通信电子线路高频小信号放大器课件.ppt
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1、关于通信电子线路高频小信号放大器现在学习的是第1页,共61页3.1概述概述1、高频小信号放大器的特点、高频小信号放大器的特点 频率较高频率较高 中心频率一般在几百中心频率一般在几百kHz到几百到几百MHz频带宽频带宽度在几度在几khz到几十到几十MHz 小信号小信号 信号较小故工作在线性范围内信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器甲类放大器)现在学习的是第2页,共61页现在学习的是第3页,共61页2、高频小信号放大器的分类、高频小信号放大器的分类按所用的器件:按所用的器件:晶体管(晶体管(BJT)、场效应管(、场效应管(FET)、集电电路(、集电电路(IC)按频谱宽度:按频谱宽度:窄带放大器和
2、宽带放大器窄带放大器和宽带放大器按电路形式:按电路形式:单级放大器和级联放大器单级放大器和级联放大器按负载性质:按负载性质:谐振放大器和非谐振放大器谐振放大器和非谐振放大器谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器,具有放大、滤波和谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器,具有放大、滤波和选频的作用。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成,其机构选频的作用。非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器组成,其机构简单,便于集成。简单,便于集成。现在学习的是第4页,共61页1)增益:(放大系数)增益:(放大系数)电压增益:功率增益:分贝表示:2)通频带:通频带:放放大大器器的的电电压压增增益益下下降降到到最
3、最大大值值的的0.707倍倍时时,所所对对应应的的频率范围称为放大器的通频带,用频率范围称为放大器的通频带,用B=2 f 0.7表示。表示。2 f 0.7也称为也称为3分贝带宽。分贝带宽。3、高频小信号放大器的质量指标、高频小信号放大器的质量指标现在学习的是第5页,共61页0.5为什么要求通频带?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。分量通过放大器。与谐振回路相同,放大器的通频
4、带决定于回路的形式和回路与谐振回路相同,放大器的通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数的等效品质因数QL。此外,放大器的总通频带,随着级数的增加而变。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。并且通频带愈宽,放大器增益愈小。现在学习的是第6页,共61页3)选择性选择性从各种不同频率的信号的总和(有用的和有害的)中从各种不同频率的信号的总和(有用的和有害的)中选出有选出有用信号,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。常采用矩形系数和抑制比来表示。矩形系数矩形系数按理想情况
5、,谐振曲线应为一矩形。为了表示实际曲线按理想情况,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,引入接近理想曲线的程度,引入“矩形系数矩形系数”,它表示对邻道干,它表示对邻道干扰的抑制能力。扰的抑制能力。现在学习的是第7页,共61页2 f 0.1,2 f 0.01分别为放大倍数下降至分别为放大倍数下降至0.1和和0.01处的带宽,处的带宽,Kr愈接近于愈接近于1越好。越好。现在学习的是第8页,共61页 抑制比抑制比表示对某个干扰信号表示对某个干扰信号fn 的抑制能力,用的抑制能力,用dn表示。表示。An为干扰信号的放大倍数,为干扰信号的放大倍数,Av0为谐振点为谐振点f0的放大倍数。
6、的放大倍数。例例 Av0=100 An=1 用分贝表示用分贝表示dn(dB)=20 lgdn现在学习的是第9页,共61页5)噪声系数:噪声系数:放大器的噪声性能可用噪声系数表示:放大器的噪声性能可用噪声系数表示:NF越接近越接近1越好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。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,进行分析矛盾,通
7、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。和讨论。4)工作稳定性: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。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。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。的晶体管,应用中和或失配方法等。现在学习的是第10页,共61页3.2晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数3.2.1形式等效电路(网络参数等效电路)形式等效电路(网络参数等效电路)将晶体管看成四端网路现在学习
8、的是第11页,共61页式中:式中:3.2晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数Y参数等效电路参数等效电路现在学习的是第12页,共61页 把晶体管内部的物理过程用集中原器件把晶体管内部的物理过程用集中原器件RLC表示。用这表示。用这种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的种物理模型的方法所涉及到的物理等效电路就是所谓的参参数等效电路。数等效电路。3.2.2混合混合参数等效电路参数等效电路现在学习的是第13页,共61页 rb c与与Cb c引起的容抗相比引起的容抗相比rb c可视为开路。可视为开路。rb e与与Cb e引起的容抗相比,引起的容抗相比,rb e可以忽略(
9、视为开路)可以忽略(视为开路)rce与回路负载比较,可视为开路。与回路负载比较,可视为开路。简化后的等效电路如图:简化后的等效电路如图:这是对工作频率较高时的简化电路,这是对工作频率较高时的简化电路,对工作频率范围不同时,对工作频率范围不同时,等效电路可进行不同的简化。等效电路可进行不同的简化。频率低时可忽略电容的作用。频率低时可忽略电容的作用。混合混合等效电路中,电容,电阻并联,在一定的频率下:等效电路中,电容,电阻并联,在一定的频率下:3.2.3混合混合等效电路的简化等效电路的简化现在学习的是第14页,共61页(一一)令令V2=0,求,求yie、yfe。简化混合简化混合等效电路,如图所示。
