导图社区 第三章 高频小信号放大器
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第三章 高频小信号放大器
基本概念
回顾
最大功率传递定理
负载应与戴维南（诺顿）等效电阻相等
阻抗匹配：负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出
纯电阻电路
负载电阻等于激励源内阻
有电抗电路
负载阻抗与内阻满足共扼关系
高频小信号放大器特点
放大高频小信号，中心频率：百kHz-百MHz，频谱宽度：几kHz-十MHz
放大器工作在甲类线性状态，常用y参数等效电路
1）负载采用LC 谐振回路，放大器具有选频作用，为窄带放大器。
2）有较高的增益，适用于窄带信号的放大。
3）放大器工作在甲类线性工作状态，可采用高频小信号等效电路进行分析。
高频小信号放大器主要质量指标
增益（放大系数）
-3dB：半功率点
通频带
选择性
矩形系数
抑制比
中频、象频
信号频率fs，本地振荡器频率fc，中频固定值fid = fc - fs
象频：比fs高2个中频处有一个频率fm
象频消除方法：二次变频
工作稳定性
限制每级增益、选择内部反馈小的晶体管、加中和电路或稳定电阻、使级间失配等
噪声系数Fn
输入端信噪比与输出端信噪比之比。理想情况下，Fn=1，实际电路中，Fn＞1
等效电路
h参数系
选择输出电压和输入电流为自变量，输入电压和输出电流为参变量。（混合参数系）
z参数系
选择输入电流和输出电流为自变量，输入电压和输出电压为参变量。（阻抗参数系）
y参数系
选择输入电压和输出电压为自变量，输入电流和输出电流为参变量
晶体管的高频参数
截止频率fβ
β = β0*1/√2时所对应的频率
特征频率fT
β = 1时所对应的频率
最高振荡频率fmax
功率增益Gp = 1时所对应的频率
谐振放大器的稳定性与稳定措施
稳定性
放大器自激（产生等幅自激振荡，提高稳定性）条件
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。
相位条件
实际中
稳定电压增益
放大器的电压增益不许超过稳定电压增益
稳定措施
单向化
中和法
失配法
信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配； 晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。
避免自激的最简单做法是在回路两端并接电阻，即增加损耗。 通过使负载电导或信号源电导的数值加大，使得输入或输出回路与晶体管失去匹配。
放大器中的噪声
内部噪声的来源与特点
起伏噪声电压的平均值
起伏噪声电压的均方值
均值为零
均方值代表功率大小
均方根值代表起伏噪声电压交流分量的有效值
非周期噪声电压的频谱
是随机过程
起伏噪声的功率谱
S(f)称为噪声功率谱密度
白噪声指在某一频率范围内S(f)保持常数
电阻热噪声
天线热噪声
晶体管的噪声
基极电阻：热噪声
由电子的不规则热运动引起
散粒噪声
单位时间内流经PN结的载流子数目不同，由此引起的噪声，主要表现为发射极电流及集电极电流的起伏现象。
分配噪声
晶体管的电流放大系数α、β只是反映平均意义上的分配比。这种因分配比起伏变化而产生的集电极电流、基极电流起伏噪声，称为晶体管的分配噪声。分配噪声本质上也是白噪声，但由于渡越时间的影响，当三极管的工作频率高到一定值后，这类噪声的功率谱密度将随频率的增加而迅速增大。
噪声的表示和计算方法
噪声系数
Fn>1，噪声系数越大，表示放大器本身产生的噪声越大
额定输入噪声功率
额定功率增益：放大器输入端与输出端分别匹配时的功率增益。
此时噪声系数
失配系数q
输入输出不匹配时，额定功率和实际功率关系为:
不匹配时,采用额定功率增益定义的噪声系数与匹配时相同。
噪声温度
将内部噪声折算到输入端，放大器本身认为是没有噪声的理想器件。折算到输入端的额定输入噪声功率为
多级放大器的噪声系数
多级放大器总的噪声系数主要取决于前面一、二级, 最关键的是第一级，不仅要求它的噪声系数低, 而且要求它的额定功率增益尽可能高。
无源二端口网络的噪声系数
灵敏度
是指保证接收机输出端一定信噪比时, 接收端所要求的最小有用信号功率。
系统的输出信噪比给定时，系统灵敏度为有效输入信号功率
输入电阻与信号源内阻匹配时
等效噪声频带宽度
系统输出噪声功率：
减小噪声系数的措施
选用低噪声元、器件
正确选择晶体管放大级的直流工作点
选择合适的信号源内阻Ｒs
选择合适的工作带宽
选用合适的放大电路
降低放大器的工作温度
基本公式
放大器输入导纳Yi
放大器输出导纳Yo
电压增益Av
π参数与y参数的转换
单调谐回路谐振放大器
电压增益
晶体管的电压增益
Y'L是晶体管从输出端12之间看出去的负载导纳（负载与LC谐振回路折算至12两点间的等效导纳）若把yoe视为等效电源导纳，则yoe+Y'L可视为12两点之间的总等效导纳。
整体电压增益
谐振时电压增益
选用|yfe|较大的晶体管，减小回路总电容（要通过外接电容减小不稳定电容的影响
负载YL与晶体管输出导纳匹配
功率增益
主要考虑谐振
gi1：本机放大器输入电导 gi2：下一级晶体管输入电导
两级晶体管相同
忽略LC回路的损耗Gp时最大功率增益
考虑损耗Gp，引入插入损耗K1
用分贝表示，Ql/Q0越小，K1越小
通频带与选择性
多级
级数越多，总通频带越小
带宽缩减因子
选择项性（矩形系数）
频率选择性较差
双调谐回路谐振放大器
初级回路
次级回路
广义失谐
电压放大倍数
弱耦合η<1
谐振曲线在f0（ξ=0）处出现峰值
临界耦合η=1
谐振曲线较平坦，f0处出现峰值
是单调谐回路放大器的√2倍
远小于单调谐放大器，谐振曲线更接近于矩形
强耦合η>1
谐振曲线出现双峰
峰点位置
谐振时ξ = 0
基本电路
晶体管高频小信号等效电路
形式等效电路y参数系
正向传输导纳越大,放大器的增益越大。
反向传输导纳越大，晶体管内部反馈越强。
输出与输入反向。
减小yre有利于放大器的稳定工作。
优点：通用，导出的表达式具有普遍意义，分析电路比较简单。 缺点：网络参数与频率有关。
混合π等效电路
优点： 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。 缺点： 分析电路不够方便。
Cb'c将输出的交流电压反馈一部分到输入端（基极），可能引起放大器自激。 rbb'在共基电路中引起高频负反馈，降低晶体管的电流放大系数。
谐振时简化电路
单调谐回路谐振放大器参数
等效前
晶体管放大作用的等效电流源
晶体管输出电导与输出电容
并联谐振回路本身的损耗
DS
负载导纳
等效一次后
输出电导
输出电容
晶体管输出导纳
负载电导
负载电容
等效二次后
LC回路两端总等效导纳
级间耦合网络
多级单调谐回路谐振放大器
①单管单调谐放大电路是谐振放大器的基本电路。
② 谐振回路与信号源和负载的连接大都采用部分接入方式，即采用LC抽头阻抗变换电路。
③ 减小回路对有载Q值的影响，提高电压增益，减少对回路谐振频率特性的影响。
④ 多级调谐放大器的级联，需调谐到同一中心频率。
频带较宽、选择性较好
耦合线圈的两端初次级回路调谐于同一频率f0
