通信原理知识-高频电路ppt课件.ppt

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1、 高频小信号放大器的特点：高频小信号放大器的特点：放大高频小信号放大高频小信号(中心频率在几中心频率在几百百kHz到几百到几百MHz，频谱宽度在几，频谱宽度在几kHz到几十到几十MHz的范围内的范围内)的的放大器。放大器。几十几十VV几几mVmV1V1V左右左右 普通调幅无线电广播所占带宽应为普通调幅无线电广播所占带宽应为kHz，电视信号的带，电视信号的带宽为宽为Mz左右。左右。高频小信号放大器的特点：高频小信号放大器的特点：放大高频小信号放大高频小信号(中心频率在几中心频率在几百百kHz到几百到几百MHz，频谱宽度在几，频谱宽度在几kHz到几十到几十MHz的范围内的范围内)的的放大器。放大器

2、。音音 频频射射 频频微微 波波单振荡回路单振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路高频小信号放大器高频小信号放大器 谐振放大器（窄带）谐振放大器（窄带）非谐振放大器（宽带）非谐振放大器（宽带）LC集中滤波器集中滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器（调谐与非调谐）（调谐与非调谐）高频小信号放大器的分类高频小信号放大器的分类有源器件有源器件谐振回路谐振回路窄带谐振放大器窄带谐振放大器宽带非谐宽带非谐振放大器振放大器滤波器滤波器宽带非谐振放大器宽带非谐振放大器本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。高频小信号放大器的主要质量

3、指标高频小信号放大器的主要质量指标1)增益：（放大系数）电压增益电压增益：分贝表示分贝表示：功率增益功率增益：2)通频带：高频小信号放大器的主要质量指标高频小信号放大器的主要质量指标3)选择性选择性 矩形系数矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。表示与理想滤波特性的接近程度。：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用性。选择性常采用矩形系数矩形系数和和抑制比抑制比来表示。来表示。高频小信号放大器的主要质量指标高频小信号放大器的主要质

4、量指标 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。3)选择性选择性：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用性。选择性常采用矩形系数矩形系数和和抑制比抑制比来表示。来表示。高频小信号放大器的主要质量指标高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：工作稳定性：指放大器的工作状态指放大器的工作状态(直流偏置直流偏置)、晶体管、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主

5、要特参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。性的稳定。不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。馈引起），使放大器完全不能工作。出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。低频低频小信号模型小信号模型高频高频小信号模型小信号模型A AF FA A高频小信号放大器的主要质量指标高频小信号放大器的主要质量指标4)工作稳定性：工作稳定性：指放大器的工作状态指放大器的工作状态(直流偏置直流偏置)、晶体管、晶体管参数、电路元件参数等发

6、生可能的变化时，放大器的主要特参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。性的稳定。EndEnd高频小高频小信号信号放大器的分析方法放大器的分析方法 晶体管工作在线性区，可看成晶体管工作在线性区，可看成线性元件线性元件，可用有，可用有源四端网络参数微变等效电路来分析。源四端网络参数微变等效电路来分析。几十几十VV几几mVmV1V1V左右左右4.2.1 形式等效电路形式等效电路（网络参数等效电路）（网络参数等效电路）4.2.2 混合混合等效电路等效电路4.2.3 混合混合等效电路参数与等效电路参数与 形式等效电路参数的转换形式等效电路参数的转换4.2.4 晶体管的高频参数晶体管

7、的高频参数 因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便，为此并联组成，采用导纳分析比较方便，为此,引入晶体管的引入晶体管的y（导（导纳）参数等效电路。纳）参数等效电路。45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输入回路输出回路输出回路晶体管晶体管 晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源有源四端网四端网络络参数微变等效电路来分析。参数微变等效电路来分析。双口网络示意图双口网络示意图h参数系参数系z参数系参

8、数系y参数系参数系图图图图 4.2.1 4.2.1 晶体管共发射极电路晶体管共发射极电路晶体管共发射极电路晶体管共发射极电路图图图图 4.2.2 4.2.2 参数等效电路参数等效电路参数等效电路参数等效电路称为输出短路时的称为输出短路时的输入导纳输入导纳；称为输入短路时的称为输入短路时的反向传输导纳反向传输导纳；称为输出短路时的称为输出短路时的正向传输导纳正向传输导纳；称为输入短路时的称为输入短路时的输出导纳输出导纳。图图图图 4.2.2 4.2.2 参数等效电路参数等效电路参数等效电路参数等效电路放大器输入导纳放大器输入导纳放大器输入导纳放大器输入导纳Y Yi i图图图图 4.2.3 4.2

