射频电子线路电子教案：射频电子线路 第五讲

1、射频电子线路 第五讲1. 回顾上一讲内容2.晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器3.高频小信号单调谐回路谐振放大器的级联4.高频小信号双调谐回路谐振放大器 5. 第一章习题讲解作业: 2-3， 2-4， 2-6， 2-7 2.1.2 高频晶体管小信号等效电路模型与参数 1.高频晶体管网络参数模型网络参数模型实质上是将晶体管看成是四端网络，用网络参数等效晶体管特性，晶体管的内部物理过程不予考虑。输出短路时的输入导纳 输出短路时的正向传输导纳 输入短路时的反向传输导纳 输入短路时的输出导纳 网络参数的物理含义短路导纳参数仅表示晶体管在输入端或输出端短路时的参数。它们是晶体管本身的参数只与晶体管的特

2、性有关而与外电路无关所以又称内参数。晶体管构成放大器后，由于输入端、输出端都接有外电路晶体管和有关外电路被看成一个整体，于是得到相应的放大器y参数它们不仅与晶体管有关而且与外电路有关，故又称外参数。2.高频晶体管的物理模型混合型等效电路3晶体管混合型电路参数与网络参数之间的转换输出短路,计算yie和yfe输入短路,计算yre和yoe2.1.3 晶体管的高频参数 1.短路电流放大系数 和 截止频率f即 时，Cbe，bc和rbe三者并联 式中 是低频 时的电流放大系数。截止频率f 定义：当 的频率，即解上述方程得： 2.特征频率fT晶体管的放大性能还用特征频率fT表示。 fT是 时的频率. 解之得

3、: 当0远远大于1时共射阻态高频电流放大倍数例:MRF571， ， ，计算 时的 。解：当晶体管共射组态时，工作于远大于 的工作频率时，电流放大倍数的模值与fT的关系式(出厂参数有fT和0)最高振荡频率 :晶体管功率增益 时的工作频率, 表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。在此频率工作时，晶体管已得不到功率放大。一般当工作频率大于最高振荡频率时，无论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。 表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。实际工作频率应小于等于最高振荡频率的1/31/4。可以证明高频晶体管各频率参数的大小关系2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器“等效电路”法分析小信号调谐放大器三

4、个主要步骤首先是认识电路，包括认清电路的组态（共射电路等）、各元器件的作用，这是电子线路读图的基础；其次分析电路的直流通路(直流偏置)和交流通路，以便了解电路的实际功能；最后在画出交流等效电路（如Y参数等效电路）的基础上，根据定义计算放大电路的各参数，以此分析放大器的电路特性、技术性能和频率响应等。 一级中放交流等效电路图一级中放的y参数等效电路图2-7 一级中放y参数等效电路 1. 放大器的输入导纳 由图2-7 b可得到： 所以 放大器的输入导纳为 (2-21) 2. 电压增益 (2-22) 图中电压放大倍数的定义: 先求的集电极电压，由右图可知恒等变形可得通过并联谐振回路电压VP中转实际晶

5、体管的等效参数显容性令当时 (2-28) 定义谐振放大器的归一化抑制比 谐振频率有载品质因数广义失谐调整接入系数求电压增益最大值 令 将p1带入2-28式将p2带入2-28式令 将p1opt p2opt带入2-28式谐振时功率增益Ap输出部分谐振时并联回路和输出都谐振时令功率增益的各项表达式的物理含义物理含义1)失配损耗 2)回路损耗3)失谐影响 4)最大增益 4. 小信号单调调谐回路谐振放大器的通频带与选择性谐振放大器的归一化抑制比与单调谐回路有相同表达式 故3dB通频带也与单调谐回路有相同表达式 (1-119)选择性(矩形系数)也与单调谐回路有相同表达式 例2.1 如图2-9所示单谐振回路

6、放大器， 已知晶体管的y参数，求1)放大器工作中心频率2)谐振时电压增益 3) 放大器带宽解： 1) 工作中心频率2)谐振时电压增益3) 放大器带宽2.1.5 高频小信号单调谐回路谐振放大器的级联当单级放大器的增益不能满足要求时,即可采取多级放大器。其中每一级可调谐在同一个频率上，称为同步调谐放大器;也可以调谐在不同的相近的频率点上,称为参差调谐放大器.1.级联放大器的电压增益总增益的模 |Av|=|Av1|*|Av2|*|Av3|Avn | 2.38若各级放大器是完全相同的单级放大器,则2.级联放大器的通频带与选择性若各级放大器是完全相同的单级放大器，归一化抑制比3dB带宽：令f0.7代表A

