任务2.1 高频小信号放大器 高频小信号放大器概述 宽带放大器和扩展通频带的方法

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1 任务2.1 高频小信号放大器 2.1.1 高频小信号放大器概述 2.1.2 宽带放大器和扩展通频带的方法
任务2.1 高频小信号放大器 2.1.1 高频小信号放大器概述 2.1.2 宽带放大器和扩展通频带的方法 2.1.3 单管单调谐高频小信号放大器 2.1.4 单管双调谐高频小信号放大器

2 本讲导航 教学内容 教学目的 2.1.1 高频小信号放大器概述 2.1.2 宽带放大器和扩展通频带的方法
1.掌握高频小信号放大器的基本概念及主要性能指标 2.了解宽带放大器的特点、分析方法和扩展通频带的方法

3 本讲导航 教学重点 高频小信号放大器主要性能指标 教学难点 扩展通频带的方法

4 放大高频小信号的应用 接收机组成 采用调幅方式的无线广播超外差接收机组成方框图

5 高频小信号放大器概述 放大高频小信号（中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内）的放大器称为高频小信号放大器。

6 高频小信号放大器概述 对高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管（或场效应管）的线性范围内。这就允许把晶体管看成线性元件，因此可作为有源线性四端网络（即前述的等效电路）来分析。

7 2.1.1 高频小信号放大器概述 高频小信号：中心频率几百kHz～几百MHz，频谱宽度几kHz～几十MHz 一、高频小信号放大器的分类
高频小信号放大器概述 高频小信号：中心频率几百kHz～几百MHz，频谱宽度几kHz～几十MHz 一、高频小信号放大器的分类 晶体管放大器 窄带放大器 按器件分 场效应管放大器 按通频带分 集成电路放大器 宽带放大器 谐振放大器 单级 按负载分 按电路形式 非谐振放大器 级联

8 高频小信号放大器概述 所谓频带的宽窄，指的是相对频带，即通频带与其中心频率的比值。宽带放大器的相对频带较宽（往往在0.1以上），窄带放大器的相对频带较窄（往往小到0.01）。

9 高频小信号放大器概述 所谓谐振放大器，就是采用谐振回路（LC串并联及耦合回路）作负载的放大器。根据谐振回路的特性，谐振放大器对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益；对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。所以，谐振放大器不仅有放大作用，而且也起着滤波或选频的作用。 本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。

10 二、主要性能指标 1．增益（放大倍数） 放大器输出电压 （或功率PO）与输入电压 （或功率Pi）之比，称为放大器的增益或放大倍数，用 (或Ap)表示（有时以dB数计算）。 谐振电压增益 ：放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力，其值最大。

11 二、主要性能指标 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fbW =2Δf0.7表示，2Δf0.7也称为3分贝带宽。 图3-1 高频小信号放大器的通频带

12 二、主要性能指标 由于放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，以便让信号中的有用频谱分量通过放大器。 与谐振回路相同，放大器通频带决定于回路的形式和回路的等效品质因数QL。 此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄。并且，通频带愈宽，放大器的增益愈小。其增益和通频带是相互矛盾的。

13 3、选择性 从各种不同频率信号的总和（含有用信号和无用干扰信号）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。 （1）矩形系数 按理想情况，谐振曲线应为一矩形。即在通带内放大量均匀。在通带外不需要的信号得到完全衰减。但实际上不可能，为了表示实际曲线接近理想曲线的程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。

14 2Δf0.1 、2Δf0.01分别为放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽，Kr愈接近于1越好。

15 （2）抑制比 表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。

16 4. 工作稳定性 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。
指在电源电压变化或器件参数变化时，以上三参数的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化，中心频率偏移、通频带变窄等，不稳定状态的极端情况是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。 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。

17 5. 噪声系数 放大器在工作时不但要受到外界无用信号的干扰外，放大器本身也会产生无用信号，我们称之为噪声。它是由于放大器中的元器件内部载流子的不规则运动而引起的。通常，我们用噪声系数来表示放大器的噪声性能。放大器的噪声系数恒大于1，放大器的噪声系数越小则放大器的噪声性能越好。

18 NF 越接近1越好，在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。
以上这些要求，相互之间既有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，增益和通频带是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。因此应根据需要决定主次，进行分析和讨论。 18

