第3章 高频小信号放大器及噪声

1、通信电子线路()中国民航大学中国民航大学电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院陈敏陈敏 minszu126。co三章第三章 高频小信号放大器与噪声高频小信号放大器与噪声电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)第3章 高频小信号放大器p3.1 概述p3.2 高频小信号等效电路p3.3 单调谐回路谐振放大器p3.4 双调谐回路谐振放大器 p3.5 谐振放大器的稳定性电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3。1 概述 p 高频小信号放大器通常是指接收机中混频前的射频放大器和混频后的中频放大器

2、。高频放大器应具有一定形状的频率选择特性。 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fo fs = fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.1 概述p高频小信号放大器的特点：u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 u小信号 信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.1 概述p电路特点：u采用谐振电路作为放大器的集电极负载。p电路作用：u采用谐振回路作为负载的谐振放大器还可起滤波

3、或选频作用。电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 高频小信号放大器的分类u按所用的器件： 晶体管(BJT)、场效应管(FET)、集成电路(IC) u按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器u按电路形式：单级放大器和级联放大器 u按负载性质：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。3.1 概述电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p高频小信号放大器的质量指标u1)增益 电压增益： 功率增益： 分贝表示

4、：u2)通频带： 放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用B=2f 0.7表示。2f 0.7也称为3分贝带宽。010logPiopiPGPPGP3.1 概述oViVAV020 logViVAV电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)n为什么要求通频带？ 放大器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，

5、放大器增益愈小。 f GP GPo 2f0.7 0.5 12 f0 fAVAVof02f0.20.713.1 概述电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)u3)选择性从各种不同频率的信号的总和(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抑制比来表示。n矩形系数按理想情况，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。 3.1 概述电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)n矩形系数2f 0。1, 2f 0。01分

6、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。 f AV/AVo 2f0.1 2f0.7 理想 0.1 0.7 1 实际 3.1 概述0.110.722rofKf0.01r0.010.722fKf电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)n抑制比表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用dn表示。An为干扰信号的放大倍数，Av0为谐振点f0的放大倍数。 例 Av0 = 100 An = 1 用分贝表示dn(dB) = 20 lgdn3.1 概述fAVf0AAVnfn0vnnAdA100100()401nndddBdB电子信息与自动化学院电子信

7、息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)u4)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为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即n 限制每级增益n 选择内反馈小的晶体管n 应用中和或失配方法 3.1 概述电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.1 概述u5) 噪声系数： 放大器的噪声性能可用噪声系数表示： N NF F越接近越接近1 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

8、性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。siniFsono/()/()PPNPP输入信号噪比输出信号噪比电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.1 概述p本章重点介绍：单级窄带、负载为LC谐振回路的谐振放大器。电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)晶体管在高频小信号运用时，它的等效电路主要有两种形式：u形式等效电路， 即网络参数等效电路；u物理模拟等效电路， 即混合等效电路。3.1 概述电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)晶体管等效为有源四端网络，常用的

9、有 h、y和z 三种参数系。本章主要采用y参数。其中输入电压和输出电压为自变量，输入电流和输出电流为参变量，则：.2I.1I .1V.2Viyoy.2Vyr.1Vyf3.2.1 形式等效电路.112.212irfoIy Vy VIy Vy V电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)2.1.10iVIyV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。2.2.10fVIyV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1.1.20rVIyV反向传输

10、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。1.2.20oVIyV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。Y参数的物理意义电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)晶体管Y参数等效电路.1IsY.1ILY.2I.2V.1V .2I.1I .1V.2Vieyoey.2Vyre.1Vyfe.1IsYLYoYiY电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)晶体管Y参数等效电路(外参数)由上图此外，还有共集电极、共基

11、极放大电路节点电流方程。可以得到共发射极放大电路节点电流方程。.112.212.22ierefeoeLIy Vy VIy Vy VIY V 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)晶体管Y参数等效电路(外参数)p 由节点电流方程得到输入导纳：p 由节点电流方程得到输出导纳：p 由于将信号电流源开路.1.1refeiieoeLy yIYyyYV.2.2refeooeiesy yIYyyYV.11sIY V 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)晶体管Y参数等效电路(外参数)p 由共发射极放大电路节点电流方程，得到电

