1第一章高頻小信號諧振放大器1.1LC選頻網絡1.2高頻小信號調諧放大器

1.3集中選頻放大器返回1.1LC選頻網絡返回1.1.1選頻網絡的基本特性返回

要求選頻電路的通頻帶寬度與傳輸信號有效頻譜寬度相一致。理想的選頻電路通頻帶內的幅頻特性fof1f22Δf0.72Δf0.1理想實際α(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20通頻帶外的幅頻特性應滿足

理想的幅頻特性應是矩形，既是一個關于頻率的矩形窗函數。

矩形窗函數的選頻電路是一個物理不可實現的系統，實際選頻電路的幅頻特性只能是接近矩形定義矩形系數K0.1表示選擇性：2Δf0.7稱為通頻帶：顯然，理想選頻電路的矩形系數K0.1=1，而實際選頻電路的矩形系數均大于1。1.1.1選頻網絡的基本特性返回

另外，為不引入信號的相位失真，要求在通頻帶范圍內選頻電路的相頻特性應滿足

即理想條件下信號有效頻帶寬度內的各頻率分量都延遲一個相同時間τ，這樣才能保證輸出信號中各頻率分量之間的相對關系與輸入信號完全相同。φo+π/2φ(f)f-π/20-φofof1f22Δf0．7理想實際

實際選頻回路的相頻特性曲線并不是一條直線，所以回路的電流或端電壓對各個頻率分量所產生的相移不成線性關系，這就不可避免地會產生相位失真，使選頻回路輸出信號的包絡波形產生變化RLCRSiS1.1.2LC選頻回路返回RLCRSuSRLCRSiS1.1.2LC選頻回路返回ZPRLCRSuSZSRLCRSuSRLCRSiS1.1.2LC選頻回路返回RpLCRSiS諧振阻抗RLCRSuSRpLCRSiS1.1.2LC選頻回路+ui-ii返回RLCRSuSRpLCRSiS1.1.2LC選頻回路5)諧振時電壓和電流的關系電流諧振電壓諧振RLCRSuSRLCRSiS返回RLCRSuSRLCRSiS返回電感性電容性電容性電感性返回RpR返回繼續Q2>Q1Q11OQ2或OQ1Q2或同樣定義并聯（串聯）諧振回路端電壓（電流）的相位為1.1.2LC選頻回路11返回1.1.2LC選頻回路繼續返回RpLCRSiSRLRLCRSuSRL例1-1設一并聯諧振回路，f0=10MHz，回路電容C=50pF，試計算所需電感值L。又若線圈Q=100，試計算回路諧振電阻及回路帶寬。若放大器所需帶寬為0.5MHz，則應在回路上并聯多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求？解（1）由公式（1-12），可得將f0=10MHz代入，得L=5.07μH。（2）由公式（1-18）得（3）設回路上并聯電阻為R1，并聯后總的電阻為RP//R1，回路的有載品質因數為QL，有帶寬公式得

此時要求的帶寬B=0.5MHz，故QL=20.

回路總電阻為

1.1.3LC阻抗變換網絡

BX1RXR1AABX2R2BX1RXR1AABX2R2RL1CRSiSL2RpCRSiSRLN1N2M+u1-+u2-C二變壓器阻抗變換電路RL'

假設初級電感線圈的圈數為N1，次級圈數為N2，且初次間全耦合(k=1)，線圈損耗忽略不計，則等效到初級回路的電阻RL'上所消耗的功率應和次級負載RL上所消耗功率相等，即

或變壓器初次級電壓比u1／u2等于相應圈數比N1／N2，故有

可通過改變比值調整RL'的大小。三回路抽頭的阻抗變換L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RL三回路抽頭的阻抗變換iSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRL'RS'iS'LCRL'RS'iS'ababiSRSL2L1C2C1RLacbdiS'RS'LCRL'ab三回路抽頭的阻抗變換