19 宽带放大器和扩展通频带的方法 随着电子技术的发展及其应用日益广泛，被处理信号的频带越来越宽。例如，模拟电视接收机里的图像信号所占频率范围为0-6MHz，而雷达系统中信号的频带可达几千兆赫。要放大如此宽的频带信号，以前所介绍的许多放大器是不能胜任的，必须采用宽带放大器。 按待放大信号的强弱，宽带放大器可分为小信号和大信号宽带放大器。本节讨论的是小信号宽带放大器。大信号宽带放大器又称宽带功放，将在后面章节讨论。

20 宽带放大器和扩展通频带的方法 一.特点 宽带放大器由于待放大的信号频率很高，频带又很宽，因此有着与下述低频放大器和窄带谐振放大器不同的特点： 1.采用特征频率 fT 很高的高频管；分析电路时必须考虑三极管的高频特性； 2.对电路的技术指标(同频带、增益、输入阻抗、失真)要求高； 3.负载为非谐振的。

21 宽带放大器的特点决定了它的分析方法与小信号放大器的分析方法不同。
2.1.2宽带放大器的分析方法 宽带放大器的特点决定了它的分析方法与小信号放大器的分析方法不同。 通常，我们可以采用稳态法或暂态法来分析宽带放大器的频率特性。

22 二．分析方法 定量分析 １．稳态法（频域分析法 ）
　　　稳态法是在频域内分析放大器特性的方法，又称为频域分析法。我们知道，任何一个复杂的信号都可以看成由许多不同频率、不同振幅的正弦波迭加而成的。即一个信号一般是从零频到很高频率分量的多频信号。因此，我们可以通过测量和分析宽带放大器对不同频率正弦波的响应，来得到放大器的幅频特性和相频特性，据此来分析出该放大器的放大倍数、带宽、相移和失真的情况，这就是稳态法。

23 定性分析 ２．暂态法 （时域分析法 ） 　 暂态法是在时域内分析放大器特性的方法，又称为时域分析法。 由于任一个信号都可以看成由许多不同起始时间、不同幅值的阶跃信号的迭加而成的，而矩形脉冲又可以看成由两个阶跃信号迭加而成。因此，我们可以通过观察矩形脉冲经宽带放大器放大后的波形的失真情况，来判断该放大器的低频和高频特性。暂态法比较直观，适合电路的调整。

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25 三.扩展通频带的方法 要得到频带较大的放大器，必须提高其上限截止频率。为此，除了选了择fT足够高的管子和高速宽带的电流模集成运放等器件外，还广泛采用组合电路和负反馈等方法。

26 因此，如果我们将不同组态电路合理的混合连接在一起，就可以提高放大器的上限截止频率，扩展其通频带，这种方法称为组合电路法。
三.扩展通频带的方法 １.组合电路法 放大电路三种组态的特点： ①共射：Au大，Ri、Ro中，fH低 ②共集： Au小，Ri大，Ro小， fH高 ③共基： Au大，Ri小， Ro大，fH较高 因此，如果我们将不同组态电路合理的混合连接在一起，就可以提高放大器的上限截止频率，扩展其通频带，这种方法称为组合电路法。

27 1.组合电路法 几种常见的组合电路： 示 例 图3-5 常见组合电路形式

28 1.组合电路法 （1）共射-共基组合电路 电路如图所示，图中C1、C2为耦合电容，Ce为射极旁路电容，Cb为基极旁路电容。其中因V1的输入阻抗小而忽略Rb11和Rb21。由图（b）V1为共射组态，V2为共基组态。 （a）电路 （b）等效电路

29 1.组合电路法 （2）共射-共集组合电路 在两级共射电路V1、V3之间插入一级共集电路V2。V1、V2构成共射-共集组合电路，交流通路如图（b）这种组合电路的主要特点是利用共集电路V2的阻抗变换作用来扩展共射电路V1的通频带。

30 2.负反馈法 我们知道，引入负反馈可扩展放大器的通频带，而且反馈越深，通频带扩展得越宽。利用负反馈技术来扩展放大器的通频带，被广泛应用于宽带放大器。但是引入负反馈容易造成放大器工作的不稳定，甚至出现自激振荡，这是必须注意的问题。

31 2.负反馈法

32 （a）电压串联负反馈（b）电流串联负反馈 （c）电压并联负反馈
2.负反馈法 （1）单级负反馈电路 宽带放大器中常用的几种负反馈如图示。 （a）电压串联负反馈（b）电流串联负反馈 （c）电压并联负反馈