12、压增益：u晶体管正向传输导纳越大，放大器的增益就越大。u在晶体管参数为实数时， 与 相位差为180.2.1fevoeLyVAyYV.1V.2V电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.2.2 混合等效电路(物理模拟法)beebc把晶体管内部的物理过程用把晶体管内部的物理过程用集中元器件集中元器件RLC表示。用这表示。用这种物理模型的方法所涉及到种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的的物理等效电路就是所谓的参数等效电路。参数等效电路。电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 把晶体管内部的物理过程用集中

13、器件RLC表示。用这种物理模型的方法所涉及到等效电路就是混合参数等效电路。3.2.2 混合等效电路(物理模拟法)混合混合 等效电路等效电路 bercerbeC.mbeg Vbbr beCbcC ceCbcCbcrbbec026CmbeIgr026beErI晶体管放大作用的等效电流发生器输出的交流电压反馈到输入端，可能引起自激产生高频负反馈，降低放大倍数小小电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II) ebrcerebC.ebmVgbbrcbCcbrbbece.bI.cI.bV.cV.cI.bI .bV.cVieyoey.creVy.bfeVy3.2.2 混合

14、等效电路(物理模拟法)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.2.3 混合等效电路参数与Y参数的转换p 混合等效电路的简化混合等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下：urbc与Cbc引起的容抗相比，rbc可视为开路；urbe与Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略(视为开路)；urce与回路负载比较，可视为开路。简化后的等效电路如图：这是对工作频率较高时的简化电路，对工作频率范围不同时，等效电路可进行不同的简化。频率低时可忽略电容的作用。brbbgmVbebgbcCbcCbece电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II

15、)(II)KCL：.11bebcbcbbcbbbebcbbbebcyyyIVVryyryy.11110();bbebebbbbbebecebebcbcbbbbcbemcecebcbebcbec ebebcbebcIVVrrVyyVyVrrIg VyVygVygj Cygj C .11mmbc bbbebecbcecbebbbebcbbbebcy rgygyIVgyVryyryy混合等效电路节点电流方程：整理后可得：3.2.3 混合等效电路参数与Y参数的转换电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)四、Y参数等效电路与混合等效电路参数的转换： (一) 令V2

16、 = 0，求yie、yfe。 简化混合等效电路，如图所示。 (1) b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 21ie10VIyVb eiebbb ebbbbb eb cb e11111()Yyr YrrjCCY3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数b eb eb c()YjCC电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)(2) V1小引起的小引起的I小小012fe2VVIyIVgIebm2 eb2VgImebbb1ebebbb1eb11YrVYYrVVebbb1m21YrVgI22mfe1bbb e01V

17、IgyVr Y )(cbebebCCjY3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2 =0 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II) (二二) 令，令， 求求yre、yoe (3) 故故 rbbgmVbebCbcCbeceII2I1V1cV2021re1VVIybbeb1rVIbbb eb bb eb ebbbbb e1/1I rVIgj CIYrr Yb ebeYj Cb c2Ij C V2b c bbb ebbb e1j C r VVr Yb c2b c bb21bbb

18、bb ebbb e11j C Vj C r VIrr Yr Y ebbbcbre1YrCjy3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数01VCb c fmax时,无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。max:Tfff频率参数的关系02,1TTTffffffffff或者1PA max1:24mbbb eb cgfr C C可以证明电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.3 单调谐回路谐振放大器 p按调谐回路分u单调谐放大器 u双调谐放大器p按晶体管连接方法分 u共b、共e、共c放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)

19、(II)u R1、R2、R3为偏置电阻，决定工作点， u LF、CF为滤波电路，负压供电 u C4、L组成L、C谐振回路 u R4是加宽回路通频带 u Rp是并联回路本身的损耗所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并联回路的结论均可应用。 C4R3LFCFC3R2R1C2P1R4P2abL+3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 p 等效电路分析因为讨论的是小信号，略去直流参数元件即可用Y参数等效电路模拟。数学分析：由图可知： 代表

20、由集电极C向右看的回路导纳(对外电路而言Vc是上正下负，故Ic有一负号) C P1 g P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc YfeVi yoe yie2 Vo + Vo + c Ic bieireccfeioeCccL(1)(2)(3)Iy Vy VIy Vy VIVY 对外电路而言Vc是上负下正，故Ic有一负号电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)因为(3)=(2)所以：(4)代入(1)得：所以放大器输入导纳为：3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 (1)(2)(3)bieireccfeioeCccLIy Vy VIy

