果负载导纳很大，下式中的第二抗不与

37、本机晶体管的输出阻抗匹配。如果负载导纳很大，下式中的第二项就可以忽略，也就是反馈可以忽略！项就可以忽略，也就是反馈可以忽略！ieLoefereieiyYyyyyY 591.3 集中选频放大器集中选频放大器 利用利用集中滤波器集中滤波器和和宽带放大器宽带放大器相结合，做成的选频放大相结合，做成的选频放大器，具有特性一致，成本低廉，便于器，具有特性一致，成本低廉，便于大规模生产大规模生产的特点，所的特点，所以，在大量生产的电子设备中，选频放大器无一例外地使用以，在大量生产的电子设备中，选频放大器无一例外地使用集中滤波器和宽带放大器相结合的模式集中滤波器和宽带放大器相结合的模式。集中选频放大器的组成

38、集中选频放大器的组成宽带放宽带放大器大器集成滤集成滤波器波器宽带放宽带放大器大器集成滤集成滤波器波器前置放前置放大器大器601.3.1 集中选频滤波器集中选频滤波器 集中选频滤波器包括集中选频滤波器包括LC集中选频滤波器、石英晶集中选频滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器。体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器。1、LC集中选频滤波器集中选频滤波器CC1L1CC2L2CC3L3C前置放大 器宽带集成放大器LC集中选频滤波器集中选频滤波器612.石英晶体滤波器石英晶体滤波器CqrqLqC0Lq1Lq3C0Lq5Cq1Cq3Cq5a.晶体符号晶体符号b.基频及各次泛音基频及各次泛音 的

39、等效电路的等效电路b.基频附近基频附近 的等的等效电路效电路 各谐波相隔较远各谐波相隔较远,互相影响很小互相影响很小,对于某一具对于某一具体应用体应用,只需考虑此频率附近的电路特性只需考虑此频率附近的电路特性. C0 rq Cq Lq JT b a 石英晶体的特点是：等效电感Lq特别大、等效电容Cq特别小，因此，石英晶体的Q值 很大，一般为几万到几百万。这是普通LC电路无法比拟的。 由于 ，这意味着等效电路中的接入系数 很小，因此外电路影响很小。 qqqq1CLrQq0CC0qCCP rqLqCqCoab石英晶体滤波器的特点石英晶体滤波器的特点63 石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特

40、性与等效电路晶片的压电效应晶片的压电效应 在石英晶片的两个面间加一电场，晶片会产生在石英晶片的两个面间加一电场，晶片会产生机械形变机械形变( (反反) )。反之，在晶片两个面间上施加机。反之，在晶片两个面间上施加机械力，则在相应方向产生电场械力，则在相应方向产生电场( (正正) )。这种机电相互转换的现象称为这种机电相互转换的现象称为压压电效应。电效应。加交变电压加交变电压机械变形振动机械变形振动产生交变电压产生交变电压。石英晶体的基本特性石英晶体的基本特性压电效应压电效应( (正、反正、反）石英的化学成分为石英的化学成分为 siosio2 2 。压电谐振：压电谐振：当外加交变电压的频率与晶片

41、固有频当外加交变电压的频率与晶片固有频率相等时，晶体率相等时，晶体谐振谐振，机械振动，机械振动振幅振幅最大，最大，表面表面电荷电荷最大，最大，外电路电流外电路电流最大，所以具有最大，所以具有串联谐振串联谐振电路电路特性。特性。64石英晶体等效电路石英晶体等效电路CqrqLq C0符号符号C C0 0：静态电容：静态电容L Lq q：模拟机械振动的惯性：模拟机械振动的惯性C Cq q：模拟晶片的弹性：模拟晶片的弹性r rq q：模拟晶片振动时的：模拟晶片振动时的 磨擦损耗磨擦损耗石英晶体的电抗石英晶体的电抗- -频率特性（忽略频率特性（忽略R)R) 1() 1(111232qqqooqqqqqo

42、qqoCLCCCCLjCLjCjCjCjLjCjX)() 1(22oqqqoqqCCLCCCLX65石英晶体在并联谐振时石英晶体在并联谐振时, ,电抗为电抗为并联谐振频率：并联谐振频率： )() 1(22oqqqoqqCCLCCCLXf fq qffffp p：呈感性，且：呈感性，且等效等效Q Q值很高。值很高。ffffffp p：呈容性。：呈容性。f=ff=fq q：呈电阻性。：呈电阻性。oqqqoqoqqpCCCLCCCCLf12121qqqCLf21石英晶体在串联谐振时，石英晶体在串联谐振时，电抗为电抗为0 0 ，等效为小电阻。，等效为小电阻。串联谐振频率：串联谐振频率：X Xf f0

