时第3章宽带放大器 3.1引言 32晶体管的高频小信号等效电路和参数 33高频小信号宽带放大器 34放大器的噪声 35宽带功率放大器(*)
第3章 宽带放大器 3.1 引 言 3.2 晶体管的高频小信号等效电路和参数 3.3 高频小信号宽带放大器 3.4 放大器的噪声 3.5 宽带功率放大器( * )
3.1引言 3.1.1高频(小信号)放大器分类和在通信系统中的位置 振荡器→倍频器→缓冲 大级→调制器 功率 大 D→低频低频 发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类 状态。(*)。(大信号,负载是传输线变压器。) 用于发射机末级,工作于丙类状态。(大信号非线性电路)
2 3.1 引言 3.1 .1 高频（小信号）放大器分类和在通信系统中的位置 发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类 状态。（* ） 。（大信号，负载是传输线变压器。） 用于发射机末级，工作于丙类状态。（大信号非线性电路） 倍频器 缓冲级 放大级 调制器 功率 放大器 振荡器 低频 功放 低频 放大
输入 路放大频器“放大上解调 低频 放大 本地 自动 荡器 增益 空制 射频前端电路( RF Front- End Ic):输入回路;高频放大; 本地振荡器;混频器。输出中频信号。(这是重点) 高频放大和中频放大是高频小信号放大器。 具有低通传输特性的负反馈控制系统(自动增益控制AGC)。 3
3 射频前端电路（RF Front-End IC）：输入回路；高频放大； 本地振荡器；混频器。输出中频信号。（这是重点） 高频 放大 混频器 中频 放大 解调器 低频 放大 输入 回路 自动 增益 控制 本地 振荡器 高频放大和中频放大是高频小信号放大器。 具有低通传输特性的负反馈控制系统（自动增益控制AGC）
3.1.2对高频小信号放大器的要求 工作频率高。目前广泛使用的GSM数字移动通信系统的手 机中,为900MHz和1800MHz(1900MHz)。 附录3.1.1 负载是谐振回路和声表面波滤波器等。 增益够大,多级级联时工作稳定性好。 附录3.1.2 通频带够宽。因此,引出增益带宽乘积GBP作为衡量宽 带放大器的质量指标。 输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制(AGC)电路。 放大器的噪声低 实现途径 选用好器件。选用特征频率f高和Cb2小的晶体管。 采用频带较宽的电路。例如共基极放大电路,共发一共基 放大电路。 在线路上可以采用负反馈的方法
4 3.1 .2 对高频小信号放大器的要求 工作频率高。目前广泛使用的GSM数字移动通信系统的手 机中，为900MHz和1800MHz（ 1900MHz ）。 增益够大，多级级联时工作稳定性好。 通频带够宽。因此，引出增益带宽乘积GBP作为衡量宽 带放大器的质量指标。 放大器的噪声低。 实现途径： 选用好器件。选用特征频率 f T 高和 Cb ' c 小 的晶体管。 采用频带较宽的电路。例如共基极放大电路，共发一共基 放大电路。 在线路上可以采用负反馈的方法。 负载是谐振回路和声表面波滤波器等。 附录3.1.1 输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制（AGC）电路。 附录3.1.2
32晶体管的高频小信号等效电路和参数 3.2.1晶体管的混合π等效电路 b b b c be e b'e g be 基极体电阻 bb 在共基电路,会引起高频负反馈 集电结势垒电容C。,约为几PF。7bc可以忽略 发射结扩散电容Cbe,约为10~500PF 所以希望Cb。和F尽量小
5 3.2 晶体管的高频小信号等效电路和参数 3.2.1 晶体管的混合等效电路 基极体电阻 。在共基电路，会引起高频负反馈。 ' bb r b e r ' b e C ' b c r ' b c C ' ce r m b e g V ' Vce Vbe b e V ' b ' b e c c I b I ' bb r 集电结势垒电容 Cb ' c ，约为几PF。 可以忽略。 发射结扩散电容 Cb ' e ，约为10～500PF。 b c r ' b e E r 26 / I ' = 0 所以希望Cb ' c 和 r bb ' 尽量小
322晶体管的高频参数 (1)截止频率J: 共发电路的电流放大系数β值下降至低频值0的2时的 频率称为β截止频率,用JG表示。 (2)特征频率fn:指=1时的频率 特征频率∫是晶体管在共发射极运用时能得到电流增益 的最高频率极限。 特征频率是高于截止频率,约等于fB的倍。 特征频率f与阻容乘积r(Cbe+Cb)成反比,后者又决 定于晶体管的静态工作点,因此,fr也是静态工作点的 函数。 当f>D时,存在近似关系=。2mC 特征频率∫是可查手册的,也可由仪器测量得到
