(精品)uestc射频模拟电路与系统2-5小信号调谐放大器电路分析.ppt

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1、第二章第二章 射频电子系统中的射频电子系统中的放大器设计放大器设计2.1 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 （2.1.12.1.7）2.2 高频谐振功率放大器 （2.2.12.2.6）性能指标性能指标：电压增益 ：放大器的输出信号电压(负载上的电压)与输入信号电压之比。功率增益 ：负载上输出信号功率与输入信号功率之 比。1增益上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器性能指标性能指标：上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器2通频带与选择性通频带：与谐振回路相同，决定于回路的形式和回路的等效品质因数QL。放大器的总通

2、频带，随着级数的增加而变窄。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。选择性：放大器从含有各种不同频率的信号总和(有用的和有害的)中选出有用信号排除有害(干扰)信号的能力，称为放大器的选择性。通常谐振放大器的矩形系数 ，约在25的范围内。性能指标性能指标：上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器3噪声系数：噪声系数：定义为放大器输入信噪比与输出信噪比之比。在放大器中，总是希望它本身产生的噪声愈小愈好。性能指标性能指标：上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器4工作稳定：工作稳定：工作稳定性是指放大器的工作状态(直流院置)、晶体管

3、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程度。一般的不稳定象是增益变化、中心频率偏移、通频带变化、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激以致使放大器完全不能工作。性能指标要求性能指标要求：在稳定工作条件下，满足频带要求，在稳定工作条件下，满足频带要求，失真小，且具有尽可能大的增益。失真小，且具有尽可能大的增益。上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频晶体管小信号等效电路模型高频晶体管小信号等效电路模型问题：问题：1、yie？2、yoe？3、yfe？4、yre？上节内容回顾与扩展上节内容回顾

4、与扩展高频晶体管小信号等效电路模型高频晶体管小信号等效电路模型输出短路时的输入导纳 输入短路时的反向传输导纳 输出短路时的正向传输导纳 输入短路时的输出导纳 上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体管高频参数晶体管高频参数问题：1、截止频率、截止频率?2、特征频率、特征频率?3、最高振荡频率、最高振荡频率上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体管高频参数晶体管高频参数 1、截止频率、截止频率 2、特征频率特征频率 3、最高振荡频率、最高振荡频率上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体管高频参数晶体管高频参数 1、截止频率、截止频率 2、特征频率特征频率 3、最高振荡频率、最高振荡频率表示一个晶

5、体管所能适用的最高极限频率表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。通。通 常，为了使电路工作稳定，且有一常，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为最高振荡频率的1/3至至1/4。以上三个频率大小的顺序是：以上三个频率大小的顺序是：最高；最高；次之；次之；最低。最低。上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器-基本电路基本电路1、部分接入、部分接入2

6、、直流偏置电路、直流偏置电路3、RFC4、C上节内容回顾与上节内容回顾与扩展扩展晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器-基本电路基本电路RF电路中电源的去耦合每个单元电路的交流分量自行构成回路，每个单元电路的交流分量自行构成回路，不通过公共电源的内阻。不通过公共电源的内阻。上节内容回顾与上节内容回顾与扩展扩展晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器-基本电路基本电路耦合电容、旁路电容及耦合电容、旁路电容及RFC电感值的选取电感值的选取上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回

7、路谐振放大器-基本电路基本电路1、部分接入、部分接入2、直流偏置电路、直流偏置电路3、RFC4、C5、并联谐振回路的、并联谐振回路的LC6、高频上看整个电路？、高频上看整个电路？上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器-基本电路基本电路6、高频上看整个电路？、高频上看整个电路？第二章第二章 射频电子系统中的射频电子系统中的放大器设计放大器设计2.1 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 （2.1.12.1.7）45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其简化规则：交流输入信号为零；所其简化规则：交流输

8、入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。有电容开路；所有电感短路。结论：结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；为偏置电阻，提供静态工作点；1.静态分析静态分析画出画出直流等效电路直流等效电路，Rb1Rb2ReVCC2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）45123Rb1Rb2ReyLCbCeCTr1Tr2TLVCC 其简化规则：有交流输入信号，所有直其简化规则：有交流输入信号，所有直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路L、C保

9、留）保留）1)画出画出交流等效电路交流等效电路，2.动态分析动态分析32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输入回路输出回路输出回路晶体管晶体管2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）32154Tr1Tr2CLyLT输入回路输入回路输出回路输出回路晶体管晶体管32154yieyoeyrevceyfevbeCyLL+v54-+u31-+v21-2)画出画出交流小信号等效电路交流小信号等效电路，负载和回路之间采用了负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数变压器耦合，接入系数 晶体管集、射回路与振晶体管集、射回路与

10、振荡回路之间采用抽头接入，荡回路之间采用抽头接入，接入系数接入系数 2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）6、高频上看整个电路？、高频上看整个电路？输入信号输入信号2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）6、高频上看整个电路？、高频上看整个电路？输入信号输入信号2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.

