高频电子线路(第四章高频小信号放大器).ppt

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1、第四章高频小信号放大器电路性质：线性、甲类放大器基础知识：-并联谐振回路-抽头等效变换本章内容n4.1 概述n4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数n4.3 单调谐回路谐振放大器n4.4 多级单调谐回路谐振放大器n4.5 双调谐回路谐振放大器*注意：4.64.10节不讲第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.1 概述n一、高频小信号放大器的特点n 频率较高中心频率一般在几百kHz到几百MHz频带宽（2f0.7）在几kHz到几十MHzn 小信号信号较小，所以工作在 线性范围内(甲类 放大器)第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器把这一段把这一段近似看作近似看作一段直线一段直线二

2、、高频小信号放大器分类n按所用的材料分类：晶体管（BJT)场效应管（FET)集电电路（IC)n按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器n按电路形式：单级放大器和多级放大器n按负载性质：谐振放大器（以谐振电路作为负载）非谐振放大器（以阻容耦合电路作为负载）4.1 概述第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器通过学习基于晶体管的谐振放通过学习基于晶体管的谐振放大器来掌握基本原理，其他类大器来掌握基本原理，其他类型的放大器原理基本相同。型的放大器原理基本相同。三、高频小信号放大器的质量指标4.1 概述（1）增益（放大倍数）增益（放大倍数）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器（2）通频带n定

3、义：放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/）倍时，上、下限频率之间的频率范围称为放大器的通频带，用 表示。也称为3dB带宽。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.1 概述三、高频小信号放大器的质量指标后面将会后面将会证明谐振证明谐振放大器的放大器的通频带与通频带与谐振回路谐振回路的通频带的通频带是类似的是类似的调谐放大器电压增益的频率特性曲线调谐放大器电压增益的频率特性曲线调谐放大器电压增益的频率特性曲线调谐放大器电压增益的频率特性曲线（3）选择性n定义：表示放大电路从混合信号（有用信号与干扰信号的叠加信号）中选出有用信号，并抑制干扰信号的能力。n衡量指标矩形系数抑制比第四章

4、第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.1 概述三、高频小信号放大器的质量指标矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择矩形系数越小，曲线越接近矩形，选择性越好，矩形系数最小值为性越好，矩形系数最小值为 1（4）工作稳定性n一个理想的放大器其主要指标（如增益、通频带、中心频率等）应不随时间和外界变化而变化，谓之稳定。n反之则为不稳定，不稳定的极限情况是自激（无规则的、失控的正反馈）。n提高稳定性，避免自激的措施有合理选择器件、合理设计PCB布局布线单级的增益不要过高加入稳定电路（如负反馈电路）等第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.1 概述三、高频小信号放大器的质量指标（5）噪声系数n

5、定义：第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.1 概述三、高频小信号放大器的质量指标高频小信号高频小信号放大器放大器此信号功率为Psi此信号功率为Pni此信号功率为Pso此信号功率为Pno4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数n为什么要提出小信号等效电路?回答：由于信号幅度很小（mv级），所以可认为晶体三极管工作于线性区，如果把它等效成我们学过的线性元件的组合电路，那么就可以用我们学过的线性电路知识进行分析了。n等效方法形式等效电路（如y参数、h参数）物理模拟等效电路（参数）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器重点重点把这一段把这一段近似看作近似看作一段直线一段直线4.2.

6、1 形式等效电路（主要介绍y参数）n图中，若以V1和V2为 自变量，I1和I2为参 变量，列出表达式：第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数+V1-+V2-I1I2其中的其中的 yi、yr、yf、yo 合称为合称为 y 参数参数可以看出可以看出4个参数均为导纳量纲，故其称为个参数均为导纳量纲，故其称为 y 参数参数根据y参数公式画出y参数等效电路n这个等效电路非常重要，希望同学们记住。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.1 形式等效电路（y参数）yiyoyr V2yfV1+V1-+V2-I1I2+V1-+V2-I1I2yieyoe

7、yreuceyfeube+ube-+uce-ibic等效等效用三极管引脚用三极管引脚b,c,e来表示来表示利用y参数求单纯三级管放大电路的电压增益第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.1 形式等效电路（y参数）yieyoeyre V2yfeV1+V1-+V2-I2YLy参数的求法和含义第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.1 形式等效电路（y参数）+V1-+V2-I1I2y参数可能是参数可能是复数，如复数，如(25+10j)ms课上思考：课上思考：复数意味着什复数意味着什么物理含义？么物理含义？yie和yoe的其他表示方法第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号