+ucb-+uab-+udb-+uab-iSRSL2L1C2C1RLacbd4接入系數（抽頭系數）

iLiSiCiRiL>>iS；iC>>iR11.2高頻小信號調諧放大器概述1.2.1晶體管的高頻小信號等效模型

1.2.2高頻小信號調諧放大器

1.2.3高頻調諧放大器的穩定性1.2高頻小信號調諧放大器

（highfrequencysmallsignalamplifiers）1273451.2高頻小信號調諧放大器

（highfrequencysmallsignalamplifiers）Cb'erbb'Cb'crb'crb'eub'ercegmub’e1.2.1晶體管的高頻小信號等效模型127345eb'rcerb'creeCb'eCb'crbb'rb'ecrccbgmub’eyieyoeyreuceyfeube+u1-+u2-i1i2+ube-+uce-ibic127345二

Y參數等效電路yieyoeyreuceyfeube+ube-+uce-ibicyieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe1返回45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc1.2.2高頻小信號調諧放大器仿真Rb1Rb2ReEc32154B1B2CLyLVT輸入回路輸出回路晶體管32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-32154B1B2CLyLVT32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL二、放大器性能參數分析：ib+ube-iC+uce-休息1休息2YiiCyfeubeyoe+uce-yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYSiC休息1休息2yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiS+u54-+u31-+u21-+ube-休息1休息2iCyfeubeyoe+uce-yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeYLyLyfeubeyoe+u54-+u31-+u31-休息1休息2p1yfeubep1yfeube+u31-p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego+u31-休息1休息21B休息1休息21繼續休息1休息2go二、放大器性能參數分析：+u31-二、放大器性能參數分析：go+u31-三、多級單調諧放大器Au1Au2Aun級數n123456781.00.640.510.430.390.350.320.3多諧調諧放大器縮小系數與級數的關系(2)N級放大器的矩形系數表1.2單調諧放大器矩形系數與級數關系級數n12345678910∞Kr0.19.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56yieyreuceyfeubeyoeYSyL1.2.6高頻調諧放大器的穩定性

實際上yre≠0，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，從而可能使放大器工作不穩定。如果這個反饋足夠大，且在相位上滿足正反饋條件，則會出現自激振蕩現象。1.共發射極放大器的最大穩定增益

u'beuce

由于內反饋的存在，在放大器的輸入端將產生一個反饋電壓u'be，定義穩定系數S:S＝ube(jω)／u'be(jω)u'be(jω)=-yreuce/

(YS+yie)=-yreuce/y1uce(jω)=-yfeube/

(yL+yoe)=-yfeube/y2S＝ube(jω)／u'be(jω)=y1y2/yfeyre

當S為正實數時，表明ube(jω)／u'be(jω)同相，滿足自激振蕩的相位條件。

當|S|>1時，|ube(jω)|>|u'be(jω)|，不滿足振幅條件，放大器不會自激；當|S|≤1時，放大器不穩定。

為使放大器遠離自激狀態而穩定地工作，單級放大器通常選|S|＝5～10。

1.2.6高頻調諧放大器的穩定性

1.共發射極放大器的最大穩定增益

當晶體管的工作頻率遠低于特征頻率fT時:

yfe≈|yfe|≈gm,yre≈jωCb'c，φre＝90o

經推導得放大器的電壓增益與穩定系數S的平方根成反比:當取S=1時，稱為臨界穩定，其電壓增益稱為臨界穩定電壓增益。實際中常取S=5，此時電壓增益稱為最大穩定增益。即為

2.提高放大器的穩定性的方法

一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導納yre的值。

二是從電路上設法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法有中和法與失配法。

中和法通過在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路(中和電路)，來抵消晶體管內部參數yre的反饋作用。

CNCL2L1VT2VT1ECCL1L2VT1VT2CNCb'ciNif

用一個電容CN來抵消yre的虛部(反饋電容)的影響，就可達到中和的目的。

固定的中和電容CN只能在某一個頻率點起到完全中和的作用，對其它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。

2.提高放大器的穩定性的方法

失配法通過增大負載電導YL，進而增大總回路電導，使輸出電路嚴重失配，失配法以犧牲增益來換取電路的穩定。

用兩只晶體管按共發一共基方式連接成一個復合管是經常采用的一種失配法。

VT1VT2

由于共基電路的輸入導納較大，當它和輸出導納較小的共發電路連接時，相當于增大共發電路的負載導納而使之失配，從而使共發晶體管內部反饋減弱，穩定性大大提高。

共發電路在負載導納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍較大；而共基電路雖然電流增益接近1，但電壓增益卻較大。所以二者級聯后，互相補償，電壓增益和電流增益都比較大，而且共發一共基電路的上限頻率很高。

