高频电子电路第3章高频小信号放大器课件

1、第三章第三章 高频小信号放大器高频小信号放大器无线电设备中无线电设备中第一节：概述第一节：概述第二节：晶体管高频小信号等效电路与参数第二节：晶体管高频小信号等效电路与参数第三节：单调谐回路谐振放大器第三节：单调谐回路谐振放大器第四节：多级单调谐回路谐振放大器第四节：多级单调谐回路谐振放大器第五节：双调谐回路谐振放大器第六节：谐振放大器的稳定性与稳定措施第六节：谐振放大器的稳定性与稳定措施第七节：谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器第八节：场效应管高频小信号放大器（自学）第九节：放大器中的噪声第九节：放大器中的噪声第十节：噪声的表示和计算方法第十节：噪声的表示和计算方法第三章第三章 高频小信

2、号放大器高频小信号放大器本章重点本章重点1、晶体管在高频小信号时的等效电路形式等效电路与混合 型等效电路。 2、单调谐回路振荡放大器的电压增益、功率增益、通频带与选择性的计算。3、谐振放大器工作不稳定的原因与稳定措施。4、晶体管放大器产生噪声的来源5、噪声的表示方法：噪声系数、噪声温度、灵敏度、等效噪声带宽 高频小信号放大器的特点：高频小信号放大器的特点：频率较高：频率较高：中心频率一般在几百中心频率一般在几百kHz几百几百MHz 频带宽度在几频带宽度在几kHz几十几十MHz 小信号：小信号：信号较小故工作在线性范围内信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器甲类放大器)概述概述第一节第一节 谐振

3、放大器谐振放大器是采用谐振回路作负载的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。放大器，具有放大、滤波和选频的作用。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。器组成，其机构简单，便于集成。第一节 放大器的电压增益下降到最大值的放大器的电压增益下降到最大值的0.707（即（即1/ ）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通）倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用频带，用 表示。表示。2 f0.7也称为也称为3分贝带宽。分贝带宽。27 . 02 fB2、通频带、通频带iVVAoV电电压压增增益益：ioPPPA功功率率增增益益

4、：ioVlg20VVAioplg10PPA 高频小信号放大器的主要质量指标高频小信号放大器的主要质量指标1、 增益（放大系数）增益（放大系数）分贝表示：分贝表示：3、 选择性选择性 从各种不同频率信号的总和中选出有用信号，抑从各种不同频率信号的总和中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。用矩形系数和抑制比来表示。 矩形系数：矩形系数：表示对表示对邻道干扰的抑制能力邻道干扰的抑制能力7 .01 .01 .022ffKr7 . 001. 0r0.0122ffK f AV/AVo 2f0.1 2f0.7

5、理想 0.1 0.7 1 实际 2 f0.1、2 f0.01分别为放大倍数下降至分别为放大倍数下降至0.1和和0.01处处的带宽，的带宽，Kr愈接近于愈接近于1越好。越好。第一节 f AV0 f0 A AVn fn 抑制比抑制比(抗拒比抗拒比)：表示对某个干扰信号表示对某个干扰信号fn 的抑制能的抑制能力，用力，用dn表示。表示。vnv0nAAdAvn ：为干扰信号的放大倍数为干扰信号的放大倍数Av0 ：为谐振点为谐振点 f0的放大倍数的放大倍数 指当放大电路的工作状态、元件参数指当放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化时，放大器主要性能的稳等发生可能的变化时，放大器主要性能的稳定程度。

6、定程度。 为使放大器稳定工作，必须采取稳定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。体管，应用中和或失配方法等。4、工作稳定性、工作稳定性)(/)(/nosonisiF输输出出信信噪噪比比输输入入信信噪噪比比PPPPN 5、噪声系数、噪声系数放大器的噪声性能可用噪声系数表示：放大器的噪声性能可用噪声系数表示：NF越接近越接近1越好越好 在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪在多级放大器中，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。声起决定作用，因此要求它的噪声系数应

7、尽量小。第一节晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数一、形式等效电路一、形式等效电路(网络参数等效电路网络参数等效电路)为为自自变变量量和和输输出出电电压压设设输输入入电电压压21VV212211VyVyIVyVyIoefereie2121:VVyyyyIIoefereie即即1I2I1V2V第二节第二节第二节211VyVyIreie212VyVyIoefe22VYILIsYsYL信号源+v2 -+v1 -I2I1IsIsYsYieYoeYL+v1 -+v2 -I2I1yrev2yfev1晶体管YLYOIs第二节22IV 与消去消去 得：得：11VYyyyyILoefer

