高频电子线路(第四章高频小信号放大器).ppt

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 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MHz n 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 高频小信号放大器 把这一段 近似看作 一段直线 二、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 高频小信号放大器 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 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） 第四章 高频小信号放大器 （2）通频带 n定义：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 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 证明谐振 放大器的 通频带与 谐振回路 的通频带 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 （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 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 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 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定义： 第四章 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 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 Pno 4.2 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 高频小信号放大器 重点 把这一段 近似看作 一段直线 4.2.1 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 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 - I1 I2 其中的 yi、yr、yf、yo 合称为 y 参数 可以看出4个参数均为导纳量纲，故其称为 y 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 高频小信号放大器4.2.1 形式等效电路（y参数） yiyo yr V2 yfV1 + V1 - + V2 - I1 I2 + V1 - + V2 - I1 I2 yieyoe yreuce yfeube + ube - + uce - ib ic 等效 用三极管引脚b,c,e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 高频小信号放大器4.2.1 形式等效电路（y参数） yieyoe yre V2 yfeV1 + V1 - + V2 - I2 YL y参数的求法和含义 第四章 高频小信号放大器4.2.1 形式等效电路（y参数） + V1 - + V2 - I1 I2 y参数可能是 复数，如 (25+10j)ms 课上思考： 复数意味着什 么物理含义？ yie和yoe的其他表示方法 第四章 高频小信号放大器4.2.3 混合参数和y参数的转换 yieyoe yre V2 yfeV1 gie goe yre V2 yfeV1 Cie Coe 由于yie和yoe均为复 数，而且虚部(电纳) 通常为正数，所以在 图中，我们可以将其 看作一个电导g与一 个电容C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 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 e b r ce rbc ree Cbe Cbc rbb rbe c rcc b gm ube Cbe rbb Cbc rbc rbe ube rcegm ube 其中 Cbc 和 rbb 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 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 （经常用的是将参数转换成y参数） 由参数推出y参数的原理 第四章 高频小信号放大器4.2.3 混合参数和y参数的转换 Cbe rbb Cbc rbc rbe Vbe rcegm ube 引入中间变量Vbe （最后会消去） 书上公式4.2.13 将上式代入可得 书上公式4.2.14 书上公式4.2.15 由参数推出y参数的原理(续) 第四章 高频小信号放大器4.2.3 混合参数和y参数的转换 + V1 - + V2 - I1 I2 4.2.4 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 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 高频小信号放大器4.2.4 晶体管的高频参数 1 由于0比1大的多,在频率为f时,|虽然下降到原来的0.707 但是仍然比1大的多,因此晶体管还能起到放大的作用。 低频区 第四章 高频小信号放大器4.2.4 晶体管的高频参数 （续） 第四章 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100倍的三极管工作 在50MHz的高频时只能放大3倍了！ 第四章 高频小信号放大器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4.5 n(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4.2.4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 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 高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器 4 5 1 2 3 Rb1 Rb2 Re YL Cb Ce C B1 B2 VT Vcc 一、实际电路图 分析第步：直流变交流 （即画小信号等效电路） 直流变交流的画法原则： (i)地与Vcc都接入交流地 (ii)旁路电容视为短路 (iii)大电阻可视为开路 放大 单调谐回路谐振放大器的典型电路 第四章 高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器 二、交流(小信号)等效电路图 3 2 1 5 4 B1 B2 C YL T 单调谐回路谐振放大器的典型电路 第四章 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y参数模型等效后的电路图 3 2 1 5 4 yie yoe yreVo1 yfeVi1 C YL + Vi2 - + Vi1 - 单调谐回路谐振放大器的典型电路 第四章 高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器 四、忽略yre参数(不考虑反馈)后的电路图 yfeVi1yoe YL 1 2 3 4 5 单调谐回路谐振放大器的典型电路 第四章 高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器 五、L1与L2紧耦合时（相当于抽头）的电路图 yfeVi1yoe YL 1 2 3 5 单调谐回路谐振放大器的典型电路 第四章 高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器 六、将yoe和YL看作实际器件（电导与电容的 并联）后的电路图 yfeVi1 go1 1 2 3 5 Co1 gi2 Ci2 + Vo1 - + Vi2 - 4.3.1 电压增益的分析 n分析目标：Av=Vi2 /Vi1 n采用两种方法分析： 方法一：“彻底等效法” ，即将所有从抽头接入 电路的元件都进行“去抽头等效变换”（见 3.3.3 ） 方法二：教材上的方法（两级分析，先分析 Vo1 / Vi1，再分析Vi2 / Vo1） n推荐同学们按方法一分析 第四章 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 高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析 yfeVi1 1 2 3 5 + - Vi2 p1yfeVi1 + - 抽头等效 Co1go1 gi2 Ci2 1 3 分析方法一（计算任意频率下电压增益Av） 第四章 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 分析方法一（计算谐振频率下Av0 ） 第四章 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4.3.1（06年试题）（第1问） 三极管T1与T2同型号 三极管的参数如下 求谐振电压增益 第四章 高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析 例4.3.1（续） 第四章 高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析 例4.3.1（续） 第四章 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 高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析 yfeVi1 go1 1 2 3 5 Co1 gi2 Ci2 + Vo1 - + Vi2 - 如何求这一项呢? 分析方法二 (续) 第四章 高频小信号放大器4.3.1 电压增益的分析 分析方法二 (续) 第四章 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,后面的推导一样了 但是方法二有点绕弯 4.3.2 功率增益及插入损耗 第四章 高频小信号放大器4.3 单调谐回路谐振放大器 Gp a b 三者并联为Gp 小信号放大器功率增益表达式 第四章 高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗 插入损耗K1 n定义： 第四章 高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗 Gp a b 插入损耗K1 (续) 第四章 高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗 注意：K1是大于1的数 例4.3.1（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 高频小信号放大器4.3.2 功率增益及插入损耗 换算成dB为2.97dB 4.3.3 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 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QL 千万不 要用Q0 高频小信号放大器的通频带 第四章 高频小信号放大器4.3.3 通频带与选择性 1 B 一定要注意此处 是QL不是Q0 (书上的公式4.3.20) 高频小信号放大器的选择性 1 第四章 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 矩形系数远大于1，故 其选择性差，这是单 调谐回路放大器的缺 点。 注意它与QL和f0无关，即，只要是单级单调 谐放大器，矩形系数均为9.95 例4.3.1（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 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 有,也可能 没有,具体 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 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m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 高频小信号放大器4.4 多级单调谐