1、第3章 小信号放大电路,按频带宽度分:,窄带放大器：以各种选频电路作负载，例如并联谐振回路、耦合谐振回路、各种滤波器等,宽带放大器：采用无选频作用的电路作负载，例如高频变压器、传输线变压器等,按负载 分:,调谐放大器,集中选频放大器：以石英晶体、陶瓷、声表面滤波器负载,单调谐放大器：输出端接单调谐回路,双调谐放大器：输出端都接双调谐回路,参差调谐放大器：调谐回路的谐振频率不同,小信号放大电路的分类:,作用：放大各种无线电设备中的高频小信号（微弱），通常是窄带放大器，以各种选频电路作负载（并联、耦合谐振回路等），所以还具有选频或滤波作用。,组成：放大器件+负载回路（非线性）,要求：（1）增益要高
2、 （2）选择性要好（3）工作要稳定可靠 （4）噪声要小,另外，由于小信号谐振放大器放大的信号幅度很小，电路中用于放大的器件工作在线性范围，因而它们属于线性放大器，通常采用线性模型的等效电路分析法。,3.1.1 概述,3.1 小信号谐振放大器,分类：调谐放大器和频带放大器，前者的谐振回路调谐于输入有用信号的频率；后者谐振频率为固定值。,3.1.2 单调谐回路谐振放大器电路,1、采用分压式稳定偏置电路； 2、输出端采用并联谐振电路，起选频作用，T的集电极采用部分接入，以提高谐振回路的有载Q值； 3、信号输入与输出为实现阻抗匹配、满足最大功率传输均采用变压器耦合。,一、电路和工作原理,二、主要参数分
3、析计算,1、放大器的交流小信号等效等效电路,2、分析计算 （1）电压增益（电压放大倍数）,当输出回路谐振时， =0，即为纯电导。因此，谐振时电压增益Auo为：,（2）功率增益（谐振时功率放大倍数）,a、失配损耗：如果负载失配导致输出功率减小引起的功率损耗。此时，,若谐振回路理想、无损耗，则go=0，当输出端匹配时n12goe=n22gL，输出功率最大，功率增益最大，记为APomax：,b、插入损耗：由于谐振回路的接入而引起功率增益下降，称为谐振回路的插入损耗（1Qe/Q）2 。这样任意态下的功率增益表述为下式：,（3）选择性和通频带 选择性S：任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义为放大
4、器的选择性。,（4）矩形系数 矩形系数K：放大器电压增益下降至谐振时增益的0.1倍（或0.01倍）时，相应的通频带放大器通频带之比 ，即,K越接近于1,选频特性越好!,例31：单调谐回路放大器如图所示。已知工作频率f0 =30MHz， L13=1uH， Q0=80 ， N1320圈， N23=5圈，N454圈， Rb1=15k，Rb2=6.2k ，回路并联电阻R=4.3k ，负载电阻RL=620 。BJT的参数为：yie=(1.6+j4.0)mS， yre=0 ， yfe=(36.4-j42.4)mS， yoe =(0.072-j0.60)mS 。 求：（1）画出高频等效电路 （2）计算回路电
5、容 C（3）计算Aou，BW0.7 ，K0.1,解： （1）画高频等效电路,（2）计算回路电容 C,（3）计算Aou，BW0.7 ，K0.1,例32：单调谐回路放大器如图所示。设负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，BJT的参数为：gie=1.1103S，goe=1.110-4S，|yfe|0.08S，Cie=25pF，Coe=6pF，N12=16圈，N1320圈， N454圈， L13=1.5uH，C=12pF，Q0=100。 求：f0，Aou，BW0.7,解：,1、负载是与该放大器完全相同的下一级放大器，所以gL=gie，CL=Cie,例：一晶体管组成的单回路中频放大器，如图所示。已知f
