高频电子线路第二版第3章高频小信号放大器.ppt

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1、高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第第3 3章高频小信号放大器章高频小信号放大器 本章教学基本要求本章教学基本要求 1.1.掌握小信号调谐放大器的电路、工作原理和分析掌握小信号调谐放大器的电路、工作原理和分析方法；了解宽频带放大器与集中选频滤波器的特点和使方法；了解宽频带放大器与集中选频滤波器的特点和使用方法。用方法。2.2.了解电子电路中噪声的来源和影响因素；掌握了解电子电路中噪声的来源和影响因素；掌握电阻热噪声的有关计算。电阻热噪声的有关计算。3.3.掌握噪声系数的定义和计算方法；了解噪声温度掌握噪声系数的定义和计算方法；了解噪声温度的概念。的概念。4.

2、4.了解低噪声放大器的作用、性能特点和实现电路；了解低噪声放大器的作用、性能特点和实现电路；了解接收机的噪声指标的含义和灵敏度的概念。了解接收机的噪声指标的含义和灵敏度的概念。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 本章的教学内容本章的教学内容 3.1 3.1概述概述 3.2 3.2 晶体管的高频小信号等效电路晶体管的高频小信号等效电路 3.3 3.3 晶体管小信号谐振放大器晶体管小信号谐振放大器 3.4 3.4 小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性 3.5 3.5 场效应管高频小信号放大器场效应管高频小信号放大器 3.6 3.6线性宽带集成放大电路线

3、性宽带集成放大电路 3.7 3.7放大电路的噪声与低噪声放大器放大电路的噪声与低噪声放大器 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3.13.1概述概述 3.1.1 3.1.1 高频小信号放大器的功能高频小信号放大器的功能 高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真地放大。进行不失真地放大。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 高频小信号放大器的特点是高频小信号放大器的特点是：（1 1）高频是指被放大信号的）高频是指被放大信号的频率在数百千赫至数百频率在数百千赫至数百兆赫兆赫。由

4、于频率高，放大器的晶体管的。由于频率高，放大器的晶体管的极间电容的作用极间电容的作用不能忽略不能忽略。（2 2）小信号是指放大器）小信号是指放大器输入信号小输入信号小，可以认为放大，可以认为放大器的晶体管器的晶体管(或场效应管或场效应管)是是在线性范围内工作在线性范围内工作。这样就。这样就可以将可以将晶体管晶体管(或场效应管或场效应管)看成为线性元件看成为线性元件，分析电路，分析电路时可将其时可将其等效为二端口网络等效为二端口网络。也就是放大器工作于线性。也就是放大器工作于线性放大状态，输入信号电压为放大状态，输入信号电压为 时时,输出电压输出电压为为 ，其中，其中 为放大器的电压增益。从信号

5、所含频谱来看，为放大器的电压增益。从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是完全相同的输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是完全相同的。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.1.2 3.1.2 高频小信号放大器的分类与用途高频小信号放大器的分类与用途 高频小信号放大器高频小信号放大器的分类的分类：按照所放大信号的频谱宽窄可分为按照所放大信号的频谱宽窄可分为宽带小信号宽带小信号放大放大器和器和窄带小信号窄带小信号放大器；放大器；按照所用负载的性质可分为按照所用负载的性质可分为谐振谐振和和非谐振非谐振小信号放小信号放大器。大器。高频小信号放大器的主要

6、用途高频小信号放大器的主要用途：接收机的接收机的前置高频放大前置高频放大器器(低噪声放大器低噪声放大器)；接收机的接收机的中频放大中频放大器。器。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.1.3 3.1.3 高频小信号放大器的主要技术指标高频小信号放大器的主要技术指标 1.1.电压增益与功率增益电压增益与功率增益 电压增益电压增益 等于放大器输出电压与输入电压之比；等于放大器输出电压与输入电压之比；功率增益功率增益 等于放大器输出给负载的功率与输入功率等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比。之比。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程

