单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/5/27,#,第三章 高频谐振放大器,3.1,高频小信号放大器,3.2,高频功率放大器的原理和特性,3.3,高频功率放大器的高频效应,3.4,高频功率放大器的实际线路,1,第三章 高频谐振放大器 3.1 高频小信号放大器1,3.1,高频小信号放大器,一、概述,1.,作用：,放大信号、选择信号、抑制干扰。,2.,特点：,(,a,).,小信号工作状态、直流工作点确定以后，电路参数都是常数，与外加信号无关，属线性电路的范畴。,(,b,).,以晶体管或集成电路作为放大元件，以调谐回路作为负载（滤波或阻抗变换）。,3.,分类：,(,a,).,单级调谐放大器；,(,b,).,单调谐回路放大器（低增益、窄频带的场合）；,(,c,).,双耦合回路放大器（选择性好，用作中频放大器）；,(,d,).,多级调谐放大器；,(,e,).,分散滤波谐振放大器；,(,f,).,集中参数滤波放大器。,2,3.1 高频小信号放大器 一、概述2,4.,性能指标：,(,a,),工作稳定：,不仅不能自激，且要远离自激条件；,(,b,),谐振增益：,天线上获得的信号几微伏至几十微伏，到解调前要达,0.1,1V,左右，应有,80,120,dB,其中中放应有,60,80,dB,。,(,c,),通频带：,双调谐回路时，,A=1,时，,为了不失真放大已调信号，要求,B,0.7,B,s,(,d,),矩形系数、选择性,:,表征放大器对通频带以外各种干扰信号的滤除能力，或从各种干扰中选出有用信号的能力。,3,4.性能指标：双调谐回路时，A=1时，为了,在理想情况下，,K,0.1,=1,4,在理想情况下，K0.1=14,3.1.1,高频小信号谐振放大器的工作原理,典型的高频小信号谐振放大器的实际线路如图,3-1(,a,),所示。,（,a,）高频小信号谐振放大器的原理线路,5,3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理,图,3-1,高频小信号谐振放大器,6,图 3-1 高频小信号谐振放大器6,3.1.2,放大器性能分析,1,晶体管的高频等效电路,图,3-2,是晶体管在高频运用时的混,等效电路,它反映了晶体管中的物理过程,也是分析晶体管高频时的基本等效电路。,7,3.1.2 放大器性能分析7,图,3-2,晶体管的混,等效电路,图中,g,m,U,b,e,表示了放大能力；,C,发射结扩散电容；,C,集电结的势垒电容。通常直接用混,等效电路分析高频放大器的性能不方便。但据线性电路原理，可将混,等效电路转化为输入输出分离的,Y,参数等效电路，如图,3-3,所示。,8,图3-2 晶体管的混等效电路 图中gmUbe表示,晶体管的,Y,参数等效电路,（,b,）晶体管的,Y,参数等效电路,（,a,）晶体管的共发射极电路,图,3-3,晶体管的,Y,参数等效电路,9,晶体管的Y参数等效电路（b）晶体管的Y参数等效电路（a）晶体,在（,b,）图中,输出交流短路时的输入导纳,输入交流短路时的反向传输导纳,输出交流短路时的正向传输导纳,输入交流短路时的输出导纳,10,在（b）图中输出交流短路时的输入导纳输入交流短路时的,在忽略,r,be,及满足,C,C,的条件下,Y,参数与混,参数之间的关系为,使用,Y,参数比较方便，但,Y,参数不完整，所以还需要引出混,参数，并给出两者间的换算关系如下。