6、o=465kHz，晶体管经中和后的参数为： gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，|Yfe| =36.8mS，Yre=0，回路等效电容C=200pF，中频变压器的接入系数n1=N1/N=0.35，n2=N2/N=0.035，回路无载品质因数Q0=80，设下级也为同一晶体管，参数相同。试计算：,（1）回路有载品质因数 QL和 3 dB带宽 B0.7; （2）放大器的电 压增益；,解： 根据已知条件可知,能够忽略中和电容和yre的影响。得,答：品质因数QL为40.4,带宽为11.51kHz,谐振时的电压增益为-30.88,3.1.3 单调谐放大器的级连,目的：提
7、高增益（各级增益相乘）；改善频率选择性。,一、同步调谐多级放大器（单级级连构成）,电压放大倍数：Au=Au1Au2Aun Au1n （每一级都相同）,矩形系数：,多级单调谐放大器的部分电路,二、参差调谐放大器,将若干个单级谐振放大器级连,但每个谐振放大器的调谐频率不同，称为参差调谐放大器。参差调谐放大器可以增加带宽，同时又得到边沿较陡峭的频率特性。因此，它用于宽带和高选择性的场合。,3.1.4 双调谐放大器（通频带宽，选择性好）,临界耦合状态(=1)时的最大电压放大倍数为：,电路较复杂；调整比较困难。,3.1.5 集成电路调谐放大器,使用集成宽带放大器或专用高频集成放大器构筑调谐放大器,实现的
8、方案为: 1、宽带放大器+集中选频滤波器 2、前置放大器+集中选频滤波器+宽带放大器,1、集成射频/中频放大器4E307,4E307的内部原理电路和引脚如下左图所示。在使用时将与、与短路连接，与之间接，就构成了一个典型的恒流源差动放大电路。和之间可以加接电阻，增大反馈，减小静态功耗。该芯片的供电电压为6V，单端输出时，VT1和VT2的特征频率300600MHz。右图是芯片的典型应用电路。,+12V,2、两级60MHz中频放大器,XG1590是通用型高频线性集成放大器芯片，带有自动增益控制功能。当芯片调谐在60MHz工作时，功率增益为45dB，非调谐工作时BW0.7=10MHz，当自动增益控制电
9、压UAGC=57V时，控制范围达60dB，芯片采用单电源供电，最大电源电压18V。,该电路是应用于某雷达系统的中频放大器，整个电路的功率增益约为80dB，带宽为1.5MHz。,3、30MHz射频放大器,高频集成放大器A703组成的30MHz射频放大器，电源电压为12V，消耗功率110mW。变压器T1初级匝数为10圈，次级匝数为10圈；T2初级匝数为12圈，次级匝数为1圈，线径为#22，磁芯是T4410型。该电路主要特性指标为：电压增益35dB，功率增益37dB，带宽1MHz，噪声系数6dB。,3.2 小信号调谐放大器的稳定性,在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待,但是实际
10、上三极管的高频小信号模型是双向传输的。yre的影响将在小信号谐振放大器中产生两个问题： 其一是影响小信号谐振放大器的谐振频率，特别是当输入端也接有谐振回路时， yre中的电容成分会引起放大器的频率特性发生明显的畸变，使得多级调谐放大器调整变得很困难。 其二是yre中的电导成分会引起放大器自激，使放大器不稳定。,3.2.1 谐振放大器的输入导纳Yi及稳定性分析,1、 输入导纳,当信号频率远小于三极管的特征频率fT时，,若忽略rbb的影响,取,得,，还会使放大器自激振荡,如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后(假定耦合方式是全部接入
11、)，,2. 自激振荡的产生,放大器等效输入端回路,实际电路中，,所谓“谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。,此时，如果g= gs+ gie + gF 0，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。,（自激振荡）,当反馈电导为负值，那么g=gs+gie+gF=0 可能存在，即发生自激振荡现象。,为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生等幅自激振荡的条件。,3. 自激产生的条件,回路谐振时，g= gs+ gi
