高频电子技术第3章 高频小信号放大器PPT课件

中波广播： BW0.7 =（6~8）KHz 电图视3.1信.1 号调谐：放B大W0器.7 电=6压M增Hz益的频率特性曲线
2.1.1
3、选择性
表示放大电路从各种干扰信号中选择有用信号，抑制
干扰信号的能力，等于在中心频率 f0 上的电压放大
倍数 A0 与偏离 f0 为f 处的放大倍数 An 的比值，即
Ib yieVbe yreVce Ic y V fe be yoeVce
2.2.1
图3.2.4 共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路
其中
yie
Ib Vbe
Vce 0
y fe
Ic Vbe
Vce 0
yre
Ib Vce
Vbe 0
yoe
Ic Vce
Vbe 0
式中，yie、yre、y fe、yoe 分别称为输入导纳、反向传输导纳
V2 0
(S)
y12
I1 V2
V1 0
(S)
y21
I2 V1
V2 0
(S)
y22
I2 V2
V1 0
(S)
所以Ｙ参数又称为短路导纳参数, 即确定这四 个参数时必须使某一个端口电压为零, 也就是使 该端口交流短路。
2.2.1
如共发射极接法的晶体管, 如图2.2.4所示, 相应的Ｙ参 数方程为
图3.2.4 共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路
1、增益
（1） 电压放大倍数
A
Vo Vi
或 电压增益
20 lg
A
20lg Vo Vi
dB
（2）功率放大倍数
Ap
po pi
或 功率增益
10 lg
Ap
10 lg

3
集成电路设计
利用集成电路技术，将放大器等组件集成到单个芯片上。
实现
PCB布局
优化电路的物理布局，以提高性 能和减少干扰。
结构优化
通过改进放大器的电路结构，进 一步提高性能和稳定性。
System-on-chip
利用现代集成电路设计技术，将 放大器功能集成到更大的系统中。
实例
低噪声放大器
专门设计用于音频处理等对信 号质量要求高的应用。
根据输入信号和输出 信号的比值计算放大 器的增益。
带宽计算
确定放大器能够工作 的频率范围。
噪声计算
评估放大器引入的噪 声水平。
阻抗匹配
确保放大器输入/输出 与周围电路之间的阻 抗匹配。
设计
1
线性设计方法
通过分析放大器的线性特性，进行电路设计和参数选择。
2
非线性设计方法
针对特定的应用要求，设计具有非线性特性的放大器电路。
高增益放大器
提供高增益的放大器，用于需 要放大微弱信号的应用。
差分放大器
用于抑制共模噪声，提高信号 传输的可靠性。
结论
高频小信号放大器是电子设备中重要的组成部分，具有广泛的应用领域。通 过了解放大器的原理、参数和设计方法，可以提高电路性能和稳定性，实现 更好的信号放大效果。
未来，随着集成电路技术的不断发展，高频小信号放大器将继续在各个领域 发挥重要作用。
作用与应用领域
作用
放大小信号，增加信号的强度。
应用领域
通信、无线电、音频等领域。
原理
1
放大器基本结构
由放大元件、电源和输入/输出端口组成
小信号模型
2
的电路。
通过分析放大器中的小信号行为，得到

