第二章高频放大电路

第二章高频放大电路第1页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.1高频电路中的元器件金属膜电阻<碳膜电阻<线绕电阻

表面贴装（SMD）电阻<引线电阻

小尺寸的电阻<大尺寸的电阻

2、电容的高频等效电路

3、电感的高频等效电路

1、电阻的高频等效电路*2第2页，共69页，2023年，2月20日，星期三品质因数电感的品质因数

对于通信电路中应用的电感来说，其Q值通常为几十至一二百。*3第3页，共69页，2023年，2月20日，星期三高频电路中的有源器件1、晶体二极管

2、双极型晶体管与场效应管

1）高频小功率管

主要要求高增益和低噪声

2）高频功率放大管

主要要求除了增益外，还要求在高频时能够有较大的输出功率。*4第4页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.2谐振回路的基本特性

*5第5页，共69页，2023年，2月20日，星期三选频网络的基本特性

要求选频电路的通频带宽度与传输信号有效频谱宽度相一致。理想的选频电路通频带内的幅频特性fof1f22Δf0.72Δf0.1理想实际α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20通频带外的幅频特性应满足

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。

矩形窗函数的选频电路是一个物理不可实现的系统，实际选频电路的幅频特性只能是接近矩形定义矩形系数K0.1表示选择性：2Δf0.7称为通频带：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形系数均小于1。*6第6页，共69页，2023年，2月20日，星期三选频网络的基本特性

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

即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同时间τ，这样才能保证输出信号中各频率分量之间的相对关系与输入信号完全相同。φo+π/2φ(f)f-π/20-φofof1f22Δf0．7理想实际

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波形产生变化*7第7页，共69页，2023年，2月20日，星期三RpLCRSiSRLCRSiS2.2.1LC选频回路RLCRSuS*8第8页，共69页，2023年，2月20日，星期三RLCRSiS2.2.1LC选频回路ZPRLCRSuSZS*9第9页，共69页，2023年，2月20日，星期三RLCRSuSRLCRSiS2.2.1LC选频回路RpLCRSiS*10第10页，共69页，2023年，2月20日，星期三RLCRSuSRpLCRSiS2.2.1LC选频回路+ui-ii*11第11页，共69页，2023年，2月20日，星期三RLCRSuSRLCRSiS*12第12页，共69页，2023年，2月20日，星期三RLCRSuSRLCRSiS*13第13页，共69页，2023年，2月20日，星期三电感性电容性电容性电感性RpR*14第14页，共69页，2023年，2月20日，星期三Q2>Q1Q11OQ2或OQ1Q2或同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为*15第15页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.2.1LC选频回路RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-*16第16页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.2.1LC选频回路11*17第17页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.2.1LC选频回路RpLCRSiSRLRLCRSuSRL*18第18页，共69页，2023年，2月20日，星期三为方便讨论，定义在谐振时的特性阻抗为：并联谐振回路

串联谐振回路

*19第19页，共69页，2023年，2月20日，星期三例设图所示高Q电路中，Is=1mA，L=100H，C=100pF，Rs=100KΩ，RL=50KΩ，电感的损耗电阻r为10Ω，试计算谐振回路总的品质因数和谐振时回路两端电压。解：将电路图等效为下图所示*20第20页，共69页，2023年，2月20日，星期三LC阻抗变换网络

BX1RXR1AABX2R2*21第21页，共69页，2023年，2月20日，星期三BX1RXR1AABX2R2*22第22页，共69页，2023年，2月20日，星期三RL1CRSiSL2RpCRSiS*23第23页，共69页，2023年，2月20日，星期三RLN1N2M+u1-+u2-C二变压器阻抗变换电路RL'

假设初级电感线圈的圈数为N1，次级圈数为N2，且初次间全耦合(k=1)，线圈损耗忽略不计，则等效到初级回路的电阻RL'上所消耗的功率应和次级负载RL上所消耗功率相等，即

或变压器初次级电压比u1／u2等于相应圈数比N1／N2，故有

可通过改变比值调整RL'的大小。*24第24页，共69页，2023年，2月20日，星期三三回路抽头的阻抗变换L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL*25第25页，共69页，2023年，2月20日，星期三三回路抽头的阻抗变换iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRL'RS'iS'LCRL'RS'iS'abab*26第26页，共69页，2023年，2月20日，星期三iSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab三回路抽头的阻抗变换

+ucb-+uab-+udb-+uab-*27第27页，共69页，2023年，2月20日，星期三iSRSL2L1C2C1RLacbd4接入系数（抽头系数）

iLiSiCiRiL>>iS；iC>>iR*28第28页，共69页，2023年，2月20日，星期三ususisis双耦合谐振回路及其选频特性

*29第29页，共69页，2023年，2月20日，星期三isis双调谐回路（耦合回路）+u2m-+u2m-*30第30页，共69页，2023年，2月20日，星期三双调谐回路（耦合回路）1*31第31页，共69页，2023年，2月20日，星期三双调谐回路（耦合回路）1*32第32页，共69页，2023年，2月20日，星期三双调谐回路（耦合回路）1*33第33页，共69页，2023年，2月20日，星期三第二节作业2.2.2，2.2.4，2.2.5*34第34页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.3.1小信号谐振放大电路

