Chapter 2 高频小信号放大器0305、0312、0319

1、Chapter 2 高频小信号放大器 2.1 概述 2.2 串并联谐振回路 2.3 晶体管高频小信号等效电路 2.4 晶体管谐振放大器 2.5 小信号放大器的稳定性 2.6 实用小信号放大器 2.1 概述1.选频的基本概念 所谓选频就是选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量。2.选频网络的分类 单振荡回路耦合振荡回路振荡回路（由L、C组成）各种滤波器LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器3.高频小信号放大器的特点 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 小信号信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器)4. 高频小信号放大器的分类按所用的材料:

2、 晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集成电路（IC)按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器按电路形式：单级放大器和多级放大器按负载性质：谐振放大器和非谐振放大器 5. 高频小信号放大器的质量指标A 增益（放大系数） 电压增益： 功率增益： 分贝表示：B 通频带 放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/ )倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用 表示。2f 0.7也称为3分贝带宽。0.5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

3、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，放大器增益愈小。C 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。 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。2f 0.1, 2f 0.01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。 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

4、An = 1 用分贝表示dn(dB) = 20 lgdn E 噪声系数： 放大器的噪声性能可用噪声系数表示： NF越接近1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，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。 为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。 D 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。 2.2.1 串联谐振回路特性 信号源与电容和电感串接，就构成串联振荡回路。 串联

5、振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小值，而偏离这个特定频率的时候阻抗将迅速增大。单振荡回路的这种特性称为谐振特性，这个特定频率就叫做谐振频率。 谐振回路具有选频和滤波作用。2.2 串并联谐振回路1 阻抗 当 时达到最大2 谐振频率 当 0时，|Z|R， 0 ，X 0呈感性 0 ，X0呈容性 =0 ,|Z|=R,X=0达到串联谐振。 当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗。用表示谐振时电流最大且与电源同相 3. 品质因数Q 谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R的比值，它表示回路损耗的大小. 因此串联谐振时，电感L和电容C上的电压达到最大值且为输入信号电压的Q倍，故串联谐振也称为电压谐振。

6、 电感线圈与电容器两端的电压模值相等，且等于外加电压的Q倍。Q值一般可以达到几十或者几百，故电容或者电感两端的电压可以是信号电压的几十或者几百倍，称为电压谐振。4. 谐振曲线和通频带 串联谐振回路中电流幅值与外加信号频率之间的关系曲线称为谐振曲线。 Q值不同即损耗R不同时，对曲线有很大影响，Q值大曲线尖锐，选择性好，Q值小曲线钝，通带宽。通频带 回路外加电压的幅值不变时，改变频率，回路电流I下降到Io 的 时所对应的频率范围称为谐振回路的通频带用B 表示 5.信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响 通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q值叫做无载Q（空载Q值） 如式 把接入信号源内阻和

7、负载电阻的Q值叫做有载Q值，用QL表示： 其中R为回路本身的损耗，RS为信号源内阻，RL为负载 结论： 串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小(恒压源）和负载电阻RL也不大的情况。 对于信号源内阻和负载比较大的情况，宜采用并联谐振回路。结构：电感线圈、电容C、外加信号源相互并联的振荡回路。 如下图所示：其中由于外加信号源内阻很大，为了 分析方便，采用恒流源。2.2.2 并联谐振回路特性1. 阻抗2 谐振频率谐振时的阻抗特性：3. 品质因数 一般Q为几十到几百，因此信号源的电流不是很大，而支路内的电流却是很大。谐振时电感支路或者电容支路的电流幅值为外加电流源IS的QP倍。并联谐振又称为电流谐振

8、。 回路端电压 谐振时回路端电压 由此可作出谐振曲线 4.谐振曲线、相频特性曲线和通频带在小失谐时：结论：相角： 当回路端电压下降到最大值的 时所对应的频率范围 5.信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响2.2.3 串、并联阻抗的等效互换串并联阻抗的等效互换故： 由于串联电路的有载品质因数与并联电路的有载品质因数相等所以等效互换的变换关系为：当品质因数很高（大于10或者更大）时则有串并联等效互换分析：2）串联电抗 化为同性质的并联电抗 且：3）串联电路的有效品质因数为1）小的串联电阻 化为大的并联电阻 且：2.2.4 并联谐振回路的耦合连接与接入系数单振荡回路具有频率选择性和阻抗变换的作用。