7、大学 2.2.通频带通频带 通频带的定义是放大器的通频带的定义是放大器的电压增益下降到最大值的电压增益下降到最大值的 倍时，所对应的频带宽度倍时，所对应的频带宽度。常用。常用 来表示。来表示。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.3.矩形系数矩形系数 矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。而矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。而选选择性是表示选取有用信号，抑制无用信号的能力择性是表示选取有用信号，抑制无用信号的能力。理想的频带放大器的频率理想的频带放大器的频率 响应曲线应是矩形。即响应曲线应是矩形。即理想幅频特性理想幅频特性 高频电子线路高频电子线

8、路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4.4.噪声系数噪声系数 噪声系数是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个噪声系数是用来表征放大器的噪声性能好坏的一个参量。参量。线性网络线性网络(小信号放大器小信号放大器)的噪声系数的定义是线性的噪声系数的定义是线性网络网络输入端信号噪声功率比输入端信号噪声功率比Psi/Pni 与与输出端信号噪声功输出端信号噪声功率比率比PsoPno的的比值比值。用。用NF来表示。来表示。即即 对于放大器来说，总是希望放大器本身产生的噪声对于放大器来说，总是希望放大器本身产生的噪声越小越好，即要求噪声系数接近于越小越好，即要求噪声系数接近于1 1。即放大器本身产即

9、放大器本身产生的噪声为零生的噪声为零。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3.2 3.2 晶体管的高频小信号等效电路晶体管的高频小信号等效电路 晶体管和场效应管是组成放大器的主要器件。晶体管和场效应管是组成放大器的主要器件。晶体管晶体管和和场效应管场效应管的特性是的特性是非线的非线的,在分析不同类在分析不同类形的放大器时，会根据具体条件进行相应的近似等效形的放大器时，会根据具体条件进行相应的近似等效。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.2.1 3.2.1 晶体管的晶体管的Y参数等效电路参数等效电路 称为称为输出短路时的输出短

10、路时的输入导纳；输入导纳；称为称为输入短路时的输入短路时的反向传输导纳；反向传输导纳；称为称为输出短路时的输出短路时的正向传输导纳；正向传输导纳；称为称为输入短路时的输入短路时的输出导纳。输出导纳。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 对于对于共发射极组态共发射极组态的的y参数等效电路参数等效电路 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 对于对于共基极组态的共基极组态的y参数等效电路参数等效电路 对于对于共共集电集电极组态的极组态的y参数等效电路参数等效电路 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.

11、2.2 3.2.2 晶体管的混合晶体管的混合等效电路等效电路 是基区扩展电阻是基区扩展电阻,是发射结电阻是发射结电阻,是发射结是发射结的结电容的结电容。IEQ为静态工作点电流为静态工作点电流(mA)表示晶体管放大作用的等效电流源表示晶体管放大作用的等效电流源，而而 ，表示晶体管的放大能力，称为跨导，单位为，表示晶体管的放大能力，称为跨导，单位为S。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 混合混合等效电路的简化等效电路的简化 rce是集电极与发射极之间电阻，其数值很大，可忽是集电极与发射极之间电阻，其数值很大，可忽略其影响略其影响。Cce是集电极与发射极之间的电容，

12、其值很是集电极与发射极之间的电容，其值很小，等效时可合并到集电极负载电路中去。小，等效时可合并到集电极负载电路中去。是集电结的结电阻是集电结的结电阻,由于集电结处于反向偏置，由于集电结处于反向偏置，其数值很大；其数值很大；是集电结的结电容，其数值较小是集电结的结电容，其数值较小。高频率范围内高频率范围内,的值比的值比 的容抗值要大得多，通常对的容抗值要大得多，通常对 等效电路进行简化时常用等效电路进行简化时常用 代代 替替 和和 的并联电路。简化等的并联电路。简化等 效电路如图所示。效电路如图所示。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 混合混合等效电路的参数的估

