第2章 高频小信号放大器.ppt

1、第2章高频小信号放大器,第2章高频小信号放大器 2,2.1 概述 2.2 晶体管高频小信号等效电路与高频参数 2.3 晶体管高频小信号谐振放大器 2.4 谐振放大器的稳定性 2.5 集中选频放大器 2.6 放大电路的噪声和干扰,第2章高频小信号放大器 3,高频小信号放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号，通常是窄带放大器，以各种选频电路作负载（并联、耦合谐振回路等），选出有用频率信号加以放大，而对无用频率信号予以抑制，即具有放大、选频或滤波作用。其又称为小信号谐振放大器或小信号调谐放大器。常见的如无线电接收机中的高频和中频放大器。 高频：中心频率范围从几百kHz到几百MHz，频带为几

2、kHz到几十MHz。 小信号：输入信号在几百毫伏以下（微弱），所用非线性放大元件（如晶体管或场效应管）可近似看成线性元件，工作在线性范围，可等效成四端网络，采用线性模型的等效电路分析法。 高频小信号放大器的基本组成是：由“放大部分+选频滤波部分”按“级联”方式构成。,2.1 概述,第2章高频小信号放大器 4,图中，波段滤波部分为初选滤波电路，如中波滤波器或短波滤波器等，它由波段开关控制；选台滤波部分为精选滤波电路，用来选取波段内所听电台的有用信号，由调谐(调台)旋钮控制。,图2-1-1 收音机的前端选频放大框图,具体分为：先放大后选频，先选频后放大，以及选频、 放大、再选频的三种基本模式。 放

3、大部分的核心：晶体管、场效应管、集成运放或专用 集成放大器等。 选频滤波部分的核心：LC谐振回路或固定滤波器。,第2章高频小信号放大器 5,按频带宽度分:,窄带放大器：以各种选频电路作负载，例如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等,宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载，例如高频变压器、传输线变压器等,按负载 分:,调谐放大器,集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器为负载,单调谐放大器：输出端接调谐回路,双调谐放大器：输入、输出端都接调谐回路,参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同,小信号放大电路的分类:,调谐放大器的回路调谐于输入有用信号的频率，即高频放大器。,谐振放大器：以LC

4、谐振回路为负载,谐振放大 器分类：,频带放大器：谐振频率为固定值，如中频放大器。,第2章高频小信号放大器 6,高频小信号放大器的基本性能指标如下： 1）电压增益和功率增益 增益表示调谐放大器的放大能力，定义为放大器中心频率上的输出信号电压（或功率）与输入信号电压（或功率）的比值，用A加下标（类似于低频放大器的增益）来表示，有时以dB数计算。图2-1-2（b）为一典型增益的幅频特性曲线 。,图2-1-2高频小信号放大器的幅频特性曲线,第2章高频小信号放大器 7,放大器增益的大小，取决于所用的晶体管、要求的通频带宽度、是否良好的匹配和稳定的工作等。 2）通频带 通频带定义为放大器的增益比从最大值下

5、降3dB（）时的上限截止频率fH 与下限截止频率fL之差，用BW0.7 = fH - fL 表示。调谐放大器的通频带一定要稍宽于信号所占有的频谱宽度，要求增益频率响应特性与信号带宽相适应。 3）选择性 选择性表示放大器对通频带以外的各种干扰信号及其噪声的滤除能力，或从各种干扰中选出有用信号的能力。放大电路的选择性主要由选频电路来决定。衡量选择性的两个基本指标是矩形系数Kr0.1和抑制比。抑制比通常说明对某些特定组合频率如中频、镜频等选择性的好坏。如在图2-1-3所示的谐振曲线中，,第2章高频小信号放大器 8,谐振点处的电压放大倍数为Avo。若有一干扰信号其频率为fn ，则电路对此干扰的放大倍数

6、为Av ，用d=Avo/ Av表示放大器对干扰的抑制能力。 通常称为对干扰的抑制比(或抗拒比)，用dB表示。d越大对干扰的抑制能力越强。另外相对抑制比（选择性）S参数定义为：过渡带内的某特定频率下的增益A(1)与通频带内的最大增益A0的比值，即S=A(1)/A0=1/d=，显然，S值越小的电路选择性越好。 4）工作稳定性 这是指选频放大器中的非线性放大元 件的偏置，交流参数，以及其它电路元件参 数发生变化时，电路性能（如增益、通频带、 矩形系数等）的稳定程度。 图2-1-3 说明抑制比的谐振曲线 当环境温度变化时，引起直流偏置状态及晶体管和电路元件 的参数改变，导致放大器性能不稳定。表现为放大

7、器增益改变，,第2章高频小信号放大器 9,中心频率偏移，谐振曲线畸变，甚至放大器自激而完全不能工作。 因此要求放大器工作稳定是十分重要的问题。 5）噪声系数NF 与低频放大器一样，选频放大器的输出噪声源于输入端和放大电路本身。通常用信噪比来表示噪声对信号的影响，电路中某处信号功率与噪声功率之比称信噪比。信噪比越大，信号质量越好。噪声系数是反映电路本身噪声大小的技术指标。定义为输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值。噪声系数越接近于1，说明放大器的抗噪能力越强，输出信号的质量越好。 以上五项性能指标，相互间有联系也有矛盾。如增益和稳定性，通频带和选择性，增益和通频带等之间存在矛盾。因此，应根据