12、e + gF = 0,分解为幅值和相位两个条件,不发生自激的条件，,回路谐振时，g= gs+ gie + gF = 0,回路谐振时，g= gs+ gie + gF 0,稳定系数,如果S1，放大器可能产生自激振荡；如果S 1，放大器不会产生自激。 S越大，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。通常选S=510。,3.2.2 提高放大器稳定性的方法,（1）选择高频性能好的三极管。通常Cbc 越小越好。,（2）中和法。在晶体管外部接一个中和电容CN来抵消内部反馈的影响。,调整yN使得,则输入导纳为,可见，输入导纳yi与Uce无关，晶体管处于稳定状态。,外部引入的反馈选择为电容CN，称为中和电容。即
13、yN = jwCN ，且,得,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。,组合放大电路：采用共射共基级联电路,VT2管的Cbc不构成正反馈，而VT1管由于负载阻抗很小，导致该级增益很低，VT1和VT2之间处于严重失配状态，也不会构成自激振荡。,（3）失配法。是一种通过适当降低放大器的增益，提高放大器的稳定性的方法。,失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。,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
14、需调整，适于大量生产。缺点：增益低。,3.3 集成宽带放大器,宽带放大器是一种线性放大器，属于模拟集成电路的范畴，与模拟电子线路课程中的运算放大器没有本质的区别。但是，随着现代通信技术的发展，对宽频带放大器频带宽度的要求越来越高，从低频段0Hz直流开始，一直延伸到几百MHz甚至GHz，如此宽的频带范围，对集成电路的制造提出了很高的要求，而且在集成芯片的使用上，有时还要增加许多用于展宽频带的电抗补偿电路。,F733是通用型的集成宽带放大器，国外同类型号为LM733、A733，其封装形式和主要功能相同。该芯片在没有外接频率补偿的条件下，能够放大0Hz120MHz的电压信号，改变增益调节端G1、G2
15、的连接方式，可以提供10、100、400三种增益供选用。输入与输出可以采用单端方式，也可以采用双端（平衡）方式。,F733的内部原理电路如图所示。电路由差动输入级VT1、VT2，中间差动放大级VT3、VT4，输出差动级VT5、VT6和偏置电流源共四部分组成，三级放大器均采用差动放大电路，其中输入级R3R6四个电阻用来调节增益，当脚短路时，电压增益为300500；断开，短路时，电压增益为90110；四个管脚均开路时，电阻全部参与反馈，电压增益为911。,由两片宽带集成运算放大器构成的高增益低噪声弱信号放大电路如图所示，图中C2、C3、C4是高频补偿电容，必须经过仔细的调整，以保证通频带内增益平坦
16、的程度和上限频率。L1的取值范围是6.88.2H，它对下限频率有一定的补偿作用。输出信号取自于CX2501B的脚，也可以从脚输出，此时需要在和脚之间接一个1822H的电感。该电路的主要技术指标是：电压增益；带宽为0.580MHz；输出噪声幅度20mV。,本章小结,通信系统中使用的小信号放大器分为两类，一类是谐振放大器，谐振放大器都是选频的窄带放大器，并联谐振回路、耦合谐振回路和各种固体滤波器是其负载。谐振放大器的主要参数除了电压放大倍数（增益）、输入阻抗、输出阻抗外，通频带和选择性是有别于其它放大器的重要的参数。另一类是宽带放大器，实用中的宽带放大器多为集成放大器。分离元件的谐振放大器通常采用y参数等效电路来分析计算，单管单调谐放大器和单管双调谐放大器的分析计算是本章的重点，这一章要注意计算公式的灵活应用。小信号放大器能否稳定工作是电路设计和调整中必须考虑的问题，但是稳定性涉及的问题比较多，计算只能为电路调整指一个方向，需要根据实际情况进行仔细地调整。集成宽带放大器+集中选频滤波器是目前小信号放大器的方向。宽带放大器也存在稳定工作的问题，当频率比较高时，需要认真考虑阻抗匹配问题。,