13、算等效电路的参数的估算 从晶体管器件手册中可查得从晶体管器件手册中可查得。,Cob是晶体管共基接法且发射极开路时是晶体管共基接法且发射极开路时c、b间的结电容，间的结电容，从晶体管器件手册中可查得从晶体管器件手册中可查得。的数值可的数值可通过手册给岀的特征频率通过手册给岀的特征频率 和和放大电路放大电路的静态工作点的数值的静态工作点的数值由由 和和 计算数值计算数值。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 y参数与混合参数与混合等效电路参数的变换关系等效电路参数的变换关系可根据可根据y参参数的定义求出，其近似计算公式为数的定义求出，其近似计算公式为 高频电子线路高

14、频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.2.3 3.2.3 晶体管的高频参数晶体管的高频参数 1.1.截止频率截止频率 当当 下降到低频电流放大系数下降到低频电流放大系数 的的 倍时，所对应倍时，所对应的频率称为的频率称为 的截止频率的截止频率 。根据定义根据定义 ,很小很小,忽略流过忽略流过 电流电流,可得可得 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 对应低频对应低频,和和 可忽略可忽略,则则 根据定义，根据定义，所对应的 为 。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 已知已知 时时,任意频率任意频率 的的 的计

15、算的计算 2.2.特征频率特征频率 特征频率的定义是，特征频率的定义是，当当 下降下降到到1 1时所对应的频率。时所对应的频率。晶体管的晶体管的 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 当当 ，时，但这并不意着晶体管已经没有时，但这并不意着晶体管已经没有放大作用，这时放大器电压增益还有可能大于放大作用，这时放大器电压增益还有可能大于1 1。3.3.最高振荡频率最高振荡频率 晶体管的功率增益晶体管的功率增益 时所对应的频率称最高振时所对应的频率称最高振荡频率荡频率 。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3.3 3.3 晶体管小信号谐振

16、放大器晶体管小信号谐振放大器 3.3.1 3.3.1 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器 单单调调谐谐 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.3.2 3.3.2 单调谐回路放大器的等效电路及分析单调谐回路放大器的等效电路及分析 1.1.放大器的放大器的y参数等效电路、输入导納和输岀导納参数等效电路、输入导納和输岀导納信号源用信号源用IS 负载为负载为T2放放和和YS等效等效 大器的输入大器的输入 导纳导纳Yie2 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 设从设从T1管的管的ce两端向谐振回路看的等效负载导纳为两端向谐振回路

17、看的等效负载导纳为 由晶体管内部特性决定由晶体管内部特性决定 而而 又要由外部负载又要由外部负载 所决定所决定 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 放大器的输入导纳放大器的输入导纳Yi为为 同理可得出同理可得出放大器的输出导纳放大器的输出导纳Yo 由于由于yre的存在的存在，放大器负载导纳，放大器负载导纳 的变化会引起放的变化会引起放大器输入导纳大器输入导纳Yi的变化。的变化。Ys的变化会引起放大器输出导的变化会引起放大器输出导纳纳Yo变化变化。也就是放大器前后级参数的变化会产生相互也就是放大器前后级参数的变化会产生相互影响影响。高频电子线路高频电子线路退出下

18、页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.简化的等效电路简化的等效电路(假设晶体管的假设晶体管的 )变压器一次侧的电感量为变压器一次侧的电感量为L，在工作频率时其空载，在工作频率时其空载品质因数为品质因数为Q0，则，则空载谐振电导空载谐振电导g0=1/0LQ0。总电导总电导 总电容总电容 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.3.3 3.3.3 单调谐回路放大器的技术指标单调谐回路放大器的技术指标 1.1.电压增益电压增益 由等效电路由等效电路 则则 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 放大器谐振时，放大器谐振时，,对

19、应的谐振频率对应的谐振频率 谐振电压增益谐振电压增益 谐振电压增益的模谐振电压增益的模 谐振电压增益的相移谐振电压增益的相移 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.谐振时的功率增益谐振时的功率增益 根据定义根据定义 ,可得可得 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (1)(1)谐振时的最大功率增益谐振时的最大功率增益 在回路无损耗在回路无损耗()()及匹配及匹配()()条件下条件下 最大功率增益由最大功率增益由晶体管本身参数决定晶体管本身参数决定,与外电路参与外电路参数无关。数无关。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页

