第二章高頻小信號(hào)放大電路報(bào)告PPT課件

.,1,第二章高頻小信號(hào)放大電路,第一節(jié)概述,高頻小信號(hào)放大電路分：,1、窄頻帶放大電路：,2、寬頻帶放大電路：,幾kHz幾MHz；電壓增益，選頻；分兩類：1）以分立元件為主的諧振放大器；2）以集成電路為主的集中選頻放大器。,幾MHz-幾GHz;不失真放大。,.,2,第二節(jié)諧振放大器,高頻小信號(hào)放大電路是線性放大電路。Y參數(shù)等效電路和混合型等效電路是分析高頻晶體管電路線性工作的重要工具。,1、混合型等效電路：模擬晶體管物理機(jī)構(gòu)，R、C和受控源；優(yōu)點(diǎn)：物理意義明確，在較寬頻帶內(nèi)元件值與頻率無(wú)關(guān)；缺點(diǎn)：分析和測(cè)量不方便。適用于分析寬頻帶小信號(hào)放大器。,2、Y參數(shù)等效電路：測(cè)量和使用，有源線性雙口網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；優(yōu)點(diǎn)：分析和測(cè)量方便；缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與頻率有關(guān)。適用于高頻小信號(hào)放大電路。,.,3,一、Y參數(shù)等效電路,雙口網(wǎng)絡(luò)即具有兩個(gè)端口的網(wǎng)絡(luò)。所謂端口是指一對(duì)端鈕,流入其中一個(gè)端鈕的電流總是等于流出另一個(gè)端鈕的電流。而四端網(wǎng)絡(luò)雖然其外部結(jié)構(gòu)與雙口網(wǎng)絡(luò)相同,但對(duì)流入流出電流沒(méi)有類似的規(guī)定,這是兩者的區(qū)別。,參數(shù)方程是選取各端口的電壓為自變量,電流為應(yīng)變量,其方程如下：,其中11、12、21、22四個(gè)參數(shù)均具有導(dǎo)納量綱,且:,.,4,fe越大,表示晶體管的放大能力越強(qiáng)；re越大,表示晶體管的內(nèi)部反饋越強(qiáng)。re是諧振放大器自激的根源,同時(shí)也使分析過(guò)程變得復(fù)雜,因此應(yīng)盡可能使其減小,或削弱它的影響。,注意：參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓值、電流值有關(guān),而且是工作頻率的函數(shù)。,.,5,yie=gie+jCieyoe=goe+jCoeyfe=|yfe|feyre=|yre|re,二、單管單調(diào)諧放大器,作用：將微弱的有用信號(hào)進(jìn)行線性放大并濾除不需要的噪聲和干擾信號(hào),主要性能指標(biāo)：電壓增益、通頻帶、矩形系數(shù)和噪聲系數(shù)。,1、電路組成及特點(diǎn),電路性能分析,.,6,負(fù)載的接入系數(shù)為2,晶體管的接入系數(shù)為1,.,7,其中,YL=n21YL，是YL等效到諧振回路兩端的導(dǎo)納,g=n21goe+n22gie+ge0C=n21Coe+n22Cie+C,.,8,諧振頻率處放大器的電壓增益,單管單調(diào)諧放大器的單位諧振函數(shù)（）與其并聯(lián)諧振回路的單位諧振函數(shù)相同,且都可以寫成：,.,9,由上述公式可知,電壓增益振幅與晶體管參數(shù)、負(fù)載電導(dǎo)、回路諧振電導(dǎo)和接入系數(shù)有關(guān)：(1)為了增大u0,應(yīng)選取|yfe|大,oe小的晶體管。(2)為了增大u0,要求負(fù)載電導(dǎo)小,如果負(fù)載是下一級(jí)放大器,則要求其ie小。(3)回路諧振電導(dǎo)e0越小,u0越大。而e0取決于回路空載值0,與0成反比。,矩形系數(shù)？,與單個(gè)并聯(lián)諧振回路的相同,(4)u0與接入系數(shù)1、2有關(guān),但不是單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系。1與2的選擇應(yīng)全面考慮,選取最佳值。,.,10,例2.1在圖2.2.2中,已知工作頻率0MHz,cc,emA。晶體管采用型高頻管。其參數(shù)在上述工作條件和工作頻率處的數(shù)值如下：,gie=1.2mS,Cie=12pF；goe=400S,Coe=9.5pF；|yfe|=58.3mS,fe=-22；|yre|=310S,re=-88.8,回路電感1.4H,接入系數(shù)10.5,20.3,0。負(fù)載是另一級(jí)相同的放大器。求諧振電壓增益振幅u0和通頻帶，并求回路電容是多少時(shí),才能使回路諧振？,解：忽略yre的作用。,.,11,分析可知,其電壓增益取決于晶體管參數(shù)、回路與負(fù)載特性及接入系數(shù)等,所以受到一定的限制。如果要進(jìn)一步增大電壓增益,可采用多級(jí)放大器。