21、Vy VIVY .(4)fecioeLyVVyY 22ie22111()LYgj cP yPj L iLoefereiebVYyyyyIbrefeiieioeLIyyYyVyY电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 p 放大器的质量指标：u1)电压增益根据电压变比关系：所以：由于：所以：oViVAV C P1 g P2 a b L Is Ys Vi + Ib yie1 yreVc yfeVi yoe yie2 Vo + Vo + c Ic 2211feocViioeLp yVp VAVp VpyY 2oabVp V1a

22、bcVVp21ocpVVp2221LpieYGj Cp yj L222221111LLpieYYGj Cp yppj L 2212211121fefefeVoeLoeLLoep yp yp p yApyYp yYYpyp 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)令：所以：令：则：3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 放大器输出电导放大器输出电容下一级放大器输入电导下一级入大器输出电容并联回路的导纳222oeoeoeieieieygj Cygj C1222221221221feVoeieooeiep p yAp gp gGjCp Cp Cj L2222122

23、122;oeieooeiegp gp gG CCp Cp C121VfeAp p ygj Cj L 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 当角频率 在谐振频率 附近时：谐振时：并联回路的导纳121VfeAp p ygj Cj L 012021feVLp p yAQfgjf00012, fffLCff 式中：是工作频率对 的失谐0LCQg是回路的等效品质因数1212022122fefeVoeiep p yp p yAgGpp gp gfeoofefeo180,180y180而是相差不是因此输入和输出之间的个相角是一个复

24、数，它也有一的相位差。此外号表明输入和输出有电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3。3。1单级单调谐回路谐振放大器匹配条件：单调谐回路损耗较小时，即gP很小单调谐回路谐振、匹配电压增益时222211ieoepp gp gG112oegpg222iegpgmax112fevooeoeyAgg 2222112iogp gp g3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)电压增益的相关结论：电压增益的相关结论：的函数是工作频率fAV时，当0f 1212022122fefeVoeiep

25、p yp p yAgGpp gp gfeoofefeo180,180y180而是相差不是因此输入和输出之间的个相角是一个复数，它也有一的相位差。此外号表明输入和输出有oiofe180VV0相位差才是和，当频率较低时，成反比。导成正比，和回路的总电与晶体管正向传输导纳gyAfevo(3) QL不能太低，否则增益不能太低，否则增益Av0较低较低3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)u电压增益的相关结论3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)例题：

26、单调谐回路放大器中，工作频率为10MHz，晶体管参数：求匹配状态下的电压增益 。30,10,100feieoeymSgmS gS0vA电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)u2)功率增益下一级输入导纳02(oPioieiPGPPgP谐振时）；：输出端负载上获得的功率：放大器的输入功率 goe a b P1yqeii gie2 P1goe 2 P1 P2 P2gie2 2 a b GP yqevi gie vi 21iiiePv g212222222feioabieiep yVPV p gp gg 22221222211feieiePoVoieiep p

27、yggAAggg故：本级输入导纳3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)用db表示时：忽略回路本身的损耗 匹配条件为:10lgPoPoAAdb（）PoA22122oeiep gp g2222122(max)22max1221144iefefeoPoiieieoeieoep p gyypApgp gp ggg故最大功率增益为：3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)实际情况下， 不能忽略OG2222max11()1144fefeOLPooeieo

28、eieOyyGQAg ggg gQ00021 1 1/ 1LOLOQLgQLGQQ式中：为回路有载品质因数为回路空载品质因数称为回路的插入损耗3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)u3)通频带 随f变化的曲线，叫做谐振曲线。 通频带：VVoAA20121VVoLAAQff由于0.700.7012,122VLVoLAQfffAfQ如果：则故：结论：结论： 品质因数越高，放大器通频带越窄。品质因数越高，放大器通频带越窄。3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(

29、II)(II)n 与通频带的关系带宽增益乘积为一常数带宽增益乘积为一常数00000.700.71242LLCQLggCf Cgf CfQf12120.74fefeVop p yp p yAgf C 故：VoA电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 讨论u 当 确定，p1和p2不变时， 只取决于 和 的乘积，电容越大，通频带越宽， 变小。u 为了获得高增益，宽频带，除了选用较大的晶体管外，应该尽量减小谐振回路的总电容 ，但是这样会导致系统的稳定性变差。u 对于宽带而言，要使 尽量大，因为频带很宽，谐振曲线不稳定是次要的，对于窄带放大器， 尽量大，使谐振