11、4 晶体管高频小信号单调谐晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（回路谐振放大器（P86）一、一、一级中放交流等效电路一级中放交流等效电路及及y参数等效电路参数等效电路2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（回路谐振放大器（P86）一、一、一级中放交流等效电路一级中放交流等效电路及及y参数等效电路参数等效电路YL由集电极向右看进去的回路的总导纳。由集电极向右看进去的回路的总导纳。2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大（P86）二、放大器的输入导纳二、放大器的输入

12、导纳 YiVc=?Ib=?2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益YL由集电极向右看进去的回路的总导纳。由集电极向右看进去的回路的总导纳。2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益YL由集电极向右看进去的回路的总导纳。由集电极向右看进去的回路的总导纳。YL 由回路两端向右看进去的回路的总导纳。由回路两端向右看进去的回路的总导纳。2.1 高频小信号调

13、谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P8

14、6）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益广义失谐讨论：讨论：1、负号、负号2、增益的模、增益的模3、谐振时的增益、谐振时的增益4、通频带、通频带5、归一化抑制比、归一化抑制比2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）三、放大器的电压增益三、放大器的电压增益1、负号、负号2、增益的模、增益的模3、谐振时的增益、谐振时的增益4、通频带、通频带5、归

15、一化抑制比、归一化抑制比带宽增益积为一常数带宽增益积为一常数带宽和增益为一对矛盾。带宽和增益为一对矛盾。通通频带频带2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）放大器的电压增益大小与哪些因素有关（P 89）令 ，求得极值点2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）四、放大器的功率增益四、放大器的功率增益输入

16、功率输入电压的有效值2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）谐振时令四、放大器的功率增益四、放大器的功率增益2.1 高频小信号调谐放大器 2.1.4 晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器（P86）四、放大器的功率增益四、放大器的功率增益例例1例例1例例1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End2.1.5多级单调谐回路谐振放大器（了解）多级单调谐回路谐振放大

17、器（了解）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2.1.5多级单调谐回路谐振放大器（了解）多级单调谐回路谐振放大器（了解）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2.1.5多级单调谐回路谐振放大器（了解）多级单调谐回路谐振放大器（了解）1.增益增益2.通频带通

18、频带若每级都相同，则可若每级都相同，则可求得求得n级级放大器的通频带放大器的通频带2.1.5多级单调谐回路谐振放大器（了解）多级单调谐回路谐振放大器（了解）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。2.1.5多级单调谐回路谐振放大器（了解）多级单调谐回路谐振放大器（了解）以上分析时，假定以上分析时，假定y yre0 0，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 yrer

19、e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可知可知可知可知2.1.7小信号调谐放大器的稳定性分析小信号调谐放大器的稳定性分析 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的产生 (以输入导纳的影响为例以输入导纳的影响为例)放大器放大器放大器放大器等效输入端回路等效输入端回路等效输入端回路等效输入端回路实际电路中，实际电

20、路中，实际电路中，实际电路中，2.1.7小信号调谐放大器的稳定性分析小信号调谐放大器的稳定性分析 如果反馈电导为负值如果反馈电导为负值，那么，那么g g=g gs s+g gie1ie1+g gF F=0=0 可能可能存在，存在，即即发生自激振荡现象。发生自激振荡现象。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)反馈反馈反馈反馈电导电导电导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

21、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。2.1.7小信号调谐放大器的稳定性分析小信号调谐放大器的稳定性分析 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值和相位两个条件2.1.7小信号调谐放大器的稳定性分析小信号调谐放大器的稳定性分析5

22、.5.稳定性分析稳定性分析2.1.7小信号调谐放大器的稳定性分析小信号调谐放大器的稳定性分析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。考虑到全部接入，即考虑到全部接入，即p p1 1=p p2 2=1=12.1.7小信号调谐放大器的稳定性分析小信号调谐放大器的稳定性分析如前所述，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

23、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提高稳定性的单向化措施提高稳定性的单向化措施 避免自激的做法有避免自激的做法有中和法和失配法。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

24、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。提高稳定性的单向化措施提高稳定性的单向化措施 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

25、么输入导纳提高稳定性的单向化措施提高稳定性的单向化措施稳定系数稳定系数 可知，当可知，当Ys yie 和和YL yoe，稳定系数稳定系数KS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。提高稳定性的单向化措施提高稳定性的单向化措施 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 yieie提高稳定性的单向化措施提高稳定性的单向化措施 (P 78-79)l2-1 l2-2l2-3l2-4l2-5l2-6Please hand your home work on 12th,0ct.