,g=ge0+n21goe+n22gie=34.310-6+0.5240010-6+0.321210-30.2410-3S,.,12,三、多級(jí)單調(diào)諧放大器,如果多級(jí)放大器中的每一級(jí)都調(diào)諧在同一頻率上,則稱為多級(jí)單調(diào)諧放大器。,設(shè)放大器有級(jí),各級(jí)電壓增益振幅分別為u1,u2,un,則總電壓增益振幅是各級(jí)電壓增益振幅的乘積,即nu1u2un,如果每一級(jí)放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同,則總電壓增益振幅,.,13,由上述公式可知,級(jí)相同的單調(diào)諧放大器的總增益比單級(jí)放大器的增益提高了,而通頻帶比單級(jí)放大器的通頻帶縮小了,且級(jí)數(shù)越多,頻帶越窄。增益和通頻帶的矛盾是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。,.,14,例2.2某中頻放大器的通頻帶為MHz,現(xiàn)采用兩級(jí)或三級(jí)相同的單調(diào)諧放大器,兩種情況下對(duì)每一級(jí)放大器的通頻帶要求各是多少？,解:根據(jù)式（2224）,當(dāng)n=2時(shí),因?yàn)?所以,要求每一級(jí)帶寬,同理,當(dāng)時(shí),要求每一級(jí)帶寬,根據(jù)矩形系數(shù)定義,當(dāng)0.1時(shí),n/n00.1,由式（2.2.23)可求得:,.,15,所以,級(jí)單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù),表221列出了n0.1與的關(guān)系,表2.2.1單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級(jí)數(shù)的關(guān)系,從表中可以看出,當(dāng)級(jí)數(shù)增加時(shí),放大器矩形系數(shù)有所改善,但這種改善是有一定限度的,最小不會(huì)低于.6。,.,16,四、諧振放大器的穩(wěn)定性,在討論諧振放大器時(shí),都假定了反向傳輸導(dǎo)納re,實(shí)際上re0,即輸出電壓可以反饋到輸入端,引起輸入電流的變化,從而可能引起放大器工作不穩(wěn)定。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼?且在相位上滿足正反饋條件,則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩。,為了提高放大器的穩(wěn)定性,從兩個(gè)方面著手：1、從晶體管本身想辦法,減小其反向傳輸導(dǎo)納re值。re的大小主要取決于集電極與基極間的結(jié)電容bc,所以制作晶體管時(shí)應(yīng)盡量使其bc減小,使反饋容抗增大,反饋?zhàn)饔脺p弱。2、從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用,使它單向化。具體方法有中和法與失配法。,A、中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路（中和電路）,以抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)re的反饋?zhàn)饔谩?.,17,.,18,B、失配法通過(guò)增大負(fù)載電導(dǎo)L,進(jìn)而增大總回路電導(dǎo),使輸出電路嚴(yán)重失配,輸出電壓相應(yīng)減小,從而反饋到輸入端的電流減小,對(duì)輸入端的影響也就減小?？梢?jiàn),失配法是用犧牲增益而換取電路的穩(wěn)定。,用兩只晶體管按共射共基方式連接成一個(gè)復(fù)合管是經(jīng)常采用的一種失配法。圖2.2.5是其結(jié)構(gòu)原理圖。,.,19,第三節(jié)寬頻帶放大器,一、混合型等效電路,bb：基區(qū)體電阻,約,be：發(fā)射結(jié)電阻re折合到基極回路的等效電阻,約幾十歐到幾千歐,bc：集電結(jié)電阻,約kM,ce：集電極發(fā)射極電阻,幾十千歐以上,be：發(fā)射結(jié)電容,約皮法到幾百皮法,bC：集電結(jié)電容,約幾皮法,m：晶體管跨導(dǎo),幾十毫西門子以下,.,20,CM=(1+gmRL)Cbc,即把Cbc的作用等效到輸入端,這就是密勒效應(yīng)。其中g(shù)m是晶體管跨導(dǎo),RL是考慮負(fù)載后的輸出端總電阻,CM稱為密勒電容。,rbe=(1+0)re,其中,k:波爾茲曼常數(shù),T:電阻溫度(以絕對(duì)溫度K計(jì)量),IEQ：發(fā)射極靜態(tài)電流,0：晶體管低頻短路電流放大系數(shù),fT：晶體管特征頻率。