高频电子线路第三章课件2.ppt

1、3.2 3.2 高频小信号调谐放大器高频小信号调谐放大器 高频小信号调谐放大器的电路组成：高频小信号调谐放大器的电路组成：晶体管晶体管和和LCLC谐振回路。谐振回路。3.2.13.2.1晶体管高频等效电路晶体管高频等效电路y参数等效电路）。参数等效电路）。另一是形式另一是形式等效电路（等效电路（）等效电路。）等效电路。一是物理模拟（混合一是物理模拟（混合2.2一、混合一、混合型等效电路型等效电路图3.2.1 晶体管高频共发射极混合型等效电路；2.2.1126()()1(1)2TmeeEQEQb eoeb eb cT eVmVgrrIImArrCCf r 各主要参数有关的公式如下：各主要参数有关

2、的公式如下：另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图3.2.23.2.2图（图（a a）所示，图）所示，图 (b)(b)是简化等效电路。是简化等效电路。图3.2.2 晶体管高频共基极等效电路及其简化电路 2.2.1二、参数等效电路二、参数等效电路 双口网络即具有两个端口的网络，如图双口网络即具有两个端口的网络，如图2.2.32.2.3所示。所示。Y Y参数方程是选取各端口的电压为自变量参数方程是选取各端口的电压为自变量,电流为应电流为应变量变量,其方程如下其方程如下 图3.2.3 双口网络111 1122221 1222Iy Vy VIy Vy V2.2

3、.1其中其中 11122122yyyy、四个参量均具有导纳量纲，即四个参量均具有导纳量纲，即 221112112111001212222200()()()()VVVVIIySySVVIIySySVV 所以参数又称为短路导纳参数所以参数又称为短路导纳参数,即确定这即确定这四个参数时必须使某一个端口电压为零四个参数时必须使某一个端口电压为零,也就是也就是使该端口交流短路。使该端口交流短路。2.2.1图3.2.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 2.2.1 如共发射极接法的晶体管如共发射极接法的晶体管,如图2.2.4所示所示,相应的相应的参数方程为参数方程为 bieberececfebeoeceI

4、y Vy VIy Vy V式中，式中，ierefeoeyyyy、分别称为输入导纳、反向传输导纳分别称为输入导纳、反向传输导纳正向传输导纳和输出导纳。正向传输导纳和输出导纳。0000cecebebebciefebebeVVbcreoececeVVIIyyVVIIyyVV其中其中 图3.2.4 共发射极接法的晶体管参数等效电路 三、参数与混合三、参数与混合 参数的关系参数的关系1()1()1()1()refebebeieieiebbbebebe bbmoeoeoeoebcbbbebejbcrerebbbebejmfefebbbebegj Cygj Crgj Cj C r gygj Cgj Crgj

5、 Cj Cyy ergj Cgyy ergj C2.2.1 由混合由混合 等效电路与参数的定义即可求出等效电路与参数的定义即可求出Y Y参参数如下式数如下式（请自行推导得出下式请自行推导得出下式）3.2.2 3.2.2 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理图3.2.5 高频调谐放大器的典型线路（a）原理电路 （b）交流通路 1BR2BRER构成晶体管的分压式电流反馈直流偏置电路，构成晶体管的分压式电流反馈直流偏置电路，以保证晶体管工作在甲类状态。以保证晶体管工作在甲类状态。2.2.2旁路电容旁路电容C CB B、C CE E对高频旁路，电容值比低

6、频放大器中对高频旁路，电容值比低频放大器中小得多。小得多。LCLC振荡回路作为晶体管放大器的负载，为放大器提供振荡回路作为晶体管放大器的负载，为放大器提供选频回路。振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配。选频回路。振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配。图3.2.6 单管放大器的小信号（a）小信号等效电路 （b）简化电路二、电路性能分析二、电路性能分析1 1、放大器的小信号等效电路及其简化、放大器的小信号等效电路及其简化2.2.221ooVVn21131NnN45231NnN1()feifeiy Vn y V 22ieieyn y 21oeoeyn y 0rey图中设图中设2212oeieeo

