电子线路2.docx

电子线路2.docx

《电子线路2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子线路2.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电子线路2

第二章高频小信号放大器例1:

L0.8μHQ0100C5pFC120pFC220pFR10kΩRL5kΩ试计算回路的谐振频率谐振电阻。

C2C1RLLCRQ0‘C2C1g’LLCg0g第二章高频小信号放大器谐振频率:

电阻RL的接入系数:

1120.5CpCC等效到回路两端的电导:

121215CCCCpFCC0145.972fMHzLC解回路电容:

251510LLgpsR电感的损耗电导:

6000143.310LgsQ电阻R等效电导:

4311101010gsRC2C1g’LLCg0g第二章高频小信号放大器回路总电导为465031043.3105100.193310Lggggs回路谐振电阻为15.17pRkgC2C1g’LLCg0g第二章高频小信号放大器2.3晶体管的高频小信号等效模型双口网络:

具有两个端口的网络四端网络外部结构与双口网络相同但对流入流出电流没有类似的规定这是两者的区别。

端口:

指一对端钮流入其中一个端钮的电流总是等于流出另一个端钮的电流。

第二章高频小信号放大器双口网络在每一个端口都只有一个电流变量和一个电压变量因此共有四个端口变量。

如设其中任意两个为自变量其余两个为应变量则共有六种组合方式也就是有六组可能的方程用以表明双口网络端口变量之间的相互关系。

参数方程就是其中的一组它是选取各端口的电压为自变量电流为应变量。

晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法物理模型等效电路混合参数等效电路。

网络参数等效电路y参数等效电路。

第二章高频小信号放大器第二章高频小信号放大器yiyoyru2yfu1u1-u2-i1i211211122122122IyUyUIyUyUU1-U2-i1i2112212irfoIyUyUIyUyU设电压u1和u2为自变量电流i1和i2为参数量可得Y参数系的约束方程1.Y参数等效电路第二章高频小信号放大器1220oUIyU输入短路时的输出导纳2110iUIyU输出短路时的输入导纳由上可求出各Y参数:

注意以上短路参数为晶体管本身的参数只与晶体管的特征有关与外电路无关又称为内参数。

2210fUIyU输出短路时的正向转输导纳1220rUIyU输入短路时的反向转输导纳yiyoyru2yfu1u1-u2-i1i2112212irfoIyUyUIyUyU第二章高频小信号放大器受控电流源:

yrU2输出电压对输入电流的控制作用反向控制yfU1输入电压对输出电流的控制作用正向控制fe越大表示晶体管的放大能力越强re越大表示晶体管的内部反馈越强。

re的存在对实际工作带来很大危害是谐振放大器自激的根源同时也使分析过程变得复杂因此应尽可能使其减小或削弱它的影响。

yiyoyru2yfu1第二章高频小信号放大器Y参数的物理意义0CUbbieUIy输入导纳输入电压对输入电流的控制作用。

0CUbcfeUIy正向传输导纳输入电压对输出电流的控制作用0bUcbreUIy反向传输导纳晶体管输出电压对输入端的反作用0bUccoeUIy输出导纳输出电压对输出电流的控制作用第二章高频小信号放大器对于共基接法y参数用表示则:

eibebrbcbIyUyUcfbebobcbIyUyU对于共集接法y参数用表示则:

bicbcrcecIyUyUefcbcocecIyUyUibrbfbobyyyy、、、icrcfcocyyyy、、、第二章高频小信号放大器参数法从测量和使用的角度出发把晶体管作为一个有源线性双口网络用一组网络参数构成其等效电路。

优点导出的表达式具有普遍意义分析测量方便。

缺点网络参数与频率有关。

由于高频小信号谐振放大器相对频带较窄一般仅需考虑谐振频率附近的特性因而采用这种分析方法较合适。

晶体管参数获取方法测量、查阅晶体管手册。

测量方法分别使输出端或输入端交流短路在另一端加上直流偏压和交流信号然后测量其输入端或输出端的交流电压和交流电流代入式中可求。

第二章高频小信号放大器CberbbCbcrbcrbeubercegmub’e2.混合参数等效电路注意Cb’c和rbb’的存在对晶体管的高频运用的十分不利的。

Cb’c将输出交流电流反馈到输入端可能会引起放大器自激。

rbb’在共基电路中会引起高频负载反馈降低晶体管的电流放大系数。

ebrcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgmub’ePN结特性正偏R小C大反偏R大C小第二章高频小信号放大器:

