1、第3章 高频谐振放大器 （一）高频小信号放大器,高频电子线路,2,主要学习内容：,本章介绍高频小信号谐振放大器和高频谐振功率放大器。这里注意电路在应用时的特点： 高频（低频）工作频率 大信号或小信号输入信号电平 谐振（非谐振）负载,3,接收机中的高频放大器,高频放大和中频放大是高频小信号放大器。,4,一、 概述,1、高频谐振小信号放大器的特点,2、分类,谐振放大器是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。非谐振由阻容放大器和各种滤波器组成，其结构简单，便于集成。,5,3.1 高频小信号放大器高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号，以便作进一步的变换和处理
2、。这里所说的“小信号”，主要是强调输入信号电平较低，放大器工作在它的线性范围。,6,高频小信号放大器的特点：高频放大器是频带放大器，有窄带和宽带之分。作为窄带放大器，一般用各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波的功能，但作为宽带放大器时，一般用高频变压器或传输变压器做负载。高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号。对高频小信号放大器的主要性能要求：（1）增益高但一般单级高频放大器的放大倍数比低频放大器要低（2）频带选择性好（3）稳定性高（4）噪音系数小直接影响接收机灵敏度、动态工作范 围,7,3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理图3 -1(a)是一典型的高频小信
3、号谐振放大器的实际线路。图3-1(b)是它的交流等效电路。Rb1和Rb2是偏置电阻，使其工作在线性区，Re是直流负反馈，Ce、Cb是旁路电容。集电极采用带抽头的并联回路做负载，并通过变压器耦合与输出负载RL相连。(均有阻抗变换作用)输入信号经输入变压器耦合到晶体管的基极，信号被放大，由于LC回路的选频作用，只有谐振时放大器才有增益，其余偏离谐振频率的信号被抑制掉了。调整抽头位置，可以改变增益，完成阻抗匹配(Why?),8,图 3 -1 高频小信号谐振放大器(a) 实际线路; (b) 交流等效电路,回顾：该电路直流通路怎么样？是不是发射结正偏集电结反偏？工作在线性放大区可以用小信号分析方法分析,
4、9,3.1.2 放大器性能分析1 晶体管的高频等效电路图3- 2(a)是晶体管在高频运用时的混等效电路,图 3 -2(a)晶体三极管混等效电路,10,图3- 2(b)是晶体管在高频运用时的Y参数等效电路,图 3 -2 (b)晶体三极管Y参数等效电路,由图3-2(b)可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程,可以按照Y参数的定义直接从混电路中求出每个导纳参数。,（3-1）,Y参数方程为：,11,Y参数和混和参数的关系,输入导纳,输出导纳,转移导纳,转移导纳,可以看出，这四个参数都是复数。此外,这些参数跟静态工作点(因为电阻分布电容大小与静态工作点有关)/频率(每个参数都是频率的函数)等有关,当窄
5、带工作时,Y参数变化不大,可以认为在f=中心频率/载频处的Y值(认为是固定值).,（3-2）,（3-3）,（3-4）,（3-5）,体现了输入对输出的影响，我们希望这种影响越大越好,体现了输出对输入的反作用,12,13,14,15,Ib,16,2 单调谐放大器的性能参数忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 画出图3-1的Y参数高频等效电路如由图3 -3，并得到得,图3 -3 高频小信号放大器的高频等效电路,（3-6）,信号传递单向化,17,（3-7）,18,(1) 电压放大倍数K,（3-8）,19,如果下级也是放大器，则必须也要把下级的输入电容也折算到回路两端。如果负载是同样的晶体管放大器，
6、那么回路的总电容和总电导为：,20,可见，晶体管的输出电容和负载电容影响谐振频率，而goe和gL影响回路的品质因数和电压增益。,从上面的分析可以看到，由于Yfe也是一个复数，因此放大器严格说不是180度倒相。如果要求放大器谐振时的增益，关键是求出LC回路两端的总电导。,21,(2) 输入导纳Yi,(3) 输出导纳Yo,（3-11）,（3-12）,反馈的存在使得等效的输入阻抗发生变化；,若为负反馈，同样的iin激励下产生的Ub减小，即等效为输入阻抗变小，也就是等效的导纳变大；,若为正反馈，同样的iin激励下产生的Ub增加，即等效为输入阻抗变大，也就是等效的导纳变小；,22,(4) 通频带B 0.
