高频电子技术第6章-小信号选频放大器课件.ppt

1、6.1 小信号谐振放大器6.2 集中选频放大器6.3 噪声与灵敏度6.1.1 晶体管高频Y参数等效电路6.1.2 单调谐回路谐振放大器6.1.3 多级单谐振回路谐振放大器单调谐回路放大器是分析高频小信号调谐放大器的基础。作为放大器核心部件的晶体管，因工作频率很高，且工作在窄带，因此，可用高频Y参数等效电路来分析。分析高频小信号调谐放大器的性能时，一般常用高频Y参数等效电路来代替晶体管进行电路分析。Y参数具有导纳量纲，是导纳参数。因为高频放大器的调谐回路及下一级负载大都与晶体管并联，因此用Y参数计算比较方便。把晶体管视为二端口网络，如图6-1所示，列出二端口网络的Y参数方程如下：Ii=YieUi

2、+YreUoIo=YieUi+YreUo.（6-1）图6-1 共射晶体管等效为二端口网络 6.1.1晶体管高频Y参数等效电路式中4个Y参数的下标表示共射连接。两个端口的变量用Ib，Ub，Ic 和Uc得到的Y参数方程为：.Ib=YieUb+YreUcIc=YfeUb+YreUc.（6-2）式中 定义为放大器输出端短路时的输入导纳。它反映了放大器输入电压对输入电流的控制作用，其倒数就是放大器的输入阻抗。IbYie=UbUc=0.6.1.1晶体管高频Y参数等效电路定义为放大器输出端短路时的正向传输导纳。它反映了放大器输入电压对输出电流的控制作用，即电路的放大作用越大，放大能力越强。fe又称为晶体管的

3、跨导，通常用gm表示。IbYie=UbUc=0.6.1.1晶体管高频Y参数等效电路定义为放大器输入端短路时的反向传输导纳。它反映了放大器输出电压对输入电流的影响，即放大器内部的反向传输作用或放大器内部反馈作用。Ic越大，内部反馈越强。它的存在给放大器工作带来很大危害，应尽可能减小以削弱其影响。IbYie=UbUb=0.6.1.1晶体管高频Y参数等效电路定义为放大器输入端短路时的输出导纳。它反映了放大器输出电压对输出电流的影响，其倒数就是放大器的输出阻抗。.IcYoe=UcUb=0.6.1.1晶体管高频Y参数等效电路根据Y参数的定义，可以实际测量放大器的Y参数。晶体管手册一般都给出了高频三极管在

4、一定测试条件下的Y参数。由Y参数方程可画出其等效电路如图6-2所示。1 1工作原理工作原理图6-3（a）所示为常用的晶体管单谐振回路谐振放大器电路，简称为单调谐放大器。图6-3 单调谐放大器 （a）电路 （b）交流通路图6-2 单调谐放大电路小信号电路模型（a）小信号电路模型 （b）变换后的电路模型6.1.2单调谐回路谐振放大器当 并联谐振回路调谐在输入信号频率上，回路产生谐振时，放大器输出电压最大，故电压增益也为最大，用 表示，称为谐振电压增益。由图6-4（b）可得（6-4）当输入信号频率不等于谐振回路谐振频率 时，回路失谐，输出电压下降，故电压增益下手.由于在谐振频率 附近很窄的频率范围内

5、eiOuGnngUUA2100f0f6.1.2单调谐回路谐振放大器晶体管的放大特性随频率变化不大，因此，单调谐放大器的增益频率特性决定于 并联谐振回路的频率特性，因此，由式（2-16）可得到放大器的增益频率特性为 （6-5)式中，为LC并联谐振回路考虑到负载及晶体管参数影响后的有载品质因数，为回路的绝对失调量。200211ffQAAeuueQ0fff6.1.2单调谐回路谐振放大器根据式（6-5）作出单调谐放大器的增益频率特性曲线，如图6-5所示。图6-5 单调谐放大器增益频率特性曲线6.1.2单调谐回路谐振放大器2 2单调谐放大器稳定性的提高单调谐放大器稳定性的提高为了提高放大器的稳定性，通常

6、从两个方面着手。一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳 值。的大小主要取决于结电容 ,所以制作晶体管时应尽量使 其 减小，使反馈容抗增大，反馈作用减弱。二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化。reYreYcbCcbC6.1.2单调谐回路谐振放大器具体方法有中和法与失配法。（1）中和法是在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路），以抵消晶体管内部参数 的反馈作用。由于 的实部（反馈电导）通常很小，可以忽略，因此常常只用一个电容 来抵消 的虚部（反馈电容）的影响，就可达到中和的目的。reyNC6.1.2单调谐回路谐振放大器reYreY（2）失配法是为了减小内反