10、等效电路,如图所示。(1)3.2.4Y参数等效电路与混合参数等效电路与混合等效电路参数的等效电路参数的转换转换现在学习的是第15页,共61页(2)V1小引起小引起I小小又又现在学习的是第16页,共61页(二二)令令 ,求,求yre、yoe (3)现在学习的是第17页,共61页故故(1)、(2)、(3)、(4)中的中的Yb e可认为相同。可认为相同。(4)现在学习的是第18页,共61页晶体管的高频参数晶体管的高频参数1)截止频率)截止频率由于由于0比比1大的多大的多,在频率为在频率为f时时,|虽然下降到原来的虽然下降到原来的0.707但是仍然比但是仍然比1大的多大的多,因此晶体管还能起到放大的作
11、用。因此晶体管还能起到放大的作用。2)特征频率)特征频率当频率增高,使当频率增高,使|下降到下降到1时的频率。时的频率。现在学习的是第19页,共61页电流放大系数电流放大系数与与f 的关系:的关系:故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。故可以粗略计算在某工作频率下的电流放大系数。3)最高振荡频率)最高振荡频率fmaxfmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率时晶表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大,当体管已经不能得到功率放大,当ffmax时时,无论使用什么方法都不能使无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。晶体管产生振荡。晶体管的功率
12、增益晶体管的功率增益 时的工作频率时的工作频率可以证明可以证明:现在学习的是第20页,共61页R1、R2、R3为偏置电阻,决定工作为偏置电阻,决定工作点,点,LF、CF为滤波电路,负压供电为滤波电路,负压供电 C4、L组成组成L、C谐振回路谐振回路 R4是加宽回路通频带用是加宽回路通频带用 Rp是并联回路本身的损耗是并联回路本身的损耗所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联回路的组所谓单调谐回路共发放大器就是晶体管共发电路和并联回路的组合。所以前面分析的晶体管等效电路和并联回路的结论均可应用。合。所以前面分析的晶体管等效电路和并联回路的结论均可应用。3.3单调谐回路谐振放大器单调谐回路
13、谐振放大器现在学习的是第21页,共61页等效电路分析等效电路分析因因为为讨讨论论的的是是小小信信号号,略略去去直直流流参参数数元元件件即即可可用用Y参参数数等等效效电电路模拟。路模拟。数学分析:由图可知:数学分析:由图可知:Y L代代表表由由集集电电极极C向向右右看看的的回回路路导导纳纳(对对外外电电路路而而言言Vc是是上上负负下下正正,故故Ic有一负号)有一负号)现在学习的是第22页,共61页(3)=(2)(4)代入代入(1)(4)放大器的输入导纳放大器的输入导纳:现在学习的是第23页,共61页放大器的质量指标放大器的质量指标1)电压指标电压指标根据电压变比关系:根据电压变比关系:所以:所以
14、:由于:由于:所以:所以:现在学习的是第24页,共61页现在学习的是第25页,共61页现在学习的是第26页,共61页电压增益的相关结论电压增益的相关结论现在学习的是第27页,共61页2)功率增益功率增益现在学习的是第28页,共61页现在学习的是第29页,共61页3)放大器的通频带放大器的通频带现在学习的是第30页,共61页当当 和和 为为定定值值时时(电电路路定定了了,其其值值也也定定了了,带带宽宽增增益益乘乘积积为为常常数数)决决定定于于 与与 ,因因为为选选择择管管子子时时应应选选取取 大大的的,应应减减少少 ,但但 也不能取的太小,因为不稳定的电容的影响大。也不能取的太小,因为不稳定的电
15、容的影响大。设设 P1、P2=1带宽增益乘积为一常数带宽增益乘积为一常数现在学习的是第31页,共61页讨论:讨论:1、当当 确定,确定,p1和和p2不变时,不变时,只取决于只取决于 和和 的乘的乘积,电容越大,通频带越宽,积,电容越大,通频带越宽,变小。变小。2、为了获得高增益,宽频带,除了选用为了获得高增益,宽频带,除了选用 较大的晶体管外,较大的晶体管外,应该尽量减小谐振回路的总电容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,但是这样会导致系统的稳定性变差。变差。3、对于宽带而言,要使对于宽带而言,要使 尽量大,谐振曲线不稳定是次要的,尽量大,谐振曲线不稳定是次要的,因为频
16、带很宽,对于窄带放大器,因为频带很宽,对于窄带放大器,尽量大,使谐振曲线稳定(不尽量大,使谐振曲线稳定(不会使通频带改变,以至引起频率失真)。会使通频带改变,以至引起频率失真)。现在学习的是第32页,共61页4)单调谐放大器的选择性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,故其邻道选择性差,这是单调谐回路放大器的缺点。差,这是单调谐回路放大器的缺点。现在学习的是第33页,共61页4、多级单调谐回路谐振放大器、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若单级放大器的增益不能满足要求,就可以采
17、用多级级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。1)增益增益2)通频带通频带现在学习的是第34页,共61页根据通频带的定义可以求根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带级放大器的通频带上面的分析表明上面的分析表明:为了使总的通频带不变为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的每级的带宽都要增加为原来的X倍。倍。当每级通频带加宽当每级通频带加宽X倍时倍时,每级的增益都会降低为原来的每级的增益都会降低为原来的1/X。现在学习的是第35页,共61页3)选择性选择性(以矩形系数为例以矩形系数为例)结论结论:单调谐回路特点是
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