20、哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2)(2)回路有损耗和失配时的功率增益回路有损耗和失配时的功率增益失配损耗失配损耗回路插入损耗回路插入损耗 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 回路回路失配损耗失配损耗 令令 ,称失配系数称失配系数。可得可得失配损耗失配损耗为为 匹配时n=1,失配损耗为1；n不等于1,失配损耗均小于1。失配损耗失配损耗 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 回路的插入损耗回路的插入损耗(的影响的影响)(3)(3)用插入损耗和失配损耗表示的功率增益与电压增益用插入损耗和失配损耗表示的功率增益与电压增益 功率增益功率

21、增益：由于由于失配损耗失配损耗和和插入损耗插入损耗,谐振放大器的谐振放大器的功率增益功率增益小于晶体管可能提供的最大功率增益。小于晶体管可能提供的最大功率增益。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 电压增益电压增益：在回路无损耗在回路无损耗()()及匹配及匹配()()条条件下件下电压增益最大值为电压增益最大值为谐振电压增益的模为谐振电压增益的模为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.3.谐振曲线谐振曲线 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 谐振放大器带宽窄谐振放大器带宽窄,可认为可认为f在在

22、f0附近变化附近变化，则则 f=f-f0，称为一般失谐，称为一般失谐。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 令令=QL2f/f0，称为称为广义失谐广义失谐,可得可得 取其模可得取其模可得 谐振曲线的表示形式谐振曲线的表示形式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学下图是分别用 、和 表示的放大器的谐振特性曲线。用频率表示用广义失谐表示用一般失谐表示 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4.4.放大器的通频带放大器的通频带 根据通频带的定义，根据通频带的定义，时所对应的时所对应的2f为放为放大器的通频

23、带。大器的通频带。可得可得 单级单调谐放大器通频带为单级单调谐放大器通频带为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 5.5.放大器的矩形系数放大器的矩形系数 根据矩形系数的定义根据矩形系数的定义 其中，其中，2f0.1是是 时所对应的频带宽度，时所对应的频带宽度，高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.3.4 3.3.4 多级单调谐回路放大器的主要技术指标多级单调谐回路放大器的主要技术指标 1.1.多级单调谐回路放大器的电压增益多级单调谐回路放大器的电压增益 设各放大级参数相同设各放大级参数相同,则则 则则m级放大器的总电压增益

24、为级放大器的总电压增益为 2.2.多级单调谐谐振放大器的谐振曲线多级单调谐谐振放大器的谐振曲线 m级相同的放大器级联时，级相同的放大器级联时，总谐振曲线为总谐振曲线为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.3.多级单调谐谐振放大器的通频带多级单调谐谐振放大器的通频带 m级相同的放大器级联时，级相同的放大器级联时，m级级总通频带总通频带 级数越多级数越多,通频带越窄通频带越窄 m级级通频带与单级通频带的关系通频带与单级通频带的关系 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4.4.多级单调谐谐振放大器的矩形系数多级单调谐谐振放大器的

25、矩形系数 根据矩形系数的定义根据矩形系数的定义 令令Am/Am0=0.1求得求得 m级单调谐谐振放大器的矩形系数为级单调谐谐振放大器的矩形系数为 级数越多，矩级数越多，矩 形系数越小。形系数越小。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3.4 3.4 小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性 3.4.1 3.4.1 谐振放大器存在不稳定的原因谐振放大器存在不稳定的原因 晶体管为双向器件晶体管为双向器件,放大器的输出电压可通过晶体管放大器的输出电压可通过晶体管的的yre反向作用到输入端，反向作用到输入端，引起输入电流的变化引起输入电流的变化，这种反，这种反馈作

