小信谐振放大器

信息工程学院信息工程学院1第第2章章小信号谐振放大器小信号谐振放大器信息工程学院2本章根本要求本章根本要求n掌握掌握:小信号谐振放大器的电路组成、小信号谐振放大器的电路组成、原理及分析方法；原理及分析方法；n熟悉放大器的噪声系数、高频集成放大熟悉放大器的噪声系数、高频集成放大器的特点器的特点信息工程学院32.1 概述概述 在无线通信过程中，通信信道数多，所占频段范在无线通信过程中，通信信道数多，所占频段范围较宽围较宽,工作频率也较高工作频率也较高(从几百从几百kHz到几百到几百MHz，如，如卫星通信系统中卫星通信系统中,工作频率可达数工作频率可达数GHz)同一通信频同一通信频段内，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接段内，存在着许多被传送的无线电信号及噪声，而接收 机 那 么 只 选 择 出 所 需 要 的 信 号 进 行 放 大收 机 那 么 只 选 择 出 所 需 要 的 信 号 进 行 放 大因此，接收机中的放大器除了要有足够的增益因此，接收机中的放大器除了要有足够的增益外外,还应具有选择不同频率的信号的能力，于是便还应具有选择不同频率的信号的能力，于是便产生了各种各样的选频放大器，但无论是哪一种类产生了各种各样的选频放大器，但无论是哪一种类型的电路，它们主要由两局部组成型的电路，它们主要由两局部组成:一局部是其核一局部是其核心器件心器件放大器件。

另一局部是用作选择信号的线放大器件另一局部是用作选择信号的线性选频网络性选频网络信息工程学院42.1.1 小信号调谐放大器的分析方法小信号调谐放大器的分析方法 n小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大微弱的高频信号大微弱的高频信号n所谓所谓“小信号是指两种情况小信号是指两种情况:一是信号幅度一是信号幅度足够小，使得所有有源器件足够小，使得所有有源器件(晶体三极管、晶体三极管、场场效应管或效应管或IC)都可采用二端口都可采用二端口Y参数或线性等效参数或线性等效电路模型代替电路模型代替;二是放大器的输出信号与输入二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系信号成线性比例关系信息工程学院52.1.2 小信号调谐放大器的主要技术参数小信号调谐放大器的主要技术参数 1.增益增益 iopioiiouPPAiiAuuA、2.通频带通频带 1f2f7.0BW通常规定通常规定:当当 从从1降到降到0.707处时，对应的频率处时，对应的频率和和之间的频率范围称为之间的频率范围称为通频带通频带，用符号，用符号表示3.选择性选择性 0.70.11.0BWBWK4.噪声系数噪声系数 5.稳定性稳定性 图2-1-1 理想与实际选频特性信息工程学院62.2有源器件的高频小信号等效电路有源器件的高频小信号等效电路 n在小信号放大器的分析和设计中在小信号放大器的分析和设计中,通常是采用等效电路通常是采用等效电路法法,即假定放大器工作于线性状态即假定放大器工作于线性状态,把电路中的有源器把电路中的有源器件用线性等效电路来代替件用线性等效电路来代替,以便采用经典电路理论来进以便采用经典电路理论来进行分析、计算。

行分析、计算n根据导出的方法不同，器件的等效模型可分为两类：根据导出的方法不同，器件的等效模型可分为两类：n第一类是根据器件内部的物理结构及其物理模型所得出第一类是根据器件内部的物理结构及其物理模型所得出的模拟等效电路，其等效模型为混合的模拟等效电路，其等效模型为混合型等效电路型等效电路n第二类是把器件等效为有源四端网络，用一些网络参数第二类是把器件等效为有源四端网络，用一些网络参数组成的等效模型，主要有组成的等效模型，主要有H 参数等效电路、参数等效电路、Y参数等效参数等效电路等2.2.1 BJT、FET器件的混合型等效模型及其参数 信息工程学院7 1 BJT、FET器件的混合器件的混合型等效模型及其参数型等效模型及其参数2Iceucibeubi(a)共发射极接法beuci/bebm/ugcb/Ceb/Ceb/r/bbrcerceubicbe(b)晶体管的混合 参数模型图2-2-1 晶体管的混合 参数模型信息工程学院8 1 BJT高频混合高频混合型等效模型及其参数型等效模型及其参数 图图2-2-1(a)为为BJT的共发射极接法的共发射极接法,根据晶体三极管根据晶体三极管的物理结构及物理过程可得其小信号高频混合的物理结构及物理过程可得其小信号高频混合型等效型等效模型如图模型如图2-2-1(b)所示。