基区纵向电阻。

几十Ω100Ωbb:

结电阻。

较小几十Ω几百Ωbe026beeI:

结电容较大100pf500pf。

beCbc:

结电容很小。

2pf10pfbcCmbegU/26mvmegIce:

极间电容很小。

ceC发射结正偏集电结反偏:

结电阻很大。

100KΩ100MΩ:

受控电流源而称为跨导单位为S。

:

极间电阻很大。

几十KΩ第二章高频小信号放大器混合π参数法是从模拟晶体管的物理机构出发用集中参数元件、和受控源来表示管内的复杂关系。

优点:

各元件参数物理意义明确在较宽的频带内元件值基本上与频率无关。

缺点:

随器件不同而有不少差别分析和测量不方便。

因而混合π型等效电路法较适合于分析宽频带小信号放大器。

第二章高频小信号放大器3.晶体管的高频参数截止频率f定义当下降到低频值0的21时对应的频率为f特征频率Tf定义当下降到1时所对应的频率为Tff02/0Tff1第二章高频小信号放大器最高振荡频率maxf定义晶体管的功率增益1pG时的工作频率为maxfmaxf表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。

在此频率工作时晶体管已得不到功率放大。

一般当maxff时无论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。

以上三个频率参数的大小顺序为fffTmax。

第二章高频小信号放大器第二章高频小信号放大器45123R1R2ReyLCbCeCB1B2TLEc2.3.1单调谐回路谐振放大器一、电路结构和工作原理共射极高频调谐放大器的实际电路1直流偏置电路R1、R2为基极分压式偏置电阻Re为射极负反馈偏置电阻稳定静态工作点Cb、Ce为旁路电容。

输入回路输入变压器次级绕阻B1晶体管T输出回路LC并联谐振回路输出变压器B2及负载YLR1R2ReEc32154B1B2CLyLT输入回路输出回路晶体管电路图2高频交流等效电路第二章高频小信号放大器45123R1R2ReyLCbCeCB1B2TLEc32154B1B2CLyLT第二章高频小信号放大器32154yieyoeyreuceyfeubeCyLLieLoefereieiyYyyyyY1放大器输入导纳YibebiuiY而-febbeierececbeceoecLceiuyyuiyuuyiYuibube-iCuce-LY2022111LLYgpyjCpjL由电路图可知beLoefeceuYyyuYi二、放大器的性能参数分析So放大器的输入导纳Yi不仅与晶体管的输入导纳Yie有关而且还与放大器的负载YL’有关。

原因Yre的存在第二章高频小信号放大器yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYS2放大器输出导纳ceu—Yo0icecosuiYYoyYuuyguuyiiesbecereoecebefec由2式可得ceiesrebeuyyyuiC代入1式得iesfereoeoyYyyyY可见上式中第一项oey为晶体管的短路输出导纳第二项是由rey引起的输出导纳且与信号源的内导纳sY有关。

一般在忽略rey的作用时oeoyYbeu—第二章高频小信号放大器yieyoeyreuceyfeube四个y参数都是复数为了计算方便可表示为oeoeoeieieieCjgyCjgyrefejrerejfefeeyyeyy其中ieg和oeg称为输入输出电导ieC和oeC为输入输出电容fey和rey为正向反向传输幅频特性fe和re为相频特性。

CiegiegoeCoe第二章高频小信号放大器另外为了实现晶体管输出阻抗与负载之间的阻抗匹配减少晶体管输出电阻与负载对品质因素的影响负载和回路之间采用了变压器耦合接入系数晶体管集、射回路与振荡回路之间接入系数3电压放大倍数45213NpN12113NpN第二章高频小信号放大器第二章高频小信号放大器ouiuAu112--1feifeiopyupyuupYgjwCjwL其中22122212ooeieoeieggpgpgCCpCpCff2jQ1gyppLj1CjgyppAoLfe21fe21u第二章高频小信号放大器第二章高频小信号放大器ff2jQ1gyppLj1CjgyppAoLfe21fe21uLCfo21为调谐放大器的谐振频率LggCQooL1为调谐回路的有载品质因数另外常用当谐振时off0fL22oe21ofe21fe21uogpgpgyppgyppASo一般情况下放大器在回路调谐时输出电压与输入电压之间的相位差并不是180o。