8、要求决定主次和取舍。一般要求：增益要高、选择性要好、工作要稳定可靠、噪声要小,第2章高频小信号放大器 10,2.2晶体管高频小信号等效电路与高频参数,在对工作在线性状态下的晶体管高频电路进行分析时，晶体管的内部参数将随工作频率而变化。因而通常采用等效电路来模拟晶体管的内部工作过程。 晶体管高频等效电路的建立有两种方法：一是根据晶体管内部发生的物理过程拟定模型而建立的物理参数等效电路，如常用的晶体管混合型等效电路；另一种是把晶体管看作是一个有源二端口（四端）网络，四个参量 中两个作自变量，另两个作为因变量的函数，先从外部端口列出电流和电压的方程，然后拟定满足方程的网络模型而建立的网络参数等效电路

9、（形式等效电路），如（混合参数）、（导纳参数）、（阻抗参数）和A（传输参数）等效电路。,第2章高频小信号放大器 11,2.2.1 晶体管共射混合 型等效电路,混合型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发，用集中参数元件r，C和受控源表示晶体管内的复杂关系。这种等效电路称为物理参数等效电路。它的优点是各元件参数物理意义明确，在较宽的频带内这些元件值基本上与频率无关。缺点是，随着器件不同有不少的差别，分析和测量不便。因此，混合型等效电路比较适合宽频带放大器。,图2-2-1混合型等效电路,第2章高频小信号放大器 12,对于高频管而言，上图中的参数： 其中， 表示晶体管放大作用的等效电流源。其中gm为晶

10、体管微变跨导，它也是发射极 的函数。 rce反映了集电极电压 对电流 的影响。在放大状态工作时这个影响很微弱,rce值很大，一般在几十千欧以上。,第2章高频小信号放大器 13,图2-2-2 混合型等效电路的简化,三个附加电容Cbe ，Cbc，Cce属引线和封装结构所形 成的电容，数量很小，其影响一般可以忽略。 频率较高时，CbC的容抗较小，与它并联的电阻rbc 较大，相比之下rbc可以忽略。简化后的等效电路如图所示。,第2章高频小信号放大器 14,2.2.2 晶体管Y参数等效电路,Y参数等效电路是从测量和使用的角度出发，用一组网络参数来构成等效电路。分析高频小信号调谐放大器的性能时，常用高频参

11、数等效电路来代替晶体管进行电路分析。 参数具有导纳量纲，是导纳参数。因为高频放大器的调谐回路以及下一级负载大都与晶体管并联，因此用参数的优点是导出的表达式具有普遍意义，计算比较方便，分析和测量也方便；缺点是网络参数与频率有关，Y参数随频率变化。但由于高频小信号谐振放大器的频带较窄，一般只需在工作频率f0上进行参数计算。故分析高频小信号谐振放大器时采用Y参数等效电路是合适的。 以上所讨论的两种等效模型本质相一致，可互相等效。因此利用混合型电路参数可以推导出相应的Y参数。,第2章高频小信号放大器 15,图 2-2-3(a)将共发接法的晶体管等效为有源线性四端网络。图中 表示晶体管输入和输出电压，

12、为其对应电流。以 为自变量， 为因变量，则描述它们之间的关系的线性方程为：,b,+,-,c,e,+,-,图2-2-3（a）共射晶体管等效 为二端口网络,图2-2-3（b）共射晶体管Y参数等效电路,第2章高频小信号放大器 16,式中Yie，Yre，Yfe，Yoe是晶体管的Y参数（又称内参数，即当管子直流工作点和频率确定后， Y参数取决于管子本身，与外电路无关。），具有导纳量纲，其中,第2章高频小信号放大器 17,由Y参数方程可画出其等效电路，如图2-2-3（b)所示。其中 是受控电流源,正向传输导纳Yfe越大,晶体管的放大能力越强；反向传输导纳Yre越大,晶体管的内部反馈越强。减小Yre有利于放

13、大器的稳定工作。 利用混合型电路参数可以推导出相应的Y参数。在高频工作时，晶体管结电容和工作频率必须考虑，Y参数是一个复数， 在分析和计算时，Y参数通常可以表示为复数形式：,第2章高频小信号放大器 18,gie、goe分别称为输入、输出电导；Cie、Coe分别称为输入、输出电容；fe是正向传输导纳Yfe的相角； re是反向传输导纳Yre的相角。 Y参数都是频率的函数，当工作频率较低时电容效应影响减弱，则fe0 , re90。而高频管的rbb 很小，通常可略。实用中要采取措施使内部反馈很小，故分析时常令 Yre=0 Y参数可简化为： Y参数可通过（1）测试得到；（2）查阅晶体管手册；（3）混合型

14、等效电路换算得到。,第2章高频小信号放大器 19,小结：实用的高频小信号等效电路,第2章高频小信号放大器 20,1.短路电流放大系数 和 截止频率f,是晶体管发射极电流放大系数，其定义是，当 下降到低频电流放大系数 的 倍时，所对应的频率称为截止频率 。根据 的定义 :,2.2.3 晶体管的高频参数,图 2.2-3 晶体管高频参数特性,第2章高频小信号放大器 21,由混合型等效电路及截止频率f的定义解得：,由上式我们可以得出,低频时 ,当,时 ,此时仍有电流放大作用。,第2章高频小信号放大器 22,2.特征频率fT 晶体管的放大性能有时还用特征频率fT表示。特征频率 的定义是，当 下降到 1

15、时所对应的频率。根据定义:,解之得:,当0远远大于1时,即 特征频率=直流短路电流放大倍数,第2章高频小信号放大器 23,可以证明得到,表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。通常，为了使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体管的实际工作频率约为最高振荡频率的1/3至1/4。,以上三个频率大小的顺序是,最高；,次之；,最低。,3.最高振荡频率,晶体管的功率增益Ap=1 时所对应的频率称为最高振荡频率 。,第2章高频小信号放大器 24,2.3 高频小信号谐振放大器,高频小信号谐振放大器是由放大电路（由晶体管、场效应管或集成电路组成）与选频电路（主要是LC谐振回路）组成，作用是将微小的高频信号进行线