返回繼續1.4電噪聲

1.4.1電阻熱噪聲1.4.2晶體三極管噪聲1.4.3場效應管噪聲1.4.4噪聲系數

噪聲是一種隨機信號，其頻譜分布于整個無線電工作頻率范圍，因此它是影響各類收信機性能的主要因素之一。干擾與噪聲的分類如下：

干擾一般指外部干擾，可分為自然的和人為的干擾。自然干擾有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等。人為干擾主要有工業干擾和無線電器的干擾。

噪聲一般指內部噪聲，也可以分為自然的和人為的噪聲。本章主要討論自然噪聲，對工業干擾和天電干擾只做簡略的說明。1.4.1電阻熱噪聲

電阻由導體等材料組成，導體內的自由電子在一定的溫度下總是處于“無規則”的熱運動狀態，這種熱運動的方向和速度都是隨機的。自由電子的熱騷動在導體內形成非常弱的電流。電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有極寬的頻譜，從零頻一直延伸到10-13Hz以上的頻率，而且它的各個頻率分量的強度是相等的。這種頻譜與白色光的光譜類似，因此將具有均勻連續的噪聲叫做白噪聲，電阻的熱噪聲就是一種白噪聲。

由理論和實驗證明，當溫度為T（K)時，阻值為R的電阻所產生的噪聲電流功率頻率譜密度和電壓功率頻率譜密度分別為：式中，k為玻爾茲曼常數，在頻帶寬度B內產生的熱噪聲電流均方根值和電壓均方根值分別為：一個實際電阻可以分別用噪聲電流源與理想電阻的并聯或噪聲電壓源與理想電阻的串聯來表示1.4.2晶體三極管噪聲

晶體三極管的噪聲是設備內部固有噪聲的另一個重要來源。一般說來，在一個放大電路中，晶體三極管的噪聲往往比電阻熱噪聲強得多，在晶體三極管中，除了其中某些分布，如基極電阻rbb′會產生熱噪聲外，還有以下幾種噪聲來源。1.散彈（粒）噪聲在晶體管的pn結中（包括二極管的pn結），每個載流子都是隨機地通過pn結的（包括隨機注入、隨機復合）。大量載流子流過結時的平均值（單位時間內平均）決定了它的直流電流I0，因此真實的結電流是圍繞I0起伏的。這種由于載流子隨機起伏流動產生的噪聲稱為散彈噪聲，或散粒噪聲。

因為散彈噪聲和電阻熱噪聲都是白噪聲，前面關于熱噪聲通過線性系統的分析對散彈噪聲也完全適用。其電流功率頻譜密度為：式中，Io是通過PN結的平均電流值，q為每個載流子所載的電荷量，

晶體管中有發射結和集電結，因為發射結工作于正偏，結電流大。而集電結工作于反偏，除了基極來的傳輸電流外，只有反向飽和電流（它也產生散彈噪聲）。因此發射結的散彈噪聲起主要作用，而集電結的噪聲可以忽略。

晶體管中通過發射結的少數載流子，大部分由集電極收集，形成集電極電流，少數部分載流子被基極流入的多數載流子復合，產生基極電流。由于基極中載流子的復合也具有隨機性，即單位時間內復合的載流子數目是起伏變化的。晶體管的電流放大系數α、β只是反映平均意義上的分配比。這種因分配比起伏變化而產生的集電極電流、基極電流起伏噪聲，稱為晶體管的分配噪聲。

分配噪聲本質上也是白噪聲，但由于渡越時間的影響，響當三極管的工作頻率高到一定值后，這類噪聲的功率譜密度將隨頻率的增加而迅速增大。2.分配噪聲3.閃爍噪聲由于半導體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。它與半導體表面少數載流子的復合有關，表現為發射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱1/f噪聲。因此，它主要在低頻（如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。這種噪聲也存在于其他電子器件中，某些實際電阻器就有這種噪聲。晶體管在高頻應用時，除非考慮它的調幅、調相作用，這種噪聲的影響也可以忽略。1.4