所示ebmC/ugi(2-2-1)mgeb/uCi式中式中,表示表示对对的控制能力的控制能力,称为正向传输电导或跨导称为正向传输电导或跨导mg)mV(26)mA(Eebcebcm/Iuiuig(2-2-2)信息工程学院9 2 FET的高频混合的高频混合等效模型及其参数等效模型及其参数 图2-2-2 场效应管的混合 参数模型信息工程学院10GSuDi 它表示栅它表示栅源电压源电压对漏极电流对漏极电流场效应管的放大能力场效应管的放大能力其值一般比其值一般比BJT小一个数量级小一个数量级的控制能力的控制能力,反映了反映了dsr称为交流短路时的漏极输出电阻称为交流短路时的漏极输出电阻,定义为定义为:0ddsQDdsdsgsuiuiur(2-2-4)信息工程学院112.2.2 混合混合型参数与型参数与Y 参数的关系参数的关系 图2-2-3 晶体管的Y参数模型信息工程学院12),(CEBEBuufi),(CEBECuufi CECEBBEBEBBddduuiuuiiCECECBEBECCddduuiuuii(2-2-6)(2-2-7)ceCECbeBECcuuiuuiiceCEBbeBEBbuuiuuii(2-2-8)(2-2-9)信息工程学院13be1uu ce2uu bii 1c2ii 由于由于，故有 212111b1uYuYii222121c2uYuYii1I1U2I2U11Y1U22Y21Y简化Y参数等效电路由于由于re12YY,它对电路的稳定性它对电路的稳定性影响较大，因此在设计电路时影响较大，因此在设计电路时将采取措施减小或消除其影响将采取措施减小或消除其影响.因此，分析电路时可采用简化因此，分析电路时可采用简化Y参数等效电路参数等效电路信息工程学院14011112UUIY称为输出短路时的称为输出短路时的输入导纳输入导纳 012212UUIY 称为输出短路时的称为输出短路时的正向传输导纳正向传输导纳 021121UUIY 称为输入短路时的称为输入短路时的反向传输导纳反向传输导纳 022221UUIY 称为输入短路时的称为输入短路时的输出导纳输出导纳 信息工程学院15)(1ebebbbebebie11/CjgrCjgYY)(1ebebbbcbre12/CjgrCjYY)(1ebebbbmfe21/CjgrgYY)(1)ebebbbcbbbmcboe22/CjgrCrgjCjYY (2-2-11)信息工程学院16晶体三极管的晶体三极管的4个个Y参数都是复数，为了计算方便，参数都是复数，为了计算方便，可表示为可表示为 rererefefefeoeoeoeieieieyYyYCjgYCjgY(2-2-12)信息工程学院17 由于晶体管在高频运用时由于晶体管在高频运用时,其放大特性与工作频率其放大特性与工作频率有关有关,因而常引用晶体管的频率特性参数来说明它的高因而常引用晶体管的频率特性参数来说明它的高频特性。

频特性fTf(1)截止频率截止频率和特征频率和特征频率jCCrjrgIIU1)(10cbebebebm0bc/Cebm0/rg是晶体管低频运用时的共射极电流放大系数是晶体管低频运用时的共射极电流放大系数)(21cbebeb/CCrf信息工程学院18当当值下降到值下降到0dB时所对应的频率称为时所对应的频率称为特征频率特征频率,用符号用符号Tf表示表示 fCCgf0cbebmT)(2/jj1)1(1)1(0000ff)1(0信息工程学院192.3 小信号调谐放大器 n小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大小信号调谐放大器常作为选频放大器，用来放大微弱的高频信号微弱的高频信号n所谓所谓“小信号是指两种情况小信号是指两种情况:n一是信号幅度足够小，使得所有有源器件一是信号幅度足够小，使得所有有源器件(晶体三晶体三极管、极管、场效应管或场效应管或IC)都可采用二端口都可采用二端口Y参数或线参数或线性等效电路模型代替性等效电路模型代替;n二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系信息工程学院20“等效电路法的主要步骤等效电路法的主要步骤n用用“等效电路法分析小信号调谐放大器，可分为三等效电路法分析小信号调谐放大器，可分为三个主要步骤：个主要步骤：n首先是认识电路，包括认清电路的组态共射电路首先是认识电路，包括认清电路的组态共射电路等、各元器件的作用，这是电子线路读图的根底；等、各元器件的作用，这是电子线路读图的根底；n其次分析电路的直流通路其次分析电路的直流通路(直流偏置直流偏置)和交流通路，以和交流通路，以便了解电路的实际功能；便了解电路的实际功能；n最后在画出交流等效电路如最后在画出交流等效电路如Y参数等效电路的根参数等效电路的根底上，根据定义计算放大电路的各参数，以此分析放底上，根据定义计算放大电路的各参数，以此分析放大器的电路特性、技术性能和频率响应等。