7、gn gn gg22221212/oeieoeieCn Cn CCn Cn CC001eCQggL00122fLC000000111eoeCgRQLCQQL1()ygjCL22 1oofeiVn Vn n y Vy 2 2、电路性能分析、电路性能分析（1）电压放大倍数（增益）1 21 2012()(1)fefeoienn ynn yVAfVgjCgjQLf谐振电压放大倍数（增益）的振幅值谐振电压放大倍数（增益）的振幅值 1 20feooinn yVAVg谐振电压放大倍数（增益）谐振电压放大倍数（增益）1200feoin n yVAVg（2）、放大器的频率特性001()21eANjffAjQf其

8、中幅频特性表达式为其中幅频特性表达式为 201()21()oeAN fAfQf图2.2.7 放大器的谐振曲线 2.2.2 放大器的频率特性曲线如图示。（3）放大器的通频带1()2N f令 ，得到放大器的通频带为 0.7120eBWfffQeQ越高，放大器的通频带越窄，反之越宽。（4）放大器的增益带宽积将 001eCQggL代入 1200feoin n yVAVg 2.2.2（5）矩形系数 20.10.10.721019.952rfKf 得到放大器的增益带宽积为 1200.72fen n yABWC小结小结（请自行总结请自行总结）120fen n yAg 1、放大倍数、放大倍数中负号（中负号（-

9、）的）的意义意义？oViV和输入电压和输入电压之间之间的相位差是？的相位差是？输出电压输出电压oViV为使输出电压为使输出电压和输入和输入电压电压反相位，应如何选择反相位，应如何选择晶体管？晶体管？2 2、电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐、电压增益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数的关系如何？为了增大电压增益，振电导和接入系数的关系如何？为了增大电压增益，应如何选择上述参数？应如何选择上述参数？晶体管选定以后（晶体管选定以后（fey值已经确定），接入系数值已经确定），接入系数不变时，放大器的谐振电压增益不变时，放大器的谐振电压增益 oA与那些因素有关？与那些因素有关？

10、1200.72fen n yABWC3、由增益带宽积、由增益带宽积试说明：试说明：例例3.2.13.2.1 在图3.2.5中,已知工作频率 =30MHz,cc6,2mA。晶体管采用3DG47型NPN高频管，其参数在上述工作条件和工作频率处的数值如下：EQI0f，95pFoeC1.2mSieg 12pFieC；400 Soeg；58.3mSfey，ofe22310 Sreyofe8.88；，；回路电感14H,接入系数 11n，20.3n，回路空载品质因数 100，负载是另一级相同的放大器。求放大器的谐振电压增益 、通频带 ，且回路电容C取多少时，回路谐振？0Q0A0.7BW解解：暂不考虑 rey

11、的作用（0rey）。根据已知条件可得 66000100230 101.4 1026(k)eRQL350011103.84 10(S)26eegR回路总电导 2201233223 0.0384 100.4 100.31.2 10 0.55 10(S)eoeieggn gn g电压增益为2201 0.3 58.3320.55fen n yAg回路总电容220253302533020(pF)301.4Cf L故外加电容C22212209.50.3129.4(pF)oeieCCn Cn C通频带3120.71200.3 58.3 104.35(MHz)2220 1032fen n yBWC A3.2.

12、3 3.2.3 多级单调谐回路谐振放大器多级单调谐回路谐振放大器 当多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上时，当多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上时，称为多级单调谐放大器。称为多级单调谐放大器。n n级放大器级联，则级放大器级联，则总电压增益的振幅值为为：一、电压增益电压增益12nnAA AA 若每一若每一级参数均相级参数均相同，则同，则12121()nfennneonn yAAfQgf谐振电压增益谐振电压增益 120nfenn n yAg所以，单位谐振函数所以，单位谐振函数0201()21()neAN fAfQf二、通频带二、通频带n n 级放大器的通频带级放大器的通频带1100.70.