晶体管的高频小信号等效模型高频小信号调谐放大器高频调谐放大器的稳定性*35第35页，共69页，2023年，2月20日，星期三高频小信号调谐放大器

（highfrequencysmallsignalamplifiers）*36第36页，共69页，2023年，2月20日，星期三高频小信号调谐放大器

（highfrequencysmallsignalamplifiers）*37第37页，共69页，2023年，2月20日，星期三Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’e1晶体管的高频小信号等效模型eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmub’e*38第38页，共69页，2023年，2月20日，星期三yieyoeyreuceyfeube+u1-+u2-i1i2+ube-+uce-ibic二Y参数等效电路*39第39页，共69页，2023年，2月20日，星期三yieyoeyreuceyfeube+ube-+uce-ibic*40第40页，共69页，2023年，2月20日，星期三yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe*41第41页，共69页，2023年，2月20日，星期三1*42第42页，共69页，2023年，2月20日，星期三*43第43页，共69页，2023年，2月20日，星期三45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc1.2.2高频小信号调谐放大器Rb1Rb2ReEc32154B1B2CLyLVT输入回路输出回路晶体管*44第44页，共69页，2023年，2月20日，星期三32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-32154B1B2CLyLVT*45第45页，共69页，2023年，2月20日，星期三32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL二、放大器性能参数分析：ib+ube-iC+uce-YiiCyfeubeyoe+uce-*46第46页，共69页，2023年，2月20日，星期三yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYSiC*47第47页，共69页，2023年，2月20日，星期三yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiS+u54-+u31-+u21-+ube-iCyfeubeyoe+uce-*48第48页，共69页，2023年，2月20日，星期三yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeYLyLyfeubeyoe+u54-+u31-+u31-p1yfeubep1yfeube+u31-*49第49页，共69页，2023年，2月20日，星期三p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego+u31-*50第50页，共69页，2023年，2月20日，星期三1B*51第51页，共69页，2023年，2月20日，星期三1*52第52页，共69页，2023年，2月20日，星期三go二、放大器性能参数分析：+u31-*53第53页，共69页，2023年，2月20日，星期三二、放大器性能参数分析：go+u31-*54第54页，共69页，2023年，2月20日，星期三三、多级单调谐放大器Au1Au2Aun*55第55页，共69页，2023年，2月20日，星期三（2）n级放大器的矩形系数*56第56页，共69页，2023年，2月20日，星期三利用参差调谐展宽调谐放大电路的通频带

参差调谐放大电路广泛应用于要求通频带较宽的小信号调谐放大电路中，常用的有双参差调谐（成对调谐）和三参差调谐放大电路。所谓双参差调谐是把n级放大电路中每两级作为一组。假设共有m=n/2组，每组中的两级放大电路均有相同的电路结构和性能，只是把其中的一级调谐在f1=f0+Δf1上，另一级调谐在f2=f0-Δf2上*57第57页，共69页，2023年，2月20日，星期三当参差调谐频率满足f1=f0(1+1/2Q)和f2=f0(1-1/2Q)时，合成幅频特性为最为平坦；两级参差调谐放大器的选择性为：通频带为：

如果将m组双参差放大电路级联，则总选择性为：

通频带为：

当通频带维持不变时，两组参差调谐放大电路的总增益，仅下降到QL值恒定时，四级调谐在同一频率的单谐振回路放大电路总增益的(1.12)4/4=0.39倍，大大缓和了通频带和增益之间的矛盾。*58第58页，共69页，2023年，2月20日，星期三yieyreuceyfeubeyoeYSyL2.2.4高频调谐放大器的稳定性

实际上yre≠0，即输出电压可以反馈到输入端，引起输入电流的变化，从而可能使放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大，且在相位上满足正反馈条件，则会出现自激振荡现象。1.共发射极放大器的最大稳定增益

u'beuce

由于内反馈的存在，在放大器的输入端将产生一个反馈电压u'be，定义稳定系数S:S＝ube(jω)／u'be(jω)u'be(jω)=-yreuce/

(YS+yie)=-yreuce/y1uce(jω)=-yfeube/

(yL+yoe)=-yfeube/y2S＝ube(jω)／u'be(jω)=y1y2/yfeyre

当S为正实数时，表明ube(jω)／u'be(jω)同相，满足自激振荡的相位条件。

当|S|>1时，|ube(jω)|>|u'be(jω)|，不满足振幅条件，放大器不会自激；当|S|≤1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|S|＝5～10。

*59第59页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.2.4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

当晶体管的工作频率远低于特征频率fT时:

yfe≈|yfe|≈gm,yre≈jωCb'c，φre＝90o

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:当取S=1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S=5，此时电压增益称为最大稳定增益。即为

*60第60页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.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yre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电路(中和电路)，来抵消晶体管内部参数yre的反馈作用。

CNCL2L1VT2VT1ECCL1L2VT1VT2CNCb'ciNif

用一个电容CN来抵消yre的虚部(反馈电容)的影响，就可达到中和的目的。

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，对其它频率只能有部分中和作用。中和电路的效果很有限。

*61第61页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.提高放大器的稳定性的方法

失配法通过增大负载电导YL，进而增大总回路电导，使输出电路严重失配，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。

VT1VT2

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。

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1，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频率很高。

*62第62页，共69页，2023年，2月20日，星期三2.3.2集中选频的小信号谐振放大电路集中选择性放大电路框图

宽带集成放大电路为电路提供足够高的电压增益，而集中选择滤波器则满足电路的通频带宽和选择性高的要求一.集中选择性滤波器

完全由无源元件组成的滤波电路称为无源滤波器，这种滤波器不但没有增益，而且还会对信号产生衰减（即使对于通带内的信号也是如此，但是对于阻带信号的衰减要远大于对通带信号的衰减），通常把对通带内信号的衰减程度称为插入损耗（简称为插损）。*63第63页，共69页，2023年，2月20日，星期三

由滤波网络和加有反馈的放大器件共同组成的滤波电路称为有源滤波器。

常用的滤波器种类很多，如高阶LC滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等1.陶瓷滤波器

陶瓷滤波器是由锆钛酸铅[Pb(ZrTi)O3]压电陶瓷材料（简称PZT)