6 3.2.2 晶体管的高频参数 （1）截止频率 f ： 共发电路的电流放大系数值下降至低频值 的 时的 频率称为截止频率，用 表示。 0 2 1 f （2）特征频率 f T ：指 =1时的频率。 特征频率 是晶体管在共发射极运用时能得到电流增益 的最高频率极限。 T f 特征频率 f T 是高于截止频率 f , 约等于 f 的 0 倍。 特征频率 与阻容乘积 成反比，后者又决 定于晶体管的静态工作点，因此， 也是静态工作点的 函数。 T f ( ) e Cb'e Cb'c r + T f b e m T C g f 2 ' 当 f f 时，存在近似关系 。 f f T = 特征频率 f T 是可查手册的，也可由仪器测量得到
(3)最高振荡频率fm: 晶体管的功率增益Gp=1时的工作频率称为最高振 荡频率f∫mx fm最高,fn次之,B最低。 max 2T14rBs chec (4)O截止频率f,和fn的关系: C 晶体管的共基极电流放大系数是C: 1+ f 其中co是低频时共基极短路电流放大系数 fn是风下降到0/2时的频率。可推出: T 因为a0fr>fB
7 （3）最高振荡频率 f max ： 晶体管的功率增益 =1时的工作频率称为最高振 荡频率 f max 。 GP b b b e b c m r C C g f ' ' ' max 2 4 1 max f T f f （4） 截止频率 f ， f 和 f T 的关系： 晶体管的共基极电流放大系数是 ： 其中 是低频时共基极短路电流放大系数， 是 下降到 时的频率。可推出： f f + j = 1 0 0 f / 2 0 f f T = 0 f f T f 0 f f f T 因为 <1，由上可得出三个频率参数 、 和 的近似关系： 最高， 次之， 最低
33高频小信号宽带放大器 33.1双极型晶体管共发射放大电路的高频特性 b bc C R+ n R be R。R e be R L R L R.∥ 根据密勒定理,可将b 跨接电容Cb用并接在 R+ 输入和输出端的两个 电容C,和C,代替。 D be O ebe gm be L 8
8 3.3 高频小信号宽带放大器 3.3.1 双极型晶体管共发射放大电路的高频特性 ' bb r b e r ' b e C ' b c C ' ce r Vo Vs b e V ' b ' b e c m b e Rs g V ' c RL R ' bb r b e r ' b e C ' Vo Vs b e V ' b ' b e c m b e g V ' Rs ' RL C1 C2 b c C ' C1 C2 Vs s R B R C1 C R VCC VBB RL L L C ce R R // R // r ' = 根据密勒定理，可将 跨接电容 用并接在 输入和输出端的两个 电容 和 代替
通常gnR,>>1,它们为 b C R RO bc 2 L 由于C2≈Cb很小,其容抗 与R相比较,可忽略不计。 等效输入电容为:Cn=C1+C≈Cb2(1+gmR) b'e 应用式f≈8m-,得到: be Cin aChe(1+Orr, Che=dChe D=(1+OR CK) 式中D称为密勒效应D因子。 可求得共发放大器源电压增益Oh= 的高频边界角频率为: R。DC,R 9
9 ' gm RL m L b c C g R C ' ' 1 b c C2 C ' 通 常 >>1，它们为： 由于 很小，其容抗 与 相比较，可忽略不计。 b c C2 C ' ' RL (1 ) ' ' ' 1 ' ' m L b e b c i n b e b e g R C C 等效输入电容为： C = C +C C + 应用式 ，得到： b e m T C g f 2 ' Ci n Cb e T RL Cb'c DCb'e ' ' (1+ ) = 式中D称为密勒效应D因子。 (1 ' ) ' T L b c D = + R C 可求得共发放大器源电压增益 的高频边界角频率为： ' ' ' 1 1 i n S b e S h C R DC R = = Vo c m b e g V ' ' RL ' b Ci n ' Rs ' V s
共发放大器的增益带宽积GBP R R GBP=AOn GBP≈些 L Ci(r+rhb) D Rs+ro'b D=(+ORCi) 由上式可以得出如下结论: (1).为获得较大的GBP和高频边界角频率On值,应选用Cbe 小、小而厂高的晶体管。 (2).增大R,可以增大中频源电压增益A,但由于D因子 增大,On将减小,因而R1的选择应兼顾A0和Ob的要求 (3).管子选完后,为提高Ob值,信号源内阻R。应尽可能 小,即放大器的输入信号尽量接近恒压源。 例:CAD1-04 10
10 共发放大器的增益带宽积GBP： ( ) ' ' 0 i n S b b m L h C R r g R GBP A + = = S b b T L R r R D GBP ' ' + 由上式可以得出如下结论： （1）. 为获得较大的GBP和高频边界角频率 值，应选用 小、 小而 高的晶体管。 （2）. 增大 ，可以增大中频源电压增益 ，但由于D因子 增大， 将减小，因而 的选择应兼顾 和 的要求。 （3）. 管子选完后，为提高 值，信号源内阻 应尽可能 小，即放大器的输入信号尽量接近恒压源。 (1 ' ) ' T L b c D = + R C h b c C ' ' bb r T f ' RL A0 h ' RL A0 h h Rs 例：CAD1-04