8、放大器4.2.3 混合参数和y参数的转换yieyoeyre V2yfeV1giegoeyre V2yfeV1CieCoe由于由于yie和和yoe均为复均为复数，而且虚部数，而且虚部(电纳电纳)通常为正数，所以在通常为正数，所以在图中，我们可以将其图中，我们可以将其看作一个电导看作一个电导g与一与一个电容个电容C的并联。的并联。4.2.2 混合等效电路n根据物理结构，分析客观 存在的寄生电容、电阻，从而画出等效电路。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数eb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ubeCberbbCbcrbcrb

9、eubercegm ube其中其中 Cbc 和和 rbb 在高频时危害最大在高频时危害最大4.2.3 混合参数和y参数的转换n为什么要进行转换？回答：拿到一个三极管时，往往只知道其物理参数，而不知道y参数。而且，由后面的推导，同学们可知，y参数不仅与参数有关，还与工工作频率作频率有关！n转换方法由参数电路出发，推出与y参数方程形式上一样的表达式，则其系数即为y参数了。第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数（经常用的是将（经常用的是将参数转换成参数转换成y参数）参数）由参数推出y参数的原理第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.3 混合

10、参数和y参数的转换CberbbCbcrbcrbeVbercegm ube引入中间变量引入中间变量Vbe（最后会消去）（最后会消去）书上公式将上式代入可得书上公式书上公式由参数推出y参数的原理(续)第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.3 混合参数和y参数的转换+V1-+V2-I1I24.2.4 晶体管的高频参数n为什么要了解晶体管的高频参数?回答：晶体三极管在高频下放大性能出一定的衰减特性(观察参数电路图不难看出)，与低频下的一些参数不一样。n主要的高频参数有：截止频率特征频率最高振荡频率第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2 晶体管高频小信号等效电路和参数第四章

11、第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.4 晶体管的高频参数1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用。因此晶体管还能起到放大的作用。低频区低频区第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.4 晶体管的高频参数（续）（续）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.2.4 晶体管的高频参数低频时能放大电流低频时能放大电流100倍的三极管工作倍的三极管工作在在50MHz的高频时只能放大的高频时只能放大3倍了！倍了！第四章第四章 高频小信号放大器高频小信

12、号放大器4.2.4 晶体管的高频参数(了解即可)第三次作业n(1)教材P151 习题4.5n(2)补充题若一高频晶体三极管参数恰好为教材第95页的图所示的参数，求工作频率为10MHz时的Y参数中的yfe(提示：利用教材97页公式4.2.20)4.3 单调谐回路谐振放大器n本节主要内容单调谐回路谐振放大器的典型电路4.3.1 电压增益的分析4.3.2 功率增益及插入损耗4.3.3 通频带与选择性第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器45123Rb1Rb2ReYLCbCeCB1B2VTV

13、cc一、实际电路图一、实际电路图分析第分析第步：直流变交流步：直流变交流（即画小信号等效电路）（即画小信号等效电路）直流变交流的画法原则：直流变交流的画法原则：(i)地与地与Vcc都接入交流地都接入交流地(ii)旁路电容视为短路旁路电容视为短路(iii)大电阻可视为开路大电阻可视为开路放大放大单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器二、交流二、交流(小信号小信号)等效电路图等效电路图32154B1B2C YLT单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器三、将三极管用三、

14、将三极管用y参数模型等效后的电路图参数模型等效后的电路图32154yieyoeyreVo1yfeVi1 CYL+Vi2-+Vi1-单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器四、忽略四、忽略yre参数参数(不考虑反馈不考虑反馈)后的电路图后的电路图yfeVi1yoeYL12345单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器五、五、L1与与L2紧耦合时（相当于抽头）的电路图紧耦合时（相当于抽头）的电路图yfeVi1yoeYL1235单调谐回路谐振放大器的典型电路第四章第四章 高

15、频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器六、将六、将yoe和和YL看作实际器件（电导与电容的看作实际器件（电导与电容的并联）后的电路图并联）后的电路图yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-4.3.1 电压增益的分析n分析目标：Av=Vi2/Vi1n采用两种方法分析：方法一：方法一：“彻底等效法彻底等效法”，即将所有从抽头接，即将所有从抽头接入电路的元件都进行入电路的元件都进行“去抽头等效变换去抽头等效变换”（见（见3.3.3）方法二：教材上的方法（两级分析，先分析方法二：教材上的方法（两级分析，先分析 Vo1/Vi1，再分析，再分析Vi2/Vo1）n