8、eie因此输入导纳为：因此输入导纳为：LoefereieiYyyyyVIY11 上式说明，输入导纳上式说明，输入导纳 与负载与负载 有关，这反映有关，这反映了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输导纳导纳 所引起的。所引起的。iYLYrey11IV 与消去消去 得：得：22VYyyyyIsiefereoe求输出导纳时，应将信号电流源开路，因而：求输出导纳时，应将信号电流源开路，因而：11VYIs 上式说明，输出导纳上式说明，输出导纳 与信号源导纳与信号源导纳 有关，有关，这也反映了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈也是这也反映了晶体管有内部反馈

9、，而这个内部反馈也是由由 所引起的。所引起的。oYsYrey第二节2I最后，消去最后，消去 ，可得电压增益为：，可得电压增益为：LoefevYyyVVA12 上式说明，晶体管的正向传输导纳越大，上式说明，晶体管的正向传输导纳越大，则放大器的增益也越大。则放大器的增益也越大。二、混合二、混合等效电路等效电路参数等效电路参数等效电路：把晶体管内部的物理过程用集中元：把晶体管内部的物理过程用集中元器件器件RLC表示的这种物理模型的方法所涉及到的物表示的这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路。理等效电路。第二节 Cb c将输出的交流电压反馈一部分到输入端，可将输出的交流电压反馈一部分到输入端，可能引

10、起自激，能引起自激， rbb 在共集在共集电电极电路中引起高频反馈，极电路中引起高频反馈，降低晶体管的电流放大系数，所以希望它们尽量小。降低晶体管的电流放大系数，所以希望它们尽量小。)(26/ )(/0mVmAIrgCebm混合混合等效电路各参数：等效电路各参数：集、射极间电阻；集、射极间电阻；基区电阻；基区电阻；集电极电容；集电极电容；发射结电容；发射结电容；集电极电阻；集电极电阻；基、射极间电阻；基、射极间电阻；cebbcbebcbebrrrcrr示示为为：晶晶体体管管的的跨跨导导，可可以以表表mg电流发生器；电流发生器；晶体管放大作用的等效晶体管放大作用的等效ebmVg第二节三、混合三、

11、混合等效电路参数与形式等等效电路参数与形式等效电路效电路y参数的转换参数的转换第二节)(1cbebbbCCr011ie2VVIyieieCjg012fe2VVIybbcbebm)(j1rCCg022oe1VVIyoeoejCgbbebcbj1jrCC021re1VVIymfegycbrejCycbceoejCgy)(jcbebebieCCgy)(2cbebmTCCgff第二节cbbbebcb021rembbcbebm012fejj1j)(j112CrCCVIygrCCgVIyVV 表示输出电压对输入电流的控制作用表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）；（反向控制）； 表示输入电压对输出电

12、流的表示输入电压对输出电流的控制作用（正向控制）。控制作用（正向控制）。 越大越大, , 表示晶体管表示晶体管的放大能力越强；的放大能力越强； 越大越大, ,表示晶体管的内部表示晶体管的内部反馈越强。反馈越强。 的存在的存在, , 对实际工作带来很大危害对实际工作带来很大危害, , 是谐振放大器自激的根源是谐振放大器自激的根源, , 同时也使分析过程变同时也使分析过程变得复杂得复杂, , 因此应尽可能使其减小因此应尽可能使其减小, , 或削弱它的影或削弱它的影响。响。feyreyfeyreyreyfey第二节参数方程为：参数方程为： crebiebUyUyIcoebfecUyUyI)(1)(1

13、 )(1)(1)(1)(cbebebbbebebmbbcboecbebebbbcbrecbebebbbcbmfecbebebbbcbebebieCCjgrCjggrCjyCCjgrCjyCCjgrCjgyCCjgrCCjgy第二节 晶体管的参数可以通过测量得到。晶体管的参数可以通过测量得到。根据参数方程根据参数方程, , 分别使输出端或输入端分别使输出端或输入端交流短路交流短路, , 在另一端加上直流偏压和交流在另一端加上直流偏压和交流信号信号, , 然后测量其输入端或输出端的交流然后测量其输入端或输出端的交流电压和交流电流电压和交流电流, , 代入就可求得。代入就可求得。显然显然, , 在高