16、性放大，选出中心频率（输入信号对应）的信号，并滤除不需要的干扰频率信号。 主要讨论高频小信号谐振放大器的主要性能指标：电压增益、功率增益、通频带和矩形系数等。 高频小信号谐振放大器的分析方法主要采用Y参数等效电路法线性分析方法。,第2章高频小信号放大器 25,2.3.1 单级单调谐回路谐振放大器,单级单谐振放大器是由晶体管和并联谐振回路组成的。 图2-3-1是一个典型的单回路谐振放大器组成的三级级联放大 电路。各级的形式相同，因此只分析其中一级的特性，其后 利用级联的方法研究其多级总特性。 图2-3-1中讨论VT5组成的中间级，其直流偏置由R1、R2和R3来实现（采用分压式稳定偏置电路）；保证

17、晶体管工作在甲类放大状态；C1和C2为前后级的耦合电容，C3为高频旁路电容，L、C构成去耦电路；输出端采用并联谐振电路，起选频作用，R4为回路外加电阻，晶体管的集电极输出及谐振回路与下级电路连接都采用部分接入，以提高谐振回路的有载Q值；信号输入与输出为实现阻抗匹配、满足最大功率传输均采用自耦合方式。,第2章高频小信号放大器 26,图2-3-1 多级单调谐放大器的部分电路,第2章高频小信号放大器 27,图2-3-2 单调谐放大器的等效电路,自本级基极开始到下一级基极输入端的电路作为一级放 大电路，前一级设为信号源,用电流源 和输出导纳Ys表示, 后级作为本级的负载，用输入导纳Yie或Yie2表示

18、。图2-3-2是 一个单级谐振放大器的高频等效电路，图中忽略了Yre的影响.其中 。以上讨论的是教材中给出的多级电路，其采用的是自耦合级联方式，另外还经常采用变压器耦合级联方式，两种方式电路的分析结论相同。,第2章高频小信号放大器 28,下面以变压器耦合方式电路为例讨论： 1 电路组成与特点 T放大管；变压器耦合输入；Rb1 、Rb2、Re直流偏置，提供静态工作点；Cb、Ce为高频旁路电容；部分接入式LC谐振回路：作放大器负载，对输入信号的中心频率谐振，完成阻抗匹配和选频滤波，同时也可减小本级放大器输出导纳以及负载RL（或下级放大器输入导纳Yie2）对LC回路的影响。,图2-3-3共射极高频小

19、信号放大电路,第2章高频小信号放大器 29,2 放大电路的等效电路,（1）交流通路,（2）Y参数等效电路,Yie2或 RL,图2-3-5Y参数等效电路,第2章高频小信号放大器 30,放大器的输入导纳Yi 由于,又,(2.3.1),得,上图中YL为晶体管c、e两端向谐振回路看的等效负载导纳，Ys为信号源导纳，Uc为三极管集电极输出电压，Uo为放大器的输出电压。由此可以得出以下结论：,放大器的输出导纳Yo,(2.3.2),经推导,第2章高频小信号放大器 31,忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0 (3) Y参数简化等效电路,图2-3-6（a）Y参数简化等效电路,自耦变压器匝比,变压器初次级匝比,

20、有时把 p11/n1 ，称为晶体管输出端对谐振回路的接入系数,把 p21/n2 ，称为负载对谐振回路的接入系数,R0是谐振回路的并联谐振电阻，经阻抗变换后，等效电路如图2-3-6（b）所示，下面根据此图分析该放大器的主要技术指标。,第2章高频小信号放大器 32,（2.3.3）,（2.3.4）,（2.3.5）,图2-3-6（b）Y参数简化等效电路,输出回路总电容,输出回路总电导,输出回路总导纳,第2章高频小信号放大器 33,3 放大器的性能指标 电压增益 由简化等效电路可得（负号表示电压和电流反相）： 由电压增益定义可得： 当放大器谐振时： 谐振时电压增益：,（2.3.6）,第2章高频小信号放大

21、器 34,增益幅值： 相角： 谐振频率： 回路有载品质因数： 谐振时的功率增益 若前后级放大器采用相同型号的晶体管（即gie1=gie2），且工作电流相同，则：,（2.3.7）,（2.3.8）,（2.3.9）,（2.3.10）,（2.3.11）,第2章高频小信号放大器 35,gie1和gie2分别是前后级的晶体管输入导纳。若谐振回路理想、无损耗，则go=0，当输出端处于匹配状态即 时，输出功率最大，功率增益达到极限最大，记为APomax： 若回路固有损耗不容忽视，即go0，当输出端处于匹配状态时，此条件下的最大功率增益为：,（2.3.12）,（2.3.13）,第2章高频小信号放大器 36,补充

22、：如果负载失配，则导致输出功率减小。这样引起的功率损耗叫失配损耗。这样在任意态下的功率增益表述为下式：,上式中QL和Q0分别为对应g和g0时的回路品质因数，=（1QL/Q0）2称为谐振回路的插入损耗，表示由于谐振回路的接入以及回路存在固有损耗时所引起的功率增益下降的程度。注意：插入损耗也有定义为回路无损输出功率和有损输出功率之比，其值大于1；表示为,其中,，称为失配系数,反映了失配时功率增益下降的程度，称为失配功率损耗。,第2章高频小信号放大器 37,通频带 通频带和电压增益的乘积是一定值，反映了两者之间的矛盾性,称为增益带宽积。通频带B越宽，则放大器的放大倍数越小。反之亦然。这个矛盾在设计宽

