第3章高频放大器 本章主要内容： 3.1高频放大器类型、特点、性能指标 3.2晶体管的高频小信号等效电路和参数 3.3高频小信号放大器 3.3.1高频小信号调谐放大器 3.3.2宽带放大器 口双极型晶体管放大电路 口场效应管高频小信号放大器 3.4展宽频带的方法 3.5高频小信号放大器的稳定问题 3.6放大器的噪声 口电阻的热噪声、器件噪声、噪声系数、级联网络的噪声、 接收机的灵敏度与最小可检测信号、噪声温度、低噪声 放大器(*)】 Tsinghua University
1 笫3章 高频放大器 本章主要内容： 3.1高频放大器类型、特点、性能指标 3.2晶体管的高频小信号等效电路和参数 3.3高频小信号放大器 3.3.1高频小信号调谐放大器 3.3.2 宽带放大器 双极型晶体管放大电路 场效应管高频小信号放大器 3.4展宽频带的方法 3.5 高频小信号放大器的稳定问题 3.6放大器的噪声 电阻的热噪声、器件噪声、噪声系数、级联网络的噪声、 接收机的灵敏度与最小可检测信号、噪声温度、低噪声 放大器 (*)
3.1高频放大器类型、特点、性能指标 1、高频放大器在通信系统中的位置 口大信号放大器（用于发射机）： 功率 振荡 放大器 低频 D放大 低频 功放 ■发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于A类或AB类状态。 (*)。(大信号，负载是传输线变压器。) ■发射机末级，当功率较大时一般工作于C类状态。 (大信号非线性电路) Tsinghua University 2
2 3.1高频放大器类型、特点、性能指标 1、高频放大器在通信系统中的位置 大信号放大器（用于发射机）： 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 ◼发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于A类或AB类状态。 （* ） 。（大信号，负载是传输线变压器。） ◼发射机末级， 当功率较大时一般工作于C类状态。 （大信号非线性电路）
高频放大器分类和在通信系统中的位置 （续 ▣小信号放大器（用于接收机）： 输入 高频 中频 混频器 低频 调器 回路 放大 放大 放大 本地 自动 振荡器 增益 控制 ■高频放大器（低噪）和中频放大器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) Tsinghua University
3 高频放大器分类和在通信系统中的位置（续） 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 ◼ 高频放大器（低噪）和中频放大器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）。 小信号放大器（用于接收机）：
高频小信号放大器的特点 口特点： ■工作频率较高。如GSM手机高放900MHz和1800MHz, 发中频117MHz,收中71MHz,二中6MHz。 ■放大的频带信号。 ■电路 通常以频率选择性电路作为输入回路和负载，频率选择 电路可以是简单的谐振回路，例如调谐放大器（窄带）； 也可以是各种滤波器如陶瓷滤波器、声表面波滤波器等， 放大器是宽带低噪放大器，应用于高速数据接收以 及射频测试仪器中。 Tsinghua University
4 高频小信号放大器的特点 ◼ 工作频率较高。如GSM手机高放900MHz和1800MHz， 发中频117MHz，收一中71MHz，二中6MHz。 ◼放大的频带信号。 ◼电路 通常以频率选择性电路作为输入回路和负载，频率选择 电路可以是简单的谐振回路，例如调谐 放大器（窄带）； 也可以是各种滤波器如陶瓷滤波器、声表面波滤波器等， 放大器是宽带低噪放大器，应用于高速数据接收以 及射频测试仪器中。 特点：
高频小信号放大器的性能要求 ■增益符合指标要求，多级级联时工作稳定性好。 ■线性动态范围大（超出线性动态范围会产生非线性失真） ■通频带够宽（满足系统要求）。 ■输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制(AGC)电路。 ■放大器的噪声系数小（下节讨论)。 口器件本身的参数和电路形式影响放大器的高频性能。 口实现途径： ■选用好器件。选用特征频率f高和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。 ■采用负反馈的方法或根据系统传输函数零点、极点的原理， 进行展宽频带的设计。 Tsinghua University 5
5 高频小信号放大器的性能要求 T f ◼增益符合指标要求，多级级联时工作稳定性好。 ◼线性动态范围大(超出线性动态范围会产生非线性失真） ◼通频带够宽（满足系统要求）。 ◼输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制（AGC）电路。 ◼放大器的噪声系数小（下节讨论）。 器件本身的参数和电路形式影响放大器的高频性能。 实现途径： ◼选用好器件。选用特征频率 高和 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。 ◼采用负反馈的方法或根据系统传输函数零点、极点的原理， 进行展宽频带的设计。 b c C