大器的电路特性、技术性能和频率响应等信息工程学院212.3.1 晶体管调谐放大器 2.3.1.1 单调谐放大器单调谐放大器 CCU1bR2bRTeRiu+-ou+-cR(a)低频放大电路1C2CeC1bR2bRbC1TeRCCU1L1CeCiu+-1bR2bR2TeRou+-2L123452n1nTr1Tr2(b)调谐放大器eCbC图2-3-1 小信号电压放大器信息工程学院22调谐放大器的根本原理调谐放大器的根本原理 b1R2bReR图图b中中、等组成直流偏置等组成直流偏置 bCeC电路，电路，、为旁路电容为旁路电容2交流分析：在交流等效电路中，由于晶体管的输入、交流分析：在交流等效电路中，由于晶体管的输入、输出导纳与调谐回路并联，使回路值降低，回路谐振输出导纳与调谐回路并联，使回路值降低，回路谐振频率也改变为使电路获得最大的功率增益，还要求放频率也改变为使电路获得最大的功率增益，还要求放大器前后级之间阻抗匹配大器前后级之间阻抗匹配1直流工作状态的分析方法直流工作状态的分析方法 3交流等效电路交流等效电路信息工程学院23Y参数等效电路参数等效电路 1T1L1C图2-3-1b 单调谐放大器交流通路iu+-2Tou+-2L1 12 23 34 45 52n1nTr1Tr2信息工程学院241ToeY1T2T图图2-3-1中中Tr2一次侧一次侧采用部分接入的方式，以减小采用部分接入的方式，以减小对回路的影响对回路的影响，而，而与与之间的信号传递之间的信号传递的的输出导纳输出导纳则采用变压器互感耦合。

则采用变压器互感耦合Pg1T是是集电极调谐回路损耗电导，集电极调谐回路损耗电导，1n是初级回路自耦变压器的接入系数，是初级回路自耦变压器的接入系数，2n是一次、二次侧之间变压器耦合的接入系数是一次、二次侧之间变压器耦合的接入系数 2ieY1T/LY将下一级放大器的将下一级放大器的输入导纳输入导纳和回路导纳和回路导纳都等效都等效为为集电极回路的等效负载导纳集电极回路的等效负载导纳信息工程学院25iUie1Ycre1UYife1UYoe1YcUbIcI/LY(c)1(1ie2221p21/LYnLjCjgnY图2-3-2 单调谐放大器等效电路 信息工程学院26ife1UYnG/C(e)2o/onUU311L图2-3-2 单调谐放大器等效电路 信息工程学院271.放大器的输入导纳放大器的输入导纳 由图由图2-3-2 b可得到：可得到：iUie1Ycre1UYife1UYcUbIcI1Cpg1L1n2ie22Ynoe1Y/LY(b)123c1rei1iebUYUYILcc1oei1fecYUUYUYI所以所以)(iLoe1fe1reiie1bUYYYYUYI放大器的输入导纳为放大器的输入导纳为 L1oe1fe1re1ieibiYYYYYUIY(2-3-4)1(1ie2221p21/LYnLjCjgnY信息工程学院282.电压增益)1(1ie2221p21/LYnLjCjgnY(2-3-1)由图由图2-3-2 c中中 由电压放大倍数的定义有由电压放大倍数的定义有:iouUUA(2-3-5)1TcU先求先求的集电极电压的集电极电压/Lcfei1oeccYUYUYUI，由图，由图2-3-2 c中中/L1oeifecYYUYU(2-3-6)信息工程学院29根据变压器电压变换关系，由图根据变压器电压变换关系，由图2-3-2 a 可得可得 sIsYiUie1YcUbIcI1Cpg1L2L1n2nie2YoUcre1UYife1UYoe1Y（a）12345/oU)(/L1oeifecYYUYU)(1/L1oeife12c12/o1oYYUYnnUnnUnU于是，于是，)(/Le1o1fe12iouYYnYnUUAo2/o1UnUo21/o1cUnnUnU(2-3-8)L1eo21fe121YYnYnn信息工程学院30求电压增益的方法之二也可以将图也可以将图2-3-2 b 等效为图等效为图2-3-2 e，从图中得到，从图中得到 ife1UYnG/C(e)2o/onUU311L)1(11ife11o2/oLCjGUYnUnU)1(1ife121oLCjGUYnnUPLe1f211/e1f21iou211)1(ffjQGYnnLCjGYnnUUA“号表示共射极放大器的反相作用号表示共射极放大器的反相作用 信息工程学院317.0BWPf7.0BWPfPff 考虑到在调谐放大器中，考虑到在调谐放大器中，通频带通频带与调谐放大器中心与调谐放大器中心通常满足关系式通常满足关系式:，这时将这时将时晶体管的时晶体管的Y参数表示为参数表示为:工作频率工作频率e ie ie iCjgYeoeoeoCjgYP2ie221oe21ggngnG12e i221eo21/CCnCnC/1P21CLfGCQ/PL当当Pff 时时 2e i221eo21pfe21ef21uogngngynnGynnA(2-3-12)信息工程学院323.通频带与选择性通频带与选择性 单调谐放大器单调谐放大器随频率随频率f而变化的曲线如图而变化的曲线如图2-3-3(a)所示，所示，称为放大器的谐振曲线称为放大器的谐振曲线(幅频特性幅频特性)2uou11AA0.7071fpf2ff7.0BW令令21，可得到单，可得到单调谐放大器的通频带为调谐放大器的通频带为:LP7.0BWQf图2-3-3 单调谐放大器的频率特性信息工程学院33由回路的有载品质因数由回路的有载品质因数 GCQ/PL 可得到可得到:7.0/P/P7.0BW2BWCfCG7.0BWuoA由此可得到放大器通频带由此可得到放大器通频带与与之间的关系之间的关系 7.0/fe21uoBW2CynnA(2-3-16)efy1n2n/C当晶体管参数当晶体管参数且回路参数且回路参数、及及也确定时也确定时:一定一定常数 2BW/fe217.0uoCynnA (2-3-17)信息工程学院344.功率增益功率增益 1e i212e2oioP0gUgUPPAi在满足在满足1LQ条件时条件时 将全部参数折合并等效为一个典型将全部参数折合并等效为一个典型的的LC并联回路并联回路,只是只是一种工程近似一种工程近似，若不满足这个条件，若不满足这个条件，这种等效折合将带来较大误差。