,注意：各參數(shù)均與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān),.,21,二、晶體管高頻參數(shù),考慮電容效應(yīng)后,晶體管的電流增益是工作頻率的函數(shù)。,1共射晶體管截止頻率,共射短路電流放大系數(shù)是指混合型等效電路輸出交流短路時(shí),集電極電流與基極電流的比值。,當(dāng)下降到0的時(shí),對(duì)應(yīng)的頻率定義為共射晶體管截止頻率f。,.,22,2特征頻率fT,當(dāng)?shù)姆迪陆档?時(shí),對(duì)應(yīng)的頻率定義為特征頻率fT。,3共基晶體管截止頻率f,共基短路電流放大系數(shù)是晶體管用作共基組態(tài)時(shí)的輸出交流短路參數(shù),即,其幅值也是隨頻率的增高而下降,f定義為的幅值下降到低頻放大系數(shù)0的時(shí)的頻率。,三個(gè)高頻參數(shù)之間的關(guān)系滿足下列各式：,.,23,三、展寬放大器頻帶的方法,1組合電路法,利用共基電路輸入阻抗小的特點(diǎn),將它作為共射電路的負(fù)載,使共射電路輸出總電阻L大大減小,進(jìn)而使密勒電容M大大減小,高頻性能有所改善,從而有效地?cái)U(kuò)展了共射電路亦即整個(gè)組合電路的上限截止頻率。由于共射電路負(fù)載減小,所以電壓增益減小。但這可以由電壓增益較大的共基電路進(jìn)行補(bǔ)償。而共射電路的電流增益不會(huì)減小,因此整個(gè)組合電路的電流增益和電壓增益都較大。,.,24,負(fù)反饋法,調(diào)節(jié)負(fù)反饋電路中的某些元件參數(shù),可以改變反饋深度,從而調(diào)節(jié)負(fù)反饋放大器的增益和頻帶寬度。如果以犧牲增益為代價(jià),可以擴(kuò)展放大器的頻帶,其類型可以是單級(jí)負(fù)反饋,也可以是多級(jí)負(fù)反饋。,單管負(fù)反饋放大器可以采用電流串聯(lián)和電壓并聯(lián)兩種反饋電路,其交流等效電路分別如圖所示。,.,25,3電感串并聯(lián)補(bǔ)償法,在晶體管集電極上接入電感，和放大器輸出端等效電容組成LC并聯(lián)回路，可以提高放大器的上限截止頻率。也可以采用多個(gè)電感串聯(lián)或并聯(lián)接入方式進(jìn)行補(bǔ)償，展寬頻帶。,.,26,四、可控增益放大器,在通信、導(dǎo)航、遙測(cè)遙控系統(tǒng)中,由于受發(fā)射功率大小、收發(fā)距離遠(yuǎn)近、電波傳播衰落等各種因素的影響,接收機(jī)所接收的信號(hào)強(qiáng)弱變化范圍很大,信號(hào)最強(qiáng)時(shí)與最弱時(shí)可相差幾十分貝。如果接收機(jī)增益不變,則信號(hào)太強(qiáng)時(shí)會(huì)造成接收機(jī)飽和或阻塞,而信號(hào)太弱時(shí)又可能被丟失。因此,必須采用可控增益控制電路,使接收機(jī)的增益隨輸入信號(hào)強(qiáng)弱而變化。這是接收機(jī)中幾乎不可缺少的輔助電路。在發(fā)射機(jī)或其它電子設(shè)備中,可控增益控制電路也有廣泛的應(yīng)用。,控制放大器增益的方法：1、通過(guò)改變放大器本身的某些參數(shù)；2、插入可控衰減器來(lái)改變整個(gè)放大器的增益。,.,27,小結(jié),1、主要性能指標(biāo)：電壓增益、通頻帶、矩形系數(shù)和噪聲系數(shù)。,2、分析方法：等效電路（Y參數(shù)等效電路）,3、單管單調(diào)諧放大器：電路性能分析與技術(shù)（P3234）,4、多級(jí)單調(diào)諧放大器（P3536）,.,28,如圖所示的小信號(hào)諧振放大器的交流通路，設(shè)工作頻率為30MHZ，三極管CG35在工作點(diǎn)的Y參數(shù)為：gie=1.5mS，cie=12pF，yre0,yfe=58mS-22，goe=0.4mS,coe=9.5pF,諧振回路空載時(shí)的品質(zhì)因數(shù)Q=100，L=0.8uH,負(fù)載RL=10K,負(fù)載對(duì)諧振回路的接入系數(shù)n2=0.3.試求諧振時(shí)電壓增益和通頻帶.,.,29,圖是單調(diào)諧放大器的交流通路,當(dāng)諧振頻率等于10MHZ時(shí),測(cè)得晶體管的Y參數(shù)為:yie=2+j0.5ms,yfe=20-j5ms,yoe=20+j40us,yre=0;放大器的通頻帶為500KHZ,諧振電壓增益為100,若線圈Q=60,試求電路元件C,L和RL的參數(shù)值.,.,30,某高頻小信號(hào)放大器電路如圖所示,工作頻率為30MHZ,回路電容為43pF,RL=2K,線圈的Q0=100,晶體管的參數(shù)如下:yie=2+j12ms,yre0,|yfe|=380ms,yoe=0.2