9、.3 晶体管放大器及其晶体管放大器及其晶体管放大器及其晶体管放大器及其参数等效电路参数等效电路参数等效电路参数等效电路放大器输出导纳放大器输出导纳放大器输出导纳放大器输出导纳Y Yo oEnd 表表示示输输出出电电压压对对输输入入电电流流的的控控制制作作用用（反反向向控控制制）；表表示示输输入入电电压压对对输输出出电电流流的的控控制制作作用用（正正向向控控制制）。fe越越大大,表表示示晶晶体体管管的的放放大大能能力力越越强强；re越越大大,表表示示晶晶体体管管的的内内部部反反馈馈越越强强。re的的存存在在,对对实实际际工工作作带带来来很很大大危危害害,是是谐谐振振放放大大器器自自激激的的根根源

10、源,同同时时也也使使分分析析过过程程变变得得复复杂杂,因因此此应应尽尽可可能能使使其其减小减小,或削弱它的影响。或削弱它的影响。y（导纳）参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。（导纳）参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。图图图图 4.2.4 4.2.4 混合混合混合混合等效电路等效电路等效电路等效电路优点：优点：优点：优点：各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。缺点：缺点：缺点：缺点：分析电路不够方便。分析电路不够方便。分析电路不够方便。分析电路不够方便。eb rcerbcr

11、eeCbeCbcrbbrbecrccbgm vbeEnd图图图图 4.2.4 4.2.4 混合混合混合混合等效电路等效电路等效电路等效电路是发射结电阻是发射结电阻是集电结电阻是集电结电阻是发射结电容是发射结电容是集电结电容是集电结电容是基极体电阻是基极体电阻代表晶体管的代表晶体管的电流放大作用电流放大作用集射极间电阻集射极间电阻集射极电容集射极电容图图图图 4.2.5 4.2.5 参数及混合参数及混合参数及混合参数及混合等效电路等效电路等效电路等效电路参数方程为：参数方程为：需需要要注注意意的的是是,参参数数不不仅仅与与静静态态工工作作点点的的电电压压值值、电电流流值值有有关关,而而且且是是工

12、工作作频频率率的的函函数数。例例如如当当发发射射极极电电流流增增加加时时,输输入入与与输输出出电电导导都都将将加加大大。当当工工作作频频率率较较低低时时,电电容容效效应应的的影影响响逐逐渐渐减减弱弱。所所以以无无论论是是测测量量还还是是查查阅晶体管手册阅晶体管手册,都应注意都应注意工作条件和工作频率工作条件和工作频率。显显然然,在在高高频频工工作作时时由由于于晶晶体体管管结结电电容容不不可可忽忽略略,参参数数是是一一个个复复数数。晶晶体体管管参参数数中中输输入入导导纳纳和和输输出出导导纳纳通通常常可可写写成成用用电电导导和和电电容容表表示示的的直直角角坐坐标标形形式式,而而正正向向传传输输导导

13、纳纳和和反反向向传输导纳通常可写成极坐标形式传输导纳通常可写成极坐标形式,即即:yie=gie+jCie yoe=goe+jCoeyfe=|yfe|fe yre=|yre|re yieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe1.截止频率截止频率12.特征频率特征频率 当当f fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。12.特征频率特征频率图图图图4.2.6 4.2.6 截止频率和截止频率和截止频率和截止频率和特征频率特征频率特征频率特征频率可以粗略计算

14、在某工作频率可以粗略计算在某工作频率f f的电流放大系数。的电流放大系数。3.最高振荡频率最高振荡频率fmaxf fmax后，后，Gp1 不论其不论其Q值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远。值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远。End图图图图4.3.4 4.3.4 单调谐放大器的级间耦合网络形式单调谐放大器的级间耦合网络形式单调谐放大器的级间耦合网络形式单调谐放大器的级间耦合网络形式End 若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器。若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器。若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器。若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多

15、级放大器。Av1Av2Avn如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则1.增益增益2.通频带通频带可求得可求得n级放大器的通频带级放大器的通频带3.选择性选择性（矩形系数矩形系数）通频带通频带 当级数当级数n增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改善增加时，放大器的矩形系数有所改善，但这种改善是有限度的。是有限度的。End4.6.1 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性4.6.2 单向化单向化 以上分析时，假定以上分析时，假定y yre0 0，