这种等效折合将带来较大误差0oPiP当电路谐振时当电路谐振时，图，图2-3-2 e 所示等效电路中只留下所示等效电路中只留下与输入与输入之比，为放大器的功率增益之比，为放大器的功率增益 总电导总电导G，放大器输送到下一级放大器的功率，放大器输送到下一级放大器的功率激励功率激励功率1ee2i2u021e i2fe2e i2221iggAGgygnn(2-3-18)信息工程学院35Pgeo21gn当回路本身固有损耗当回路本身固有损耗时，配匹的条件是：时，配匹的条件是：e2i22L22eo21gngngn由式由式2-3-18可得最大功率增益为：可得最大功率增益为：e1ioe2feimaxomaxP04ggyPPA（2-3-19 fefeYy 其中，其中，实际电路中，回路本身固有损耗实际电路中，回路本身固有损耗Pg不容忽略，因此实际不容忽略，因此实际功率增益可表示为功率增益可表示为 1ie2ie2L1oe21fe1211ee2i2uP)(ggYynynnggAAi(2-3-20)信息工程学院36谐振时谐振时01ie2ie20u1ie2ie22ie221oe21p1fe121P0)(ggAgggnyngynnA1ee2i2uPiggAAie12ie222fe2221)01(ggGynn2222ie221oe2122ie221oe212ie1oe22211ie1oe2fe11)()(44Ggngngngnggnnggy信息工程学院37令令2ie221oe21gngnq，称为，称为失配系数失配系数。