23、频带放大器时特别突出。要想得到高的增益，又保证足够的带宽，除了选用|Yfe|较大的晶体管外，应尽量减小谐振回路的总电容量C，选用Cie，Coe小的晶体管或减小回路的外接电容C。,（2.3.15）,（2.3.14）,第2章高频小信号放大器 38,矩形系数 反映了单级单调谐放大器的选择性很差。 放大电路的频率特性或谐振曲线 在单级单调谐放大电路中，N（f）是并联谐振回路的单位谐振函数，它决定了单调谐放大电路的频率特性。在高频小信号放大电路中，有普遍的意义，它将放大器与选频器的结合完全体现出来，表征放大器的放大能力和选频器的选频特性。,第2章高频小信号放大器 39,例21：单调谐回路放大器如图所示。

24、设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，BJT的参数为：gie=1.1103S，goe=1.110-4S，|yfe|0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，N1320圈， N454圈， L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。 求：f0，Aou，BW0.7,解：,1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以gL=gie，CL=Cie,第2章高频小信号放大器 40,第2章高频小信号放大器 41,例2-2 在单级单调谐电路中, 已知工作频率0MHz, UCC,emA。晶体管采用型高频管。其参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下：gie=12mS, Cie=12

25、 pF；goe=400S, Coe=9.5pF； |yfe|=58.3mS, fe=-22； |yre|=310 S, re=-88.8, 电感.H, 接入系数p1, p2., 0。负载是另一级相同的放大器。 求谐振电压增益振幅u0和通频带0.7。并问回路电容是多少时, 才能使回路谐振？,解: （忽略re的作用。）因为,所以,第2章高频小信号放大器 42,从而,因为,又,所以,第2章高频小信号放大器 43,2.3.2多级单调谐放大器 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。目的：提高增益（各级增益相乘）；改善频率选择性。 一、同步调谐（谐振）放大器 多级单调谐放大器的谐振频率相同

26、, 均为信号的中心频率。 1）电压增益 多级单调谐放大器的总电压增益是各级电压增益的乘积。若由完全相同的单级放大器组成，各级电压增益相等，则m级放大器的总电压增益为,（2.3.16）,（2.3.17）,每级谐振回路均调谐在同一频率上,各级谐振回路调谐在不同频率上,第2章高频小信号放大器 44,2）单位谐振函数（谐振曲线） m级相同的放大器级联时，它的单位谐振函数等于各单级放大器单位谐振函数的乘积。 3）通频带 多级放大器级数越多，通频带越窄。因为m是大于1的正整数,故 必小于1。所以 称为带宽的缩减因子（缩小系数），说明总通频带随级数增加而变窄的程度。总通频带窄于各级的单级通频带。,（2.3.

27、18）,（2.3.19）,第2章高频小信号放大器 45,4）矩形系数 多级放大器级数越多，矩形系数越小，与理想矩形特性越接近。,表2.3.1 多级调谐放大器缩减因子与级数的关系,表2.3.2 单调谐放大器矩形系数与级数关系,当级数m增加时,矩形系数有所改善，但这种改善是有限的，级数越多，Kr0.1变化越缓慢。仍和理想的矩形有很大距离。 总结：多级放大器随级数增加，电压增益增大、总带宽变窄 、选择性变好（矩形系数改善）、放大器的稳定性变差。,（2.3.20）,第2章高频小信号放大器 46,二、参差调谐放大器,将若干个单级谐振放大器级连,但每个谐振放大器的调谐频率不同，称为参差调谐放大器。若将两级

28、单调谐放大器的谐振频率分别调谐在信号中心频率f0附近的两个不同频率点上，其中一级调谐在f01=f0+，另一级调谐在f02=f0-上，则此电路是双参差调谐放大器。参差调谐放大器可以增加带宽，同时又得到边沿较陡峭的频率特性（总幅频特性更接近于矩形，选择性比单调谐放大器好，总通频带可宽于各级的 ）。因此，它用于宽带和高选择性的场合。,第2章高频小信号放大器 47,例2-3：采用完全相同的三级单调谐放大电路组成的中放电路，其谐振总电压增益为66dB，3dB带宽为5kHz，工作频率为455kHz。求每级放大电路的谐振电压增益、3dB带宽及每个回路的有载Q值为多少？,解：因三级放大器的谐振总电压增益为 故

29、每级放大器的谐振电压增益为 因三级放大器的总通频带为 故每级放大器的带宽为 则每个回路的有载Q值为,第2章高频小信号放大器 48,例2-4 某中频放大器的通频带为6MHz, 现采用两级或三级相同的单调谐放大器, 两种情况下对每一级放大器的通频带要求各是多少？ 解: 当n=2时, 因为,所以, 要求每一级带宽,同理, 当n=3时, 要求每一级带宽,可见，在要求总带宽不变的情况下，级数n越大，则每单级带宽 也就越大，单级增益越小。,第2章高频小信号放大器 49,2.3.3双调谐放大器 双调谐放大器是利用两个相互耦合的单调谐回路（即耦合谐振回路）作为选频回路，并且两个回路的谐振频率都调谐在同一个中心

30、频率上。双调谐放大器的通频带宽，选择性好，并能较好地解决增益与通频带之间的矛盾；但其电路较复杂；调整比较困难。双调谐放大器中的耦合回路的特性决定了双调谐放大电路的频率特性。图2-3-7所示为双调谐放大器及其等效电路，其中（a）为原理图;(b)为Y参数等效电路图；（c）为简化的等效图。,第2章高频小信号放大器 50,图2-3-7 双调谐放大器及其Y参数等效图,第2章高频小信号放大器 51,假设前后级两晶体管型号相同，故两管的等效参数相同，并设两个回路的参数也相同，并考虑外部接入的影响，即可得各等效参量如下图，图中：,图2-3-7（c）,第2章高频小信号放大器 52,双调谐放大器的性能指标： 1）

