高频--第三章概要优秀PPT

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fn的抑制实力，用dn表示。,4）工作稳定性,指在电源电压变更或器件参数变更时，以上三指标的稳定程度。,一般的稳定现象是增益变更，中心频率偏移、通频带变窄等，不,稳定状态的极端状况是放大器自激，以致使放大器完全不能工作.,为使放大器稳定工作，必需实行稳定措施，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。,5）噪声系数,在放大电路中噪声总是有害无益的，所以希望它是越小越好，所,以在设计电路时，除了接受低噪声管，还要正确的选择工作点电,流,假如是多级尽量使前两级放大器的噪声系数越小越好。这些方,法都可以降低放大器的总的噪声系数。,以上这些要求，相互之间即有联系又有冲突。增益和稳定性是一对冲突，通频带和选择性是一对冲突。因此应依据须要确定主次，进行分析和探讨。,放大器的噪声性能可用噪声系数表示,3.2,晶体管高频小信号等效电路与参数,3.2.0概述,单级谐振放大器电路由信号源、晶体管、并联振荡回路及负载并联组成。对于并联结构的电路接受导纳参数分析比较便利，因此在分析放大器电路时，将晶体管接受y参数形式的等效电路来等效,晶体管,y,参数形式等效电路,晶体管共放射极电路,参数等效电路,将右图所示的晶体管电路看作二端口有源线性网络，端口电压、电流如图所示，依据电路学问以输入输出电压为自变量，列输入输出电流方程如下,称为输出短路时的输入导纳；,称为输入短路时的反向传输导纳；,称为输出短路时的正向传输导纳；,称为输入短路时的输出导纳。,Y,参数的特点：,1.,都是晶体管本身的参数，只与晶体管本身有关，与外电路无关,2.,这些导纳参数当工作电压或工作频率不同时，可能是实数，也可能是复数,3.,参数与工作点电流及工作频率有关，但对某一频率范围的信号而言可近似为常数,Y,参数形式等效电路的优缺点：,优点：电路计算便利,缺点：各参数随频率变更，,物理含义不明显。,参数等效电路,3.2.2简洁放大器输入输出导纳及增益的计算,晶体管接入外电路就构成如图（,a,）所示放大器，其等效电路如图（,b,）所示,1.,放大器增益,2.,放大器输入、输出导纳,放大器输入导纳与负载有关，输出导纳与信源导纳有关，说明晶体管内部有内反馈，它是由反向传输导纳 所引起的,晶体管混合,等效电路,若把晶体管内部所发生的物理过程用,RLC,集中参数元件表示出来就是所谓的混合,等效电路，下图为某典型晶体管的混合,等效电路和元件数值,优点： 各个元件在很宽,的频率范围内都,保持常数。,缺点： 分析电路不够,便利。,晶体管混合,等效电路与,y,参数形式等效电路的关系,共同点：都是晶体管的等效电路，一个是物理等效电路，一,个是形式等效电路。,区分：电路结构不同，电路参数特点不同，适用的场合不,同，如混合等效电路适合分析电路的频率特性，,形式等效电路适合分析电路的性能指标,联系：把晶体管混合等效电路看作二端口网络，然后根,据y参数定义可求得用混合等效电路参数表示的y参数,通过计算发觉它们都是复数，为了计算便利，可表示,为,1.,截止频率 ：,1,2.,特征频率,:,晶体管的高频参数（表征晶体管的高频特性）,依据,由此式可以粗略计算在某工作频率 的电流放大系数。,即,晶体管的功率增益 时的最高振荡频率,当 后，共发接法的晶体管将不再有电流放大实力，但,仍可能有电压增益，所以功率增益还可能大于1。,3.,最高振荡频率,当 后， 晶体管已经不能得到功率放大，晶体管就不会产生振荡，因此该频率又叫最高振荡频率,频率参数之间的关系,4.,电荷储存效应,晶体管,PN,结正向导电时，少数载流子积累的现象叫电荷储存效应,晶体管从正向工作快速转向反向工作时会出现大的反向电流，从而使得输出与输入电流之间出现相差，致使电流放大系数下降，甚至使放大器不能正常工作,3.3,单调谐回路谐振放大器,实际电路分析及其等效,4,5,1,2,3,R,b1,R,b2,R,e,y,L,C,b,C,e,C,Tr,1,Tr,2,T,L,直流等效电路的简化规则：沟通输入信号为零；全部电容开,路;全部电感短路。,结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，供应静态工作点；,1.,静态分析,R,b1,R,b2,R,e,V,CC,4,5,1,2,3,R,b1,R,b2,R,e,y,L,C,b,C,e,C,Tr,1,Tr,2,T,L,沟通等效电路简化规则：有沟通输入信号；全部直流量为零；全部大电容短路；全部大电感开路。（谐振回路L、C保留）,2.,动态分析,(a),(b),4,5,1,2,3,R,b1,R,b2,R,e,y,L,C,b,C,e,C,Tr,1,Tr,2,T,L,为了分析放大器的性能指标将晶体管用其,y,参数形式的等效电路来等效且只画出输出部分，放大器的负载可认为下一级放大器的输入导纳,得到的等效电路如（,c,）所示,(b),(c),2),晶体管,y,参数形式的放大器等效电路,3,）把晶体管集电极回路和负载折合到振荡回路两端,(c),(d),电压增益,依据电压增益的定义,(d),由图（,d,）可得,电路匹配时负载上可获得最大的电压增益和功率增益，若忽视谐振回路损耗，即令 依据匹配条件 ，再结合,可得,功率增益（谐振点）,通频带与选择性,求增益带宽积,?,可见带宽和增益为一对冲突,级间耦合网络,作用：使前后级电路阻抗匹配，实现最大功率传输,1. 