43、0f fq qf fp p容性容性容性容性感性感性电阻性电阻性oqqpCCff1)0qpoffCC若若Cq/C0=0.002,则，则，fp与与fq的相的相对频率间隔仅为千分之二。对频率间隔仅为千分之二。12为了扩大感性区加宽滤波器的通带宽度，通常可串联一电感或并联一电感来实现。 扩大石英晶体滤波器感性区的电路 可以证明串联一电感Ls则减小q，并联一电感Ls则加大p，两种方法均扩大了石英晶体的感性电抗范围。 Ls Ls 扩大石英晶体滤波器感性区3 陶瓷滤波器陶瓷滤波器图图aC1R1L1C01C2R2L2C02陶瓷滤波器及其等效电路陶瓷滤波器及其等效电路陶瓷滤波器：陶瓷片的两面涂以银浆（一种氧化银

44、），高温陶瓷滤波器：陶瓷片的两面涂以银浆（一种氧化银），高温焙烧还原成银，附着在陶瓷片上形成两个电极。经过直流高焙烧还原成银，附着在陶瓷片上形成两个电极。经过直流高压极化后，压极化后，具有和石英晶体类似的压电效应具有和石英晶体类似的压电效应。图图b 多个陶瓷片的组合多个陶瓷片的组合合理选择串并联陶瓷片的谐振频率进行组合，合理选择串并联陶瓷片的谐振频率进行组合，可以得到理想的衰减特性可以得到理想的衰减特性691.4电噪声电噪声（1） 噪声的现象：沙沙声，雪花背景和波纹线等噪声的现象：沙沙声，雪花背景和波纹线等（2）噪声的危害：影响正常的接收效果，甚至将信号淹没）噪声的危害：影响正常的接收效果，甚

45、至将信号淹没在噪声中，使其无法接收。在噪声中，使其无法接收。（3）噪声的特点）噪声的特点1 随机性随机性.2 出现正负电压的概率相等出现正负电压的概率相等,即平均电压为零即平均电压为零.3 热噪声随温度的变化而变化热噪声随温度的变化而变化电阻热噪声的电压波形图电阻热噪声的电压波形图70（4）噪声的分类）噪声的分类噪声噪声来自内部的器件（内部噪声）来自内部的器件（内部噪声）来自外部的干扰（外部噪声）来自外部的干扰（外部噪声）内部噪声主要有电阻的内部噪声主要有电阻的热噪声热噪声，晶体管和场效应管的噪声晶体管和场效应管的噪声。1.4.1 电阻热噪声电阻热噪声电阻热噪声是由电阻内部自由电子的电阻热噪声

46、是由电阻内部自由电子的热运动产生热运动产生的。基于噪的。基于噪声的特点。不可能用描述其他电信号的方法来描述噪声。通声的特点。不可能用描述其他电信号的方法来描述噪声。通常采用常采用统计的方法进行描述。统计的方法进行描述。理论和实验证明，当温度为理论和实验证明，当温度为T(K)时，阻值为时，阻值为R的电阻所产生的电阻所产生的的噪声噪声电流电流功率谱密度和噪声功率谱密度和噪声电压电压功率谱密度功率谱密度分别为：分别为：kTRfSRkTfSUI4)(/4)(K为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数单位频带内的噪声单位频带内的噪声电压和电流均方值电压和电流均方值71 在频带宽度在频带宽度B内产生的热噪声内产生的热

47、噪声电流均方根电流均方根值和值和电压均方根电压均方根值分别为：值分别为：BfSUBfSIUnIn)()(22所以，一个实际电阻可以分别用噪声电流源与理所以，一个实际电阻可以分别用噪声电流源与理想电阻的并联或噪声电压源与理想电阻的串联来想电阻的并联或噪声电压源与理想电阻的串联来表示。表示。RR (理想)E2n4 kTBRGI2n4 kTBG(a)(b)图图 1 .64 电阻热噪声等效电路电阻热噪声等效电路 2nU72KTBRBfSUKTBGBfSIUnIn4)(4)(22)(1014. 31010510/2901038. 14/4)(1016. 810105102901038. 14422153

48、23221053232ARKTBIVKTBRUnn 噪声电压均方值与噪声电流均方值与噪声电压均方值与噪声电流均方值与电电阻值，带宽和绝对温度有关阻值，带宽和绝对温度有关。例如：一个例如：一个510K的电阻，在的电阻，在T=290K,B=100KHz时时的噪声电压和噪声电流均方值分别为：的噪声电压和噪声电流均方值分别为：7322n01lim()TnTUUdtT2222n12121200222nn1n211lim()lim()()2TTnnnnnnTTUuudtuuu udtTTUUU串联时：所以：2222n12121200222nn1n211lim()lim()()2TTnnnnnnTTIiid