14、频工作时由于晶体管结电容不可忽略在高频工作时由于晶体管结电容不可忽略, , 参数是一个复数。晶体管参数中输入导纳和输出导参数是一个复数。晶体管参数中输入导纳和输出导纳通常可写成用电导和电容表示的直角坐标形式纳通常可写成用电导和电容表示的直角坐标形式, , 而而正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式正向传输导纳和反向传输导纳通常可写成极坐标形式, , 即即: :yie=gie+jCie yoe=goe+jCoeyfe=|yfe|fe yre=|yre|re 随着工作频率下降到随着工作频率下降到低频值低频值 0的的 时的频率时的频率四、晶体管的高频参数四、晶体管的高频参数1、截止频率截止频

15、率212001,1ffffj由由于于显然显然 01，在频率为，在频率为f时时,| |虽然下降到原来的虽然下降到原来的但是仍然比但是仍然比1大的多大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。因此晶体管还能起到放大的作用。21第二节电流放大系数电流放大系数与与f 的关系：的关系：201ff故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。Tffff,ffTffT或或者者2、特征频率、特征频率fT1120ff120ffT 当频率增高，当频率增高，|下降到下降到1时的频率。时的频率。由于由于 01 ，所以，所以fT 0 第二节3、 最高振荡频率最高振荡频率fmaxcbe

16、bbbmCCrgfmax421可以证明可以证明:晶体管的功率增益晶体管的功率增益Ap=1时的工作频率时的工作频率 fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。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。在此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大。 当当f fmax时时,无论使用什么方法都不能使晶体管无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。产生振荡。fffTmax:频率参数的关系频率参数的关系第二节第三节第三节11ieieieCjgy单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-出于分析

17、的方便，假定晶体管不存在内反馈，即出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即yre=0。oe1oe1oejCgyie2ie2LjCgY其中其中第三节一、电压增益一、电压增益32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31-+v21-把晶体管集电极回路和负载折合到振荡回路两端把晶体管集电极回路和负载折合到振荡回路两端ie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpGGp2ie2ieL1oe1oeoejjCgyCgyoe1oe1oejCgyie2ie2LjCgY其中：其中：第三节+v31-32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+v31

18、-+v21-be312iovvvvvpA31254vvvpoLCGyppj1jvbefe131vie2ie2Loe1oe1oejjCgyCgyie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpGGp其中：其中：第三节p1yfevbe+v31-LjCjGyppApfev121be312iovvvvvpALjCjGvypvpbefe1131ie2ie2Loe1oe1oejjCgyCgyie222oe1212ie22oe121pCpCpCCgpgpGGp其中：其中：第三节p1yfevbe+v31-LjCjGyppAPfev121谐振时谐振时2ie22oe121pfe21fe210gpgp

19、GyppGyppAPvgpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-第三节谐振时谐振时2ie22oe121pfe21fe210gpgpGyppGyppAPvp1yfevbe+v31-gpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-匹配条件匹配条件2ie22oe121pgpgpG22ie22oe121pGgpgp22112,2ipopgGpgGp匹配时的电压增益匹配时的电压增益21max2)(iofevoggyA第三节二、功率增益二、功率增益 整个收、发机系统的功率增益是其一项整个收、发机系统的功率增益是其一项重要性能指标，因此需要考虑高频小信号放重要性能指标，因此需要考虑

20、高频小信号放大器的功率增益水平。由于在非谐振点上计大器的功率增益水平。由于在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益。讨论谐振时的功率增益。 放大器的输入功率放大器的输入功率上获得的功率上获得的功率输出端负载输出端负载(谐振时）(谐振时）：iie2oioP0gPPPPA；1ie2iigVP ；2ie2oogVP 电导。电导。是下一级晶体管的输入是下一级晶体管的输入2ieg导导。是是本本级级晶晶体体管管的的输输入入电电1ieg第三节ie2221oe21p0gpgpGioPoPPA故故：1ie2ie2ioggVVie12ie2ie

