《通信电子线路》课程教学课件（讲稿）第03章 高频小信号放大器

2017/12/11第3章高频小信号放大器*3.1概述I3.2晶体管高频小信号等效电路与参数>*3.3晶体管谐振放大器>*3.4谐振放大器的稳定性Y*3.5非调谐式放大器与集成电路放大器AV通信电子线路第3章高颐小信号歌大蹈Page#11fo-f=f1V左右几十uV~几mV康康AA混频检波高频放大中频放大低频放大ff00000本地振荡

2017/12/11 1 LOGO 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #1 第 3 章 高频小信号放大器 3.1 概述 3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 3.3 晶体管谐振放大器 3.4 谐振放大器的稳定性 3.5 非调谐式放大器与集成电路放大器     

2017/12/113.1概迷主要用途：>在接收机中的位置■接收机中混频前的射频放大器■接收机中混频后的中频放大器工作频率：■中心频率很高（几百KHz～几百MHz）■频谱宽度相对较窄（几KHz～数十MHz）■AM:535~1605K,9KHz;FM:88~108M,350KHz工作状态：信号较小，故工作在线性放大状态（甲类状态）速信电子线路第3章高频小信号致大蹈Pagee3“主要要求√增益要高V频率选择性要好√工作稳定可靠√前级放大器要求内部噪声要小遵信电子线路第3章高频小信号教大醋Page#42

2017/12/11 2 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #3 3.1 概述 主要用途： >在接收机中的位置  接收机中混频前的射频放大器  接收机中混频后的中频放大器 工作频率：  中心频率很高（几百KHz ~ 几百MHz）  频谱宽度相对较窄（几KHz ~ 数十MHz）  AM: 535~1605K, 9KHz; FM: 88~108M, 350KHz 工作状态：  信号较小，故工作在线性放大状态（甲类状态）  主要要求  增益要高 频率选择性要好 工作稳定可靠 前级放大器要求内部噪声要小 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #4

2017/12/113.1概述分类1.高频小信号放大器的分类■按所用器件：晶体管(BJT)、场效应管(FET)、集电电路(IC)■按频谱宽度：窄带放大器、宽带放大器■按电路形式：单级放大器、级联放大器■按负载性质：谐振放大器、非谐振放大器谐振放大器：采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、.滤波和选频的作用。非谐振放大器：由阻容放大器和各种滤波器组成，其结构简单，便于集成。■本章主要学习：单级、窄带、谐振放大器V通信电子线路第3章高颐小信号大器Page#53.1概述指标2.高频小信号放大器的质量指标■1)增益 (放大系数)VV电压增益AVA,=20lg- (dB)=VVP.A,=101g号(dB)·功率增益A, =PP■2）通频带Av/An3dB带宽：Bo.7=24fo.73）选择性：0.707.矩形系数I fo2Afo.124f0.010.1Kro1Kre.010Bo.724fo.724fo.7V遥信电子线路第3章高频小信号数大器Page#63

2017/12/11 3 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #5 3.1 概述 分类 1. 高频小信号放大器的分类  按所用器件： • 晶体管 (BJT)、场效应管 (FET)、集电电路 (IC)  按频谱宽度：窄带放大器、宽带放大器  按电路形式：单级放大器、级联放大器  按负载性质：谐振放大器、非谐振放大器 • 谐振放大器：采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、 滤波和选频的作用。 • 非谐振放大器：由阻容放大器和各种滤波器组成，其结 构简单，便于集成。  本章主要学习：单级、窄带、谐振放大器 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #6 3.1 概述 指标 2. 高频小信号放大器的质量指标  1) 增益 (放大系数) • 电压增益 • 功率增益  2) 通频带 • 3dB 带宽：B0.7  2f0.7  3) 选择性： • 矩形系数 o V i V A V  20lg ( ) o V i V A dB V  o P i P A P  10lg ( ) o P i P A dB P  AV /AV0 1 0.707 0.1 0 f0 B0.7 B0.1 f 0.1 0.1 0.7 2 2 r f K f    0.01 0.01 0.7 2 2 r f K f   