Yie
Ib U b
|U c 0
输出交流短路时的输入
导纳
Y fe
Ic U b
|U c 0
输出交流短路时的正向
传输导纳
Yre
Ib U c
|Ub 0
输入交流短路时的反向
传输导纳
Yoe
Ic U c
|Ub 0
输入交流短路时的输出
导纳
Y参数是任务频率的函数，当任务频率不同时，即使是 同一晶体管，其Y参数也是不一样的。当任务频率比较 低，电容效应的影响可以不思索时，晶体管的Y参数才 可以以为近似不变。假设忽略Y参数的虚部,那么可得到 低频任务的Y参数值。
常用途理方法： 1 、中和法： 晶体管B、C 极之间参与一个电容 2、失配法：使晶体管的负载阻抗与输出阻抗不匹配
图3-9 中和法原理电路
失配法：
图3-10 共射-共基级联放大器交流等效电路
3.4 集中电路高频小信号放大器 由线性集成电路与选频电路相结合方式实现 又称模拟集成电路
3.4.1 线性宽频带集成放大电路 8FZ1 ULN2204
rbb`: 基区体电阻25Ω； rb`e:发射结电阻150Ω； Cb`e: 发射结电容500pF；
Cb`c: 集电结电容5pF ； rb`c:集电结电阻1MΩ ；(反偏， 很大，被Cb`c短接掉)
rce: 集-射极电阻100kΩ； Cce:集电极电容； (很大，被 rce短接掉)
gm: 晶体管跨导，反映放大才干； gm=IEQ/26=β0/rb`e 50ms
噪声 普通指内部噪声，又分自然和人为两类。自 然噪声有热噪声、散粒噪声和闪烁噪声等，人为噪声有 交流噪声、感应噪声等。
干扰 普通指外部干扰，也分自然和人为两类。自 然干扰有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。人为干扰 有工业干扰和无线电台干扰。

验与测试
实验前的准备与注意事项
实验器材
准备所需的高频小信号放大器、信号 源、示波器、频谱分析仪等实验器材 ，确保其性能良好，精度满足实验要 求。
实验原理
安全注意事项
了解实验过程中可能存在的安全隐患 ，遵循实验室安全规定，确保实验过 程的安全。
熟悉高频小信号放大器的原理、特性 以及应用场景，为实验的进行提供理 论支持。
02
高频小信号放大器的基本原理
放大器的基本概念与分类
放大器的基本概念
放大器是一种电子器件，能够将输入的微弱信号放大到所需的幅度和功率水平 ，以满足各种应用需求。
放大器的分类
根据不同的分类标准，放大器可以分为多种类型。按工作频带可分为窄带放大 器和宽带放大器；按输出信号的方式可分为电压放大器、功率放大器和电流放 大器等。
实验结果的评价与改进建议
结果评价
根据实验目的和要求，对实验结果进 行评价，如评估放大器的性能指标是 否满足设计要求，分析实验误差来源 等。
改进建议
根据实验结果的评价，提出针对性的 改进建议，如优化放大器电路设计、 改善信号源质量等，以提高高频小信 号放大器的性能。
06
高频小信号放大器的应用实例
无线通信系统中的应用
高频小信号放大器的性能指标
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
增益
增益是衡量放大器性能 的重要指标，表示放大 器输出信号幅度与输入 信号幅度之比。高频小 信号放大器的增益通常 较高，能够达到几十 dB甚至更高。
带宽
带宽是衡量放大器工作 频率范围的指标。高频 小信号放大器的带宽通 常较窄，只适用于特定
的高频频段。
线性度
线性度表示放大器对输 入信号的线性响应程度 。高频小信号放大器的 线性度较好，能够保证 对输入信号的准确还原

C
1 1( ) Ucm 2 0 ( ) VCC
1 2
g1( )
其中 Ucm
VCC
为集电极电压利用系数
g1( )=
1( ) 0 ( )
Ic1m IC0
为波形系数
值越小，g1( )越大，放大器的效率也越高。
在 1时，可看不同工作状态下放大器的效率分别为: 甲类工作状态 180 , g1( ) 1,C =50% 乙类工作状态 90 , g1( ) 1.57,C =78.5% 丙类工作状态 60 , g1( ) 1.8,C =90%
若VCC、VBB、Vim参变量不变，则放大器的工作状态就由负 载电阻Re决定。此时放大器的电流、输出电压、功率、效 率等随Re而变化的特性，叫做放大器的负载特性（曲线）。
1、欠压、临界和过压工作状态
——根据集电极电流是否进入饱和区
绿线：欠压状态——未进入饱和状态的工作 状态。
为尖顶余弦脉冲。
蓝线：临界状态——刚好不进入饱和状态 的工作状态。
ic gc VBB Uim cost UBE(on)
余弦电流脉冲的主要参量
iC
和
max
，如c 图
当 t c 时，iC 0
cos UBE(on) VBB
Uim
ic gcUim cost cos
而当t 0时，ic iC max
iCmax gcUim 1 cos
iC
iC max
直流分量只能通过回路电感线圈去路，其直流电阻较小，对
直流也可看成短路。
集电极电流流经谐振回路时，只有基波电流才产生压降，
因而LC谐振回路两端输出不失真的高频信号电压。若回路谐振 电阻为Re，则
uc Ic1m Re cost Ucm cost,