16、推荐同学们按方法一分析推荐同学们按方法一分析第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器分析方法一（电路）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析yfeVi11235+-Vi2p1yfeVi1+-抽头等效抽头等效Co1go1gi2Ci213分析方法一（计算任意频率下电压增益Av）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析此为任意频率下的电压增益此为任意频率下的电压增益分析方法一（计算谐振频率下Av0）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析我们通常只关心其幅度例（06年试

17、题）（第1问）三极管三极管T1与与T2同型号同型号三极管的参数如下三极管的参数如下 求谐振电压增益求谐振电压增益 第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析例（续）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析例（续）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析分析方法二(教材的方法)第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析yfeVi1go11235Co1gi2Ci2+Vo1-+Vi2-如何求这一项呢?分析方法二(续)第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压

18、增益的分析分析方法二(续)第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析上页已经求出从而两种方法得到了相同的结果从而两种方法得到了相同的结果,后面的推导一样了后面的推导一样了但是方法二有点绕弯但是方法二有点绕弯4.3.2 功率增益及插入损耗第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器Gpab三者并联为三者并联为Gp小信号放大器功率增益表达式第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗插入损耗K1n定义：第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗Gpab插入损耗K1(续)第四

19、章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗注意：注意：K1是大于是大于1的数的数例（续，第2问）n电路图和已知不变，求功率增益及插入损耗第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗换算成换算成dB为为2.97dB4.3.3 通频带与选择性n在讲谐振回路的通频带时，我们引入了归一化谐振曲线；同样在研究小信号放大器的通频带时，我们引入“归一化增益曲线”的概念，即第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器与串并联回路谐振曲线形式上完全一样，只不过要用有载时的与串并联回路谐振曲线形式上完全一样，只不过要用有载

20、时的QL千万不千万不要用要用Q0高频小信号放大器的通频带第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.3 通频带与选择性1B一定要注意此处一定要注意此处是是QL不是不是Q0(书上的公式书上的公式4.3.20)高频小信号放大器的选择性1第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.3 通频带与选择性单调谐回路放大器的单调谐回路放大器的矩形系数远大于矩形系数远大于1，故，故其选择性差，这是单其选择性差，这是单调谐回路放大器的缺调谐回路放大器的缺点。点。注意它与注意它与Q QL L和和f f0 0无关，即，只要是单级单调无关，即，只要是单级单调谐放大器，矩形系数均为谐放大器，矩形系数

21、均为9.959.95例（续，第3问）n电路图和已知不变，求通频带与矩形系数第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.3.3 通频带与选择性单级单调谐回路放大器解题思路此项可能此项可能有有,也可能也可能没有没有,具体具体要看电路要看电路单级单调谐回路放大器解题思路4.4 多级单调谐回路谐振放大器Au1Au2Aun多级单调谐放大器通频带第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.4 多级单调谐回路谐振放大器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多级放大器级联后增益曲线的变化带宽缩减后如何恢复,及恢复后的副作用第四章第四章 高频小信号放大器高频小

22、信号放大器4.4 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐放大器的选择性（仍以矩形系数衡量）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.4 多级单调谐回路谐振放大器第四次作业n教材152页n习题4.10注意有R54.5 双调谐回路谐振放大器n以双调谐耦合回路作为负载n其曲线的形式和特点与双调谐耦合回路的谐振曲线一致n分析单调谐回路时，我们将放大器等效成了一个标准的并联谐振回路；同样道理，我们在分析双调谐回路放大器时，可将其等效成一个标准的，双谐振耦合回路。（故推导过程略，下面直接给出推导结果）第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器双调谐回路放大器的电压增益第四章第四章 高频小信号放大器

23、高频小信号放大器4.5 双调谐回路谐振放大器Avmax双调谐回路放大器的通频带n我们只关心临界耦合时的通频带，它与单纯的双调谐耦合回路的通频带形式上是一样的，但要用QL第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.5 双调谐回路谐振放大器双调谐回路放大器的选择性（同样以矩形系数来衡量）n我们只关心临界耦合时的矩形系数第四章第四章 高频小信号放大器高频小信号放大器4.5 双调谐回路谐振放大器比比5级以下的多级单调谐回路放大器的选择性要好级以下的多级单调谐回路放大器的选择性要好本章的重点n单调谐回路放大器电压增益、功率增益、通频带n最重要的是三个公式的应用这项的有无要根据这项的有无要根据实际电路来决定实际电路来决定45 1 2 3Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2 TLVcc附录附录1、单调谐小信号放大器实际电路图、单调谐小信号放大器实际电路图