31、谐振时电压增益 由图2-3-7（c）可见双调谐放大器可等效为一典型的电感耦合电路，根据耦合回路的频率特性和类似单调谐放大器的分析方法，可得谐振时（即 =0），电压增益为： 当放大器处于临界耦合时，则A0达到最大值，刚好为单级单调谐放大器增益的一半。 功率增益和单调谐放大器功率增益的表达式相同。,（2.3.20）,（2.3.21）,第2章高频小信号放大器 53,2）通频带与选择性 由电压增益一般表达式及谐振时的电压增益表达式，可得双调谐器回路放大器谐振曲线表达式为 把上式变换后得 可见和耦合回路的频率特性方程相同，也根据取值分三种情况讨论，结论同耦合谐振回路。双调谐回路放大器一般均应用在临界耦合

32、状态，此时的通频带为：,（2.3.22）,（2.3.23）,（2.3.24）,第2章高频小信号放大器 54,上式表明，在有载品质因数Q相同的情况下双调谐回路放大器的通频带为单调谐回路放大器的1.4倍，即增宽了40。 3）矩形系数 单级双调谐放大器的通频带是单级单调谐放大器通频带的倍；与单调谐放大器相比，双调谐放大器的矩形系数较小，谐振曲线较接近于理想矩形，选择性较好，较好地解决了通频带与增益之间的矛盾。但双调谐放大器的调整较为复杂。 多级双调谐放大器和多级单调谐放大器类似，通频带随级数的增加而减小，矩形系数随级数的增加而变好。双调谐放大器的频带缩小系数 小于1，但大于单调谐放大器的缩小系数。即

33、n级级联时，双调谐放大器的频带缩小不如单调谐放大器那么厉害。,第2章高频小信号放大器 55,质量较好的晶体管收音机有的也采用双调谐放大器，以提高选择性。在电视接收机中双调谐放大器被用来加宽频带和提高选择性。如图所示的早期电视机高频头中采用的双调谐放大电路。该电路的主要功能是将输入回路选出的某一VHF频道的微弱电视信号进行放大，同时对信号进行进一步的选频，以抑制其它干扰。 T1是高放管，T2是混频管，L1、L2通过波段开关来改变从而切换频道，双调谐回路采用电容分压部分接入方式，中和电容C5是为了提高电路的稳定性。自动增益控制AGC是为了提高输出的稳定性。,第2章高频小信号放大器 56,引起小信号

34、调谐放大器不稳定的因素是存在寄生反馈，包括： 1. 晶体管的内部反馈对放大器的有害影响 2. 外部干扰产生的反馈对放大器稳定性的影响,2.4 谐振放大器的稳定性,一、晶体管的内部反馈及其消除方法 在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待,但是实际上三极管的高频小信号模型是双向传输的，为双向元件。晶体管内存在着反向传输导纳 Yre ，放大器的输出电压可通过晶体管的 Yre 反向作用到输入端，引起输入电流的变化，这种反馈作用将可能引起放大器产生自激等不良后果，称为由 Yre引起的内部反馈，其反馈作用主要由CB间结电容Cbc引起。 1、 Yre的影响将在小信号谐振放大器中产生两个问

35、题： 其一是多级调谐放大器调整变得很困难且影响小信号谐振放大器的谐振频率。由于内反馈的存在，使得放大器的输入导纳和,第2章高频小信号放大器 57,输出导纳分别与放大器的负载导纳和信号源导纳有关，将对输出电路的调谐和匹配带来影响；另外特别是当输入端也接有谐振回路时， yre中的电容成分会引起放大器的频率特性发生明显的频率畸变，谐振曲线产生漂移，如图2-4-1所示，使得多级调谐放大器调整变得很困难。 其二是yre中的电导成分会引起放大器自激，使放大器不稳定。谐振回路阻抗剧烈变化的特性使这种内反馈随频率变化而剧烈变化，使放大器的频率特性发生变化，增益、通频带、选择性等都发生变化，导致放大器工作不稳定

36、。 严重时会在某频率点满足自激条件， 产生自激振荡。频率越高，回路Q值 越大，放大器工作越不稳定。,第2章高频小信号放大器 58,2、 提高放大器稳定性的方法,（1）选择高频性能好的三极管（管子内反馈小）。 通常管子的Yre 或Cbc (即C)越小越好。,（2）单向化方法 从电路上消除晶体管内反馈影响的方法称为单向化，其目的是提高放大器的稳定性。 单向化的方法有 中和法 和 失配法 。 中和法：在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外部反馈电路，以抵消晶体管内部Yre的反馈作用。 一般在晶体管外部接一个中和电容CN和中和电阻RN来抵消内部反馈影响，但主要用中和电容CN来构成。中和法线路简

37、单，电压增益高；但中和不彻底，只能在很窄的频率范围内起作用，,第2章高频小信号放大器 59,在图2-4-2中，如果中和电路使 和 相等，此时，正反馈的影响被抵消。起到使放大器稳定工作的作用。,且不易调节，因此，较少采用。,图 2-4-2具有中和电路的放大器,失配法 是指信号源内阻不与晶体管的输入阻抗匹配，晶体管输出端的负载不与本级晶体管的输出阻抗匹配。可通过增大负载导纳YL，使回路总导纳增大，导致输出回路失配，输出电压减小，从而减小内反馈。失配法的实质是以牺牲电压增益为代价，用以提高放大器的稳定性。在设计小信号谐振放大器时，通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。,第2章高频小信号放大器