电路是由物理模拟方法得到的物理等效电路，如图所
示。
Cbc
b
rbb'
b＇ rb'c
c
r Cbe b'e
Cb'c
Cb'e
g mVb 'e
rce Cce
e
e
混合π等效电路
把晶体管内部的物理过程用集中元件RLC表示，每一
个元件与发生的某种物理过程有明显的关系。
3.2.2 混合π等效电路（物理模拟等效电路） （续1）
来组成等效电路。
I1
I2
+
V1
yi
-
yrV2 y f V1
+
yo
V2
-
晶体管共射极电路
晶体管（共射极）的y参数等效电路
I1 yiV1 yrV2
I2 y f V1 yoV2
3.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）（续1）
yi yr yf yo
VVVIIVII11122221
V2 0 称为输出短路时的输入导纳 V10 称为输入短路时的反向传输导纳 V2 0 称为输出短路时的正向传输导纳 V10 称为输入短路时的输出导纳
2
y fe
g
2
gie
gie2
( Av0 )2
gie2 gie
( Av0 )2
用分贝表示
如前后级采用
Ap0 (dB) 10 lg Ap0
相同晶体管
3.3 单调谐回路谐振放大器（续8）
忽略回路本身的损耗 Gp，则匹配条件为 p12 goe p22 gie2
故最大功率增益为（前后级采用相同的晶体管）
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。

高频小信号放大器
LC集中滤波器
非谐振放大器
石英晶体滤波器 陶瓷滤波器
本章重点讨论晶体管窄带谐振放大器 声表面波滤波器
窄带谐振放大器
宽带非谐振放大器
有源器件 谐振回路
宽带非谐 振放大器
滤波器
精选PPT课件
3.1 概述
高频小信号放大器的主要质量指标
1) 增益：（放大系数）
电压增益：
Av
Vo Vi
功率增益：A p
电路ｙ参数的转换 3.2.4 晶体管的高频参数
精选PPT课件
3.2.1 形式等效电路
VCC 输入回路 晶体管 输出回路
Rb1
C
Tr1
T
L
1 2
Tr2 4 yL
3
5
Tr1
T
3
5
L
2 1
4
C
yL
Tr2
Rb2
Cb
Re
Ce
因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联 组成，采用导纳分析比较方便，为此, 引入晶体管的y（导纳） 参数等效电路。
Kr 01
2f0.1 2f0.7
Kr0.01
2f0.01 2f0.7
AV/AVo 1
0.7
② 抑制比：表示对某个干扰信号fn
2f0.7
的抑制能力，用dn表示。 A
A v0
dn
Av 0 Av n
A vn
精选PPT课件
0.1
fn f0
2f0.1
f
理想 实际 f
3.1 概述
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参 数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性 的稳定。