26、用将可能馈作用将可能引起放大器产生自激等不良后果引起放大器产生自激等不良后果。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.4.2 3.4.2 放大器的稳定系数及稳定增益放大器的稳定系数及稳定增益 1.1.放大器的稳定系数放大器的稳定系数S 定义：S越大越大,放大器越稳定；放大器越稳定；S=1为维持自激振荡的条件。为维持自激振荡的条件。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 S的估算：输入回路 同理，输出回路也可用相同形式表示，即 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 通常，放大器输入回路和输出回路相同，

27、即 ,则 正反馈即相位相同的条件，可得 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.单级调谐放大器的稳定增益 稳定增益：是指晶体管不加任何稳定措施，而满足稳定系数S(例如S5)要求时，放大器工作于谐振频率的最大电压增益。设各级放大器的参数均相同，且晶体管接入谐振回路的接入系数为 ，下级负载接入谐振回路的接入系数为 ，则单级调谐放大器的电压增益为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 由于各级参数相同，从输出电压Uo处向放大器输出端看，可认为其等效导纳为YS，可得 由 则 谐振电压增益 代入S式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首

28、页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 稳定电压增益的说明：稳定电压增益 的计算公式通常是在已知晶体管参数的条件下，根据稳定系数S的要求来确定自己设计的放大器的允许的最高电压增益。也就是说，在不加任何稳定措施的情况下，你所制作的放大器的实际的电压增益 ，这个放大器一定是稳定的。在设计小信号调谐放大器时,需要考虑对稳定电压增益进行核算,判断自已设计的放大器的电压增益选取合不合理。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例：已知某晶体管在工作频率为10.7MHz时，（26.4-j36.4）mS；=（0.08-j0.3）mS。用其做中频放大器，若S5认为是稳定的，试计算稳定电压

29、增益。解：在没有任何稳定措施条件下，放大器电压增益不大于12.5,能满足稳定系数的要求。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.4.3 提高谐振放大器稳定性的措施 由于yre的反馈作用，晶体管是一个双向器件。使晶体管yre的反馈作用消除的过程称为单向化。单向化的目的就是提高放大器的稳定性。单向化的方法有中和法和失配法。1.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YN，以抵消晶 体管内部yre的反馈作用,称 为中和。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在YN与yre同性质条件下 变压器的同名端保证电

30、流流向相反 通常y re可以近似用电容 等效,YN也就是中和电容CN。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 图(a)应用较多 图(b)CN只能在一个频率点完全中和 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.失配法 失配法的实质是降低放大器的电压增益，以确保满足稳定的要求,也就是保证 。降低电压增益的方法：减小放大器的负载电阻(回路并电阻、改变接入系数)；放大器增加负反馈。单管放大器的晶体管的yre限制了放大器的稳定电压增益,晶体管的放大能力不能得到充分的发挥。在单个晶体管的yre一定的条件下,采用什么样的办法提高放大器的稳定电压增

31、益呢?失配法的典型应用是共射-共基级联放大。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (1)共射-共基级联放大的特点 对于前级共射晶体管放大器来说，它的负载是输入导纳较大的共基晶体管,大的负载导纳使电压增益低，但它仍有较大的电流增益。后级共基放大的电流增益小，电压增益大。组合后的放大器的总电压增益和功率增益都与单管共射放大电路差不多，但稳定性高。输入回路与晶体管采用部分接入，而输出回路与晶体管直接接入，这是由于共基晶体管输出电阻很大，不用部分接入。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2)共射-共基级联晶体管可以等效为一个共射晶体管

32、 在晶体管yieyre；yfeyie；yfe yoe的条件下，相同晶体管组成的共射-共基组态的等效晶体管的y参数为：共射-共基复合管的输入导纳 和正向传输导纳 大致与单管参数相等，反向传输导纳 远小于单管的 约小一二个数量级。说明复合管内部反馈很弱，放大器的工作稳定性提高了。而输出导纳 也只是单管的几分之一。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3.5 场效应管高频小信号放大器 场效应管的优点：输入阻抗高、动态范围大、噪声小、线性好、抗辐射能力强。在分立元件的高频放大器中，有取代晶体管的趋势。3.5.1 结型场效应管高频小信号放大器 共源-共栅级联等效为一个 共源