38、60,V2管构成共基放大电路，其Cbc不构成正反馈； V2输入阻抗很小 ，即V1的负载导纳很大（负载阻抗很小），削弱了结电容的内反馈作用，V1和V2之间处于严重失配状态，导致该级增益很低，也不会构成自激振荡。电路中，V1提供较大电流增益，V2提供较大电压增益，故总电路可获得较大的电压增益和电流增益。,在实际运用中，可采用组合放大电路，较多的采用共射-共基级联放大器，其电路如图 2-4-3：,第2章高频小信号放大器 61,二、晶体管的外部干扰及其消除方法 晶体管的外部干扰 以电磁干扰形式表现 产生电磁干扰的条件 三个因素同时具备,系统外部干扰,系统内部干扰,电磁干扰源（反射体）,感受装置（接收器

39、）,耦合途径,电磁干扰的耦合途径,电容性耦合,电感性耦合 辐射,电磁辐射耦合,传导耦合 -传导,外部干扰的消除方法就是切断电磁干扰的耦合途径。,第2章高频小信号放大器 62,2.5集中选频放大器,随着电子线路集成技术的不断发展，以及固体滤波技术的发展，现今的各类接收机中已经广泛使用集成电路高频小信号放大器（即集中选频放大器），通常是采用高增益宽带线性集成放大器与各种集中选频器组成的集中选频放大器，使电路的调整大大简化，电路的频率特性得到改善，电路的稳定性也有很大的提高。 集中选频放大器的组成如下图所示。选频器一般设置于电路链的低电平端，以对可能进入宽带放大器的干扰与噪声信号进行一定的衰减，改善

40、传输信号的质量。匹配器一般为LC网络，以保证选频器能满足对信号的选择性要求。,图2-5-1 集中选频放大器的组成,第2章高频小信号放大器 63,集成宽带放大器由多级差分放大电路组成；集中选频 滤波器常用的有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤 波器等。 与分立元件的多级调谐放大器相比，集中选频放大器 有以下特点。 可选用矩形系数接近于1的优质滤波器，因而放大器的选择性好，调整也容易。 变换中心频率和带宽方便。如图2-5-2所示，只要拨动开关换滤波器，从而改变中心频率和带宽。,图2-5-2 中心频率和带宽可变的集中选频放大器,第2章高频小信号放大器 64, 温度稳定性好。分散式选频放大器中，每

41、个滤波器都与温度敏感的晶体管相连，固而温度对滤波特性影响大。而集中选频放大器只有与滤波器相连的晶体管才对滤波性能产生影响。如果选用温度特性好的宽带放大电路，则温度稳定性就更好。 采用集成的宽带集中选频放大器，可以缩小电路体积，提高工作可靠性，从而优化电路。 集中选频放大器由于线路简单，选择性好，性能稳定，调整方便等优点，已广泛用于通信、电视等各种电子设备中。 ,第2章高频小信号放大器 65,如图所示的是电视机通道部分用声表面波滤波器组成的集成放大器，该电路的作用是对从电视机高频头输出的频带信号选频放大。中心频率为38MHz，带宽为8MHz。 高频头混频后的信号经中频 预放大电路输出至声表面波滤

42、波 器的1脚，经声表面波滤波器选 频后从3、4脚平衡输出，通过L2、 L3加至集成宽带放大器前级差分 放大电路的两个输入端。 L1、L2、L3为外加调谐匹配电感，它们与声表面波滤波器输入、输出端内部静态电容组成调谐匹配器。,集中选频放大器应用举例,第2章高频小信号放大器 66,陶瓷滤波器输入端采用变压器耦合，输出端接跟随器，以实现阻抗匹配，并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器的主谐振频率上，用来消除陶瓷滤波器通带以外出现的小谐振峰。 4.7 k用来展宽LC通带。集成宽带放大器FZl采用共发共基组合电路构成。,第2章高频小信号放大器 67,如图所示的是PC1018集成中频放大电路。它常用于调幅、调频的集

43、成中频放大电路中。,第2章高频小信号放大器 68,2.6 放大电路的噪声和干扰,高频（通信）电子线路处理的信号，多数是微弱的小信号，因而很容易受到内部和外界一些不需要的电压、电流及电磁骚动的影响，这些影响称为干扰（或噪声）。噪声是指破坏有用信号、对信息的传输进行阻碍的无用信号，本身为一种随机信号，其频谱分布于整个无线电工作频率范围。 注意：噪声未必有声；噪声会影响放大器对微弱信号的放大能力。当干扰（或噪声）的大小可以与有用信号相比较时，有用信号将被它们所“淹没”。因此它是影响各类收信机性能的主要因素之一。 研究干扰问题也就成为电子技术的一个重要课题。 一般来讲，除了有用信号之外的任何电压或电流

44、都叫干扰（或噪声），但习惯上把外部来的无用信号称为干扰，内部固有的无用信号称为噪声。但有时噪声和干扰通用，视习惯而定。,第2章高频小信号放大器 69,噪声的来源：1、电路内部元器件导电特性产生的随机噪声 和工作状态选择不合适产生的噪声。 2、电路外部的各种干扰。 干扰与噪声的分类如下： 干扰一般指外部干扰，可分为自然的和人为的干扰。 自然干扰有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。 人为干扰主要是各种电器设备和电子设备产生的干扰。 噪声一般指内部噪声，也可以分为自然的和人为的噪声。 本节主要讨论自然噪声。,自然 人为 电阻的热噪声 器件非线性失真使变频器 器件中的散弹噪声 产生的变频噪声 天电干扰

