射频模拟电路电子教案：第2章 射频电子系统中的放大器设计.ppt

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1、第2章射频电子系统中的放大器设计2.1高频小信号谐振放大器高频小信号放大器与高频功率放大器高频放大器的频带特性及其构成方法2.1.1高频小信号放大器的基本要求高频小信号放大器工作于放大器的线性区，可用线性四端网络来等效主要性能指标1．增益电压增益（放大倍数）：Av=Uo/Ui对数电压增益（dB）：20logAv功率增益（放大倍数）：AP=Po/Pi对数功率增益（dB）：10logAP对数增益表示在工程上的优点2．通频带与选择性通频带：保证有用信号能顺利放大三分贝带宽（半功率带宽）、1dB带宽等选择性：对其他信号有足够的抑制矩形系数Kr0.1（20dB矩形系数）Kr0.01（40dB矩形系

2、数）3．噪声系数噪声系数：放大器输入信噪比与输出信噪比之比对数表示：本质：信号通过放大器后，信噪比的恶化程度4．工作稳定性在不同的温度下（如40℃～+85℃），其工作点（直流偏置）会产生变化，晶体管参数、元件参数，以及放大器增益、通频带、通频带中心频率都会产生变化，即性能会变化，甚至自激振荡。5．1dB压缩点输出功率表示放大器输出信号功率的能力在小信号工作条件下，管子特性可用线性参数表征1．高频晶体管网络参数模型网络参数模型与物理参数模型2.1.2高频晶体管小信号等效电路模型与参数共射组态网络模型（a）Y参数模型（b）Y参数等效电路实质：用网络参数等效晶体管特性，内部物理过程不考虑，即

3、黑匣子Y参数的物理意义输出短路时的输入导纳输入短路时的反向传输导纳输出短路时的正向传输导纳输入短路时的输出导纳yie、yre、yfe和yce称为晶体管共射组态的网络参数参数是频率的函数不同组态的y参数不一样Y参数的表现形式：S参数在微波频段的广泛应用2．高频晶体管的物理模型——混合型等效电路把晶体管内部的复杂物理关系用集中元件R、L、C来表征，每一元件与晶体管内部发生的某一种物理过程相关联图2-2晶体管混合型等效电路（a）NPN模型（b）NPN混等效电路物理参数总结：基本参数：rbb（体电阻）、rbe、（跨导）基区宽度调制效应：rce、rbc（可忽略不计）高频参数：Cbe（

4、势垒+扩散）、Cbc（密勒）封装参数：封装电容、引线电感(未含在等效电路中)例如，某个高频晶体管混合型电路的参数如下：3．晶体管混合型电路参数与网络参数之间的转换Y参数可测量Y参数可由混合型电路参数转换得到直接转换法：输出短路时，等效电路如图2-4，可得：输入短路时，类似可得：图2-4混合型模型输出短路2.1.3晶体管的高频参数频率升高时，由于晶体管物理模型中存在电容，其共射阻态的电流放大倍数为复数：f称为晶体管共射组态的（3dB）截止频率；射频系统中晶体管经常工作于远大于f的频率范围双极晶体管电流放大倍数下降到1所对应的频率——特征频率fTf与fT的关系图2-5截止频率

5、和特征频率fT的求取：工程应用：求工作频率上的实际放大倍数：当时，而故有即电流增益小于1，但功率增益可以大于1晶体管功率增益Ap=1时的工作频率为最高振荡频率fmax：2.1.4晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器是接收机中频放大电路常用形式之一各元件作用：电源滤波（去耦）；旁路电容（使功率有效传输）；隔直电容直流偏置图2-6三级中频放大器电路图仅取其中一级来分析与计算分析假定：三级级联放大器完全相同使用同样的晶体管工作在同样的状态（即y参数相同）图中C’为隔直电容或旁路电容，满足或RP为并联谐振回路的谐振电阻下级放大器输入负载只考虑yie2的影响，yre2的影响忽略不计（单向化）图2-

6、7一级中放交流等效电路及y参数等效电路（a）一级放大器的交流等效电路（b）y参数等效电路放大器指标计算1．放大器的输入导纳即放大器的输入导纳不但与yie有关，还与输出参数及yfe、yoe有关。当yre=0时，yi=yie，此时晶体管成为单向器件代表由集电级C向右看进去的回路总导纳2．电压增益AV放大器的负载为yie2，yie2上的电压为，输入电压为。定义放大器的电压放大倍数为：且则或是放大器调谐回路的谐振频率是工作频率对回路的失谐是回路的有载品质因数称为广义失谐（即谐振）令归一化抑制比为高频小信号单调谐谐振放大器的归一化抑制比的表达式与简单谐振回路表达式完全一样影响放大器的电压增益的因素

7、放大器的最大电压增益仅决定于晶体管参数yfe、goe、gie2以及谐振回路的性质Q0↑,↑图2-8折合到a、b端的等效电路定义功率增益为：3．功率增益AP将网络参数等效电路的全部参数折合到a、b两端后可画成如图2-8所示电路。条件为输入功率，Vi为输入电压有效值。Po为作用在gie2的输出功率。谐振时：令得AP由四项相乘得到，每一项都具有明确的物理含义，说明如下：（1）谐振时，，此时输出回路均折合到a、b两端的等效电路如图2-8（b