21、12ie22fe2221)()(yggAggGppvop1oeie12feie2221oe21ie1ie22fe22211ie2ie22ie221oe212fe2221maxP044ggygpgpggyppgggpgpyppA讨论：讨论：则可得最大功率增益为：则可得最大功率增益为： gpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-i)如果设如果设LC调谐回路自身元件无损耗，且调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配输出回路传输匹配即：即：ie2221oe21p0gpgpG第三节ii)如果如果LC调谐回路存在自身损耗，且输调谐回路存在自身损耗，且输出回路传输匹配出回路传输匹配则可得最

22、大功率增益为：则可得最大功率增益为： 1ie2ie22ie221oe212fe2221maxP0gggpgpGyppAPgpbefevyp1oe1gp21222iegp+v31-即：即：2022221212222121maxmax111)QQ(gpgpGgpgp)(A)(AKLieoepieoepopo插入损耗插入损耗第三节111PPK率率回回路路有有损损耗耗时时的的输输出出功功率率回回路路无无损损耗耗时时的的输输出出功功插插入入损损耗耗。；：值值空空载载值值有有载载而而QLGQQGLGCQppLp000011max0P20L20Loe1ie12femax0P)1 ()1 (4AQQQQggy

23、A1ie2ie22ie221oe212fe2221maxP0gggpgpGyppAP1ie2ie22ie221oe212fe2221maxP0gggpgpyppA)1/(1lg2001QQKL第三节)1/(1lg2001QQKL)QQ(ggyALvo02io1femax12)( 上式说明，回路的插入损耗和上式说明，回路的插入损耗和QL/Q0有关。有关。QL/Q0越小，则插入损耗就越小。越小，则插入损耗就越小。考虑插入损耗后，匹配时的最大功率增益成为：考虑插入损耗后，匹配时的最大功率增益成为：此时的电压增益为：此时的电压增益为：202io12femax14)()QQ(ggyALpo第三节三、通频

24、带与选择性三、通频带与选择性 通过分析放大器幅频特性来揭示其通过分析放大器幅频特性来揭示其通频带与选择性。通频带与选择性。)2j1 (0Lfe21ffQGyppAPvPGyppAfe210v200211ffQAALvv,AAvv210如果：如果：12070ffQ.L则则可见可见越高，则通频带越窄。越高，则通频带越窄。1. 通频带通频带L.Qff0702故：故：第三节2. 选择性（矩形系数）选择性（矩形系数）L.LvvvvQffffQAA.AA02102000110221110，得得：，代代入入将将2002011) (QAALvv20211) (QL f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理

25、想 0.1 0.7 1 实际 7.01.01022ffKr7.01.0225.991102 单调谐回路放大器的矩形系数远大于单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，其谐振，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远，所以其邻道选择性差。曲线和理想的矩形相差甚远，所以其邻道选择性差。矩形系数矩形系数第三节，求：，求：。假设。假设因数因数，空载品质，空载品质，接入系数，接入系数，回路电感，回路电感，晶体管参数：，晶体管参数：为为路放大器中，工作频率路放大器中，工作频率如下图所示的单调谐回如下图所示的单调谐回010030904159400122135810021reoeoeieiefeyQ.p.pH.LpF.CSg

26、pFCmS.gmS.yMHz例例3.3.1 。通通频频带带3 3之之值值；谐谐振振回回路路电电容容2 2；谐谐振振时时的的电电压压增增益益1 17002.vfCAR1R2R3R4CCFC2C1LFLp1p2VCCGNDGND第三节解：下图为负载等效电路：解：下图为负载等效电路：pG（1）要求出谐振时的电压增益，首先应求出）要求出谐振时的电压增益，首先应求出 之值。之值。ieoeppgpgpRG22211假定下级用同样的晶体管，因此假定下级用同样的晶体管，因此SgmS.goeie40021，.LQRpk8810411021006700CLRPR4oegp21oecp21iegp22iecp22第

27、三节S105460S102130104009010881332623-p.G因而因而最后得最后得82810546010358309033210.GyppApfev（2）谐振时，回路总电容为：）谐振时，回路总电容为：F180F10180F10411021112-62720p.LC因此，外加电容为：因此，外加电容为：F172F12305990180222221pp.CPCPCCieoe第三节8 .201041102105460116730.LGQpL（3）为了求出通频带，应先求出回路的）为了求出通频带，应先求出回路的有载有载Q值，有：值，有：因而放大器的通频带为：因而放大器的通频带为：kHz480