33 2.负反馈法 （2）交替负反馈 引入负反馈以后，频带展宽了，但增益也随之下降。为了保证足够大的增益，一般需要增加放大器的级数。宽带放大器中常用的负反馈电路有电流串联负反馈和电压并联负反馈两种。

34 2.负反馈法 由负反馈理论可得知，电流串联负反馈的输出电阻较大，为了使负反馈能有效地加到输入端，它要求信号源是电压源；电压并联负反馈的输出电阻较小，为了使负反馈能有效地加到输入端，它要求信号源是电流源。 因此，电流串联负反馈要求信号源是电压源，而它对负载或下级电路而言相当于一个电流源；电压并联负反馈要求信号源是电流源。而它对负载或下级而言相当于一个电压源。这样，电流串联负反馈电路正适合作为电压并联负反馈电路的信号源或负载；同时，电压并联负反馈电路也适合作为电流串联负反馈电路的信号源或负载。

35 2.负反馈法 因此，由单级负反馈电路组成的多级宽带放大器时，若前级采用电流串联负反馈，则后级就应采用电压并联负反馈，反之，若前级采用电压并联负反馈，则后级应采用电流串联负反馈。这种前、后级采用不同的负反馈形式称为交替负反馈。 由于采用交替负反馈，在多级放大器中各级均可引入深度负反馈，因此它在宽带放大器得到广泛应用。 电流串联负反馈 电压并联负反馈

36 2.负反馈法 电流串联负反馈 电压并联负反馈

37 2.负反馈法 （a）电压交替反馈 （b）电流交替反馈 图3-9 交替负反馈电路

38 3、集成宽带放大器

39 本讲小结 增益 带宽 选择性等 2. 宽带放大器的主要特点是 三极管采用fT很高的高频管 电路的技术指标要求高 负载为非谐振
1. 高频小信号放大器的主要性能指标有 增益 带宽 选择性等 2. 宽带放大器的主要特点是 三极管采用fT很高的高频管 电路的技术指标要求高 负载为非谐振 扩展频带通常采用组合电路和负反馈等方法。

40 本讲作业 P 、3-2、3-3

41 本讲导航 教学内容 教学目的 2.1.3 单管单调谐高频小信号放大器 2.1.4 单管双调谐高频小信号放大器
1.掌握调谐放大器工作原理，掌握调谐放大器分析方法 2.了解双调谐耦合回路的特性，了解双调谐放大器及其性能指标

42 教学重点 调谐放大器性能指标分析 教学难点 用接入系数的概念将所有Y参数及其负载折合到调谐回路两端的交流等效电路图

43 2.1.3 单管单调谐高频小信号放大器 什么是谐振放大器？
采用调谐回路作为负载的放大器，又称为调谐放大器 。谐振放大器的增益高，并且具有选频特性和滤波作用，因而广泛应用于广播、电视、通信、雷达等接收设备中。 分类

44 一、基本电路与工作原理 集电极负载为LC并联谐振回路 采用了部分接入方式
图中，V、Rb1、Rb2、Re组成稳定工作点的分压式偏置电路，Ce为高频旁路电容，初级电感L和电容C组成的并联谐振回路作为放大器的集电极负载。 原因有三：①如果三极管的输出与输入导纳直接并接于谐振回路两端，将使回路Q值降低，增益下降。②当电路的分布参数和直流偏置发生变化时，将引起谐振频率的变化，采用部分接入法可减小这种变化，提高稳定性。③使放大器的前后级匹配。 集电极负载为LC并联谐振回路 采用了部分接入方式

45 一、基本电路与工作原理 电路分为三部分：晶体管本身、输入电路和输出电路。
晶体管是谐振放大器的重要组件，在分析电路时，可用Y参数等效电路来说明它的特性。 输入电路由电感Ｌ与天线回路耦合，将天线来的高频信号通过它加到晶体管的输入端。 输出电路是由Ｌ与C组成的并联谐振回路，通过互感耦合将放大后的信号加到下一级放大器的输入端。 本电路的晶体管输出端与负载输入端采用了部分接入的方式。

