清华大学：《通信电路原理》教学资源（PPT课件）第3章 高频放大器 3.1 引言 3.2 晶体管的高频小信号等效电路和参数 3.3 高频小信号宽带放大器

第3章高频放大器 31引言 32晶体管的高频小信号等效电路和参数 33高频小信号宽带放大器 34放大器的噪声 35宽带功率放大器(*) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 1 3.1 引 言 3.2 晶体管的高频小信号等效电路和参数 3.3 高频小信号宽带放大器 3.4 放大器的噪声 3.5 宽带功率放大器( * )

31引言 311高频放大器分类和在通信系统中的位置 大信号(发射机): 荡 频器一缓冲级一放大级→调制 功率 放大器 低频凵低频 放大功放 发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类 状态。()。(大信号,负载是传输线变压器。) 用于发射机末级,工作于丙类状态。(大信号非线性电路) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 2 高频放大器分类和在通信系统中的位置 § 发射机中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类 状态。（* ） 。（大信号，负载是传输线变压器。） § 用于发射机末级，工作于丙类状态。（大信号非线性电路） 倍频器 缓冲级 放大级 调制器 功率 放大器 振荡器 低频 功放 低频 放大 大信号（发射机）：

311高频放大器分类和在通信系统中的位置(续 小信号(接收机): 输入高频 中频 回路國放大混频器放大 低频 调器放大 本地 自动 增益 荡器 控 射频前端电路( RF Front- End Ic):输入回路;高频放大: 本地振荡器;混频器。输出中频信号。(这是重点) 高频放大和中频放大是高频小信号放大器。 具有低通传输特性的负反馈控制系统(自动增益控制AGC)。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 3 高频放大器分类和在通信系统中的位置（ § 射频前端电路（RF Front-End IC）：输入回路；高频放大； 本地振荡器；混频器。输出中频信号。（这是重点） 高频 放大 混频器 中频 放大 解调器 低频 放大 输入 回路 自动 增益 控制 本地 振荡器 § 高频放大和中频放大是高频小信号放大器。 § 具有低通传输特性的负反馈控制系统（自动增益控制AGC）。 小信号（接收机） ：

312对高频小信号放大器的要求 工作频率高。目前广泛使用的GSM数字移动通信系统的手 机中,为900MHz和1800MHz(1900MHz) 附录3.1.1 负载是谐振回路和声表面波滤波器等 增益够大,多级级联时工作稳定性好。 附录3.1.2 通频带够宽。因此,引出增益带宽乘积GB作为衡量宽带 放大器的质量指标。 输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制(AGC)电路。 放大器的噪声低(下节讨论)。 实现途径: 选用好器件。选用特征频率f高和C。小的晶体管。 采用频带较宽的电路。例如共基极放大电路,共发一共基 放大电路。 在线路上可以采用负反馈的方法。 根据系统传输函数零点、极点的原理,进行展宽频带的设计。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 4 § 工作频率高。目前广泛使用的GSM数字移动通信系统的手 机中，为900MHz和1800MHz（ 1900MHz ）。 § 增益够大，多级级联时工作稳定性好。 § 通频带够宽。因此，引出增益带宽乘积GBP作为衡量宽带 放大器的质量指标。 § 放大器的噪声低（下节讨论）。 实现途径： § 选用好器件。选用特征频率 fT 高和 Cb 'c小 的晶体管。 § 采用频带较宽的电路。例如共基极放大电路，共发一共基 放大电路。 § 在线路上可以采用负反馈的方法。 § 负载是谐振回路和声表面波滤波器等。 附录3.1.1 § 输出信号幅度保持稳定。用自动增益控制（AGC）电路。 附录3.1.2 § 根据系统传输函数零点、极点的原理，进行展宽频带的设计

32晶体管的高频小信号等效电路和参数 321晶体管的混合等效电路 b b 基极体电阻κ。在共基电路,会引起高频负反馈 集电结势垒电容C,约为几PF 可以忽略 发射结扩散电容Ca。=12 所以希望C和b尽量小 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 5 3.2.1 晶体管的混合等效电路 § 基极体电阻 r bb ' 。在共基电路，会引起高频负反馈。 § 集电结势垒电容 Cb 'c ，约为几PF。 可以忽略。 § 发射结扩散电容 Cb 'e 。 b c r ' b e E r 26 / I '   0 § 所以希望 Cb 'c 和 r bb ' 尽量小。 ' bb r b e r ' b e C ' b c C ' ce r  m b e g V '  Vce  Vbe b e V ' b ' b e c c I b I b c r