其中第二章高频小信号放大器ff2jQ1gyppLj1CjgyppAoLfe21fe21vLoeofefeogpgpgyppgyppA222121214放大器的谐振曲线归一化电压增益为j11ff2jQ11AAoLooLff2Q为广义失谐因子。

22oLo11ff2Q11AA为放大器谐振曲线。

oAA1B第二章高频小信号放大器ff2jQ1gyppLj1CjgyppAoLfe21fe21vLoeofefeogpgpgyppgyppA222121214放大器的谐振曲线归一化电压增益为j11ff2jQ11AAoLooLff2Q为广义失谐因子。

另外电压增益oA与通频带之间的关系gCQoLCfffCfQCgooLo7.07.0422Cf4yppgyppA7.0fe21fe21uo有C7.0foA第二章高频小信号放大器5放大器的通频带22oLo11ff2Q11AAoAA如果令21112oAA即可求出放大器的通频带为Lo7.0Qff2B可见QLB1B第二章高频小信号放大器Lo7.0Qff2BoAA16单调谐放大器的选择性7.0f2用矩形系数来表示选择性即7.01.01.0f2f2k如果令1.02111.01.0oLoffQAA可得Lo21.0Qf110f2有195.9110k21.0说明谐振曲线与矩形相差较远选择性较差这是单调谐放大器的缺点。

1.0f2第二章高频小信号放大器2n22n20Ln0uun01u1u0nn11ff2Q11AAAAAA2.3.2多级单调谐放大器单级放大器的增益不能满足要求设放大器有n级各级增益分别为un3u2u1uAAAA则总电压增益nA为un3u2u1unAAAAA谐振时总电压增益为n0u03u02u01u0nAAAAA若各级放大器的参数及增益均相同即n0u03u02u01uAAAA且通频带均相同即LnQfBBBB013121则有nunnunAAAA0101归一化电压增益为Au1Au2Aun第二章高频小信号放大器1n级放大器的通频带令nn122221211112n1LonnnQffB12217.0可见:

n级放大器级联后总的通频带比单级放大器的通频带缩小了121n倍其中121n称为频率缩小系数。

第二章高频小信号放大器由矩形系数的定义7.01.01.0f2f2K如果令11001.011122nn1100Qff2n1L01.0121100Kn1n11.0可见级数n增加时放大器的矩形系数有所改善但这种改善是有限度的一般级数越多1.0K的改善越缓慢。

当n时1.0K也只有2.56与理想矩形仍有一定距离。

2n级放大器的矩形系数第二章高频小信号放大器可知:

级相同的单调谐放大器的总增益比单级放大器的增益提高了而通频带比单级放大器的通频带缩小了且级数越多频带越窄。

Inanotherword如多级放大器的频带确定以后级数越多则要求其中每一级放大器的频带越宽。

所以增益和通频带的矛盾是一个严重的问题特别是对于要求高增益宽频带的放大器来说这个问题更为突出。

这一特性与低频多级放大器相同。

第二章高频小信号放大器2.4共射电路由于电压增益和电流增益都较大所以是谐振放大器的常用形式。

以上我们在讨论谐振放大器时都假定了反向传输导纳re即晶体管单向工作输入电压可以控制输出电流而输出电压不影响输入。

实际上re≠0即输出电压可以反馈到输入端引起输入电流的变化从而可能引起放大器工作不稳定。

如果这个反馈足够大且在相位上满足正反馈条件则会出现自激振荡。

第二章高频小信号放大器要提高放大器的稳定性1是从晶体管本身想办法减小其反向传输导纳re值。

re的大小主要取决于集电极与基极间的结电容b‘c选择晶体管时应尽量使其bc减小使反馈容抗增大反馈作用减弱。

2是从电路上设法消除晶体管的反向作用使它单向化。

具体方法有中和法与失配法。

中和法是在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路中和电路以抵消晶体管内部参数re的反馈作用。

