高频电子线路 课件 第3章 高频小信号调谐放大器

南京信息工程大学高频电子线路第三章高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器六、本章小结七、作业五、集中选频小信号调谐放大器一、概述与导学二、晶体管高频等效电路及频率参数四、调谐放大器的级联三、小信号谐振放大器一、概述与导学一、概述与导学高频小信号放大器定义：对频率处于3MHz至30MHz范围内的高频小信号进行放大的放大器。一、概述与导学高频小信号放大器的性能指标：1.增益（放大系数）电压增益：或功率增益：或2.通频带3.噪声系数：一、概述与导学4.选择性（矩形系数和抑制比）：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。1)矩形系数：表示实际调谐曲线和理想调谐曲线的接近程度2)抑制比：表示对某个干扰信号的抑制能力5.稳定性：指电源电压变化或器件参数变化时，放大器性能指标的稳定程度。极端的不稳定现象就是放大器自激(主要由晶体管内反馈引起)，使放大器完全不能工作。一、概述与导学一、概述与导学高频小信号放大器的分类：按材料：晶体管(BJT)、场效应管(FET)、集成电路(IC)按频谱宽度：窄带放大器、宽带放大器按电路形式：单级放大器、多级放大器按负载形式：谐振放大器、非谐振放大器一、概述与导学谐调放大器级联：在实际应用中，当单调谐放大器增益和选频特性不能满足要求时，需要采用多级放大器级联的结构。集中选频小信号放大器：集中选频小信号调谐放大器由集中选频滤波器和高频线性集成放大器组成，其性能指标优于分立元器件组成的多级谐振放大器。一、概述与导学晶体管高频等效电路：1.物理模拟等效电路—混合π等效电路2.形式等效电路—Y参数等效电路二、晶体管高频等效电路及频率参数晶体管工作在高频时，晶体管的电流放大系数与频率有明显的关系，且频率越高关系越明显。1.混合π等效电路混合π等效电路从模拟晶体管的物理结构出发，用集中参数元件R、C和受控源来表示管内的复杂关系。二、晶体管高频等效电路及频率参数1.混合π等效电路为基极体电阻为发射结电阻为发射结电容

为集电结电阻为集电结电容为集-射极间电阻为集-射极间电容为受控电流源其中，简化电路二、晶体管高频等效电路及频率参数1.混合π等效电路

优点：各个元件物理意义明确，在很宽的频率范围内元件值基本上与频率无关。缺点：不同电路随器件不同而有差别，分析电路不够方便。因而混合π等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。二、晶体管高频等效电路及频率参数2.Y参数等效电路

晶体管形式等效电路是从测量使用的角度出发，把晶体管等效为有源双端口网络，用一组网络参数来构造其等效电路。现以共发射极接法的晶体管为例,将其看作一个双口网络。二、晶体管高频等效电路及频率参数2.Y参数等效电路相应的Ｙ参数方程为其中，输入导纳：输出导纳：反向传输导纳：

正向传输导纳：

二、晶体管高频等效电路及频率参数2.Y参数等效电路图中和是受控电流源，正向传输导纳越大，晶体管的放大能力愈强，而反向传输导纳越大，晶体管的内部反馈愈强。

的存在对实际工作带来很大危害,是谐振放大器自激的根源,同时也使分析过程变得复杂,因此应尽可能使其减小或削弱它的影响。

二、晶体管高频等效电路及频率参数2.Y参数等效电路

Y参数不仅与静态工作点的电压、电流相量值有关,而且是工作频率和静态工作点的函数.例如，当发射极电流Ie增加时,输入与输出电导都将增大。当工作频率较低时,电容效应的影响逐渐减弱。所以无论是测量还是查阅晶体管手册,都应注意工作条件和工作频率。二、晶体管高频等效电路及频率参数3.Y参数等效电路与混合π等效电路参数转换等效Y参数与混合π型等效电路中参数的关系式如下：不同的Y参数之间可以相互转换，只是其中所有的参数都是频率的函数，而混合π型等效电路中的各参数则均是与频率无关的。因此，在分析放大器时，用Y参数等效电路比较合适。三、小信号谐振放大器1.单调谐回路谐振放大器电路单调谐放大器由晶体管和并联谐振回路组成。下图是由三级单调谐放大器组成的三级级联放大电路及其等效电路。三、小信号谐振放大器1.单调谐回路谐振放大器电路晶体管采用Y参数等效电路，其中为信号源，内导纳用等效。晶体管在接上负载和信号源之后，晶体管的ce两端由谐振回路等效的负载导纳。集电极向右看去的回路导纳：放大器的输入导纳：

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能由于的存在，多级放大器中前后级将会相互影响。这增加了调试的难度，并且有可能导致放大器工作不稳定，产生自激现象。我们假设晶体管的，则。1)放大器的电压放大倍数电压增益：由，得到：由，，得到：

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能1)放大器的电压放大倍数

设，得到：谐振时：

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能

2)放大器的通频带放大器随变化的曲线叫做放大器的谐振曲线

称为广义失谐。当时，得到放大器的通频带：

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能

2)放大器的选择性矩阵系数：当，，因此：

单调谐放大器的矩形系数远大于1，所以选择性比较差。其实高频单调谐放大器的选频特性取决于单个LC并联谐振回路，因此其矩形系数与单个LC并联谐振回路相同。

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能

例1：调谐放大器电路如图1所示，设工作频率=10.7MHz,回路电容，=4μH，，匝数，接入系数。晶体管的Y参数如下：求第一级调谐放大器的放大倍数。

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能

解：因为，则：晶体管b-e极间等效输入阻抗近似为的电阻和电容并联。若考虑到偏置电阻，的影响，晶体管总输入电阻为，则有：因为，所以，，

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能

解：从c-e两端向左看，晶体管输出阻抗近似等效为17KΩ的电阻和10pF电容并联，另外有

谐振时，有，其中为回路总电导，它应包含回路损耗电导、回路外加并联电导及本级晶体管输出电导和下级电导折合到回路两端的电导，。因为

三、小信号谐振放大器2.单调谐回路谐振放大器性能

解：所以三、小信号谐振放大器3.场效应管调谐放大器

1)场效应管高频等效电路与双极型晶体管类似，场效应管构成的单管放大器也具有三种电路组态，即共源极电路、共漏极电路和共栅极电路，也可以由两个场效应管组成级联放大器。共源极放大器的等效电路和共源极场效应管的Y参数等效电路如下图所示：三、小信号谐振放大器3.场效应管调谐放大器