33、的场效应管,其反向传 输导纳很小，内部反馈很 弱，放大器的稳定性高。场效应管共源-共栅高频放大器由于具有电压增益较高、工作稳定、高频特性好、动态范围大、噪声小、线性好等特点，在通信系统的高频放大中应用较为广泛。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.5.2 双栅场效应管高频小信号放大器 有两个控制栅极,第二栅级g2具有一定的屏蔽作用，使得漏极与第一栅极之间的反馈电容变得很小，一般均小于0.05pF。这样的管子制做的放大器的工作稳定性高。右图是高频调谐器中的具有自动增益控制作用的双栅场效应管高频放大器。从结构上来看可认为是共源-共栅放大器的形式。改变第二栅极g2

34、的 电压时，可以改变场效 应管正向传输特性曲线 的斜率，从而改变高频 放大器的增益,可实现 自动增益控制。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3.6线性宽带集成放大电路 3.6.1 线性宽频带集成放大电路 1.利用负反馈的集成宽频带放大器 国产8FZ1集成放大电路是属于利用负反馈展宽频带的放大器，其电路如图所示。它是两个晶体管组成的直接耦合放大器，电路中具有两级电流并联负反馈。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.共射共基集成宽频带放大器 MC1490集成放大器 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程

35、大学 电路特点：由T1、T2组成共射差分输入级，驱动由T3、T4和T5、T6组成的共基差分放大器。由于T3 T4 T5 T6的基极是通过AGC直流电压控制，相当于基极交流接地。从放大来看，是由T1、T3和T2、T6 组成共射共基差分放大电路，其差动输出由T3和T6 的集电极输出。而T4和T5的基极直流电压的变化只是对T3和T6起分流作用，使其电压增益变化，达到自动电压增益控制的目的。T3和T6的集电极输出直接与T7和T10的基极相连，而T7、T8组成共集-共射级联，T10T9也组成共集-共射级联，则共集-共射组合管T7T8和T10T9组成差分放大器的输出级，其输出由T8和T9的集电极输出。T1

36、2T13T14T15T16和二极管构成偏置电路。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 放大流程：信号经T1T3和T2T6组成共射共基组合差分放大的输入级放大，再经T7、T8和T10、T9组成共集共射组合差分放大输出，这样的电路具有足够高的增益和足够宽的带宽。其中T7 和T10的共集组态构成隔离级的作用，隔离了共射高增益输出对管T8T9对前级T3T6集电极的分流作用，从而也保证了电路的增益和带宽。AGC电路的功能是由T4实现。T4T5的基极通过70电阻引出到AGC控制端（脚5），AGC电压较低时，T4T5截止，不影响电路正常工作。当AGC电压超过5V时，T4T5导

37、通，因而分流了T3T6的射极输入电流，即有效地控制了放大器的增益。这种AGC方式不仅控制效率高，而且放大器的输入输出阻抗也不会因改变增益时受影响。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 MC1490的应用电路 工作频率为30MHz，电路采用了两个单调谐回路L1C1和L2C2，均调谐于30 MHz。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.6.2 线性宽频带集成放大器与集中滤波器构成选频 放大器 (1)集中滤波器在宽频带放大器之后 这是一种常用的接法，如图所示，它要求放大器与滤波器之间要实现阻抗匹配。阻抗匹配能使放大器有较大的功率增益

38、，同时能使滤波器有正常的频率特性。因为滤波器的频率特性与其输入端匹配、输岀端匹配有关，不匹配时不能得到预期的正常频率特性。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2)集中滤波器在宽频带放大器之前 这种接法的特点是频带外的强干扰信号不会直接进入放大器，避免强干扰信号使放大器进入非线性状态产生新的干扰，如图所示。但若选用的集中滤波器的衰减较大时，进入放大器的信号较小，放大器信噪比变小。通常可在集中滤波器前加前置放大器，以提高信噪比。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3.7放大电路的噪声与低噪声放大器 *什么是噪声？在放大电路或电子设