2017/12/113.1概述指标抑制比：对某个干扰信号f，的抑制能力_AvoAyo (dB)d.=20lgd.=A.A.4)工作稳定性电源电压及器件参数的变化会导致不稳定现象：增益改变、中心频率漂移、通频带变窄等极端情况下，在高频工作时，晶体管内反馈和寄生反馈较强，因此高频放大器很容易自激，放大器不能工作。5噪声系数N,=Pa/Pa(输入信噪比)Pso/Pm.（输出信噪比)·多级放大器中关键在于减小前级电路的内部噪声。V通信电子线路第3高颐小信号数大器Page#73.2晶体管高频小信号等效电路与参数b1.物理模拟等效电路C■低频小信号微变等效电路6VβheBi,==g.VRg.b'eIn'eIB'e.■混合元型等效电路■简化：iirb'c高频时：bbCH°+结电容的+Ibb'pibChc影响更大vce公V1.rb'eb'eCoegmVbe.e遥信电子线路第3章高频小信号数大器Page *84

2017/12/11 4 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #7 3.1 概述 指标 • 抑制比：对某个干扰信号 fn 的抑制能力  4) 工作稳定性 • 电源电压及器件参数的变化会导致不稳定现象： 增益改变、中心频率漂移、通频带变窄等 极端情况下，在高频工作时，晶体管内反馈和寄生反馈 较强，因此高频放大器很容易自激，放大器不能工作。  5) 噪声系数 • 多级放大器中关键在于减小前级电路的内部噪声。 V 0 n n A d A  ( ) ( ) si ni F so no P P N P P  输入信噪比 输出信噪比 0 20lg ( ) V n n A d dB A  通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #8 3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 1. 物理模拟等效电路  低频小信号微变等效电路  混合  型等效电路  简化： • 高频时： 结电容的 影响更大 Cce rce rb'c Cb'c Cb'e gmVb'e  Ib  b e b m be b e V I g V r           rb'e   Vce    Vbe  Ib  Ic  b c e rbb' b' m b e g r   

2017/12/113.2晶体管高频小信号等效电路与参数2.形式等效电路2b-1■双端口网络、四端网络+i·可取任意两个作为自变量V·Y参数等效电路.Y-Parameter Model·Vi、V,做自变量，常用于高频小信号分析#[i,=y,i+y,)b i,yriz yhiii2cli,=y,i+y.i,+VVyiIyo[3]-[ 1]aV建信电子线路第3章高频小信号歌大器Page ag3.2晶体管高频小信号等效电路与参数I·y,输出短路时的输入导纳：y,=VV-·y,输入短路时的反向传输导纳：·y。输入短路时的输出导纳：V·y输出短路时的正向传输导纳：J-[i,=,i+y,yb i,yriz yiiins8[i,=y,v+y,y,+Aiyiyo[-1]遥信电子线路第3章高频小信号数大器Page105

2017/12/11 5 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #9 3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 2. 形式等效电路  双端口网络、四端网络 • 可取任意两个作为自变量  Y 参数等效电路 • Y-Parameter Model • V1、V2 做自变量，常用于高频小信号分析 V1  V2  I1  I2      1 12 2 12 i r f o I yV yV I y V yV              1 1 2 2 i r f o I y y V y y I V                        通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #10 3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 • yi 输出短路时的输入导纳： • yr 输入短路时的反向传输导纳： • yo 输入短路时的输出导纳： • yf 输出短路时的正向传输导纳： 1 2 0 2 o V I y V      2 1 0 1 i V I y V      1 1 0 2 r V I y V      2 2 0 1 f V I y V      1 12 2 12 i r f o I yV yV I y V yV              1 1 2 2 i r f o I y y V y y I V                       

2017/12/113.Y参数与混合元型等效电路参数的转换Gte(一)令V,= 0,求yie、Vreobiibhc简化混合元等效电路，如图所示。=证一(1)CegneJeyieeYre11Yie =111 + IbbeIbb +Ibb +bejo(Cre+Cpc)Ype = jo(Cpe + Cp.)3.Y参数与混合元型等效电路参数的转换TiuhK(2)Yregv.+IVli, =0iCgmveVJe又V1 + IbYbeV小引起小gaiLgb'ell1+Ibb'beLgmyfeV1+Ibb'Yb'e=(Ype = jo(+ Cbc6