p2ie221oe21gGgngn0且谐振时且谐振时，222p21ie1oe2fep11)()1(44GgGqqggyAscmax0P2PL21ie1oe2fe)1()1(44AQQqqggy2pLc)1(QQ 称为回路的称为回路的插入损耗插入损耗，2s)1(4qq 称为称为失配损耗失配损耗信息工程学院38例例2-3-1 解解:设设reY的影响暂不考虑的影响暂不考虑,则回路总电导为则回路总电导为:e i22eo21pgngngG110.4(0.3)21.5=1.54 (mS)由参数，可得到谐振时的电压增益为由参数，可得到谐振时的电压增益为:1154.1583.0ef21uoGynnA回路总电容为回路总电容为 35108.0)10302(116262P/LCpF 回路外接电容应为回路外接电容应为 通频带为通频带为:2.72BWuo/ef217.0ACynn MHz 4.2412)3.0(5.9352ie22eo21/CnCnCCpF 信息工程学院395.计算接入系数的考虑 1n2n、的设计有多种考虑，的设计有多种考虑，在功率配匹条件下，在功率配匹条件下，由功率配匹的条件由功率配匹的条件 L22eo21gngnPL22Peo21PL1ggnggnQQ由上述两式可解得由上述两式可解得)1(2LPeoP1QQggn)1(2LpLP2QQggn信息工程学院406.多级单调谐放大器的级联 un2u1u,AAA nA 假设一个放大电路由假设一个放大电路由n级放大器级联而成，各级的电压级放大器级联而成，各级的电压，则总放大倍数则总放大倍数为为:增益分别为增益分别为uun2u1unuAAAAA 如果如果n级放大器通频带一样、增益相同，级放大器通频带一样、增益相同，即有即有 un2uu1AAA nnuonu)1(jAAPff n0u0nuAA当当即即(=0)时，时，n级放大器总放大倍数级放大器总放大倍数:，谐振，谐振曲线表示为曲线表示为 nnuonun)1(1jAA信息工程学院41多级放大器谐振特性及通频带n2PPn)2(11ffQ令令707.0n 求得求得:1n/1PPn/1n7.0BW1212)BW(Qf式中，式中，PP1BWQf是单级放大器的通频带是单级放大器的通频带 图2-3-4 多级放大器的谐振曲线信息工程学院422.3.1.2 双调谐放大器 多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。

为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用双相差较大为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这种放大器称为双调谐放大器带，这种放大器称为双调谐放大器图图2-3-5所示是一种常用的双调谐放大电路所示是一种常用的双调谐放大电路信息工程学院43其中其中54e3b21RRCRCRR、等是直流偏置电路等是直流偏置电路 图2-3-5 双调谐放大电路信息工程学院441T1L1C图2-3-5 双调谐放大电路交流通路iu+-2Tou+-2L123452n1nTr1Tr262C信息工程学院45Y参数等效电路典型的双回路等效电路典型的双回路等效电路 图2-3-6 双调谐放大器等效电路 信息工程学院46LLL21CCC21LC1P2P1Pie2222oe1211CnCCnCCie2221oe2121gngnGGG)(1PL21LLLGQQQ为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，即为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，即:p1g2pg则得到如图则得到如图2-3-6 b所示的效电路，这是一个典型的所示的效电路，这是一个典型的、）互感耦合双调谐回路）互感耦合双调谐回路(未考虑未考虑信息工程学院47(1)电压放大倍数 由图由图2-3-6 b，并根据电路分析理论列出以下方程，并根据电路分析理论列出以下方程:/cU1G/cI/oU1L2LC/C2GM(b)ife1/cUYnIo2/o1UnUc1/c1UnU2o/2/c22o2/c/1ife1)1()(0)()1(nULjCjGULjMjnULjMjULjCjGUYn(2-3-31)信息工程学院48考虑到两个回路的参数相同，可得到考虑到两个回路的参数相同，可得到 2)1(221fe21ujGYnnjA2222fe21uu4)1(GYnnAALKQpL2ffQLMK 式中式中,是回路耦合因数是回路耦合因数,是回路的相对是回路的相对表示回路的耦合程度，称为回路表示回路的耦合程度，称为回路耦合系数耦合系数。

失谐失谐,当一次、二次侧回路谐振当一次、二次侧回路谐振(=0)时时,放大器电压增益放大器电压增益 2fe21u01GynnA信息工程学院49双调谐放大器谐振特性曲线和电压放大倍数的一般表达式双调谐放大器谐振特性曲线和电压放大倍数的一般表达式分别为分别为 22222u0u4)1(1AAGynnAfe21u021（=1 时）时）当当=1时，称为临界耦合，双调谐放大器已达到匹配时，称为临界耦合，双调谐放大器已达到匹配当当1时，时，称为强耦合，称为强耦合，放大器谐振曲线为双峰放大器谐振曲线为双峰信息工程学院50双调谐放大器谐振曲线 1707.01fpf图2-3-7 双调谐放大器谐振曲线017.0BW1信息工程学院51(2)(2)通频带与选择性 双调谐放大器较常使用的是临界耦合，这时的谐振曲线为双调谐放大器较常使用的是临界耦合，这时的谐振曲线为:44PLu0u42)2(42ffQAALP7.02BWQf令令=0.707，得通频带为，得通频带为:同样可得矩形系数为同样可得矩形系数为:16.3BWBW7.01.01.0K信息工程学院523 多级双调谐放大器 nnAAA)()(u0u1nu44u0un)42()(nAA根据上式，根据上式，可求得可求得n级双调谐放大器的通频带为级双调谐放大器的通频带为:LP4/1n7.0212)BW(Qfn4/112n称为通称为通频带缩小系数频带缩小系数。