7、n/An0=0.707时的频率偏移,则有 解上式得(2.41) n是大于1的正整数, 称为级联放大器缩小因子。具体数值见表2.1所示。表2.1 带宽缩小因子级数n123456781.00.640.510.430.380.350.320.30级联放大器的选择性按矩形系数的定义可得表2-2 矩形系数与级数的关系级数n12345910K0.19.954.903.753.403.202.892.852.56当级数n增加时,矩形系数有所改善，级数越多，Kr0.1变化越缓慢。即当n趋于无穷时,Kr0.1也只有2.56。可见这种改善是有限度的。随着级联级数的增加，增益变大，通频带却变窄，通常需要大的增益又需

8、要足够的通频带，参差调谐放大器就是为了解决这个矛盾而提出的。2.1.6 高频小信号双调谐回路谐振放大器 多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这种放大器称为双调谐放大器。 双调谐放大器等效电路 为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，则得到如图b所示的效电路，这是一个典型的互感耦合双调谐回路 考虑到两个回路的参数相同，可得到 式中, 是回路耦合因数, 是回路的相对表示回路的耦合程度，称为回路耦合系数。 失谐, 当一次、二次侧回路谐振(

9、=0)时, 放大器电压增益 双调谐谐振放大器归一化抑制比双调谐放大器较常使用的是临界耦合，谐振曲线表示为: 令 = 0.707，得通频带为: 同样可得矩形系数为: 场效应管调谐放大器 (1) 场效应管在正常工作时，栅极电流很小(A级)，所以场效应管的输入阻抗很高，一般在107以上。 (2) 场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的输出电阻比晶体管的输出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的Q值，提高调谐放大器的选择性。 高频集成放大器 (1) 特性和参数的一致性好。常采用结构对称或元件参数匹配的电路形式(如差分放大器等)，利用参数补偿的原理来提高电路的性能，尤其

10、是提高电路的高频特性。(2) 采用电路性能好的复合结构电路。在模拟集成电路中，常采用复合晶体管：共射共基组合、共集共基组合或共源共栅组合等复合结构电路。(3)外接元件少、可靠性高。由于在半导体芯片上制作电感、大容量电容及高阻值电阻等较为困难，只需要在集成放大器外接入大电容、电感等少量元器件。 2.1.7 高频小信号调谐放大器的稳定性 1.放大器稳定性分析 前面分析小信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的。但在实际应用中，晶体管的反向传输导纳，放大器的输出电压可通过反馈到输入端，使输入电流发生变化。 放大器的输入导纳为：振荡的临界条件为：设输入、输出回路相同， 自激振荡条件 放大器不稳定稳定性

11、系数放大器稳定的临界状态放大器稳定 设 反馈电容输入、输出回路都是部分接入接入系数为考察增益与稳定系数之间的关系,作进一步分析.稳定性系数 是与放大器的电压增益相关联的。电压增益 就被限定了晶体管选定后(即 和 给定)增益太高，会引起电路稳定性恶化。 若工作频率确定且确定将放大器的电压最大增益表达式 带入前式 且分析特定情况,假定2.提高放大器稳定性的措施 一是从晶体管本身想办法，选取反向传输导纳yre小的晶体管。 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。平衡条件 即 图2-12谐振回路的中和电路(1) 中和法 (2) 失配法 图2-13 共射共基级联放大器

12、习题讲解 习题 某晶体管在VCE=10V，IE=1mA时的fT=250MHz，又 可忽略,求该晶体管在fT=10MHz时的共发射极电路的Y参数。习题晶体管组成的单回路中频放大器，如图所示。已知fo=465kHz，晶体管经中和后的参数为：gie=0.4mS,Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，Yfe=36.8mS,Yre=0，回路等效电容C=200pF，中频变压器的接入系数p1=N1/N=0.35，p2=N2/N=0.035,回路无载品质因数Q0=80，设下级也为同一晶体管，参数相同。试计算： （1）回路有载品质因数 QL和 3 dB带宽 B0.7;（2）放大器谐振时的电压增益

13、；(3) 中和电容值。（设Cbc=3 pF）解：根据已知条件可知,能够忽略中和电容和yre的影响。得：1)有载品质因数 QL答：品质因数QL为40.4,带宽为11.51kHz,谐振时的电压增益为30.88,中和电容值为1.615pF2）放大器谐振时的电压增益3) 中和电容值3 dB带宽 B0.7习题 三级单调谐中频放大器，中心频率f0=465 kHz，若要求总的带宽 B0.707=8 kHZ，求每一级回路的 3 dB带宽和回路有载品质因数QL值。 答：每级带宽为15.7kHz,有载品质因数为29.6。解：设每级带宽为B1，则：习题如图所示中频调谐放大器采用3AG55作放大管，已知fo=465kHz，调谐回路采用TTF-2-3型中频变压器，L=560H, Q0=100, N1-2=48匝， N1-3=162匝， N4-5=13匝。3AG55的参数为：gie=1.7mS,Cie=58pF，goe=290S，Coe=6.4pF，Yfe=32mS,Yre=0，试计算： （1）放大器的谐振电压增益； （2）谐振功率增益； (3) 通频带； (4) 回路插入损耗。解题思路 图 (a)的交