39、备的输出端与有用信号同时存在的一种随机变化的电流或电压，没有有用信号时，它也存在。*为什么要研究噪声?放大电路对微弱信号的放大要受到内部噪声的限制。由于放大电路具有内部噪声，当外来信号通过放大电路放大输出的同时，也有内部噪声输出。若外来信号小到一定值时，放大器输出信号和噪声大小差不多，在放大器的输出端难于分辨信号。因而研究噪声的特性以及减小噪声对电子电路系统的影响是很必要的。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.7.1 放大电路内部噪声的来源和特点 电子电路内部噪声的主要来源是电阻热噪声和有源器件（晶体管、场效应管）的噪声。1.电阻的热噪声 (1)电阻的热噪

40、声是电阻材料的自由电子在外界温度作用下产生无规则运动，在电阻两端产生起伏电压。(2)噪声电压 是随机变化的，在相当长时间内平均值为零。可以用其平方后的平均值 ，即噪声电压均方值表示 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (3)电阻热噪声 具有很宽的频谱，而且各个频率分量的强度是相等的，称为白噪声。(4)电阻热噪声的均方值可以用噪声功率谱密度 表示。而功率谱密度表示单位频带内的功率。热噪声在极宽的频带内具有均匀的功率谱密度。电阻热噪声功率谱密度为 式中，k为波尔兹曼常数，J/K；T为电阻的绝对温度值(K)。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔

41、滨工程大学 (5)电阻热噪声可以用噪声电压方均值 或用噪声电流方均值 表示。其中 是电路的等效噪声带宽，单位为Hz。2.晶体三极管的噪声 (1)由基区电阻 产生的热噪声。其功率谱密度 (2)散粒噪声是流过PN 结的载流子在平均电流 上随机起伏引入的噪声。其电流功率谱密度 ，其中 为载流子电荷量；为结的平均电流。(3)分配噪声是集电极电流随基区载流子复合数量的起伏变化所引起的噪声。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (4)闪烁噪声又称为1/f 噪声。它主要在低频(几千赫以下)范围起主要作用。这种噪声产生的原因与半导体材料制作时表面清洁处理和外加电压有关，在高频工

42、作时通常不考虑它的影响。3.场效应管的噪声 (1)导电沟道电阻产生的热噪声；(2)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。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.7.2 噪声电路的计算 1.噪声等效电压源和等效电流源 在fn频带内，温度为T的一个电阻的热噪声可用 等效电压源 或等效电流源 如图所示的等效电路表示。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.串并联电阻的噪声计算 计算两个串联电阻的总噪声电压，在两个噪声源互不相关的条件下，不能直接把噪声电压相加，而只能把产生噪声的两个源的功率相加(或将两个噪声电压的

43、方均值相加)。串联电阻的噪声(在 和 T 相同条件下)高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 并联电阻噪声 R1产生的热噪声电压均方 值 在并联电路两端产生的噪 声电压均方值为 R2产生的热噪声电压均方值 在并联电路两端产生的噪声电压均方值为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.7.3 线性网络的噪声系数及计算 1.等效噪声频带宽度 放大电路具有一定的频率特性，电阻热噪声是均匀频谱的白噪声，噪声通过放大电路(线性网络)后，输出噪声是否也是均匀频谱呢?设二端口网络的电压传输系数为A(f)，输入端的噪声功率谱密度为Si(f)。把输

44、入端的噪声功率谱密度乘以网络的功率传输系数A2(f)，即可得输出端的噪声功率谱密度So(f)输入端的均匀功率谱密度为Si(f)的白噪声，通过功率传输系数为A2(f)的线性网络后，输出端的噪声功率谱密度就不再是均匀的了。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 如何求得噪声电压的均方值呢?由于起伏噪声电压的均方值与功率 谱密度之间存在的关系为 线性网络输出端的噪声电压均方值 可写成 图中So(f)曲线与横座标轴f之间的面 积就表示输出端噪声电压的均方值。等效噪声带宽是按噪声功率相等(几何意义即面积相等)来等效的。虚线表示的宽度为 、高度为 的矩形面积与曲线 下的面积相