信息工程学院532.3.2 场效应管调谐放大器场效应管调谐放大器 (1)场效应管在正常工作时，栅极电流很小场效应管在正常工作时，栅极电流很小(A级级)，所以场效应，所以场效应管的输入阻抗很高，一般在管的输入阻抗很高，一般在107以上2)场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的输出电阻比晶体管的输出电阻大场效应管的输入、输出阻抗较输出电阻比晶体管的输出电阻大场效应管的输入、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的大，有利于提高调谐回路的Q值，提高调谐放大器的选择性值，提高调谐放大器的选择性图2-3-9 共源极放大器信息工程学院542.3.3 调谐放大器的稳定性 谐振放大器不稳定的原因谐振放大器不稳定的原因 cUreY前面分析小信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的前面分析小信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的0reY0reY但在实际应用中，晶体管的反向传输导纳但在实际应用中，晶体管的反向传输导纳，放大器的输出电压，放大器的输出电压可通过可通过反馈到输入端，使输入反馈到输入端，使输入电流发生变化电流发生变化图2-3-13 小信号谐振放大器输入,输出回路等效电路信息工程学院55如前所述，放大器的输入导纳是频率的函数如前所述，放大器的输入导纳是频率的函数 FYYYYYYYUIYieLoefereieibireYreY式中，第一项反映晶体管的输入导纳，第二项表示由反向式中，第一项反映晶体管的输入导纳，第二项表示由反向引入的输出回路对输入回路的影响，即由引入的输出回路对输入回路的影响，即由引入了反馈。

引入了反馈传输导纳传输导纳设设 ssss1LjCjgYieieieCjgY令令 FFLoefereFjBgYYYYY当当ss1LC时时 ssgY 0FB时，时，FFgY 信息工程学院56然而然而Fg与频率有关，它可能为负值，即负电导与频率有关，它可能为负值，即负电导若满足若满足0)(iesFggg，则电路产生振荡则电路产生振荡2.3.3.3 提高谐振放大器稳定性的措施提高谐振放大器稳定性的措施 为了减小内部反馈对放大器稳定性的影响，在选用晶体管为了减小内部反馈对放大器稳定性的影响，在选用晶体管cb/C小的器件，频率很高时，应选用小的器件，频率很高时，应选用砷化砷化时，应尽量选用时，应尽量选用镓器件此外也可在电路上采取措施消除晶体管内部反馈镓器件此外也可在电路上采取措施消除晶体管内部反馈作用，常用的方法是中和法以及失配法作用，常用的方法是中和法以及失配法例例2-3-2 信息工程学院57(1)中和法中和法 NC2C2LccUT(a)NCcbC2CALBLBCDA(b)oUBLALBCDANCcbCoUiU(c)图2-3-14中和法消除内部反馈平衡条件平衡条件为为 cbBNA/11CLCL即即 cbBAN/CLLC信息工程学院58(2)失配法失配法 例例2-3-3 图2-3-15共射共基级联放大器信息工程学院592.4 高频集成放大器 2.4.1 高频集成放大器的特点高频集成放大器的特点 n(1)电路结构与元器件参数具有对称性电路结构与元器件参数具有对称性。

在集成电路的制作工在集成电路的制作工艺中，相同元器件制作工艺相同，特性和参数的一致性好往艺中，相同元器件制作工艺相同，特性和参数的一致性好往往采用结构对称或元件参数匹配的电路形式往采用结构对称或元件参数匹配的电路形式(如差分放大器等如差分放大器等)，利用参数补偿的原理来提高电路的性能，尤其是提高电路的高利用参数补偿的原理来提高电路的性能，尤其是提高电路的高频特性n(2)用有源器件代替无源器件用有源器件代替无源器件由于集成化的晶体管有源器件由于集成化的晶体管有源器件占用的芯片面积小，参数也易匹配，在模拟集成电路中，通常占用的芯片面积小，参数也易匹配，在模拟集成电路中，通常用晶体管或用晶体管或FET等有源器件代替电路中的电阻、等有源器件代替电路中的电阻、电容等无源电容等无源器件n(3)采用复合结构的电路采用复合结构的电路由于复合结构电路的性能好，因而由于复合结构电路的性能好，因而在模拟集成电路中，常采用复合晶体管：共射在模拟集成电路中，常采用复合晶体管：共射共基组合、共共基组合、共集集共基组合或共源共基组合或共源共栅组合等复合结构电路共栅组合等复合结构电路n(4)(4)外接元件少、可靠性高。