2017/12/11 6 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1 V2=0 2 1 i e 1 V 0 I y V     b e ie bb b e bb bb be bc be 1 1 1 1 1 ( ) Y y r Y r r jC C Y               be be bc Y jC C ( )     (一) 令V2 = 0，求yie、yfe。 简化混合π等效电路，如图所示。 (1) 3. Y 参数与混合  型等效电路参数的转换 (2) 2 2 fe 1 V 0 I y V      2 m be I gV I       2 be m I gV    1 1 be be bb b e bb b e 1 1 V V V Y r Y r Y            m 1 2 bb b e 1 g V I r Y     1 2 m fe 1 bb b e 0 1 V I g y V rY         be be bc Y jC C ( )     V1小引起I小 又 3. Y 参数与混合  型等效电路参数的转换 b rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 yie V1

2017/12/113.Y参数与混合元型等效电路参数的转换(二)令 = 0, 求yre、 Joe14(3)yregm/beT.Ibb'V=i/(g+joc.)+Y1+ rbYpei/joCpeV2jocy:V.-1 + IibYvejoCvejoCre2jocryoIhh'1 + Iiuve1 + Iorvejocbr= joC'e+ Tbb,Yb'e3.Y参数与混合元型等效电路参数的转换cl29i.(4) yoe2 lv,=(Cjocrwli,=i+g,e=joc,+g.1 + Iobveg.hY= jocp'e= joc1 + rg.Ibb'joc..Yoehe1+robeV=(

2017/12/11 7 1 V  0  rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 V1 c V2 (二) 令 ，求yre、yoe (3) 1 1 re 2 V 0 I y V     b e 1 bb V I r      bb be bb be be bb bb b e 1 /( ) ( ) 1 I r V I g jC I Y r r Y                  2 bc 2 b c b e bb 1 1 1 V I j CV j C Y r              2 b c bb b e bb b e 1 j C rV V r Y            b c bb 2 bc 2 1 bb bb b e bb b e 1 1 j C rV j CV I r r Y r Y                  b c re bb b e 1 j C y r Y         b e ' b e' Y jC   3. Y 参数与混合  型等效电路参数的转换 1 2 oe 2 V 0 I y V      b c bb 2 2 m be bc 2 m bb b e m bb bc 2 bb b e 1 1 1 j C rV I I gV j C V g r Y g r j CV r Y                                1 2 m bb oe b c 2 bb b e 0 1 1 V I gr y jC V rY                    be be ' ' Y jC   (4) 3. Y 参数与混合  型等效电路参数的转换 rbb gmVbe b Cbc Cbe c e I I2 I1 V1 c V2

2017/12/113.2晶体管高频小信号等效电路与参数3.Y参数与混合元型等效电路参数的转换iYreYve= jo(Cv.+Crc)Yie =V-1+rei,gm'bb*1+joCpeY',- joCeJoe=V-1+Y'ei.jaCrsYre0=0+YeCve12bii,Cg.YfeV-++1+rYBerbbiVCh'e:Cbe<< C'egmb'e故 Y可认为相同。V遵信电子线路第3章高颐小信号歌大蹈Page #163.3晶体管谐振放大器晶体管低频小信号放大器的分析方法（对比）Ec21RRB1RRIRCBRiRcR.R.YA27RLUiRm2RRB2ReECE■直流通路【规则】交流信号源为零，C开路，L短路·得到静态工作点：IBO、IcQ、VcEQ、VBEQ■交流通路【规则】直流电源为零，C短路，L开路■微变等效电路分析V遇信电子线路第3章高频小信号数大器Page#178

2017/12/11 8 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #16 3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数 3. Y 参数与混合  型等效电路参数的转换 2 1 0 1 ie V I y V      2 2 0 1 1 m fe V bb be I g y V rY          1 1 0 2 1 b c re V bb be I j C y V rY             1 2 0 2 oe V I y V      Ybe be bc   j C C     Ybe be  jC    1 b e bb be Y r Y      1 1 m bb b c bb be g r j C r Y                故 Ybe 可认为相同。 bc be ' ' C C   通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #17 3.3 晶体管谐振放大器 晶体管低频小信号放大器的分析方法 (对比)  直流通路【规则】交流信号源为零，C 开路，L 短路 • 得到静态工作点：IBQ 、ICQ 、VCEQ 、VBEQ  交流通路【规则】直流电源为零，C 短路，L 开路  微变等效 电路分析 RE RC EC RB1 RB2 RB rbb' b' rb'e ib

