高頻電子線路(第四章高頻小信號放大器).ppt

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第四章高頻小信號放大器,電路性質(zhì)：線性、甲類放大器基礎(chǔ)知識：-并聯(lián)諧振回路-抽頭等效變換,本章內(nèi)容,4.1概述4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù)4.3單調(diào)諧回路諧振放大器4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器4.5雙調(diào)諧回路諧振放大器*注意：4.6~4.10節(jié)不講,第四章高頻小信號放大器,4.1概述,一、高頻小信號放大器的特點(diǎn)①頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz頻帶寬（2△f0.7）在幾kHz到幾十MHz②小信號信號較小，所以工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器),,,,,,第四章高頻小信號放大器,,把這一段近似看作一段直線,二、高頻小信號放大器分類,按所用的材料分類：晶體管（BJT)場效應(yīng)管（FET)集電電路（IC)按頻譜寬度：窄帶放大器和寬帶放大器按電路形式：單級放大器和多級放大器按負(fù)載性質(zhì)：諧振放大器（以諧振電路作為負(fù)載）非諧振放大器（以阻容耦合電路作為負(fù)載）,4.1概述,第四章高頻小信號放大器,,,,通過學(xué)習(xí)基于晶體管的諧振放大器來掌握基本原理，其他類型的放大器原理基本相同。,,三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo),4.1概述,（1）增益（放大倍數(shù)）,第四章高頻小信號放大器,（2）通頻帶,定義：放大器的電壓增益下降到最大值的0.7（即1/）倍時(shí)，上、下限頻率之間的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用表示。也稱為3dB帶寬。,第四章高頻小信號放大器,4.1概述,三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo),后面將會證明諧振放大器的通頻帶與諧振回路的通頻帶是類似的,,（3）選擇性,定義：表示放大電路從混合信號（有用信號與干擾信號的疊加信號）中選出有用信號，并抑制干擾信號的能力。衡量指標(biāo)矩形系數(shù)抑制比,第四章高頻小信號放大器,4.1概述,三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo),,,,矩形系數(shù)越小，曲線越接近矩形，選擇性越好，矩形系數(shù)最小值為1,,（4）工作穩(wěn)定性,一個(gè)理想的放大器其主要指標(biāo)（如增益、通頻帶、中心頻率等）應(yīng)不隨時(shí)間和外界變化而變化，謂之穩(wěn)定。反之則為不穩(wěn)定，不穩(wěn)定的極限情況是自激（無規(guī)則的、失控的正反饋）。提高穩(wěn)定性，避免自激的措施有合理選擇器件、合理設(shè)計(jì)PCB布局布線單級的增益不要過高加入穩(wěn)定電路（如負(fù)反饋電路）等,第四章高頻小信號放大器,4.1概述,三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo),（5）噪聲系數(shù),定義：,第四章高頻小信號放大器,4.1概述,三、高頻小信號放大器的質(zhì)量指標(biāo),高頻小信號放大器,此信號功率為Psi,此信號功率為Pni,此信號功率為Pso,此信號功率為Pno,4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù),為什么要提出小信號等效電路?回答：由于信號幅度很?。╩v級），所以可認(rèn)為晶體三極管工作于線性區(qū)，如果把它等效成我們學(xué)過的線性元件的組合電路，那么就可以用我們學(xué)過的線性電路知識進(jìn)行分析了。等效方法形式等效電路（如y參數(shù)、h參數(shù)）物理模擬等效電路（π參數(shù)）,第四章高頻小信號放大器,,,把這一段近似看作一段直線,4.2.1形式等效電路（主要介紹y參數(shù)）,圖中，若以V1和V2為自變量，I1和I2為參變量，列出表達(dá)式：,第四章高頻小信號放大器,4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù),+V1-,+V2-,其中的yi、yr、yf、yo合稱為y參數(shù),可以看出4個(gè)參數(shù)均為導(dǎo)納量綱，故其稱為y參數(shù),根據(jù)y參數(shù)公式畫出y參數(shù)等效電路,這個(gè)等效電路非常重要，希望同學(xué)們記住。,第四章高頻小信號放大器,4.2.1形式等效電路（y參數(shù)）,,+V1-,+V2-,,,,,,等效,利用y參數(shù)求單純?nèi)壒芊糯箅娐返碾妷涸鲆?第四章高頻小信號放大器,4.2.1形式等效電路（y參數(shù)）,+V1-,+V2-,y參數(shù)的求法和含義,第四章高頻小信號放大器,4.2.1形式等效電路（y參數(shù)）,,,,,,,,,y參數(shù)可能是復(fù)數(shù)，如(25+10j)ms課上思考：復(fù)數(shù)意味著什么物理含義？,yie和yoe的其他表示方法,第四章高頻小信號放大器,4.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換,由于yie和yoe均為復(fù)數(shù)，而且虛部(電納)通常為正數(shù)，所以在圖中，我們可以將其看作一個(gè)電導(dǎo)g與一個(gè)電容C的并聯(lián)。,,,,,,,,4.2.2混合π等效電路,根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，分析客觀存在的寄生電容、電阻，從而畫出等效電路。