49、tiii idtTTIII并联时：所以：2|( )|( )|1noniSH fSH f电压源串联时和电流源串联时，分别求单独作用时的开路电压和短路电流，都等于 。所以单独作用时，电阻串联对应噪声电压均方值相加，电阻并联时对应噪声电流均方值相加。 串并联网络噪声计算，方法一：串并联网络噪声计算，方法一： 串并联网络噪声计算，方法二：串并联网络噪声计算，方法二：74 当多个元件串联时，总噪声电压等于各个电阻所当多个元件串联时，总噪声电压等于各个电阻所产生的噪声电压的均方值的相加。产生的噪声电压的均方值的相加。 当多个元件并联时，总噪声电流等于各个电导当多个元件并联时，总噪声电流等于各个电导所产生的

50、噪声电流的均方值的相加。所产生的噪声电流的均方值的相加。例例1.5 计算两个并联电阻两端的噪声电压均方值，设计算两个并联电阻两端的噪声电压均方值，设R1和和R2两个电阻的温度两个电阻的温度T相同。相同。1R2R2nU1R2R2nU21nI22nI1R2R2nU21nU22nU并联电阻两端的噪声电压并联电阻两端的噪声电压75解解(1)利用电流源进行计算，利用电流源进行计算，1R2R2nU1R2R2nU21nI22nI212122121221222122212222211214)()(4)()(44)(4)(RRRRKTBGGGGKTBGGIUGGKTBIIIKTBGBfSIKTBGBfSInnn

51、nnInIn 所以所以,计算噪声电压均方值时，可以计算噪声电压均方值时，可以先算出电阻的并联值再先算出电阻的并联值再乘以乘以4KTB得到噪声电压均方值得到噪声电压均方值。76（2）利用电压源进行计算）利用电压源进行计算1R2R2nU1R2R2nU21nU22nU222211214)(4)(KTBRBfSUKTBRBfSUUnUn计算总噪声电压时，将计算总噪声电压时，将两个噪声电压当作两个两个噪声电压当作两个电压源，利用电压源，利用叠加原理叠加原理进行计算，先计算出两进行计算，先计算出两个噪声电压分量个噪声电压分量212212222222212121)()()()(RRRUURRRUUnnnn先

52、求出两个电阻各自先求出两个电阻各自的噪声电压均方值的噪声电压均方值分分压压关关系系772121221212122121222121221222221121221222222121222124)()(4)(44)(4)(4)()()()(RRRRKTBRRRRRKTBRRRRKTBRRKTBRRRRKTBRRRRKTBRRRRURRRUUUUnnnnn然后进行叠加然后进行叠加两种方法计两种方法计算结果相同算结果相同78 LC并联谐振网络噪声计算：并联谐振网络噪声计算：2221/( )=1/1/|( )|1 (1/nonininonij CH frj Lj Cj CrSH fSSj Lj CSQ

53、S）/r谐振时：791.4.4噪声系数噪声系数 在高频电路中，为了使放大器能够正常工作，除了要满足在高频电路中，为了使放大器能够正常工作，除了要满足增益、通频带、选择性要求以外，还应该对放大器的内部噪声增益、通频带、选择性要求以外，还应该对放大器的内部噪声进行限制，即对放大器输出端提出满足一定信噪比的要求。进行限制，即对放大器输出端提出满足一定信噪比的要求。信号功率与噪声功率之比简称为信号功率与噪声功率之比简称为信噪比信噪比，通常用分贝表示。，通常用分贝表示。)(lg10dBPPNSnS1. 放大器噪声系数的定义放大器噪声系数的定义 放大器的放大器的噪声系数噪声系数NF定义为定义为输入端输入端

54、的信号噪声功的信号噪声功率比与率比与输出端输出端的的信号噪声功率比的比值信号噪声功率比的比值, 即即:noSoniSiFPPPPN(1-146)(1-147)80)(/lg10dBPPPPNnoSoniSiF噪声系数采用噪声系数采用分贝分贝表示，则写为：表示，则写为： 由于放大器对信号和噪声进行相同的放大，而且由于放大器对信号和噪声进行相同的放大，而且放放大器本身会产生一定的噪声大器本身会产生一定的噪声，所以输入信号与噪声之比，所以输入信号与噪声之比总是大于输出信号与噪声之比，于是，总是大于输出信号与噪声之比，于是，噪声系数是一个噪声系数是一个大于大于1的数的数。2su2nuSRLRnaoPP