外接元件少、可靠性高由于在半导体芯片上制作电感、由于在半导体芯片上制作电感、大容量电容及高阻值电阻等较为困难大容量电容及高阻值电阻等较为困难信息工程学院60高频集成电路放大器 2.4.2.1 高频集成选频放大电路高频集成选频放大电路 图2-4-1 MC1350组成的放大器 信息工程学院612.4.2.2 高频宽带放大器 图2-4-3 TA7060组成的放大器图2-4-4 高频宽带集成放大器upc1651信息工程学院622.5 放大器的噪声放大器的噪声 内部噪声的特点和来源内部噪声的特点和来源 电阻热噪声电阻热噪声 内部噪声主要由电阻、谐振电路和半导体器件内部内部噪声主要由电阻、谐振电路和半导体器件内部所具有的带电粒子无规那么运动产生的所具有的带电粒子无规那么运动产生的电阻内部的带电粒子自由电子在一定温度下，电阻内部的带电粒子自由电子在一定温度下，总是处于无规那么的热运动状态，产生起伏电流脉冲总是处于无规那么的热运动状态，产生起伏电流脉冲大量的带电粒子所产生的许多个起伏电流脉冲相叠加，大量的带电粒子所产生的许多个起伏电流脉冲相叠加，就形成了电阻的热噪声电流，从而可在电阻两端产生噪就形成了电阻的热噪声电流，从而可在电阻两端产生噪声电压和噪声功率。

声电压和噪声功率信息工程学院63电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，如图如图2-5-1所示f)(fS0nf图2-5-1 起伏噪声频谱有色噪声白噪声信息工程学院64电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，电阻热噪声作为一种随机信号，它具有极宽的频谱范围，1310Hz以上的频率以上的频率如图如图2-5-1所示在直流分量一直到所示在直流分量一直到范围内，电阻热噪声的各频率分量的强度基本相等范围内，电阻热噪声的各频率分量的强度基本相等起伏电流流过电阻起伏电流流过电阻R时，电阻两端会产生噪声电压时，电阻两端会产生噪声电压nu和噪声功率和噪声功率若用若用)(fS表示噪声的功率谱密度表示噪声的功率谱密度,单位为单位为W/Hz,则则KTRfS4)(尽管电阻热噪声的频谱很宽，但经过通频带为尽管电阻热噪声的频谱很宽，但经过通频带为7.0BW的放大器后，热噪声的频谱由放大器的带宽所确定的放大器后，热噪声的频谱由放大器的带宽所确定信息工程学院65假设热噪声的频谱所占等效带宽为假设热噪声的频谱所占等效带宽为nf,则电阻热噪声在则电阻热噪声在单位频带内的热噪声电压和热噪声电流的均方值分别为：单位频带内的热噪声电压和热噪声电流的均方值分别为：n_2n4fKTRun_2n4fKTGi噪声电压的有效值为噪声电压的有效值为:n2n4fKTRu图2-5-2 电阻热噪声等效电路信息工程学院662.5.1.2 晶体管的噪声晶体管的噪声(1)散粒噪声散粒噪声 散粒噪声是晶体管的主要噪声。

散粒噪声是晶体管的主要噪声由于晶体管内部载流子随机地通过由于晶体管内部载流子随机地通过PN结，即单位时结，即单位时间内通过间内通过PN结的载流子数目不同，使得通过集电结的电结的载流子数目不同，使得通过集电结的电流在平均值上下作不规那么的起伏变化，其根本性质与热流在平均值上下作不规那么的起伏变化，其根本性质与热噪声相似，频谱范围也非常宽噪声相似，频谱范围也非常宽其中，发射结散粒噪声电流的均方值为其中，发射结散粒噪声电流的均方值为 nE_2en2fqIi(2)热噪声热噪声 nbb_2bn/4fKTru(3)分配噪声分配噪声)1(202nc_2cnfqIi信息工程学院67 噪声系数2.5.2.1 放大器的噪声系数定义 nsPPfN电路中某一特定点的信号功率与噪声功率的比，称为电路中某一特定点的信号功率与噪声功率的比，称为（或（或S/N）表示，放大器的噪声系数定义）表示，放大器的噪声系数定义表示，即表示，即 信噪比，用信噪比，用为放大器的输入信噪比为放大器的输入信噪比(S/N)i 与输出信噪比与输出信噪比(S/N)o的比，的比，且用符号且用符号)()/()()(nosonisioifPPPPNSNSN或或)()/(lg10)()(lg10)dB(nosonisioifPPPPNSNSN5-2-12 信息工程学院68)(nisiPP)(nosoPP式中式中和和 分别为放大器的输入端信噪比和分别为放大器的输入端信噪比和输出端信噪比。