2)共源极放大器耦合电容CG和CD分别用于前后级的耦合；RS和CS构成偏置电路，形成场效应管所需要的直流偏置；输入回路L1C1和输出回路L2C2用于调谐信号频率；RD和C3组成去耦电路，用来消除高频信号流经公共电源时形成的反馈。三、小信号谐振放大器3.场效应管调谐放大器

3)场效应管的级联与双极型晶体管放大器级联相似，场效应管也可以进行级联，如下图所示。级联放大器由于其反向传输导纳很小，内部反馈很弱，所以放大器的稳定性高。场效应管构成的共源—共栅级联放大器由于具有电压增益较高、工作稳定、高频特性好、线性好等特点，在通信系统中应用广泛。四、调谐放大器的级联下图为一个两级调谐放大器：根据各级谐振情况来划分，若每级谐振频率均相同，则为多级单调谐放大器；各级谐振频率不相同，但相差不大，则为参差调谐放大器。四、调谐放大器的级联1.多级单调谐放大器1)电压增益假如有m级放大器，其电压增益分别是Au1，Au2，...，Aum，则总增益为2)谐振曲线m级相同放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积，可表示为级数m越大，谐振曲线越尖锐，选择性能好。四、调谐放大器的级联1.多级单调谐放大器3)通频带令，可求得m级放大器的通频带为

因为m是大于1的整数，所以总的通频带比单级放大器的通频带要小，且级数m越大，总的通频带越小。四、调谐放大器的级联1.多级单调谐放大器4)矩形系数令，由

可得：故m级单调谐谐振放大器的矩形系数为：级数m越大，矩形系数越小。从上述分析可知，m级单调谐放大器级联后的总增益比单级放大器的增益提高了，选择性也得到了提高，但总的通频带变窄了。四、调谐放大器的级联2.参差调谐放大器克服多级单调谐放大电路随着级数增加，通频带越来越窄的问题第一、二级的谐振频率分别为：电路总的电压放大倍数：

双参差调谐放大器等效电路两级回路的广义失谐因子：

双参差调谐放大器频率特性四、调谐放大器的级联2.参差调谐放大器假设，为偏调系数，且，则当临界偏调，即，可得此时，谐振时总增益：归一化谐振函数：令，求出电路的通频带为：令，电路的矩形系数：

四、调谐放大器的级联2.参差调谐放大器与两级单调谐放大电路比较，参差调谐放大器通过牺牲一定的增益，极大地改变了电路的频率特性。采用多级参差调谐放大器的目的是增加放大器总的带宽，同时又得到边沿较为陡峭的频率特性。多级参差调谐放大器常用于要求带宽较宽的场合，如电视机的高频头。

彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路

四、调谐放大器的级联3.双调谐回路放大器双调谐回路谐振放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级，目的是对高频小信号进行线性放大。双调谐回路谐振放大器具有频带宽、选择性好等优点，它可以分为互感耦合和电容耦合两种形式。

交流等效电路变换后的等效电路互感耦合双调谐回路放大器四、调谐放大器的级联3.双调谐回路放大器在双调谐放大器中，被放大后的信号通过互感耦合回路加到下一级放大器的输入端。为了方便分析，假设两个回路元件参量都相同，即：

电压放大倍数：

四、调谐放大器的级联3.双调谐回路放大器当初、次级回路都调谐到谐振时，，则若调节初、次级之间的耦合系数k，使其处于临界耦合状态（），此时放大倍数最大，即可得到双调谐放大器的谐振曲线表达式:

临界时其谐振曲线可表示为:双调谐放大器的通频带和矩形系数分别为:五、集中选频小信号调谐放大器

随着电子技术的不断发展，窄带信号的放大器越来越多的采用集中滤波器与集中放大相结合的调谐放大器。在这类放大器中，选频电路由专门的滤波器来完成，而放大器则由高频线性集成放大器来完成。与分立元件的多级调谐放大器相比，集中选频放大器具有以下优点：①电路简单，调整方便；②性能稳定；③易于大规模生产，成本低。集中选频放大器中滤波器主要有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面滤波器等五、集中选频小信号调谐放大器1.石英晶体滤波器石英晶体的振动具有多谐性，即除了基频振动外，还有奇次谐波泛音振动。利用石英晶体的这特性，实际中可以构成基频晶体谐振器，也可构成泛音晶体谐振器。由于石英晶体的谐振频率的高低取决于晶片的形状、尺寸和切型，因此由石英谐振器组成的滤波器可具有非常尖锐的选频特性，由其构成的振荡器电路可具有很高的频率稳定度。（a）符号（b）基频等效电路（c）包括泛音在内的等效电路五、集中选频小信号调谐放大器2.陶瓷滤波器利用某些陶瓷材料（如锆钛酸铅）的压电效应可以构成陶瓷滤波器。把这种陶瓷材料制作成片状，两面覆盖银层作为电极，经过直流高压极化后，可具有和石英晶体相似的压电效应，且陶瓷片还具有串联