3.2晶体管的高频小信号等效电路和参数 口双极晶体管的混合π等效电路 跨导 i V 8m= ■基极体电阻66。在共基电路， 会引起高频负反馈。 ■集电结势垒电容C6c约为几PF,内反债。T6c可以忽略。 ■发射结扩散电容C6。发射结电阻 5e=26mg/ /I 希望C6c(影响稳定性和展宽带宽)和I5(降低电流 放大倍数)尽量小。跨导大。 Tsinghua University
6 3.2晶体管的高频小信号等效电路和参数 E b e I mV r 0 26 = 0 ' 26 E m b e I g r mV = = 双极晶体管的混合等效电路 ◼ 基极体电阻 r bb ' 。在共基电路，会引起高频负反馈。 ◼ 集电结势垒电容 Cb ' c 约为几PF，内反馈。 可以忽略。 ◼ 发射结扩散电容 Cb ' e ， b c r ' 希望 (影响稳定性和展宽带宽）和 （降低电流 放大 倍数） 尽量小。跨导大。 b c C ' ' bb r 发射结电阻 跨导
M0S场效应管小信号等效电路 口MOS场效应管小信号等效电路 d s,b MOS场效应管 小信号等效电路 简化等效电路 (源衬短接) Tsinghua University
7 MOS场效应管小信号等效电路 MOS场效应管小信号等效电路 g d s Cgs Cgb Vgs Cgd mVgs g Cdb ds r Vds b m bVbs g Cbs Vbs g d s,b Cgs Vgs Cgd gmVgs Cbd ds r Vds MOS场效应管 小信号等效电路 简化等效电路 （源衬短接）
网络参数等效电路一一Y参数等效电路 口晶体管等效为有源四端网络，用一些网络参数来组 成等效电路，称为网络参数等效电路。 Ib=y,Vo+y,Ve 1e=y'+y。Ve ■输入导纳e= ole-0 16 yre ■反向传输导纳 c lV-0 ■输出导纳ye y。 Ver-o ■正向传输导纳，决定双极型晶体 y参数等效电路 管的放大能力 y fe=- singhua Unive
8 网络参数等效电路－－Y参数等效电路 晶体管等效为有源四端网络，用一些网络参数来组 成等效电路，称为网络参数等效电路。 = = Vc 0 b b ie V I ◼输入导纳 y ◼ 反向传输导纳 ◼正向传输导纳，决定双极型晶体 管的放大能力. ◼输出导纳 y 参数等效电路 . . . b i b r c I y V y V = + . . . c f b o c I y V y V = + . I c . V b . V c . b I → + + − − = = Vb 0 c b re V I y = = Vb 0 c c oe V I y = = Vc 0 b c fe V I y
Y参数等效电路（续） 口Y参数是工作点的函数，它在某个工作点下测得的， 例如Ve=8V,IE=2mA 口Y参数的'e越大，晶体管放大能力越强，yr是放 大器不稳定（自激)的根源，yr越大，晶体管内部反 馈越强，一般电路上采取措施减小它。 口Y参数一般为复数，其输入导纳和输出导纳通 常表示为： yie =gie+j@Cie Yoe goe+joCoe ▣Y参数可以转换为混合π型电路参数。见教材p99. Tsinghua University
9 Y参数等效电路（续） fe y Vce = 8V,I E = 2mA re y Y参数是工作点的函数，它在某个工作点下测得的， 例如 Y参数的 越大，晶体管放大能力越强， 是放 大器不稳定（自激）的根源， 越大，晶体管内部反 馈越强，一般电路上采取措施减小它。 re y Y参数可以转换为混合 型电路参数。见教材p99. oe oe oe ie ie ie y g j C y g j C = + = + Y参数一般为复数，其输入导纳和输出导纳通 常表示为：
晶体管的高频参数 Ia个，lp (1)截止频率f B= B。 1+ 1004 fe: 30 (2)特征频率fr：∫B 0.7 ■f电流放大系数B=1,但功率增益> 0.1l 10斤fa100 f=fVB-1≈Bf月 与工作点 1 fr 有关 B 2π(c6'e+Cbe) ■当f>f时， 网月 f万≈、&m 2nCie B是频率的函数，高频工作时更关心fr fx一可查手册或由仪器测量得到。 Tsinghua University 10
10 晶体管的高频参数 （1）截止频率 f ： （2）特征频率 f T ： ◼ f T 电流放大系数 ，但功率增益>1 ' ' 1 2 ( ) T e b e b c f r c c = + b e m T C g f 2 ' ◼ 当 时， f f f f T 是频率的函数，高频工作时更关心 f T －可查手册或由仪器测量得到。 = 1 + = f f 1 j 0 0 1 2 f f : = 1 f = 2 0 0 1 T f f f = − T f 与工作点 有关 ' b e e r r = 0 ' m b e g r =