7、707与矩形系数Kr 0.1,谐振频率,品质因数,频带宽度,矩形系数,（3-13）,（3-14）,（3-15）,（3-16）,23,6） 噪声系数：放大器的噪声性能可用噪声系数表示：NF越接近1越好 在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。因此应根据需要决定主次，进行分析和讨论。,为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。,5）工作稳定性：指在电源电压变化或器件参数变化时，以上三参数的稳定程度。,24,
8、例3-1例3-1图 是一个高频小信号放大器，已知晶体管的Yre=0，Yoe=0，Yfe=60 mS,接入系数P1=0.8,P2=0.5,RL=2k，C1=200pF, f0=100MHz,Q0=80，求放大器的有载品质因数QL，谐振时的电压增益K0、电感L1的值和频带宽度各是多少？,例3-1图,25,解：,26,5、 谐振放大器的稳定性（抓住重点，迅速掌握）,谐振放大器稳定性分析：,1、自激产生的原因：,gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。谐振时，当gF = gs +
9、gie（回路原有电导）则回路总电导g = 0，QL ，选中了一个频率,输出信号成为单音.这就是自激,放大器等效输入端回路,前级放大器的后半部分,本级放大器的前半部分,27,2、放大器产生自激的条件：,当Ys + Yz = 0 回路总电导g = 0 放大器产生自激。此即放大器的反馈能量抵消了回路损耗能量，且电纳部分也恰好抵消,5、 谐振放大器的稳定性（续1）,那么，如何消除yre的影响呢？,28,由于yre的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器 的稳定性可以考虑晶体管的单向化。,单向化的方法有：,中和法 消除yre的反馈,失配法 使GL或gs的数值增大，因而使输入和输出回路 与晶体管失配。,
10、在实际运用中，中和法是外加一个电容抵消正反馈电容的作用,失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性,3、克服自激的方法：,5、 谐振放大器的稳定性（续2）,29,(1) 中和法：在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。具体线路：电桥平衡时，CD两端的回路电压 不会反映到AB两端,即对应两边阻抗之比相等。,5、 谐振放大器的稳定性（续3）,30,(2) 失配法（一般了解）：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，输出
11、电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。，即使后项0，则必须加大YL，yL yoe要使Yi = yie则晶体管实现单向化，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放 大.,5、 谐振放大器的稳定性（续4）,31,4. 中和法与失配法比较：中和法：优点：简单，增益高缺点： 只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。失配法：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。,谐振放
12、大器的稳定性（续5）,32,1、多级单调谐回路谐振放大器,若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级 级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都 将发生变化。,1）增益,2）通频带,多级谐振放大器,33,根据通频带的定义可以求m级放大器的通频带(2f0.7)m,上面的分析表明:（X=1/) ；X为每级的带宽与总带宽之比, 为了使总的通频带不变,每级的带宽都要增加为原来的X倍。, 当每级通频带加宽X倍时,每级的增益都会降低为原来的1/X。,34,m与X 之间的关系：,例：某中频放大器总通频带为4Mhz，采用6级单调谐放大器，则每级放大器通频带为多少？ 解：每级的为：,35,36,3）
13、选择性(以矩形系数为例),结论:单调谐回路特点是电路简单,调试容易,但选择性差,增益和通频带的矛盾比较突出。 采用双调谐回路谐振放大器是改善放大器选择性和解决放大器 的增益和通频带之间的矛盾的有效方法之一。,37,2. 多级双调谐放大器,(3 16),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。,38,39,3.1.5 高频集成放大器随着电子技术的发展，出现了越来越多的高频集成放大器，由于具有线路简单、 性能稳定可靠、 调整方便等优点，应用也越来越广泛。高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成放大器，主要用于某些不需要选频功能的设备中，通常
14、以电阻或宽带高频变压器作负载; 另一种是选频放大器，用于需要有选频功能的场合，如接收机的中放就是它的典型应用。,40,为满足高增益放大器的选频要求，集成选频放大器一般采用集中滤波器作为选频电路，如第2章介绍的晶体滤波器、 陶瓷滤波器或声表面波滤波器等。当然，它们只适用于固定频率的选频放大器， 这种放大器也称为集中选频放大器，,41,42,一、高频小信号放大器通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。 二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来 衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越 接近于1，则谐振放大器
15、的选择性愈好。三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。Y参数等效电路和混合等效电路是描述晶体管工作状况的重要模型。Y参数与混合参数有对应关系，Y参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。 四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。,小 结,43,五、由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体管成为双向器件，在一定频率下使回路的总电导为零，这时放大器会产生自激。为了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶体管单向化。保持放大器稳定工作所允许的电压增益称为稳定电压增益，用(Kvo)s表示，(Kvo)s只考虑了内部反馈，未考虑外部其他原因引起的反馈。六、非调谐式放大器由各种滤波器和线性放大器组成，它的选择性主要决定于滤波器，这类放大器的稳定性较好。七、集成电路谐振放大器体积小、工作稳定可靠、调整方便，有通用集成电路放大器和专用集成电路放大器，也可和其它功能电路集成在一起。,小 结（续1）,44,图 3-4 放大器的频率特性,从图可以看到,有正反馈通频带变窄 放大倍数变大,这个图能看明白吗？,