30、曲线稳定(不会使通频带改变，以至引起频率失真)。 feyC0.72 fVoACVAC3.3.1单级单调谐回路谐振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)u4)单调谐放大器选择性以用矩形系数来表示0.1 0.10.722rfkf00.1010.1,21VVLAAQff如果则200.12101LffQ 20.10.10.7210112rfkf故矩形系数：所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1 1，故其邻，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。3.3.1单级单调谐回路谐

31、振放大器 电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)例3.1单调谐回路放大器中，工作频率为10MHz，晶体管参数u1)谐振时的电压增益 ；u2)谐振回路电容C；u3)通频带 ；58.3,1.2,1,400feieieoeymSgmSCpFgS1209.5,1.4,0.9,0.3,100oeCpFLHppQ0,rey且求0vA0.72 f单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)单调谐回路放大器电路图单调谐回路放大器电路图1R ccV2R3RLC2C1CFCFL2p1p单调谐回路谐振放大

32、器(设计性例题)等效电路图等效电路图CRpLoeCp21oegp21ieCp22iegp22电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)解：1)谐振时的电压增益76001002101.4 108.8pRQLk12262331(0.9)400 10(0.3)1.2 108.8 100.55ppoiGGggmS3.12030.90.3 58.3 1028.80.55 10fevpp p yAG 单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)2)谐振回路电容C227601118022101.4 1

33、0CpFfL2212oeieCCp Cp C2212oeieCCp Cp C22180(0.9)9.5(0.3)12171CpF单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3)通频带 回路的有载品质因数： 回路的通频带：376011210.55 102101.4 10LpQGL700.710247621LffkHzQ单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)4)在LC回路上并联一个10k的电阻R4，则Rp变成了Rp4111110.2148.810ppmS

34、RRR220.214(0.9)0.4(0.3)1.20.65pGmS3.12030.90.3 58.3 10240.65 10fevpp p yAG 376011170.65 102101.410LpQGL700.710256817LffkHzQ单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 例题： 设计一个中频放大器，指标如下：中心频率为465kHz，通频带为8kHz。负载为下级一个完全相同的晶体管输入阻抗，采用自耦变压器网络。解：选用高频小功率晶体管，当 时，它的Y参数为：6 ,2CEEVVImA1.2,12,400,9

35、.5ieieoeoegmSCpFgSCpF58.3,22 ,310,88.8feferereymSyS 单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)设暂不考虑 的作用，由输入和输出导纳的基本公式，得rey33121.2 102465 1012 10(1.20.035)iieieieYygj CjjmS(0.40.028)ooeoeoeYygj CjmS单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)实际电路设计：在前述基本电路的基础上增加各种辅助元件即得到实际

36、电路。1RccV2ReRieCeCcCL1Nieg1CCcRN2N 信号输入 iY负负载载R Rc cC Cc c为去耦电路为去耦电路单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)设选取回路总电容 ，则回路电感为：0200,100CpFQ23212011586(2465 10 )200 10LHC312002465 10200 105.84100pCGSQ3030.7465 105828 10LfQf单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)并联到LC回路

37、上的总损耗电导为：匹配时抽头比：3601110582465 10586 10pLGSQL6116110 100.11222400 10poGNpNg6223210 100.06522 1.2 10piGNpNg单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)计算本级增益：或者：3.063max1258.3 104222 400 101.2 10fevoiyAg g 200maxmax()1764pvAA200maxmax10lg()10lg176432.5pvAAdB0max20lg4232.5()vAdB标量单调谐回路谐振放大

38、器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)回路的插入损耗：105820lg 120lg 17.54100LQKQ 2.0max012()20lg132.57.54252feLvoiyQAQg g220max120()10lg1254feLpoiyQAg gQ单调谐回路谐振放大器(设计性例题)电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p谐振放大器电路设计的基本方法：u1)设定主要电路指标；u2)选择元件及相应的参数；u3)设计对应的原理电路图；u4)计算对应的放大器指标。单调谐回路谐振放大器(设计性方法)

39、电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p单调谐回路放大器的矩形系数比1大很多，反映在频率特性上即幅频特性曲线与理想矩形相差甚远，所以其频道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。因此要采用多级放大器。p级联后的放大器，其增益、通频带和选择性都将发生复杂的变化。3.3.2 多级单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.3.2 多级单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p1)电压增益u假如放大器有m级，各级电压增益分别为 则总增益 是各