似认为不能通过放大器
高频小信号放大器的指标
4 矩形系数 Kr0.1
➢ 矩形系数表征放大器选择性好坏的一个 ➢ 选择性：表示选取有用信号，抑制无用信号的能力 ➢ 理想：——矩形
Kr0.1
2f0.1 2f0.7
高频小信号放大器的指标
5 工作稳定性
➢ 指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元器件参数等发 生变化时，放大器主要性能的稳定程度
y11 y12U2 y21U1
U 1
I2
y22 U 2
共发射极晶体管
＋
b
.
.
Ib
Ube
－
c . Ic
V
e
I b Yie U be Yre U ce I c Y fe U be Yoe U ce
.
.
Ib
Ic
b
c
＋
＋
＋
. Uce
. Ube
Yie
.
Yoe .
.
U ce
Y reU ce
Y feU b e
已知 Rb1 15 k , Rb 2 6.2 k , Re 1.8k , C b C e 0.01uF , RL 5k ，工作频率 f0 10 .7 MHz ,回路电感 L13 4uH , Q0 100 , N 13 20 , N 23 6, N 45 5,晶体管在直流 工作点和工作频率为 10 .7 MHz 时的参数为：
Ui=Ube; Uc即Uce;
信号源用电流源代替；
输出电压在第二级；
y y Ib
ie yreUce y feUi oe Ic
Is
Ys
U i
U c
C
35
2
L 1

➢ 理解高频小信号放大器的内部反馈及稳定工作条 件, 掌握消除内部反馈的原理与基本方法。
➢ 掌握高频小信号放大器阻抗匹配的概念与基本计 算方法。
3.1 概述
3.1.1 高频小信号放大器的功能
功 能：放大和选频； 中心频率：几百千赫～几百兆赫； 频带宽度：几KHz～几十MHz。
高频小信号放大器通常以各种选频电路作负载， 由于信号较小，工作在线性范围内(甲类放大状态), 常采用线性模型的等效电路分析法。
gm
0
rb ' e
1 re
简化混合 型等效电路
在一定高频段工作时，由于电路中的电阻、电容
并联，混合 型等效电路可进一步简化如图3-6示。
图3-6 简化混合 型等效电路
工作频率范围不同时，其等效电路可进行不同 的简化。
3.2.3 晶体管共发射Y参数和混合 参数间的关系
➢
根据定义，令
V2
0,
求yie、y
注：由于 Cb'c ，C上b'e述各式中 近似Yb相'e 同。
3.2.4 晶体管的高频参数
➢ 截止频率 f
高频晶体管发射极电流放大系数 下 降到低频
电流放大系数 的0 1倍2时，所对应的频率称为
β截止频率 f。
由于＝ 0
1＋j
f
f
0
1
f f
2
➢ 特征频率 fT
当|β|=1时所对应的工作频率称为特征频率 。fT
3.2.2 混合 型等效电路
如果我们用集中元件R、L、C模拟晶体管的内部
特性，这样的电路称为混合 型等效电路。如图3
-5示。
图3-5 混合 型等效电路
gm Vb'e 是受控电流源，表示晶体管放大增益的等效

1. 放大器的输入导纳和输出导纳
引用§4.2 结果，可知
Yi
yie
yreyfe yoeYL
Yi yre0 yie
Yo
yoe
yreyfe yie Ys
Yo yre0 yoe
2. 自激振荡的产生 (以输入导纳的影响为例)
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)，
激振荡现象。
YFyyofeeyrYeL gFjbF
图4.6.2 反馈电导ｇＦ随频率变化 的关系曲线
4. 自激产生的条件(以输入导纳的影响为例)
▪ 按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 ▪ 按电路形式：单级放大器和级联放大器 ▪ 按负载性质：谐振放大器和非谐振放大器
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。 非谐振放大器由阻容放大器和各种滤波器 组成，其机构简单，便于集成。
3. 高频小信号放大器的质量指标(1)
1) 增益：（放大系数） 2) 通频带: 放大器的电压增益下降到最大值的 0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频 带，用B=2f 0.7表示。2f 0.7也称为3分贝带宽。 3) 选择性: 从各种不同频率的信号的总和（有用 的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的 能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系 数和抑制比来表示。
Kr01
2f0.1 2f0.7
2 0.1 2 0.7
2
10 n 1
1
2n 1
Av Av0
[1QL2(
1
0
0)2]n2
[1
(QL
1
2 0
)2
n