2017/12/113.3晶体管谐振放大器晶体管高频小信号放大器EcERBiRcRBIRCBCb'eRclRBRUrCh'eR0;RB2RRB2REFCESmOha■直流通路：得到静态工作点IBo、Ico、VcEQ、VBEQ■交流通路：高频小信号等效电路：混合元型或Y参数等效电路分别实现放大+选频饼高频窄带选择性问题放大&选频同时完成V通信电子钱路第3章高颐小信号数大器Page #183.3晶体管谐振放大器单级单调谐回路谐振放大器直流通路交流通路：L.大电感开路，大电容短路RBI注意保留谐振回路的LCihToCBU.HTOPiVieVRBRB2ReCERREVccY'3Ly-Vco1Cv全部接入：Y,=g,+joC++yie2joL11抽头接入：1Yg,+joC++P,yie2P2joLV遥信电子线路第3章高频小信号数大器Page #199

2017/12/11 9 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #18 3.3 晶体管谐振放大器 晶体管高频小信号放大器  直流通路：得到静态工作点 IBQ 、ICQ 、VCEQ 、VBEQ  交流通路：  高频小信号等效电路：混合  型 或 Y 参数等效电路  高频窄带选择性问题： RE RC EC RB1 RB2 RB 放大 + 选频 放大 & 选频 分别实现 同时完成 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #19 3.3 晶体管谐振放大器 一、单级单调谐回路谐振放大器 全部接入： 抽头接入： 直流通路 2 1 Y g jC y L p ie j L       2 2 2 2 1 1 1 YL p ie g j C P y P jL            交流通路： 大电感开路，大电容短路 注意保留谐振回路的 LC YL 

2017/12/113.3晶体管谐振放大器■1.等效电路分析inJree ye,i6.内部 i,=yuv+y,iVievny方程 @i=y,i+y.·外部@i,--Y,v.方程1.BPiyie2■2.质量指标（A、Ap、fo、24fo7等）Vpdy1)电压增益：RpYfebV0由②?：1YiiYoe +Y'P,o 抽头关系: V。=P,Vabv,=PvabPiAiP..Yfeno电压增益：A.P yo+Y'Vv.VV通信电子线路第3高颐小信号数大器Page#203.3晶体管谐振放大器IY,1也可以换个角度分析+ joC+P'yi2Y, =g,+jaLL3PyrelPyayvn3VP,V.CP'y+Y,PiyoeTPiyieR万VPPyAP'y.+Y,VJelPiyiePPyfeV在谐振频率附近Ayo3P20=YoeR口i11+jsg-+joc,hjoL设: Yo = goe + joCoePPyfe2405~QLAvoYiez = gie2 + joCie2agsgz =P'goe +g, +P'gie21Q,=OC0.=TLCC, = P'Coe +C+ P'Cie2gzV遥信电子线路第3章高频小信号数大器Page #2110

2017/12/11 10 通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #20 3.3 晶体管谐振放大器 a b  1. 等效电路分析 • 内部 方程 • 外部 方程  2. 质量指标 ( Av 、Ap 、f0 、2f0.7 等) • 1) 电压增益： ○ 由 ② ③ ： ○ 抽头关系： ○ 电压增益： 2 1 o c V P V P    V PV c ab 1    YL  2 1 fe oe L P y P y Y      fe c i oe L y V V y Y       V PV o ab 2    o V i V A V     o c c i V V V V       c fe i oe c I y V y V   ②   b ie i re c I y V y V   ①   c Lc I Y V   ③    通信电子线路 第 3 章 高频小信号放大器 Page #21 3.3 晶体管谐振放大器 V PV o ab 2    2 2 2 1 YL p ie g j C P y j L      1 2 2 1 o V i fe oe L P P A y Y V V P y        1 2 1 P P fe y g jC j L         1 2 V 0 P P fe A y g     0 1 LC    设： 22 2 oe oe oe ie ie ie ygj C ygj C       也 可 以 换 个 角 度 分 析 a b a b L C Rp P2 2 yie2 Vc 2 1 V fe oe L y Y A P P y       YL 在谐振频率附近 0 1 AV j    0 2 QL      0 L C Q g     1 2 2 1 fe i oe L P y V P P y Y     2 2 1 22 2 2 1 22 oe p ie oe ie g Pg g Pg C PC C PC      