9、但是：1、选频特性不够理想 2、阻抗变换不灵活、不方便为了使网络具有矩形选频特性，或者完成阻抗变换的需要，需要采用耦合振荡回路。耦合回路由两个或者两个以上的单振荡回路通过各种不同的耦合方式组成阻抗变换电路从功率等效角度证明：理想变压器无损耗：1、变压器耦合连接322. 双电容耦合电路负载电阻 RL 是通过双电容分压接入并联谐振回路的,称为部分接入法, 令接入系数可得(p1)113. 双电感抽头耦合电路负载电阻 是通过双电感抽头接入并联谐振回路的,称为部分接入法, 令接入系数(Pfmax时,无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。晶体管的功率增益 时的工作频率可以证明: 2.4.1 电路构成 R

10、1、R2、R3为偏置电阻，决定工作点，LF、CF为滤波电路，负压供电。C4、L组成L、C谐振回路，R4是加宽回路通频带用，Rp是并联回路本身的损耗2.4 晶体管单调谐回路谐振放大器2.4.2 放大器的等效电路分析 (3) = (2)(4) 代入(1) (4)放大器的输入导纳:2.4.3 放大器的技术指标计算1. 电压指标根据电压变比关系：所以：由于：所以：电压增益的相关结论2. 谐振曲线与通频带当 和 为定值时（电路定了，其值也定了，带宽增益乘积为常数）决定于 与 ，因为选择管子时应选取 大的，应减少 ，但 也不能取的太小，因为不稳定的电容的影响大。设 P1、P2 =1带宽增益乘积为一常数讨论

11、：1 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。2 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。3 对于宽带而言，要使 尽量大，谐振曲线不稳定是次要的，因为频带很宽，对于窄带放大器， 尽量大，使谐振曲线稳定（不会使通频带改变，以至引起频率失真）。3. 单调谐放大器的选择性所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。2.4.4 多级单调谐回路谐振放大器 若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性

12、都将发生变化。1）增益2）通频带根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带上面的分析表明: 为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的 X倍。 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。3）选择性(以矩形系数为例)结论:单调谐回路特点是电路简单,调试容易,但选择性差,增 益和通频带的矛盾比较突出。2. 5 小信号放大器的稳定性2.5.1 自激产生的原因 gF改变了回路的QL值, bF引起回路失谐。 gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。当gF = g

13、s + gie（回路原有电导）则回路总电导g = 0，QL ，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。 放大器产生自激的条件当Ys + Yz = 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，且电纳部分也切好得到抵消。 还可推导稳定系数 2.5.2 放大器的稳定系数及其稳定增益 Avo与S的关系 讨论： (Avo)s与f有关，f(Avo)s，f yre内反馈厉害。 选管应选 大些的为好 (Avo)s只考虑内部反馈，未考虑外部反馈。 当S = 5时， (Avo)s是保持放大器稳定工作所允许的电压

14、增益，称为稳定电压增益，为保证放大器稳定工作，Avo不允许超过(Avo)s。 由于yre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虑晶体管的单向化。单向化的方法有：中和法 消除yre的反馈失配法 使GL或gs的数值增大，因而使输入和输出回路 与晶体管匹配。在实际运用中，中和法是外加一个电容抵消正反馈电容的作用 失配法： 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晶体管的输出阻抗匹配。 即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性2.5.3 克服自激的方法(1) 中和法： 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反馈互相抵消。 具体线路： 电桥平衡时，

15、CD两端的回路电压 不会反映到AB两端,即对应两边阻抗之比相等。(2) 失配法 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级晶体管的输出阻抗匹配。 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。使增益下降，提高稳定性。使Yi = yie，即使后项0，则必须加大YL 晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大.则 3. 中和法与失配法比较 中和法： 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 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。 采用中和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。 失配法： 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； 生产过程中无需调整，适于大量生产。 缺点：增益低。 2.6.1 二级共发-共基级联中频放大器电路 下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中频放大器电路。2.6 调谐放大器常用电路