,11,在忽略rbe及满足CC的条,由图,3-2,可以得到晶体管,Y,参数等效电路的,Y,参数方程,晶体管的,内部方程,12,由图3-2可以得到晶体管 Y 参数等,图,3-2,晶体三极管等效电路,(a),混,等效电路,;(b)Y,参数等效电路,13,图 3-2 晶体三极管等效电路13,2,放大器的性能参数,忽略管子内部的反馈,即令,Y,re,=0,由图,3-3,可得,图,3-3,图,3-1,高频小信号放大器的高频等效电路,晶体管的,外部方程,14,2 放大器的性能参数图 3-3,(3),输出导纳,Y,o,(1),电压放大倍数,K,(2),输入导纳,Y,i,由反向传输导纳引入的输入导纳,由反向传输导纳引入的输出导纳,15,(3)输出导纳Yo(1)电压放大倍数K(2)输入导纳Y,3.1.3,高频谐振放大器的稳定性,1,放大器的稳定性,反向传输导纳,Y,re,引入的输入导纳,记为,Y,ir,。忽略,r,bb,的影响,则由式,(3-3),、,(3-4),有,将,Y,oe,归入负载中,并考虑谐振频率,0,附近情况,有,(4),通频带,B,0.707,与矩形系数,K,0.1,通频带,B,0.707,为,(3-10),16,3.1.3高频谐振放大器的稳定,将,Y,oe,归入负载中,并考虑谐振频率,0,附近情况,有,则输入导纳为,由式可知，当回路谐振时,=0,，,Y,ir,为一电容；当,0,时，,Y,ir,的电导为正，是正反馈；,0,时，,Y,ir,的电导为正，是负反馈，这将引起放大器的不稳定。,17,将Yoe归入负载中,并考虑谐振频率0附近情况,有 则输,图,3-4,放大器的频率特性,考虑反馈时的放大器的频率特性如图,3-4,所示。,18,图3-4 放大器的频率特性考虑反馈时的放大器的频率特,提高放大器稳定性可以从两方面入手。一是在式,(3-9),中，尽量减小第二项的分子,，而减小,会使放大器的增益减小，所以主要是减小反向传输导纳,，即首先在挑选担当小信号放大器的晶体管时，应选择,小的晶体管。其次是在选定晶体管后，,借助于外加元件来抵消,Y,re,的作用，这种方法称中和法；,另一方面增大分母,，当晶体管选好后，晶体管的输出导纳,Y,oe,被确定了，,只能通过改变负载导纳,Y,L,，使放大器工作在失配状态下，所有又称为失配法。,可见，失配法是以牺牲增益为代价来换取稳定性的一种方法。中和法和失配法的原理电路分别如图,3-5(,a,),和,(,b,),所示。,19,提高放大器稳定性可以从两方面入手。一是在式,2.,提高放大器稳定性的方法,A,.,中和法,图,3-5,是利用,中和电容,C,n,的中和电路。为了抵消,Y,re,的反馈,从集电极回路取一与 反相的电压,通过,C,n,反馈到输入端。,图,3-5,中和电路,20,2.提高放大器稳定性的方法图3-,则中和条件为,根据电桥平衡有,调节,C,N,使得 即实现了中和。,21,则中和条件为 根据电桥平衡有调节CN使得,图,3-6,共,发,-,共基电路,B.,失配法,图,3-6,是通过增大负载导纳，进而增大总回路导纳，使得输出电路,失配,，输出电压减小对输入端的影响也就减小。是以增益为代价来换取稳定性的方法。,共基极电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发电路相连时，相当于增大了共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发电路内部的反馈减弱，提高了稳定性。,22,图 3-6 共发-共基电路 B.失,图,3-7,双栅场效应管调谐放大器,场效应,管也有稳定性问题，这是因漏极的电容构成了输出和输入之间的反馈。采用双栅极场效应管作高频小信号放大器，则可获较高增益，噪声也较低。图,3-7,是双栅极场效应管调谐放大器的电路。,23,图 3-7 双栅场效应管调谐放大器,总电压放大倍数,单回路归一化频率特性,多级放大器级联归一化频率特性,3.1.4,多级谐振放大器级联,1,多级单调谐放大器级联,多级单调谐放大器的谐振频率相同,均为信号的中心频率。