40、级增益的乘积，即u如果各级放大器由完全相同的单级放大器组成，则u对于多级放大器的级联增益，其具体构成关系为：同理，可以得到多级放大器的功率增益关系。12vvvmAAA 、12mvvvmAA AA mA1mmvAA1212(1)1(1)oooomomvvv mvmiioo mmVVVVVAA AAAVVVVV 3.3.2 多级单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p2)通频带um级相同放大器级联时，其归一化谐振特性曲线可表示为：u它等于各单级谐振曲线的乘积，因此存在n1)级数越多，谐振曲线越尖锐；n2)选择性变好，但通频带变窄。202

41、0121mmmLAAfQf3.3.2 多级单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)多级放大器的谐振曲线0mmAAf0f1 m2 m3 m7 . 02 f mf)2(7 . 0 3.3.2 多级单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带(2f0.7)mm级相同放大器级联同样满足 的关系，因此m级相同放大器的通频带 为21202011221mmmLAAfQf0.7(2)mf1100.70.7(2)2121 2mmmLfffQ 3.3.2 多级

42、单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)um级相同放大器级联时，总的通频带比单级放大器的通频带缩小，级数越多，m越大，总的通频带越小。u如果要求m级总的通频带等于原单级的通频带，则每级的通频带都要增加为原来的X倍u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。0.710.721(2)21mmfXf3.3.2 多级单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 3)选择性(以矩形系数为例)故m级单调谐放大器的矩形系数为：10.10.110.7(2)1001(2)21mm

43、rmmfKfm12345678910Kr0.19.954.83.753.43.23.13.02.942.922.92.56当级数增加时，放大器的矩形系数确实有所改善，但是改善当级数增加时，放大器的矩形系数确实有所改善，但是改善的程度是有限的。的程度是有限的。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, ,但是但是选择性选择性较差，较差，增增益与通频带益与通频带的矛盾突出。的矛盾突出。0:0.1VVAA根据定义 当时100.1(2)1001mmLffQ 3.3.2 多级单调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)

44、双调谐回路谐振放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。双调谐回路谐振放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。它是改善放大器选择性和解决放大器增益和通频带之间它是改善放大器选择性和解决放大器增益和通频带之间矛盾的有效方法之一。矛盾的有效方法之一。ccV2C2L1L1C oV2T 1TiV 3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 双调谐回路谐振放大器等效电路：3.4 双调谐回路谐振放大器.oV 2CieC2L2pieg.iV 1C1L1poeCoeg.ifeVy2.pVo 2CieCp222Liegp221C1LoeCp21oeg

45、p21.1.ifegVypI 双调谐回路双调谐回路放大器简化放大器简化的并联等效的并联等效电路电路双调谐回路双调谐回路放大器等效放大器等效电路电路电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 一、单级双调谐回路放大器设两个调谐回路的参数相同u1 电压增益2m2222(1)4smIVg由前面知道：输出电压：.102222222(1)4imfemp yVVpgcLKKQK0.702LQff这里：1202222(1)4femimp pyVAVg电压增益3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)谐振

46、时：012021femimp pyVAVg处于临界耦合：112000122femvvimp pyVAAVg单调谐回路 f f0 1 不应小于21 3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)4000.7212422vvLAAffQ得到：可见双调谐回路带宽比单调谐回路增加了 倍。2处于临界耦合：1u2 通频带222202(1)4vvAA与第二章耦合回路谐振曲线表达式一致。3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)双调谐回路谐振放大器的矩形系数：令 则0110vvAA4

47、00.10211024vvLAAfQf2400.122101LffQu3 矩形系数3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)双调谐回路谐振放大器的矩形系数：小于单调谐回路的矩形系数240.10.10.721013.162rfKf2020.10.100.710121019.952LrLffQKffQ谐振时更接近于矩形。谐振时更接近于矩形。3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 二、多级双调谐回路放大器u1 通频带140.7140.711421212421221

48、2121mvmvmommmmAAffxx得到：同样结构的多级放大器，且当 时频带的减小系数比单调谐时的要小，通频带不变时，总增益下降的要少。3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)u2 矩形系数240.10.1140.72101221mmrmmmfkf与单调谐回路相比，矩形系数更接近于1，选择性要好些。3.4 双调谐回路谐振放大器电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 小结：高频小信号放大器的质量指标u1)增益u2) 通频带： u3)选择性 矩形系数； 抑制比u4)工作稳定性u5)噪