28、Hz8201027070.QffL.前前后后的的通通频频带带和和增增益益。，试试比比较较并并联联若若思思考考：44k10RR 第三节四、级间耦合网络四、级间耦合网络多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器第四节第四节若单级放大器的增益不能满足要求，若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器。就要采用多级放大器。)j ()j ()j (ioVVAv)j ()j ()j ()j ()j ()j (1)-o(oo1o2io1nnVVVVVVnAAAvvv)j ()j (21Av1Av2Avn 如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则组成

29、，则nnAAAAA121vvvvv第四节1) 增益增益2) 通频带通频带如果放大器有如果放大器有m级，级，各级的增益为各级的增益为AV1 、AV2 、 AVm ，则总增益为：则总增益为： Am = AV1 AV2 AVm212112200mLmmffQAA如果各级放大器的增益相同，则如果各级放大器的增益相同，则mVmAA 可求得可求得m级放大器的通频带级放大器的通频带单单级级7010170212122./mL/mm.fQf第四节3）选择性选择性( (以矩形系数为例以矩形系数为例) )结论结论: :当级数当级数m增加时，放大器的矩形系数有所改善，增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改善是有限

30、度的。但这种改善是有限度的。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, ,增益和通频带的矛盾比较突出。增益和通频带的矛盾比较突出。根据定义：根据定义：，时时当当1 . 00VVAALmmQff011 . 01100)2(12110022117 . 01 . 01 . 0mmmmrffk: :故故第四节并并求求出出其其矩矩形形系系数数。之之值值，与与回回路路的的有有载载品品质质因因数数的的通通频频带带，试试求求每每一一级级若若要要求求总总的的通通频频带带。，中中心心频频率率三三级级单单调调谐谐中中频频放放大大器器L.Qfff7037002k

31、Hz82kHz465例例3.4.1解：解：122217070/m.m.f单单级级代入上式代入上式将将已知已知kHz82370m.fm，即可求得每一级的通频带为：即可求得每一级的通频带为：kHz715270.f.回路的回路的QL值为：值为：6297154652700.ffQ.L第四节5.7312110012110031311131 . 0mmrk三级的矩形系数为：三级的矩形系数为：而单级的矩形系数则为：而单级的矩形系数则为：5.991211001 . 0rk双调谐回路谐振放大器双调谐回路谐振放大器第五节第五节本部分的内容自学本部分的内容自学PAGE122 3.17PAGE122 3.17谐振放大

32、器的稳定性与稳定措施谐振放大器的稳定性与稳定措施第六节第六节 gF改变了回路的改变了回路的QL值值, bF引起回路失谐。引起回路失谐。 gF呈负呈负电导性时，电导性时，g,QL ,通频带通频带,增益也因损耗的减少而增增益也因损耗的减少而增加，即负电导加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。供给回路能量，出现正反馈。 当当gF = gs + gie（回路原有电导）则（回路原有电导）则g = 0，QL ，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。FieLoerefeieiYyYyyyyY一、谐振放大器的稳定性一、谐振放大器的稳定性FjbgYFF：其其中中

33、yre的存在会导致自激的产生的存在会导致自激的产生, ,是不稳定的原因。是不稳定的原因。1、自激产生的原因、自激产生的原因2、放大器产生自激的条件、放大器产生自激的条件 当当Ys + Yi = 0 时时, 回路总电导回路总电导g = 0, 放大器产生自激。放大器产生自激。0LoerefeiesYyyyyY1)(refeLoeiesyyYyyY即即假定输入回路和输出回路相同假定输入回路和输出回路相同产生自激的条件产生自激的条件1122refejrefejLoeieseyyeGggg112refeoeLiesyygGgg：幅值条件幅值条件)(2121,refe2：相相位位条条件件refearctg

34、22refetg即即第六节第六节 当当S=1时产生自激；当时产生自激；当S1时，放大器时，放大器稳定工作。稳定工作。一般要求一般要求S=510。为为稳稳定定系系数数定定义义：fereLoeiesyyGgggS213、Av0与与S的关系的关系 当当f在低于在低于f0的某一点的某一点 (= 1)时时, ,可能产生自激。可能产生自激。如果令如果令gs+gie=g1，goe+GL=g2，代入稳定系数，代入稳定系数S则有：则有：refeVCSyAgg00212：则则有有若若，refeSVC.y)(AS=0052，5时时当当 2021refeCygg20 gyAfeVfereLoeiesyyGgggS)1