13、70.7()(2)2121nnnnefBWfBWQ 由上式知，由上式知，级联的放大器级数越多，总增益 A越大，但通频带 0.7()nBW越窄。换句话说，当多级放大器带宽确定后，级数越多，要求每一级的带宽越宽。（放大器多级级联动画）例例3.2.2 3.2.2 某中频放大器的通频带为某中频放大器的通频带为 6MHz6MHz，现，现采用两级或三级相同的单调谐放大器，对每一级放大采用两级或三级相同的单调谐放大器，对每一级放大器的通频带要求各是多少？器的通频带要求各是多少？解解：根据式(2.2.25)，当n=2时 67.02127.027.010612)2()(BWfBW所以要求每一级放大器的带宽660

14、.70.7126 1029.3 10(Hz)21BWf 同理，当n=3时，要求每一级放大器的带宽660.70.7136 10211.8 10(Hz)21BWf 三、矩形系数三、矩形系数n n级单调谐放大器的矩形系数为级单调谐放大器的矩形系数为121100)()()(117.01.01.0nnnnnrBWBWKn1.0rk由该表知，级联的放大器级数越多，0.1rK虽有所改善，但效果不大。123456789109.954.83.753.43.23.13.02.942.922.92.56 由以上分析知，单调谐放大器的选择性差，增益和通频带的矛盾突出。改善放大器选择性和解决其增益与通频带之间的矛盾的有

15、效方法之一是采用参差调谐放大器。矩形系数与级数n的关系如下表所示：3.2.4 3.2.4 双调谐回路调谐放大器双调谐回路调谐放大器双调谐回路谐振放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。图3.2.7（a）电路特点：交流通路：在实际应用中，通常初、次级回路都调谐到同一中心频率 上。0f高频小信号等效电路 为了分析方便，设两个回路元件参数都相同，即：12LLL2211oe22ieCn CCn CC0e1e2e01CQQQgLg简化电路 甴简化电路可以得到放大器的电压增益的表达式为 12f e222(1)4n nyAg0在谐振时，12f e021n n yAg谐振电压增益图3.2.8 双调谐回路谐振放大

16、器的谐振特性曲线 的频率特性曲线 A与耦合参数0A谐振电压增益有关。12f e021n n yAg1）弱耦合 1，谐振曲线为单峰，且峰值出现在（）处。0f0随着 的增加，的值增加。0A2）临界耦合 =l，谐振曲线较平坦，仍为单峰，在 （）处出现最大峰值。0f00A12f e02n n yAg3）强耦合 1，谐振曲线出现双峰，两个峰点位置在 21 12f e02n n yAg峰值处的增益为 归一化的的频率特性曲线 与双调谐回路相同，所以具有与双调谐回路相同的选频滤波特性。0AA临界耦合时的通频带为 00.72efBWQ4r0.110013.16K矩形系数为 3.2.5 3.2.5 参差调谐放大器

17、参差调谐放大器一、一、双参差调谐放大器双参差调谐放大器 所谓双参差调谐，是将两级单调谐回路放大器的谐所谓双参差调谐，是将两级单调谐回路放大器的谐振频率，分别调整到略高于和略低于信号的中心频率。振频率，分别调整到略高于和略低于信号的中心频率。图3.2.9 双参差调谐放大器的频率特性曲线(a)双参差调谐放大器的交流通路 (b)双参差调谐放大器的频率特性曲线2.2.4两级放大器的谐振频率分别为两级放大器的谐振频率分别为010fff 020fff 对于单个谐振电路而言，它是工作于失谐状态的。对于单个谐振电路而言，它是工作于失谐状态的。相应的广义参差相应的广义参差失谐量分别是失谐量分别是 002efQf

18、 参差调谐的综合频率特性与参差失谐量参差调谐的综合频率特性与参差失谐量 f有关，即与有关，即与 0有关。有关。平坦的情况。平坦的情况。f）0(愈大，则双峰的距离愈远，且中间愈大，则双峰的距离愈远，且中间下凹愈严重。下凹愈严重。2.2.4理论推导表明，当理论推导表明，当 时综合频率特性曲线为单峰；时综合频率特性曲线为单峰；00时为双峰；时为双峰；为两者的分界线，相当于单峰中最为两者的分界线，相当于单峰中最0000二三参差调谐放大器二三参差调谐放大器 三参差调谐回路，是使其中的两级工作于参差调谐的三参差调谐回路，是使其中的两级工作于参差调谐的双峰状态，第三级调谐于双峰状态，第三级调谐于 。0f合成