,第四章高頻小信號放大器,4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù),其中Cb’c和rbb’在高頻時(shí)危害最大,4.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換,為什么要進(jìn)行轉(zhuǎn)換？回答：拿到一個(gè)三極管時(shí)，往往只知道其物理π參數(shù)，而不知道y參數(shù)。而且，由后面的推導(dǎo)，同學(xué)們可知，y參數(shù)不僅與π參數(shù)有關(guān)，還與工作頻率有關(guān)！轉(zhuǎn)換方法由π參數(shù)電路出發(fā)，推出與y參數(shù)方程形式上一樣的表達(dá)式，則其系數(shù)即為y參數(shù)了。,第四章高頻小信號放大器,4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù),（經(jīng)常用的是將π參數(shù)轉(zhuǎn)換成y參數(shù)）,由π參數(shù)推出y參數(shù)的原理,第四章高頻小信號放大器,4.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換,,,引入中間變量Vb’e（最后會消去）,,書上公式4.2.13,將上式代入可得書上公式4.2.14,書上公式4.2.15,,,,,,,由π參數(shù)推出y參數(shù)的原理(續(xù)),第四章高頻小信號放大器,4.2.3混合π參數(shù)和y參數(shù)的轉(zhuǎn)換,,,,,,,,,4.2.4晶體管的高頻參數(shù),為什么要了解晶體管的高頻參數(shù)?回答：晶體三極管在高頻下放大性能出一定的衰減特性(觀察π參數(shù)電路圖不難看出)，與低頻下的一些參數(shù)不一樣。主要的高頻參數(shù)有：截止頻率特征頻率最高振蕩頻率,第四章高頻小信號放大器,4.2晶體管高頻小信號等效電路和參數(shù),第四章高頻小信號放大器,4.2.4晶體管的高頻參數(shù),,,,由于β0比1大的多,在頻率為fβ時(shí),|β|雖然下降到原來的0.707但是仍然比1大的多,因此晶體管還能起到放大的作用。,第四章高頻小信號放大器,4.2.4晶體管的高頻參數(shù),（續(xù)）,第四章高頻小信號放大器,4.2.4晶體管的高頻參數(shù),低頻時(shí)能放大電流100倍的三極管工作在50MHz的高頻時(shí)只能放大3倍了！,第四章高頻小信號放大器,4.2.4晶體管的高頻參數(shù),(了解即可),第三次作業(yè),(1)教材P151習(xí)題4.5(2)補(bǔ)充題若一高頻晶體三極管π參數(shù)恰好為教材第95頁的圖4.2.4所示的參數(shù)，求工作頻率為10MHz時(shí)的Y參數(shù)中的yfe(提示：利用教材97頁公式4.2.20),4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,本節(jié)主要內(nèi)容單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路4.3.1電壓增益的分析4.3.2功率增益及插入損耗4.3.3通頻帶與選擇性,第四章高頻小信號放大器,單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,,,,,,,一、實(shí)際電路圖,分析第①步：直流變交流（即畫小信號等效電路）,直流變交流的畫法原則：,(i)地與Vcc都接入交流地,(ii)旁路電容視為短路,(iii)大電阻可視為開路,放大,單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,二、交流(小信號)等效電路圖,,,,單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,三、將三極管用y參數(shù)模型等效后的電路圖,單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,四、忽略yre參數(shù)(不考慮反饋)后的電路圖,yfeVi1,,yoe,,,,,,,YL,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,,,,,,,,單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,五、L1與L2緊耦合時(shí)（相當(dāng)于抽頭）的電路圖,yfeVi1,,yoe,,,,,,,YL,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,5,,,,,,單調(diào)諧回路諧振放大器的典型電路,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,六、將yoe和YL看作實(shí)際器件（電導(dǎo)與電容的并聯(lián)）后的電路圖,yfeVi1,,go1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,5,,,,,Co1,gi2,,,,,Ci2,,,,,,+Vi2-,4.3.1電壓增益的分析,分析目標(biāo)：Av=Vi2/Vi1采用兩種方法分析：方法一：“徹底等效法”，即將所有從抽頭接入電路的元件都進(jìn)行“去抽頭等效變換”（見3.3.3）方法二：教材上的方法（兩級分析，先分析Vo1/Vi1，再分析Vi2/Vo1）推薦同學(xué)們按方法一分析,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,分析方法一（電路）,第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,yfeVi1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,5,+,-,Vi2,p1yfeVi1,,,,,Co1,go1,gi2,Ci2,,,,,分析方法一（計(jì)算任意頻率下電壓增益Av）,第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,,,此為任意