7、馈的影响，提高谐振放大器工作稳定性的另一种方法。常采用共射一共基两管组合电路构成谐振放大器，其交流通路如图6-7所示。(V 接成共射组态，V 接成共基组态.)图6-7 共射共基组合电路谐振放大器6.1.2单调谐回路谐振放大器3 3集成谐振放大器电路识读集成谐振放大器电路识读MC1590是适用于小信号谐振放大器的典型器件，其输入由共射一共基电路构成差分电路，输出级由复合管差分电路构成，故内反馈很小，具有工作频率高、不易白激等优点。图6-8 集成电路谐振放大器1 1同步调谐放大器同步调谐放大器由于多级放大器的电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积，所以级数越多，谐振增益越大，幅频特性曲线越尖锐，矩形系

8、数越减小，即选择性越好，但通频带则越窄。图6-9 多级同步调谐放大器 增益幅频特性曲线2 2双参差调谐放大器双参差调谐放大器为了克服多级单调谐放大电路随着级数增加通频带越来越窄的缺陷，可以采用参差调谐的方式，即将级联的单调谐放大电路每一级的谐振频率参差错开，分别调整到约高于和约低于中心频率上。这种电路称为参差调谐放大电路。6.1.3 多级单谐振回路谐振放大器图6-10（a）为双参差调谐放大电路的交流等效电路。图6-10（b）中的虚线为单级电路的谐振曲线。6.1.3 多级单谐振回路谐振放大器3 3。双调谐放大电路。双调谐放大电路为了改善单调谐电路的频率特性，还可以采用双调谐放大电路。其电路如图6

9、-9所示。图6-11 双调谐回路（a）互感耦合 （b）电容耦合6.1.3 多级单谐振回路谐振放大器图6-11（a）的两个单调谐回路通过互感 耦合，称为互感耦合双调谐回路；图6-11（b）的两个单调谐回路通过电容耦合，称为电容耦合双调谐回路。互感耦合双调谐回路的耦合系数为 （6-10）电容耦合双调谐回路的耦合系数为 （6-11）与 是等效到初、次级回路的全部电容之和。21LLMk)(21CCCCCk1C2C6.1.3 多级单谐振回路谐振放大器6.2.1 集中选频滤波器6.2.2 集中选频放大器电路识读1 1陶瓷滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器是由锆钛酸铅陶瓷材料制成的。把这种陶瓷材料制成片状，两面涂银

10、作为电极，经过直流高压极化后就具有压电效应。图中 为压电陶瓷片的固定电容值，、分别相当于机械振动时的等效质量、等效弹性系数和等效阻尼。图6-12 压电陶瓷片的等效电路和电路符号（a）等效电路 （b）电路符号0CqLqCqr从等效电路可见，陶瓷片具有两个谐振频率，一个是串联谐振频率 （6-12）另一个是并联谐振频率 (6-13)qqsCLf21qqqpCCCCLf00216.2.1 集中选频滤波器在串联谐振频率时，陶瓷片的等效阻抗最小（20），并联谐振频率时，陶瓷片的等效阻抗最大，其阻抗频率特性如图6-13所示。图6-13 陶瓷片的阻抗频率特性6.2.1 集中选频滤波器若将不同频率的压电陶瓷片进

11、行适当的组合连接，如图6-14所示，就可以构成四端陶瓷滤波器。图6-14（a）由两个陶瓷片组成，图6-14（b）由9个陶瓷片组成，图6-14（c）是四端陶瓷滤波器的电路符号。图6-14 四端陶瓷滤波器（a）两个陶瓷片组成的电路 （b）9个陶瓷片组成的电路（c）四端陶瓷滤波器电路符号6.2.1 集中选频滤波器2 2声表面波滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器具有体积小、重量轻、性能稳定、工作频率高（几兆赫至几吉赫）、通频带宽、特性一致性好、抗辐射能力强、动态范围大等特点，因此它在通信、电视、卫星和宇航领域得到广泛的应用。6.2.1 集中选频滤波器声表面波滤波器结构示意图如图6-15所示.它以铌酸锂

12、、锆钛酸铅和石英等压电材料为基片，利用真空蒸镀法，在基片表面形成又指形的金属膜电极，称为叉指电极。左端叉指电极为发端换能器，右端叉指电极为收端换能器。图6-15 声表面波滤波器的基本结构6.2.1 集中选频滤波器当把输入信号加到发端换能器上时，叉指间便产交变电场，由于压电效应的作用，基片表面将产生弹性形变，激发出与输入信号同频率的声表面波，它沿着图中箭头方向，从发端沿基片向收端传播，到达收端后，由于压电效应的作用，在收端换能器的叉指对间产生电信号，并传送给负载。6.2.1 集中选频滤波器集中选频放大器由于线路简单。选择性好，性能稳定，调整方便等优点，已广泛用于通信、电视等各种电子设备中。图6-