35、)()(2用晶体管用晶体管CG30做一个做一个30MHz的中频放的中频放大器，当工作电压大器，当工作电压Vce=8V，Ie=2mA时，时，其其Y参数是：参数是： Yie=(2.86+j3.4)mS; Yre=(0.08-j0.3)mS; Yfe=(26.4-j36.4)mS;Yoe=(0.2+j1.3)mS。求此放大器的稳定电压增益求此放大器的稳定电压增益Av0，要求，要求稳定系数稳定系数S5。例例3.6.1解：依题意，取解：依题意，取S=5; ;97.444 .364 .2622fey3 . 00reCre0feV02.5)(CyAS75. 7第六节第六节二、单向化二、单向化 由于由于yre

36、的存在，晶体管是一个双向的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。虑晶体管的单向化。单向化的方法有：单向化的方法有：中和法中和法 消除消除yre的反馈的反馈失配法失配法 增大增大GL或或gs的数值，使输入和输的数值，使输入和输 出回路与晶体管匹配。出回路与晶体管匹配。 电桥平衡时，电桥平衡时，CD两端的回路电压两端的回路电压 不会反射到不会反射到AB两端两端,即对应两边阻抗之比相等。即对应两边阻抗之比相等。AL1L2BCbcCNVi+BAViCN+VoCbcCDL1L20VNCCLL11cb21cb21cb21NCNNCLLC(1

37、) (1) 中和法：中和法： 在放大器线路中插入一个外加的反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馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。反馈互相抵消。具体线路：具体线路：第六节LoerefeieiYyyyyYsierefeoeLyyyyyYiesyyierefeoeyyyyYL 信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载不与本级晶体管的输出晶体管输出端负载不与本级晶体管的输出阻抗匹配。阻抗匹配。 原理：由于阻抗不匹配，输出电压减原理：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。小，反馈到输入电路的影

38、响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。使增益下降，提高稳定性。oeLyY 晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发共基级联放大配法一般采用共发共基级联放大. .则则(2) 失配法失配法第六节 中和法：中和法： 优点：简单，增益高优点：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，不因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不 适于批量生产。适于批量生产。 对放大器由于温度等原因引起各种参数变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。化没有改善效

39、果。(3)中和法与失配法比较中和法与失配法比较 失配法：失配法： 优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；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；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作； 生产过程中无需调整，适于批量生产。生产过程中无需调整，适于批量生产。 缺点：增益低。缺点：增益低。 第六节谐振放大器的常用电路和集谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器成电路谐振放大器第七节第七节本部分的内容自学本部分的内容自学放大器中的噪声放大器中的噪声自然噪声自然噪声人为噪声人为噪声噪声噪声干扰干扰噪声与干扰的分类噪声与干扰的分类热噪声、散粒噪声、闪烁噪声热噪声、散

40、粒噪声、闪烁噪声交流噪声、感应噪声、接触不良噪声交流噪声、感应噪声、接触不良噪声自然干扰自然干扰人为干扰人为干扰天电干扰、宇宙干扰、大地干扰天电干扰、宇宙干扰、大地干扰工业干扰、无线电器的干扰工业干扰、无线电器的干扰第九节第九节一一、 内部内部噪声的来源及特点噪声的来源及特点1.1.电阻热噪声电阻热噪声电阻内由电子热运动造成的噪声。电阻内由电子热运动造成的噪声。(1)(1)电阻热噪声的特点及计算电阻热噪声的特点及计算 在一段相当长的观测时间内，噪声电流在一段相当长的观测时间内，噪声电流( (或电压或电压) ) 的平均值趋于零；的平均值趋于零；ttvn0 频谱极宽，且各个频率分量的强度都相等；频