由于re的实部反馈电导通常很小可以忽略所以常常只用一个电容N来抵消yre的虚部反馈电容的影响就可达到中和的目的。

第二章高频小信号放大器①放大器的稳定系数调谐放大器等效电路iiUSUS越大放大器越稳定.对于一般放大器来说就可以认为是稳定的。

5S稳定系数与电路参数的关系21cosiesoeLferefereggggSyyiU将输入电压与正反馈电压的比值定义为稳定系数.iU第二章高频小信号放大器②单调谐放大器的稳定电压增益什么是稳定电压增益不加任何稳定措施并满足稳定系数S例如要求时放大器工作于谐振频率的最大电压增益。

5S放大器的等效电路第二章高频小信号放大器2212oeLieSPyYPyY21oeLieSyYPPyY则feuoeLieSyAyYyY当回路谐振时谐振电压增益为feuooeLiesyAgggg将稳定系数S式中的代入上式oeLiesgggg21cofeouicoeLiUUyUPAUUyYPU21cosfeuosrefereyASy稳定电压增益稳定电压增益与电路参数的关系第二章高频小信号放大器结论:

根据稳定系数的要求确定这是没有稳定措施的情况下允许的最高电压增益。

实际的电压增益则放大器稳定。

5SuosASuuAA00第二章高频小信号放大器③放大器稳定的判断例题例如已知某晶体管在工作频率为时。

用其做放大器若认为是稳定的。

可以计算10.7MHz26.436.4feyjms0.080.3reyjms5S2226.436.445.0feyms36.45426.4fearctg220.080.30.31reyms0.3750.08rearctg3321cos2451012.5250.31101cos5475feuosrefereyASy★说明用该晶体管设计制作放大器只要放大器电压增益不大于12.52在没有任何稳定措施条件下放大器是稳定的。

即满足的要求。

5S第二章高频小信号放大器1.中和法为了抵消Yre的反馈从集电极回路取一与反相的电压通过Yn反馈到输入端。

cUnU则中和条件为:

cbcbNCNNCUUC45214521第二章高频小信号放大器012032001212323211bcnnbcbcjLjLjCjCLNCCCLN则中和条件为:

第二章高频小信号放大器12124545nbcbcUNCCCUN第二章高频小信号放大器注意1由于re是随频率而变化的所以固定的中和电容N只能在某一个频率点起到完全中和的作用对其它频率只能有部分中和作用2又因为re是一个复数中和电路应该是一个由电阻和电容组成的电路但这给调试增加了困难。

3另外如果再考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响中和电路的效果很有限。

第二章高频小信号放大器失配法通过增大负载电导L进而增大总回路电导使输出电路严重失配输出电压相应减小从而反馈到输入端的电流减小对输入端的影响也就减小。

可见失配法是用牺牲增益而换取电路的稳定。

2.失配法失配法的实质是降低放大器的电压增益以确保满足稳定的要求。

第二章高频小信号放大器用两只晶体管按共射—共基方式连接成一个复合管是经常采用的一种失配法。

由于共基电路的输入导纳较大当它和输出导纳较小的共射电路连接时相当于使共射电路的负载导纳增大而失配从而使共射晶体管内部反馈减弱稳定性大大提高。

第二章高频小信号放大器2.7电噪声电子电路的输出端与有用信号同时存在的一种随机变化的电流或电压没有有用信号时它也存在。

eg:

广播的“沙沙”声电视的“雪花”背景或波纹线都是接收机中的放大器和其它元器件存在噪声的结果。

噪声对有用信号的接收产生了干扰特别是当有用信号较弱时噪声的影响就更为突出严重时会使有用信号淹没在噪声之中而无法接收。

噪声的种类很多。

有的是从器件外部窜扰进来的称为外部噪声有的是器件内部产生的称为内部噪声。

本书只介绍内部噪声。

内部噪声源主要有电阻热噪声、晶体管噪声和场效应管噪声三种。