13、16所示为采用集成宽带放大器FZ1和陶瓷滤波器组成的选频放大器。图6-16 陶瓷滤波器选频放大器为了使陶瓷滤波器的频率特性不受外电路参数的影响，使用时一般都要求接人规定的信号源阻抗和负载阻抗，以实现阻抗匹配。为此在图6-16中，陶瓷滤波器的输入端采用变压器耦合的并联谐振回路，输出端接有由晶体管构成的射极输出器。6.2.2 集中选频放大器电路识读图6-17所示为采用声表面波滤波器构成的集中选频放大器，图中SAWF为声表面波滤波器。由于SAWF插人损耗较大，所以在SAWF前加一级由晶体管构成的预中放电路，其输入端电感 与分布电容并联谐振于中心频率上。图6-17 声表面波滤波器选频放大器6.2.2

14、集中选频放大器电路识读6.3.1 噪声来源和分类6.3.2 噪声系数6.3.3 接收灵敏度1 1电阻的热噪声电阻的热噪声一个电阻在没有外加电压时，电阻材料的自由电子要作无规则运动，运动过程会在电阻两端产生很小的电压，一段较长的时间里，出现正负电压的概率相同，因而两端的平均电压为零。但就某一瞬时来看，电阻两端电压的大小和方向是随机变化的。这种因热而产生的电压起伏称为电阻的热噪声。噪声电压 是随机变化的，其波形如图6-18所示。)(tun图6-18 电阻热噪声电压波形 实践和理论分析，它们的规律性可以用概率特性和功率谱密度来描述，如电阻热噪声电压 具有很宽的频谱，各个频率分量是相等的，如图6-19

15、所示。图6-19 电阻热噪声)(tun6.3.1 噪声来源和分类2 2晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声主要有四个来源。（1）热噪声（2）散粒噪声（3）分配噪声（4）闪烁噪声6.3.1 噪声来源和分类3 3 场效应管的噪声场效应管的噪声在场效应管中，因为其工作原理不是少数载流子的运动，所以散粒噪声的影响很小，主要是沟道电阻产生的热噪声，还存在闪烁噪声。6.3.1 噪声来源和分类 噪声系数的定义噪声系数的定义信号功率（signal）：信号功率能量的大小。噪声功率（noice）：噪声功率能量的大小。信号噪声功率比 ：用以衡量信号的质量。噪声系数 的定义是：放大电路输入端信号噪声功率比

16、 与输出端信号噪声功率比 的比值。用 表示：（6-14）用分贝数表示：（6-15）它表示通过放大器后，信噪比变坏的程度。sPnPnsPP/FNnisiPP/nosoPP/FN)/()(nosonisiFPPPPN)/()(101)(nosonisiFPPPPgdBN如果放大电路是理想无噪声的线性网络，输出端的信噪比与输入端的信噪比相同，噪声系数 1。若放大电路本身有噪声，则输出端的信噪比低，即 1。FNFN6.3.1 噪声来源和分类2 2 噪声系数的表示噪声系数的表示实际上，放大电路的输出噪声功率 是由两部分组成的，一部分是 ,另一部分是放大电路本身产生的噪声在输出端呈现的噪声功率 ，即所以，

17、噪声系数又可写成 （6-16）可以看出噪声系数与放大电路内部产生的噪声有关。noPnipnoPAP12noP21nononoPPP121nonoFPPN6.3.1 噪声来源和分类在通信设备中，常用保证输出信号质量即保证输出信号信噪比时的增益来衡量整机的增益，用灵敏度指标来衡量，是指接收机正常工作时，输入端所必须得到的最小信号电压或功率。表示灵敏度的方法有多种，在保证输出信号信噪比及额定功率输出的情况下可以用输入信号的电压值表示，也可以用接收天线处的信号场强来表示，还可以确定某一电平值为0，用输入电平的 数来表示。6.3.3 接收灵敏度设灵敏度电压为 ，接收天线等效电阻为 ，则接收机输入端额定信噪比为 若正常工作时接收机输出额定信噪比 ,则有 （6-17）所以 （6-18）一般情况下，取 Dl。AEARBWkTREPPAAnisi024/nosoPPD/DBWRkTEPPPPNAAnosonisiF024)/()(FAANDBWRkTE046.3.3 接收灵敏度