45、工业火化干扰 宇宙干扰等 电源滤波不佳产生的工频干扰,内部 外部,第2章高频小信号放大器 70,2.6.1 外部干扰,1、电源干扰的抑制方法,供电电源因滤波不良所产生的100Hz纹波干扰是主要的电源干扰，电源内阻产生的寄生耦合干扰也是主要的电源干扰。对于高增益的小信号放大器，寄生耦合有时可能造成放大器自激振荡。解决100Hz电源干扰和寄生耦合的方法是对每个电路的供电电源单独进行一次RC滤波，叫做RC去耦电路，如果电路的工作频率较高，而供电电流又比较大，则可以用电感代替电阻，构成LC去耦电路，电感L称为高频扼流圈。因为大容量的电解电容都存在串联寄生电感，在高频时寄生电感的感抗会很大，使电容失去滤

46、波的作用，所以电路中都并联一小容量的电容，就可消去寄生电感的影响。,一、消除外部干扰的方法,第2章高频小信号放大器 71,工厂里的大型用电设备产生的工业电火花干扰能沿着电力线进入电子设备。另外，电力线还起着天线的作用接收天空中的杂散电磁波，并将其传送到电子设备中形成干扰。这些干扰的特点是：突发性强，干扰往往以脉冲电压形式出现；频率高，通常为几百kHz几MHz；干扰会同时出现在电力线的两根导线上，其大小和相位相同，这种性质的干扰称为共模干扰。 消除电网共模干扰的方法是在交流市电的输入端插入一个滤波器，下图电路为某电视机的交流电源滤波器，在每根电源线与地之间均构成一个 型滤波器，电容C的容量在几千

47、pF到0.01F之间选取，电感L绕制在高频磁芯上，约10圈左右，导线直径要根据设备的交流输入功率来选择。,第2章高频小信号放大器 72,2、电路接地不当的干扰及消除,电路中接地不当会形成严重的干扰，消除这些干扰的方法是正确的接地，即在电路中要采用一点接地、数字电路的地线和模拟电路的地线要完全分开，有条件时在多层印制板中要分别安排数字地层和模拟地层。,二、电磁兼容性和空间电磁耦合干扰,空间电磁耦合对电路的影响分为静电耦合干扰和交变磁场耦合干扰，防止干扰的基本方法是：接地、滤波、隔离、电磁屏蔽。下图是常用的电磁屏蔽示意图。图（a）为静电屏蔽，（b）为交变磁场屏蔽。 微弱信号的传输导线易受到干扰，通

48、常采用屏蔽线作为引线，使用屏蔽线时，切忌将网状金属层当成导线使用，即不能将金属网两端都接地，只能取一端接地。,第2章高频小信号放大器 73,2.6.2 内部噪声,自然噪声是一种起伏型噪声，它存在于所有的电子线路中，放大器的内部噪声主要由电阻等耗能元件和晶体三极管、场效应管等电子器件产生。主要是电阻热噪声和半导体器件的噪声，两者有许多相同的特性。,1、电阻热噪声,（1）电阻热噪声的基本概念,图2-6-1 电阻起伏噪声电压波形,一、噪声的来源和特点,电阻内的自由电子处于无规则的热运动状态。当温度大于300K时，大量电子的热运动（热骚动）所产生的微弱窄脉冲电流相叠加，就形成了噪声电流，并在电阻两端产

49、生噪声电压。这种由于自由电子的热运动所产生的噪声，称为电阻热噪声。下图是电阻起伏噪声电压波形的示意图。,第2章高频小信号放大器 74,随机性 自由电子的无规则的碰撞运动，在导体内部形成许多小的窄脉冲电流波动，其幅度、持续时间和方向都是随机的，表现出总平均电流为零，但每一瞬间并不为零，则会在导体两端产生小的波动电势即热噪声源。由于噪声的随机性，长时间内电阻热噪声电压的平均值为零，但噪声功率却趋于一有限值，且温度一定时，热噪声功率一定。根据概率统计理论，起伏电压的强度可以用其均方值表示如下： T为观测时间 噪声电压在1欧姆电阻上产生的平均噪声功率为：,（2）电阻热噪声的特性,第2章高频小信号放大器

50、 75,电阻热噪声作为一种起伏噪声，具有极宽的频谱，从 零频一直延伸到1013Hz以上的频率，而且它的各个频率分 量的强度是相等的。 这种频谱与白色光的光谱类似，因此 将具有均匀连续的噪声叫做白噪声，电阻的热噪声就是一种白噪声。,热噪声的功率谱密度,噪声电压的功率谱密度SU=4kTR 噪声电流的功率谱密度SI=4kTG,功率谱密度定义是：单位频带内噪声电压（或电流）的均方值，即单位频带内的噪声功率 。用 S( f )表示： S( f )=4kTR （ 单位是W/Hz）,SU常用在串联电路中计算噪声，SI常用在并联电路中计算噪声。式中 k:波尔兹曼常数（1.3810-23J/K)； T:绝对温度

51、（室温下T=290K）；,第2章高频小信号放大器 76,（3）电路中电阻热噪声的计算,单个电阻的热噪声强度,从以上两点特性可以看出：放大器频带越宽，温度越高，电阻值越大，则电阻热噪声的影响也越大。,常将产生噪声的电阻R用无噪电阻和噪声功率源串联或并联表示。 电压源表示法（等效电压源）：无噪声电阻与噪声电压源串联。 电流源表示法（等效电流源）：无噪声电阻与噪声电流源并联。,等效电压源 En2=4kTRf,等效电流源 In2=4kTGf,第2章高频小信号放大器 77,多个电阻的热噪声强度,电阻串联：En2=En12+En22=4kT(R1+R2)f,电阻并联：En2=En12+En22=4kT(R