16、即输出电路对输入端没有影响，即输出电路对输入端没有影响，放大器工作于稳定状态。下面，讨论内反馈放大器工作于稳定状态。下面，讨论内反馈y yrere的影响。的影响。1.1.放大器的输入导纳和输出导纳放大器的输入导纳和输出导纳引用引用引用引用4.2 4.2 4.2 4.2 结果，可知结果，可知结果，可知结果，可知 如果放大电路输入端也接有谐振回路如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的输或前级放大器的输出谐振回路出谐振回路)，那么输入导纳，那么输入导纳Y Yi i并联在放大器输入端回路后并联在放大器输入端回路后(假定耦合方式是假定耦合方式是全部接入全部接入)，2.2.自激振荡的产生自激振荡

17、的产生 (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例)图图图图4.6.1 4.6.1 放大器等效输入端回路放大器等效输入端回路放大器等效输入端回路放大器等效输入端回路实际电路中，实际电路中，实际电路中，实际电路中，所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。此时，如果此时，如果g=gs+gie+gF 0，即整个回路的能量消耗为，即整个回路的能量

18、消耗为零，回路中储存的能量恒定，在零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回路电感与电容之间相互转换，回路中的等幅振荡得以维持，而不需中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。外加激励。（自激振荡）（自激振荡）如果反馈电导为负值，那么如果反馈电导为负值，那么g g=g gs s+g gie1ie1+g gF F=0=0 可能存在，即发生自可能存在，即发生自激振荡现象。激振荡现象。3.3.自激产生的原因自激产生的原因(以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例)图图图图4.6.2 4.6.2 反馈电导反馈电导反馈电导反馈电导随频率变化随频率变化随频率变化随频率变化的关系曲线的关系曲线的关系

19、曲线的关系曲线 此时，如果此时，如果g=gs+gie+gF 0，即整个回路的能量消耗为，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生等幅自激振荡的条件。等幅自激振荡的条件。4.4.自激产生的条件自激产生的条件(以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例)回路谐振时，回路谐振时，g=gs+gie+gF=0=0分解为幅值和相位两个条件分解为幅

20、值和相位两个条件4.4.自激产生的条件自激产生的条件(以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例)假定4.4.自激产生的条件自激产生的条件(以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例)稳定系数稳定系数 如果如果S1，放大器可能产生自激振荡；，放大器可能产生自激振荡；如果如果S 1，放，放大器不会产生自激。大器不会产生自激。S越大，放大器离开自激状态就越远，越大，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。工作就越稳定。4.4.自激产生的条件自激产生的条件(以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例)5.5.稳定性分析稳定性分析5.5.稳定性分析稳定性分析增益和稳定性为一对矛盾。增益和稳定性为一对矛盾。考

21、虑到全部接入，即考虑到全部接入，即p p1 1=p p2 2=1=1End如前所述，由于晶体管内存在如前所述，由于晶体管内存在y yrere的反馈，所以它是一个的反馈，所以它是一个“双向元件双向元件”。作为放大器工作时，。作为放大器工作时，y yrere的反馈作用可能引起放的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。下面，讨论如何消除大器工作的不稳定。下面，讨论如何消除y yrere的反馈，变的反馈，变“双向双向元件元件”为为“单向元件单向元件”。这个过程称为单向化。这个过程称为单向化。A AF FCberbbCbcrbcrbevbercegm vbeA AF F 避免自激的做法有避免自激的做法有中

22、和法和失配法。中和法和失配法。如果把负载导纳如果把负载导纳YL取得比晶体管取得比晶体管yoe大得多，即大得多，即YL yoe，那么输入导纳，那么输入导纳不发生自激的条件不发生自激的条件，回路谐振时，回路谐振时，g=gs+gie+gF 0所谓所谓“失配失配”是指：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；是指：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。同理，如果把信号源导纳同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管取得比晶体管yie大得多，那大得多，那么输出导纳么输出导纳 因此，因此，所谓所谓“失配失配”是指：信号源

23、内阻不与晶体管输入阻是指：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。配。如果把负载导纳如果把负载导纳YL取得比晶体管取得比晶体管yoe大得多，即大得多，即YL yoe，那么输入导纳，那么输入导纳稳定系数稳定系数 可知，当可知，当Ys yie 和和YL yoe，稳定系数，稳定系数S大大增加。大大增加。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。典型电路典型电路ic1c1y yoeoey yieieEnd