41、谱极宽，且各个频率分量的强度都相等； 衡量起伏噪声的强度用噪声电压均方值表示：衡量起伏噪声的强度用噪声电压均方值表示：dttvTvTnTn)(1lim 0 22 热噪声功率谱密度：热噪声功率谱密度：)/HzV(4)(2kTRfS第九节 假设假设Bn为放大器的等效带宽，则为放大器的等效带宽，则电阻电阻热噪声电压的均方值：热噪声电压的均方值：频带越宽，温度越高，阻值越大，噪声电压就越大。频带越宽，温度越高，阻值越大，噪声电压就越大。nnnkTRBBfSv4)(2例例4.9.1已知一放大器的等效噪声带宽为已知一放大器的等效噪声带宽为100kHz，求，求1k电阻工作在电阻工作在300K时的热噪声电压为

42、多少？时的热噪声电压为多少？解：解：nnkTRBv42V29. 110103001038. 145323第九节例例4.9.2 试求两个处于试求两个处于相同温度的电阻相同温度的电阻R1和和R2并联后，在频并联后，在频带带Bn内总的均方值内总的均方值噪声电压。噪声电压。解：解：1214RkTBinn2224RkTBinnnnnnnkTRBRBRRkTRiiv4)11(4)(221222212(2)(2)电阻的噪声等效电路电阻的噪声等效电路nnkTRBva4)(2nnkTgBib4)(2第九节 各电极的体电阻各电极的体电阻(基极体电阻基极体电阻)自由电子热运动产生自由电子热运动产生的噪声。的噪声。(

43、1) 晶体管的噪声晶体管的噪声 电阻热噪声电阻热噪声nbbbbBkTrv 42 散粒散粒(弹弹)噪声噪声由于载流子随机起伏流动产生的噪声。由于载流子随机起伏流动产生的噪声。02)(qIfSI 分配噪声分配噪声载流子在基区分配比例随机变化所产生的噪声。载流子在基区分配比例随机变化所产生的噪声。 由于半导体材料及制造工艺水平造成表面清洁处理由于半导体材料及制造工艺水平造成表面清洁处理不好而引起的噪声。不好而引起的噪声。二、电子器件的噪声二、电子器件的噪声(白噪声白噪声)(白噪声白噪声) 闪烁噪声闪烁噪声( 噪声噪声) (有色噪声有色噪声)f1第九节(2) 场效应管的噪声场效应管的噪声 沟道热噪声沟

44、道热噪声 由导电沟道内的电子的不规则热运动由导电沟道内的电子的不规则热运动所引起的噪声。所引起的噪声。nfsndBkTgi42gfs：场效应管的转移跨导。：场效应管的转移跨导。栅极散粒噪声栅极散粒噪声由于栅极内电荷不规则起伏引起的噪声。由于栅极内电荷不规则起伏引起的噪声。nGngBqIi22IG：栅极漏泄电流。：栅极漏泄电流。 栅极感应噪声栅极感应噪声 沟道中的起伏噪声通过沟道与栅极之间的电容，在沟道中的起伏噪声通过沟道与栅极之间的电容，在栅极上感应产生的噪声。栅极上感应产生的噪声。 与晶体管一样，场效应管也存在与晶体管一样，场效应管也存在 噪声，其产生机理噪声，其产生机理和形态与晶体管大致相

45、同。和形态与晶体管大致相同。f1 闪烁噪声闪烁噪声( 噪声噪声)f1第九节噪声的表示计算方法噪声的表示计算方法第十节第十节)(/)(/nosonisi输输出出信信噪噪比比输输入入信信噪噪比比PPPPFn放大器的噪声性能可用噪声系数表示：放大器的噪声性能可用噪声系数表示：NF越接近越接近1越好越好用分贝数表示：用分贝数表示：)/PP/PP()(FnosonisidBnlg10 噪声系数通常只适用线性放大器。因非线性电噪声系数通常只适用线性放大器。因非线性电路会产生信号和噪声的频率变换，噪声系数不能反路会产生信号和噪声的频率变换，噪声系数不能反映系统的附加的噪声性能。映系统的附加的噪声性能。一、噪

46、声系数一、噪声系数第十节pninosisoninonAPP/PP/PPF也可写成另一种形式：也可写成另一种形式：式中，式中， 为放大器的功率增益。为放大器的功率增益。sisop/PPA 用用 表示信号源内阻产生的噪声通表示信号源内阻产生的噪声通过放大器放大后在输出端所产生的噪声功率。过放大器放大后在输出端所产生的噪声功率。pninoAPP因此有：因此有：nonononononononPPPPPPPF1放大器本身放大器本身产生的噪声产生的噪声在输出端上在输出端上呈现的噪声呈现的噪声功率功率 实际上放大器总是要产生噪声的，实际上放大器总是要产生噪声的，即即 ，因此，因此， 。 越大，表越大，表示放