工作不稳定的缘由,3.6,谐振放大器的稳定性与稳定措施,谐振放大器的稳定性,晶体管本本身的输入导纳,晶体管内反馈所引起的反馈输入导纳,由于晶体管反向传输导纳yre的存在，使得输出电压反作用到输入端，引起输入电流的变更。从而引起电路的不稳定，下面以放大器输入导纳Yi来分析反馈作用,2.,反馈导纳对输入电路的影响,对输入回路的影响：如图（b）所示使谐振曲线畸变，变更品质因数、通频带、选择性、增益等,（,a,）,（,b,）,若反馈电导,g,F,为负值，则会使,Q,L,增大，通频带减小，增益增大，电路出现正反馈，若,g,F,使,g,s,+,g,ie,+,g,F,0,，则输出能量完全反馈到输入端，放大器就处于自激工作状态，这对放大器来说是决不允许的。,假如放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的输出谐振路)那么放大器输入端的等效电路如图（a）所示,3.,稳定性的判定准则,产生自激条件,输入端,输出端,设放大器输入输出回路相同，即 将（,2,）（,3,）式,代入（,1,）式得自激条件为,(1),(2),(3),放大器的稳定系数定义为：,它表示远离自激振荡的程度，一般状况下，放大器的反向传输导纳 较小，S较大，当 足够大时，S才能趋近于1，满足自激振荡条件，所以S越大，越远离振荡条件，电路越稳定。,若考虑实际工作时状况：,则稳定系数,S,可简化为：,4.,增益与稳定性之间的关系：,当放大器输出端接受完全接入方式,若令 则可得：,结论：增益和稳定性为一对冲突,当,称为稳定电压增益,留意：为保证放大器稳定工作，电压增益不允许超过,提高电路稳定性的方法,如前所述，由于晶体管内存在yre的反馈，所以它是一个“双向元件”。作为放大器工作时，yre的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。将消退yre的反馈，变“双向元件”为“单向元件”这个过程称为单向化。其方法有以下两种,1.,中和法,在晶体管的输入输出之间引入一个附加的外反馈电路，以抵 消晶体管内部的反馈作用，,该方法理论简洁，但实际不行行，主要是因为yre随频率发生变，所以外电路参数很难确定。,2.,失配法,信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配，就可消退晶体管的内反馈作用,例以输入阻抗为例，当,典型电路：共发-共基电路其沟通等效电路如下：,共基电路输入阻抗小输出阻抗大,所以,V,1,、,V,2,输出端都失配,3.7,放大器中的噪声,干扰和噪声都是指除有用信号以外的一切不须要的信号及各种电磁骚动的总称。其中干扰通常指系统外部所引入的，噪声是指系统内部所产生的。,3.7.1,放大器内部噪声的来源和特点,一,.,来源：是由电路中的电阻、谐振回路和有源器件内部所具有,的带电微粒无规则运动所产生。,二,.,特点：它具有起伏噪声的性质，产生过程是一种随机过程，,所以不能用确定的时间函数来描述它，但它遵循确定,的统计规律，所以可用其本身的概率分布特性来描述。,若以,S(f)df,表示频率在,f,与,f+df,之间的平均功率,则总的平均功率为,三,.,起伏噪声的表示：,1.,电压平均值：,2.,电压均方值：,：表示噪声的强度或在,1,电阻上噪声功率的大小,3.,噪声的功率谱：,S(f),称为噪声功率谱密度,单位为,W/HZ,理论和实践分析：起伏噪声在极宽的频带内具有匀整的功率谱密度，又称白噪声。,表示噪声的直流重量,：表示噪声电压沟通重量的有效值,3.7.2,电阻热噪声,由热运动理论和实践证明,电阻热噪声功率谱密度,波尔兹曼常数k=1.3810-23J/K;T为电阻的确定温度值(K)。,由此可推出：,电路的等效噪声带宽,噪声电压均方值：,噪声电流均方值：,等,效,结论：多个电阻串联或并联，依据,噪声的独立性有如下结论：,3.8,电路噪声的表示和计算,3.8.1,噪声系数（适用于线性电路）,1.,定义：,2.,用额定功率及额定增益表示噪声系数形式：,输入端匹配时（ ）：额定输入信号功率：,额定输入噪声功率：,输出端匹配时（ ）额定输出信号功率及噪声功率分别为,实际电路：,3.,结论：,噪声系数与输入信号无关；与电路是否匹配无关,4.,多级放大器噪声系数的计算,例：求两级放大器噪声系数,第一级电路本身所产生的噪声,其次级电路本身所产生的噪声,3.8.4,灵敏度的计算,3.8.5,减小噪声系数的措施,当系统的输出信噪比 给定时，额定的输入信号功率 称为系统的灵敏度，与之对应的电压称为最小可检测电压,1,.,选用低噪声元件，如场效应管、精细结构的金属膜电阻等,2.,正确选择晶体管放大级的直流工作点。,3.,选择合适的信源内阻。,4,.,选择合适的工作带宽,5.,选用合适的放大电路，如共发,-,共基稳定低噪声电路,6.,降低电路的工作温度,