49、声系数电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.5 谐振放大器的稳定性p 谐振放大器稳定性分析工作稳定性是衡量小信号放大器质量的重要指标。其不稳定性的原因是多方面的，前面的讨论都是在输出电路对输入端没有影响的的情况下得到的结论。u1自激产生的原因 的存在改变了输入端回路的正常情况。 可以写为： 与 有关外，还是频率的函数。FYFYFFFYgjb,FFgbfereoeLyyyY、和fereiieieFoeLy yYyyYyY电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.5 谐振放大器的稳定性Fg0ff反馈电导 随频率

50、变化的关系曲线Fg 反馈导纳对放大器谐振曲线的影响电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II) 的存在改变了输入端回路的电导和电纳。 改变了回路的品质因数QL值； 引起了回路的失谐；他们都影响回路的增益、通频带和选择性；引起谐振曲线发生畸变。FYFgFb3.5.1 自激产生的原因电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II) 在某些频率上呈现负值，即呈负电导性，因此使回路总电导减小，因此有载品质因数 增加，通频带减小，增益也因损耗的减小而增加。这可以理解为负电导 供给电路能量，出现正反馈。如果反馈到输入端回路的电导 负值抵消

51、了回路原有的 电导 正值，则输入端回路总电导为零，反馈能量抵消了回路损耗的能量，放大器处于自激振荡工作状态。FgLQFgFgsiegg0Fsieggg3.5.1 自激产生的原因电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)A0f0f 有内反馈 无内反馈 反馈导纳对放大器谐振曲线的影响反馈导纳对放大器谐振曲线的影响3.5.1 自激产生的原因电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)自激振荡状态：即使的 负值还没有完全抵消 的正值，但放大器已经倾向于自激，此时其工作已经不稳定。因此必须克服或降低晶体管内部反馈的影响，使放大器远

52、离自激。Fgsiegg3.5.1 自激产生的原因电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p 当Ys + Yi = 0 回路总电导g = 0 放大器产生自激。 此时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。表明放大器反馈的能量抵消回路损耗的能量，且电纳部分也恰好得到抵消。0siYY0feresieoeLy yYyyY()()1sieoeLfereYyyYy y3.5.2 放大器产生自激的条件电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)Y0SiY自激条件：好得到抵消。且电纳部分也恰抵消回路损耗的能量，表明放

53、大器反馈的能量0fereSieoeLy yYyyY1SieoeLfereYYyYy y讨论：，反馈变强，等式左边变小接近于1，变的不稳定。，反馈变弱，等式左边变大远离1，系统变得稳定。rereyy3.5.2 放大器产生自激的条件电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)推导放大器稳定的条件：11()(1)siesieiesieYyggj Cj Cj Lggj2()(1)LoeLoeYyGgj0fereSieoeLy yYyyY1SieoeLfereYYyYy y3.5.2 放大器产生自激的条件电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路

54、(II)(II)当放大器输入、输出回路相同时，有：121222()()()(1)1ferejsieoeLjferegggGeyye3.5.2 放大器产生自激的条件电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II) 放大器自激必须分别满足幅值和相位两个条件：u幅值条件：u相位条件：上面的式子说明：只有 足够大时，式左边部分才可能小于1，满足自激的幅值条件。2()()(1)1sieoeLferegggGyyrey222ferefereferearctgtg，3.5.2 放大器产生自激的条件电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)

55、p 作为判断谐振放大器工作稳定性的依据，S称为谐振放大器的稳定系数。p 若S = 1，放大器将自激。S 1时，放大器能稳定工作。p 一般要求稳定系数S 5 10。21sieoeLrefegggGSyy3.5.2 放大器产生自激的条件电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)3.5.3 Avo与S的关系 实际上，由于工作频率远低于晶体管特征频率0fe,0,Tfefefeffyy因此090rererereyyjC 且中，电纳起主要作用，即，1 代入相位条件得：可能产生自激。点时，在低于故有频率的某一说明：当, 1f物理上的解释：相当于输入输出回路呈感性，在经过反馈电容的耦合，形成电感反馈三端振荡回路。1202012002,2feVfereVfereyg gSAgyCggAySC如果则有：12sieoeLggggGgS如果令 ，带入稳定系数电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院通信电子线路通信电子线路(II)(II)p放大器的增益为：p当两电路采用全接入，则有：1202rereg gSCy120fevp p yAg 02fevyAg 3.5.3