47、大器本身的噪声越大。示放大器本身的噪声越大。0noP1nFnF第十节 为了计算和测量的方便，噪声系数也可为了计算和测量的方便，噪声系数也可以用额定功率和额定功率增益的关系来定义。以用额定功率和额定功率增益的关系来定义。 为了使信号源有最大输出功率，必须使放大器的为了使信号源有最大输出功率，必须使放大器的输入电阻输入电阻Ri与信号源内阻与信号源内阻Rs相匹配，即相匹配，即Ri=Rs。sssiRVP42额定输入信号功率：额定输入信号功率：放大器放大器sRsv2nviRoRLRnisiPPnosoPPPAnF第十节nsnssnnifkTRfkTRRvP4442额定输入噪声功率为：额定输入噪声功率为：

48、额定功率增益：额定功率增益：sisoPHPPA放大器的输入端和输出放大器的输入端和输出端分别匹配时（端分别匹配时（Ri=Rs、Ro=RL）的功率）的功率 与额定功率的概念相同，放大器不匹配时，仍然与额定功率的概念相同，放大器不匹配时，仍然存在额定功率增益。因此，噪声系数存在额定功率增益。因此，噪声系数Fn也可定义为：也可定义为：PHnnonosonisinAfkTP/PP/PPF第十节二、噪声温度二、噪声温度 表示放大器内部噪声的另一种方法是将表示放大器内部噪声的另一种方法是将内部噪声折算到输入端，放大器本身则被认内部噪声折算到输入端，放大器本身则被认为是没有噪声的理想器件。为是没有噪声的理想

49、器件。niP 若折算到输入端后的额定输入噪声功率为若折算到输入端后的额定输入噪声功率为 ，则经放大后的额定输出噪声功率则经放大后的额定输出噪声功率 。考。考虑到原有的噪声虑到原有的噪声 ，若以，若以 代表代表 ，并令并令 ，则：，则：PHninoAPP2nnifkTP1noPPHniAPninifkTPTTfkTAfkTAPPPPPPPFinPHniPHnononononononon111121211TFTni1iT噪声温度噪声温度注：用注：用TiTi表示噪声比用噪声系表示噪声更准确。表示噪声比用噪声系表示噪声更准确。第十节三、多级放大器的噪声系数三、多级放大器的噪声系数111PHnnnoAF

50、fkTP第一级额定输出噪声功率为：第一级额定输出噪声功率为：而：而：111PHnnnoAfkTPP第一级放大器本身产生的输出噪声功率第一级放大器本身产生的输出噪声功率经放大后的信号源噪声功率经放大后的信号源噪声功率sRsvnfkT1noP2noP11npHFA22npHFA第十节111111111PHnnPHnPHnnPHnnonAfkTFAfkTAFfkTAfkTPP因此：因此： 同理，第二级放大器本身附加输出的噪同理，第二级放大器本身附加输出的噪声功率为：声功率为：2221PHnnnAfkTFP所以，第二级放大器额定输出噪声功率为：所以，第二级放大器额定输出噪声功率为：2221122212

51、11PHnnPHPHnnPHnnPHnonoAfkTFAAFfkTAfkTFAPP二级放大器的噪声系数二级放大器的噪声系数为：为：121212221122111PHnnnPHPHPHnnPHPHnnnPHnonAFFfkTAAAfkTFAAFfkTfkTAPF第十节12121312121111nPHPHPHnnPHPHnPHnnnnAAAFAAFAFFF 采用同样的方法，可以求得采用同样的方法，可以求得n级级联级级联放大器的噪声系数为：放大器的噪声系数为：四、灵敏度四、灵敏度 当系统的输出信噪比当系统的输出信噪比（Pso/Pno）给定时，有效输入给定时，有效输入信号功率信号功率 称为系统灵敏度，与之行对应的输入电称为系统灵敏度，与之行对应的输入电压称为最小可检测信号。压称为最小可检测信号。siP 在信号源内阻与放大器输入端电阻匹配时，输入在信号源内阻与放大器输入端电阻匹配时，输入信号功率为：信号功率为：sssiRVP4