46 工作原理 输入信号电压 基极电压 基极电流 集电极电流 电路分析（静态分析、动态分析） 步骤: 画交流通路 画微变等效电路
输入信号电压 基极电压 基极电流 集电极电流 输出高频信号电压 负载电流 回路谐振电压 互感耦合 管子be结 管子放大作用 谐振回路选频 负载 互感耦合 电路分析（静态分析、动态分析） 步骤: 画交流通路 画微变等效电路 画折合后等效电路 表示出折合后的有关参数 计算电路主要性能指标

47 电路分析 由于晶体管工作频率高，则输出电容Coe和输入电容Cie的影响就不能忽略。 高频Y参数等效电路

48 晶体管接入回路的接入系数 p1＝N12/ N13 负载接入回路的接入系数 p 2＝N45/ N13

49 倒相

50 二.性能分析 当回路谐振时，jwC＋1/jwL =0或f＝0，
－p1 p2Yfe/Y－p1p2Yfe/〔g（1＋j2QLf/f0）〕 当回路谐振时，jwC＋1/jwL =0或f＝0， 谐振电压增益 Au0＝-p1 p2Yfe / g  ＝-p1 p2gm/ g  Au0＝p1p2Yfe/g＝p1p2Yfe/（p12goe＋p22gL＋gP） Au0>Au

51 二.性能分析 谐振频率 功率增益 Apo＝PoPi＝U o2U i2＝Auo2 通频带 当 得

52 二.性能分析 矩形系数 当 时 单调谐放大器的矩形系数比1大得多，所以其选择性比较差。

53 2.1.4 单管双调谐高频小信号放大器 一、双调谐耦合回路的基本特性 双调谐耦合回路有电容耦合和互感耦合两种类型，这里只讨论后者。
则η=1称为临界耦合状态，而η>1、η<1分别称为强耦合和弱耦合状态。

54 单管单调谐高频小信号放大器实验电路图

55 单管单调谐高频小信号放大器实验电路图

56 根据耦合回路理论可推出 式中ξ为一般失谐，当ξ=0、η=1时I2取得最大值I2max。

57 强耦合时曲线出现双峰，中心下陷；弱耦合时曲线为单峰，但峰值较小。比较理想的是临界耦合时的情况，谐振曲线既为单峰，峰值又大。
双调谐回路的次级电压谐振曲线 强耦合时曲线出现双峰，中心下陷；弱耦合时曲线为单峰，但峰值较小。比较理想的是临界耦合时的情况，谐振曲线既为单峰，峰值又大。

58 2.1.4 单管双调谐高频小信号放大器 二.双调谐放大器 集电极负载为双调谐耦合回路 初、次级均采用了部分接入方式
Rb1、Rb2和Re组成分压式偏置电路，Ce为高频旁路电容，ZL为负载阻抗（或下级输入阻抗），Tr1、Tr2为高频变压器，其中Tr2的初、次级电感L1、L2分别与C1、C2组成的双调谐耦合回路作为放大器的集电极负载，三极管的输出端在初级回路的接入系数为p1，负载阻抗在次级回路的接入系数为p2。 2.1.4 单管双调谐高频小信号放大器 二.双调谐放大器 集电极负载为双调谐耦合回路 初、次级均采用了部分接入方式

59 二.双调谐放大器性能特点 设初次级回路的元件参数相同，则它们的谐振频率、有载品质因数也相同，且都用W0和QL表示。 双调谐放大器在临界耦合的条件下谐振电压增益是单调谐的1/2倍。

60 二.双调谐放大器性能特点 双调谐的通频带 矩形系数小于单调谐，选择性好，即

61 二.双调谐放大器性能特点 在f0与QL相同的情况下，临界耦合状态的双调谐放大器的通频带为单调谐放大器通频带的 倍，而矩形系数小于单调谐放大器的矩形系数，即其谐振曲线更接近于理想的矩形曲线，选择性更好。 总之，与单调谐放大器相比较，处于临界耦合状态的双调谐放大器具有频带宽、选择性好等优点，但调谐较麻烦。

62 单管双调谐高频小信号放大器实验电路图

63 单管双调谐高频小信号放大器实验电路图

64 本讲小结 1．单调谐放大器采用谐振回路作为负载，其选择性较差。
2．双调谐耦合回路比较理想的是临界耦合时的情况；与单调谐放大器相比，处于临界耦合状态的双调谐放大器具有频带宽、选择性好等优点，但调谐较麻烦。

65 本讲作业 1、中心频率都是6.5MHZ单调谐放大器和临界耦合的双调谐放大器，若QL均为30，试问两个放大器的通频带各为多少？