55、BG,放大器放大器放大器噪声系数的等效电路放大器噪声系数的等效电路(1-148)81niPnoniSonoSinoSoniSiFPGPPPPPPPPPN噪声系数的表达式可以改写为：噪声系数的表达式可以改写为： 放大器输出放大器输出总噪声总噪声等于等于输入噪声经放大器放大以后的输入噪声经放大器放大以后的噪声噪声加上加上放大器本身产生的噪声功率之和放大器本身产生的噪声功率之和，所以：，所以：niPnaonoPGPP由此可得噪声系数的表达式为：由此可得噪声系数的表达式为：niPnaoFPGPN 1(1-149)(1-150)(1-151)niPFnaoPGNP)1(注意：这里的噪声系数不是用分贝表示

56、的！注意：这里的噪声系数不是用分贝表示的！822.多级放大器噪声系数的计算多级放大器噪声系数的计算 按照前级的总噪声作为噪声源经本级进行放大，加上按照前级的总噪声作为噪声源经本级进行放大，加上本级产生的噪声之和为输出噪声的原则，对各级进行依次本级产生的噪声之和为输出噪声的原则，对各级进行依次计算，可得输出总噪声系数。计算，可得输出总噪声系数。放大器放大器1放大器放大器211,naoPPBG22,naoPPBG2su2nuSR1 iR1OR2iR2ORLR0220121naPnaPPninoPGPGGPP2220211101) 1() 1(PiniFnaPiniFnaGPNPGPNP(1-152

57、)(1-153)(1-154)83考虑电路（共轭考虑电路（共轭)匹配匹配:1211PFFFGNNNKTBRKTBRRuPPnnini444221 将将152，153，154带入带入149式可以求得两级式可以求得两级放大器总噪声系数为：放大器总噪声系数为：)1(21213121111 npPPFnPPFPFFFGGGNGGNGNNN依次类推，可以求出依次类推，可以求出n级放大器总噪声系数为：级放大器总噪声系数为： 由此可知，对于多级放大器的总噪声系数，主要取决于由此可知，对于多级放大器的总噪声系数，主要取决于第一级放大器的噪声系数和功率增益，所以，为了降低系统第一级放大器的噪声系数和功率增益，所

58、以，为了降低系统噪声，应该选噪声，应该选低噪声器件作为第一级放大元件低噪声器件作为第一级放大元件，并尽量提高，并尽量提高第一级放大器的增益。第一级放大器的增益。(1-155)(1-156)84例例16 某接收机由高放，混频，中放三级电路级联而成，一某接收机由高放，混频，中放三级电路级联而成，一种混频器的功率增益为种混频器的功率增益为0.2，噪声系数为，噪声系数为10dB,中放噪声系数为中放噪声系数为6dB,高放噪声系数为高放噪声系数为3dB,如果要求加入高放后，使接收机的总如果要求加入高放后，使接收机的总噪声系数降低为加入前的噪声系数降低为加入前的1/10，则高放的功率增益应为多少。，则高放的

59、功率增益应为多少。解：先进行分贝到数值的转换解：先进行分贝到数值的转换倍，倍倍，46101023321dBNdBNdBNFFF倍252 . 014101232PFFFGNNN倍5 . 210/2510/FFNN未接高放时两级则噪声系数为：未接高放时两级则噪声系数为：加高放以后要求的总噪声系数应为加高放以后要求的总噪声系数应为：高放高放1混频混频2中放中放3855 . 210/25FN5 . 211213121PPFPFFFGGNGNNN)(8 .164825 . 22 . 0/ ) 14() 110(/ ) 1() 1(12321dBNNGNNGFFPFFP倍加高放后接收机噪声系数应为加高放后

60、接收机噪声系数应为即三级放大器总噪声系数为：即三级放大器总噪声系数为：从而求得高频放大器的增益为：从而求得高频放大器的增益为：补充补充 耦合回路耦合回路1、概述概述单振荡回路具有频率选择性和阻抗变换的作用。单振荡回路具有频率选择性和阻抗变换的作用。但是：但是：1、选频特性不够理想、选频特性不够理想 2、阻抗变换不灵活、不方便、阻抗变换不灵活、不方便为了使网络具有矩形选频特性，为了使网络具有矩形选频特性，或者完成阻抗变换的需要，需或者完成阻抗变换的需要，需要采用耦合振荡回路。要采用耦合振荡回路。耦合回路由两个或者两耦合回路由两个或者两个以上的单振荡回路通过个以上的单振荡回路通过各种不同的耦合方式