52、1R2)/(R1+R2)f 两个并联电阻的总噪声电压均方值等于这两个电阻的并联 阻值所产生的热噪声,两个串联电阻的总噪声电压均方值等于这两个电阻和值电阻所产生的热噪声,第2章高频小信号放大器 78,（1） 二极管的噪声,正偏使用时，主要是直流通过PN结时产生散粒（弹）噪声。 反偏使用时，因反向饱和电流很小，故其产生的散粒噪声也小，如果达到反向击穿（如稳压管），又分两种情况： 齐纳击穿二极管主要是散粒噪声，个别的有1/f噪声(闪烁噪声)。 雪崩击穿二极管的噪声较大，除有散粒噪声，还有多态噪声，即其噪声电压在两个或两个以上不同电平上进行随机转换，不同电平可能相差若干个毫伏。 这种多电平工作是由于结

53、片内杂质缺陷和结宽的变化所引起。 硅二极管工作电压在4V以下是齐纳二极管，7V以上的是雪崩二极管，4V7V之间两种二极管都有。 为了低噪声使用，最好选用低压齐纳二极管。,2、半导体器件的噪声,第2章高频小信号放大器 79,（2） 晶体三极管的噪声,晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的另一个重要来源。 一般说来，在一个放大电路中，晶体三极管的噪声往往比电阻热噪声强得多，在晶体三极管中，存在以下四种噪声来源。,散弹（粒）噪声 由于单位时间内通过PN结的载流子数目随机起伏，使流过PN结的电流在平均值上下作不规则的起伏变化而形成的噪声称为散弹噪声，或散粒噪声。散弹噪声和电阻热噪声都是白噪声，晶体管放大

54、工作时，发射结的散弹噪声起主要作用，而集电结的噪声可以忽略。 根据肖特基公式,散弹噪声的电流谱密度为：Si(f )=2qI,热噪声 由晶体管的三个区的体电阻和引线电阻产生热噪声。以基区体电阻rbb产生的热噪声为主。,第2章高频小信号放大器 80,由于基极中载流子的复合也具有随机性，即单位时间内复合的载流子数目是起伏变化的。 晶体管的电流放大系数、只是反映平均意义上的分配比。 这种由于基区中IC 、 IB 分配比例的随机变化，造成IC 、IB在静态值上下起伏变化所引起的噪声 ，称为晶体管的分配噪声。 分配噪声本质上也是白噪声，但由于渡越时间的影响，当管子工作频率高到一定值后，噪声的功率谱密度将随

55、频率的增加而迅速增大。频率越高，分配噪声越大。其电流噪声谱密度为, 分配噪声,式中 q:电子电荷量（q=1.610-19C)；I为流过势垒的电流平均值。在带宽为f的区间内，散弹噪声电流的均方值为,第2章高频小信号放大器 81, 闪烁噪声 由于半导体材料及制造工艺水平造成表面清洁处理不好或有缺陷而引起的噪声称为闪烁噪声。 它与半导体表面少数载流子的复合有关，表现为发射极电流IE的起伏，其频谱集中在约1kHz以下，其电流噪声谱密度（即功率谱密度)与频率近似成反比，又称为低频噪声、接触噪声或1/f噪声。 因此，它主要在低频（如几千赫兹以下）范围起主要作用，对低频放大器影响较大。 闪烁噪声也存在于电阻

56、等耗能元器件中。 晶体管在高频应用时，除非考虑它的调幅、调相作用，这种噪声的影响也是可以忽略。,上式中为晶体管共基电流放大系数，0为零频电流放大系数,第2章高频小信号放大器 82,（3） 场效应管噪声 在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。 场效应管的噪声有以下的来源： 沟道电阻产生的热噪声（由沟道中载流子不规则热运动而产生，类似电阻热噪声）； 沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅极上的感应噪声，即闪烁噪声（ 1/f 噪声） 。 结型场效应管的噪声主要为沟道电阻热噪声，绝缘栅型场效应管的主要为 1/f 噪声。一般场效应管的噪声比晶体管的小。 必须指出

57、，前面讨论的晶体管中的噪声，在实际放大器中将同时起作用并参与放大。 有关晶体管的噪声模型和晶体管放大器的噪声比较复杂，这里不讨论。,第2章高频小信号放大器 83,总结电子元器件内部的噪声： 1.电阻中的噪声 热噪声 低频噪声 2.二极管中的噪声 热噪声 二极管中的热噪声是体电阻和引线电阻所造成。 散弹噪声 稳压二极管（尤其是雪崩击穿）中还有类似 于爆裂噪声的多态噪声。 3.晶体三极管中的噪声 热噪声 散弹噪声,第2章高频小信号放大器 84,分配噪声 低频噪声 4.场效应管的噪声 热噪声 导电沟道电阻的热噪声。 散弹噪声 栅极电荷不规则引起的电流噪声，但比晶体 三极管的散弹噪声小得多。 低频噪声

58、,第2章高频小信号放大器 85,3 接收天线噪声 天线等效电路由辐射电阻RA （是计算天线辐射功率大小的一个重要参量，不是天线的欧姆电阻）和电抗XA组成。接收天线端口呈现噪声有两个来源： 第一是欧姆电阻产生的热噪声（欧姆电阻很小，噪声通常可以忽略）；第二是接收外来噪声能量，其一是接收周围介质辐射的噪声能量，其二是宇宙辐射干扰也会被天线接收。,因此，天线噪声是与其周围的介质温度、天线的指向及频率有关的物理量。 为了工程的方便，统一规定用天线的辐射电阻RA在温度TA产生热噪声来表示天线的噪声性能。 TA称为天线的有效噪声温度。,第2章高频小信号放大器 86,1、二端口网络的噪声和等效噪声带宽,当噪声通过线性二端口网络时，网络输出端的噪声将发生变化，设二端口网络的传输函数为H(jf)，输入端噪声源用噪声电压功率谱密度Sui表示，则输出噪声电压功率谱密度Suo为:,输出噪声电