19、的谐振合成的谐振曲线就比较曲线就比较平坦。平坦。图3.2.10 三参差调谐放大器的频率特性曲线由合成谐振曲线可见：利用三参差调谐电路，并适当地由合成谐振曲线可见：利用三参差调谐电路，并适当地选择每个回路的有载品质因数选择每个回路的有载品质因数 和和 eQf，就可以获得双，就可以获得双参差调谐所不能得到的通频带。参差调谐所不能得到的通频带。2.2.4需要指出，由于参差调谐在需要指出，由于参差调谐在 0f处失谐，故其在处失谐，故其在 0f倍数小。可以证明它们有如下关系：倍数小。可以证明它们有如下关系：2011()双参差调谐放大器的放大倍数调谐于同一频率的两级放大器的放大倍数例如，设例如，设 01，

20、则上式等于，则上式等于 12 即双参差调谐放大的谐振放大倍数等于调谐于同一即双参差调谐放大的谐振放大倍数等于调谐于同一频率的两级放大器的放大倍数的一半。频率的两级放大器的放大倍数的一半。2.2.4点的放大点的放大0A倍数倍数 要比调谐于同一频率的两级放大器的放大要比调谐于同一频率的两级放大器的放大33 谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性 以前讨论，设 ，实际上 ，因而将引起内部反馈，使放大器不稳定甚至自激。0rey0rey而 的大小主要由 决定，故应想法减少 的影响。reyb cCb cC方法：（1）加中和电路中和电容（2）采用失配方法共射共基电路 3.4 集成宽频带放大器集成宽频带放大器

21、宽带放大器既要求有较高的增益，又要求有较宽的带宽。因而常用增益带宽积衡量其性能的好坏。增益带宽积 vHG BWAf HLHBWfff一单级差分宽频带放大器：一单级差分宽频带放大器：差分对管放大器双入双出时交流等效电路：交流等效电路12121212122222ooooovdvviiiiiVVVVVAAAVVVVV 分析差放电路即是分析单级共射电路（半电路法）1.单级共射电路：单级共射电路：小信号等效电路：(1)tb eMb emLb cCCCCg RC由低频分析知：/tb ebbRrr1/1b eb eb etb etrZrj Cj r Comb eLVg V R(1)1b eb etbbb e

22、iiibbb eb ebbb etttZrR rVVVVrZrrj r Cj C R1HttRC12HttfRC2.单级差分放大电路：单级差分放大电路：111m b eLvdvbbb eHg r RAArrj 1/2LCLRRR122m b eLmLvdHbbb ettbbtg r Rg RG BWAfrrRCr C结论：为增大 ，应取 大，、小，高的BJT。G BWmgb eCb cCTf差放的其它组态分析方法与低频（以上）同。略二、展宽频带的方法二、展宽频带的方法展宽频带，即要提高 ，除合理选BJT外，应采取以下措施。Hf1.组和电路法组和电路法在集成宽带放大器中 广泛采用的方法是 共射共

23、基组和电路。共射电路特点：，较大，较小 iAvAHf共基电路特点：1，较大，较宽 iAvAHf 组合电路法求：G BW1LeRr()/tSbbb eRRrr1(1)(1)tb eMb emLb cb em eb cCCCCg RCCg r C11/1m eomb eeb eb eeb eg rVg VrVj Cj rC 1/1/etb eSSbbb etrj CVVRrrj C111/1mLomoLob cLb cg RVg VRVj Cj R C111/111/eooob emLm etnSob eSLb ceb eSbbb etrVVVVg Rg rj CAVVVVj R Cj rCRrrj C 、即可求得。1230nA电路特点：电路特点：（1）由共射电路的 决定。HfHfHf（2）共基输入阻抗小，做共射负载，可使 从而提高 MC*（3）共射负载小，小，但共基的 大 vAvA ，同时共射共基都有较大的 iA组和电路电压电流增益均大。2.负反馈法负反馈法以牺牲增益为代价。