頻率下的電壓增益,分析方法一（計(jì)算諧振頻率下Av0）,第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,我們通常只關(guān)心其幅度,例4.3.1（06年試題）（第1問）,三極管T1與T2同型號,,,,,三極管的參數(shù)如下,,,,,,求諧振電壓增益,,,,,,第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,例4.3.1（續(xù)）,第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,例4.3.1（續(xù)）,第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,,分析方法二(教材的方法),第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,yfeVi1,,go1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,5,,,,,Co1,gi2,,,,,Ci2,,,,,,+Vi2-,,如何求這一項(xiàng)呢?,分析方法二(續(xù)),第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,分析方法二(續(xù)),第四章高頻小信號放大器,4.3.1電壓增益的分析,,上頁已經(jīng)求出,,從而兩種方法得到了相同的結(jié)果,后面的推導(dǎo)一樣了但是方法二有點(diǎn)繞彎,4.3.2功率增益及插入損耗,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,,三者并聯(lián)為G’p,,,,小信號放大器功率增益表達(dá)式,第四章高頻小信號放大器,4.3.2功率增益及插入損耗,,插入損耗K1,定義：,第四章高頻小信號放大器,4.3.2功率增益及插入損耗,,,Gp,,插入損耗K1(續(xù)),第四章高頻小信號放大器,4.3.2功率增益及插入損耗,注意：K1是大于1的數(shù),,,,例4.3.1（續(xù)，第2問）,電路圖和已知不變，求功率增益及插入損耗,第四章高頻小信號放大器,4.3.2功率增益及插入損耗,,,,換算成dB為2.97dB,4.3.3通頻帶與選擇性,在講諧振回路的通頻帶時(shí)，我們引入了歸一化諧振曲線；同樣在研究小信號放大器的通頻帶時(shí)，我們引入“歸一化增益曲線”的概念，即,第四章高頻小信號放大器,4.3單調(diào)諧回路諧振放大器,與串并聯(lián)回路諧振曲線形式上完全一樣，只不過要用有載時(shí)的QL,,千萬不要用Q0,高頻小信號放大器的通頻帶,第四章高頻小信號放大器,4.3.3通頻帶與選擇性,一定要注意此處是QL不是Q0,(書上的公式4.3.20),高頻小信號放大器的選擇性,第四章高頻小信號放大器,4.3.3通頻帶與選擇性,,,單調(diào)諧回路放大器的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，故其選擇性差，這是單調(diào)諧回路放大器的缺點(diǎn)。,注意它與QL和f0無關(guān)，即，只要是單級單調(diào)諧放大器，矩形系數(shù)均為9.95,例4.3.1（續(xù)，第3問）,電路圖和已知不變，求通頻帶與矩形系數(shù),第四章高頻小信號放大器,4.3.3通頻帶與選擇性,單級單調(diào)諧回路放大器解題思路,,,,,此項(xiàng)可能有,也可能沒有,具體要看電路,單級單調(diào)諧回路放大器解題思路,4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器,多級單調(diào)諧放大器通頻帶,第四章高頻小信號放大器,4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器,根據(jù)通頻帶的定義可以求m級放大器的通頻帶,多級放大器級聯(lián)后增益曲線的變化,帶寬縮減后如何恢復(fù),及恢復(fù)后的副作用,第四章高頻小信號放大器,4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器,,,,,,,,,,多級單調(diào)諧放大器的選擇性（仍以矩形系數(shù)衡量）,第四章高頻小信號放大器,4.4多級單調(diào)諧回路諧振放大器,第四次作業(yè),教材152頁習(xí)題4.10注意有R5,4.5雙調(diào)諧回路諧振放大器,以雙調(diào)諧耦合回路作為負(fù)載其曲線的形式和特點(diǎn)與雙調(diào)諧耦合回路的諧振曲線一致分析單調(diào)諧回路時(shí)，我們將放大器等效成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并聯(lián)諧振回路；同樣道理，我們在分析雙調(diào)諧回路放大器時(shí)，可將其等效成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，雙諧振耦合回路。（故推導(dǎo)過程略，下面直接給出推導(dǎo)結(jié)果）,第四章高頻小信號放大器,雙調(diào)諧回路放大器的電壓增益,第四章高頻小信號放大器,4.5雙調(diào)諧回路諧振放大器,,,,雙調(diào)諧回路放大器的通頻帶,我們只關(guān)心臨界耦合時(shí)的通頻帶，它與單純的雙調(diào)諧耦合回路的通頻帶形式上是一樣的，但要用QL,第四章高頻小信號放大器,4.5雙調(diào)諧回路諧振放大器,雙調(diào)諧回路放大器的選擇性（同樣以矩形系數(shù)來衡量）,我們只關(guān)心臨界耦合時(shí)的矩形系數(shù),第四章高頻小信號放大器,4.5雙調(diào)諧回路諧振放大器,比5級以下的多級單調(diào)諧回路放大器的選擇性要好,本章的重點(diǎn),單調(diào)諧回路放大器電壓增益、功率增益、通頻帶最重要的是三個(gè)公式的應(yīng)用,,這項(xiàng)的有無要根據(jù)實(shí)際電路來決定,附錄1、單調(diào)諧小信號放大器實(shí)際電路圖,