,24,总电压放大倍数单回路归一化频率特性多级放大器级联归一化频率特,表,3-2,多级双调谐放大器的带宽和矩形系数,表,3-1,多级单调谐放大器的带宽和矩形系数,级数增大，曲线变窄，等效噪声带宽下降，矩形系数改善,a,.,带宽随级数而下降的程度比单调谐回路要小；,b,.,矩形系数改善。,25,表3-2 多级双调谐放大器的带宽和矩形系数表3-1,2.,多级双调谐放大器,结论：,1.,优点：双调谐级联与单调谐级联相比较，双调谐能解决带宽与选择性之间的矛盾；,2.,缺点：级数相同时，双调谐级联比单调谐级联所用的原件数目多，调谐复杂。,26,2.多级双调谐放大器 结论：26,3.,参差调谐放大器,图,3-8,是采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调谐放大器的频率特性。,特点：,多级参差放大器中各级调谐回路所调谐的频率彼此不同。,目的：,增加放大器总的带宽，使频率特性的边沿陡峭。,27,3.参差调谐放大器 图3-8是采用单调谐回,图,3-8,参差调谐放大器的频率特性,a,单、双回路特性；,b,总特性,28,图3-8 参差调谐放大器的频率特性28,3.1.5,高频集成放大器,前面介绍的调谐放大器有三大缺点：,1.,增益和稳定性有矛盾；,2.,多级放大器级联回路多，调谐起来不方便；,3.,回路直接与有源器件相连，其频率特性易受晶体管的参数及工作点变化的影响。,29,3.1.5 高频集成放大器29,高频集成放大器分为两种类型，一种是非选频的高频集成放大器。它的主要应用场合是某些不需要选频功能的设备，通常其负载是电阻或高频变压器；另一种是选频集成放大器，应用场合是需要有选频功能的设备，如接收机的中频放大器就是它的典型应用。为满足高增益放大器的选频要求，集成放大器一般采用集中滤波器来做它的选频电路。如第二章介绍的晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面滤波器等都可以和高频集成放大器搭配使用。集中选频放大器的组成如图,3-10,所示。,30,高频集成放大器分为两种类型，一种是非选频的高,图,3-10,集中选频放大器组成框图,31,图3-10 集中选频放大器组成框图31,高频集成放大器的,优点：,1.,线路简单、性能稳定、调整方便；,2.,频率特性好，有专门的滤波器来保障,(,窄带时用晶体；宽带情况下用,SAV,),。,3.,可高度集成，减小电路的体积、重量。,集中选频放大器以集中预选频代替了逐级选频，可以减小晶体管参数不稳定对选频回路的影响，保证调谐放大器指标的稳定、减小调试的难度，而且有利于充分发挥线性集成电路的优势。,32,高频集成放大器的优点：,图,3-11,给出了一种集中,LC,网络的结构。集中,LC,网络通常有一节和若干节,LC,网络组成。要根据网络理论、频带宽度、衰减特性等要求来综合设计。在,LC,网络的前后级都接有宽频带运算放大器,A,733,。它是集成宽带放大器，可以放大直流至,120,MHz,的信号电压，无需进行外部的补偿元件。,33,图3-11给出了一种集中LC网络的结构。集,图,3-11,LC,集中滤波网络,34,图3-11 LC集中滤波网络34,图,3-12,是声表面滤波器与放大器连接的示意图。由第二章所介绍的集中参数滤波器知识，为了保证对信号选择性的要求，可采用声表面滤波器集中选频。,图,3-12,声表面滤波器与放大器连接,35,图3-12是声表面滤波器与放大器连接的示意图,以上图,3-11,和图,3-12,给出的两个实际电路图都是图,3-10,集中选频放大器组成原理框图的具体实现。当然，图,3-10,给出的模型中还离不开宽频带集成放大器。宽频带放大器的成熟产品有很多，读者可以参阅其他资料。,36,以上图3-11和图3-12给出的两,