输出端信噪比susiPniPsR输入端的信号功率输入端的信号功率噪声功率噪声功率由信号源电压由信号源电压由信号源内阻由信号源内阻的热噪声所产生，的热噪声所产生，产生，产生，和放大器本身的噪声共同在放大器的输出端产生的总和放大器本身的噪声共同在放大器的输出端产生的总noPsR是由是由的热噪声的热噪声噪声功率，于是，式噪声功率，于是，式(2-5-12)又可以写为又可以写为 Pninonosonisif)()/(APPPPPPN信息工程学院69Pninonosonisif)()/(APPPPPPNsisoPPPA niPnoIPAPsR为放大器的功率增益，若用为放大器的功率增益，若用表示表示产生的噪声经放大器放大后，在输出端产生的噪产生的噪声经放大器放大后，在输出端产生的噪声功率，声功率，则则noInofPPN fNnoPnoIP这表明这表明只与放大器输出端的两个噪声功率只与放大器输出端的两个噪声功率和和有关，而与输入信号无关有关，而与输入信号无关实际上放大器输出端的总噪声功率实际上放大器输出端的总噪声功率 nAniPnAnoInoPPAPPP信息工程学院70noPnoIP显然显然，由式，由式 Pninonosonisif)()/(APPPPPPNniPnAf1PAPN可以得可以得 放大器自身内部噪声放大器自身内部噪声 0nAP因此因此1fN信息工程学院712.5.2.3 多级放大器的噪声系数 pm2pm1AA、2f1fNN、7.0BW每一级的额定功率增益和噪声系数分别为每一级的额定功率增益和噪声系数分别为和和，通频带都为，通频带都为 图2-5-5 两级放大器级联的框图信息工程学院72经过两级放大器后的输出噪声功率包括三局部：经过两级放大器后的输出噪声功率包括三局部：(1)信号源内阻热噪声经过两级放大器后，在输出端产生信号源内阻热噪声经过两级放大器后，在输出端产生2pm1pmniAAP；的噪声功率为的噪声功率为2pmnA1APnipm2pm1f1nA1pm2)1(PAANPA(2)第一级放大器本身内部噪声经第二级放大器后第一级放大器本身内部噪声经第二级放大器后,在输出在输出，由式，由式(2-5-19)可知：可知：；端产生的噪声功率为端产生的噪声功率为nA2Pnipm22f2nA)1(PANP(3)第二级放大器本身内部噪声在输出端产生的噪声功率为第二级放大器本身内部噪声在输出端产生的噪声功率为，由式，由式(2-5-19)可知：可知：。

所以，两级放大器的总噪声功率为：所以，两级放大器的总噪声功率为：nA2pm2nA1pm21pmni2noPAPAAPP信息工程学院73噪声系数为噪声系数为 pm1f21fnipm2pm1no221f1)(ANNPAAPN(2-5-21)同理，可得到同理，可得到n级放大器级联时的总噪声系数为级放大器级联时的总噪声系数为 1)pm(npm2pm1fnpm2pm13f1pmf21fn1f111)(AAANAANANNN结论结论:多级放大器的总噪声系数多级放大器的总噪声系数,主要取决于前一、主要取决于前一、二级二级,后面各级的噪声系数对总噪声系数的影响较小后面各级的噪声系数对总噪声系数的影响较小信息工程学院74本章要点本章要点n重点重点 掌握小信号谐振单调谐放大器的电掌握小信号谐振单调谐放大器的电路组成及分析方法；放大器的噪声系数；路组成及分析方法；放大器的噪声系数；n难点难点 调谐放大器的接入系数、调谐放大器的接入系数、Y参数等效参数等效电路分析方法电路分析方法n熟悉双调谐放大器、多级放大器的特点；熟悉双调谐放大器、多级放大器的特点；放大器的稳定性；放大器的稳定性；n了解放大器的噪声来源了解放大器的噪声来源。