45、等。即为等效噪声带宽。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 根据功率相等的条件，可得 则 线性网络输出端的噪声电压均方值为 因为 ,所以 通常，是已知的,只要求出 就很容易算出 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 对于其它噪声源来说，只要噪声功率谱密度是均匀的白噪声，都可以应用 来计算其通过线性网络后输出噪声电压的均方值。注意：线性网络的等效噪声带宽 与信号通频带2f0.7是不同的两个概念。是从噪声的角度引出来的，而2f0.7是对信号而言的。但是二者之间有一定的关系。对于常用的单调谐并联谐振回路来说 。隨着回路级数m的增加，等效

46、噪声带宽与信号通频带的差别越来越小。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.噪声系数 (1)噪声系数的定义 线性网络输入端信号噪声功率比Psi/Pni与输出端信号噪声功率比Pso/Pno的比值。用NF来表示。用分贝数表示 它表示信号通过线性网络后，信号噪声功率比变坏的程度。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2)噪声系数用线性网络本身产生噪声功率的表示形式 根据噪声系数的基本定义。将它作适当的变换，可有另一种表示形式 式中，AP=Pso/Psi为线性网络的功率增益。APPni表示信号源产生的噪声通过线性网络放大后在输出端产生

47、的噪声功率，用PnoI表示。Pno是线性网络的输出噪声功率。它是由两部分组成的，一部分是PnoI=APPni，另一部分是线性网络本身产生的噪声在输出端呈现的噪声功率PnoII。即 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 所以，噪声系数又可写成 可以看出噪声系数与线性网络内部噪声有关。如果线性网络是理想无噪网络，PnoII=0，则NF=1。如果线性网络本身有噪声，PnoII0，则NF1。(3)噪声系数用额定功率和额定功率增益的表示形式 网络输入端：*额定输入信号功率 当信号源内阻Rs与线性网络的输入电阻Ri相等时，信号源有最大功率输出。其值为 高频电子线路高频电子线

48、路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 *额定输入噪声功率 网络输出端：*额定输岀信号功率 当网络的输出电阻Ro与负载电阻RL相等时，输出端匹配所对应的输岀信号功率,用 表示。*额定输岀噪声功率 当网络的输出电阻Ro与负载电阻RL相等时，输出端匹配所对应的输岀噪声功率,用 表示。当RsRi或 时，额定信号功率和额定噪声功率的数值不变。但这时的额定功率不表示实际的功率。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 *线性网络额定功率增益APH：线性网络的输入和输出都匹配时(即Rs=Ri,Ro=RL时)的功率增益，即 。额定功率增益的概念在线性网络不匹配时，也是存在

49、的。噪声系数也可以定义为 因为匹配条件下的测量容易实现,用此式计算和测量噪声比较方便。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.噪声温度 噪声温度是用来表征线性网络内部噪声的一种形式。噪声温度的概念是，把线性网络的内部噪声看成是由信号源内阻Rs在温度为Ti时所产生的噪声。设线性网络内部噪声在输出端得到的额定输出噪声功率为 ,并在输入端虚设一个噪声源 等效的概念是：其中,Ti叫做等效噪声温度，简称噪声温度。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 由于噪声系数用额定噪声功率表示为 是输入噪声功率通过网络后，在输出端得到的额定输出噪声功率

50、 ；是线性网络本身产生的噪声在输出端呈现的额定噪声功率 。噪声系数用噪声温度表示 式中，T为室温，可认为T=290K。Ti为线性网络的等效噪声温度。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4.级联网络的噪声系数 设两级网络每一级的额定功率增益和噪声系数分别为APH1、NF1和APH2、NF2，通带均为fn。第一级网络的额定输入噪声功率 ,因为 第一级网络的噪声系数 第一级网络的额定输出噪声功率 为 (它是由哪些噪声组成呢?)高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第一级额定输出噪声功率 是由两部分组成：通过第一级网络传输的信号源噪声功