322晶体管的高频参数 (1)截止频率fB: 共发电路的电流放大系数β值下降至低频值B0的立时 的频率称为β截止频率,用f表示 (2)特征频率fr:指B=1时的频率 特征频率∫r是晶体管在共发射极运用时能得到电流增益 的最高频率极限(电流放大系数β=1,但功率增益>1) 特征频率∫r是高于截止频率fB,约等于fB的B。倍。 特征频率f与阻容乘积(Cbe+Cb)成反比,后者又决 定于晶体管的静态工作点,因此,f也是静态工作点的 函数 g 当f>时,存在近似关系=2xb 特征频率f7是可查手册的,也可由仪器测量得到。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 6 3.2.2 晶体管的高频参数 （1）截止频率 f  ： § 共发电路的电流放大系数 值下降至低频值 的 时 的频率称为 截止频率，用 表示。  0 2 1  f （2）特征频率 f T ： § 特征频率 是晶体管在共发射极运用时能得到电流增益 的最高频率极限（电流放大系数 ，但功率增益>1 ）。 T f § 特征频率 f T 是高于截止频率 f  , 约等于 f  的  0 倍。 § 特征频率 与阻容乘积 成反比，后者又决 定于晶体管的静态工作点，因此， 也是静态工作点的 函数。 T f ( ) e Cb'e Cb'c r  T f b e m T C g f 2 '  § 当 f  f 时，存在近似关系 。 f fT   § 特征频率 f T 是可查手册的，也可由仪器测量得到。 指 时的频率。     1   1

322晶体管的高频参数(续) (3)最高振荡频率 max 晶体管的功率增益Gn=1时的工作频率称为最高振 荡频率∫m m最高,fn次之,f最低。 max 2T V4r, bbe b'c (4)截止频率f,B和fn的关系:a 晶体管的共基极电流放大系数是c:其 1+J 中a。是低频时共基极短路电流放大系数, f是下降到an/√2时的频率。可推出:fn=a0f 因为aof>f B 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 7 3.2.2 晶体管的高频参数（ （3）最高振荡频率 fmax ： § 晶体管的功率增益 时的工作频率称为最高振 荡频率 fmax 。 b b b e b c m r C C g f ' ' ' max 2 4 1   max f T f  f （4） 截止频率 f ，f  和 fT 的关系： § 晶体管的共基极电流放大系数是 ：其 中 是低频时共基极短路电流放大系数， 是 下降到 时的频率。可推出：     f f  j  1 0  0   f / 2 0   f f T  0  f  f T f   f f f  T  § 因为 ，由上可得出三个频率参数 、 和 的近似关系： 最高， 次之， 最低。 GP  1 1  0 

33高频小信号宽带放大器 331双极型晶体管共发射放大电路的高频特性 C R raR。R, 只 R BB e R1=RRn∥ 根据密勒定理,可将b7b b 跨接电容C用并接在 输入和输出端的两个 R 电容C1和C2代替。 be 返回 bel 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 8 3.3.1 双极型晶体管共发射放大电路的高频特性 ' bb r b e r ' b e C ' b c C ' ce r  Vo  Vs b e V ' b ' b e c  m b e g V ' Rs Rc RL ' bb r b e r ' b e C '  Vo  Vs b e V ' b ' b e c  m b e g V ' Rs ' RL C1 C2 b c C ' C1 C2  Vs s R B R C1 C R VCC VBB RL L L C ce R R // R // r '  § 根据密勒定理，可将 跨接电容 用并接在 输入和输出端的两个 电容 和 代替。 返回

331双极型晶体管共发射放大电路的高频特性(续1) 通常gnR1>>1,上图为 C1≈gmR R be 由于C2xC很小,其容抗v○ R b 等效输入电容为: C=C1+C,≈C,(1 b'e bcg R b'e 应用式f1≈8m一,得到: Cbe(1+o,R Cbc=dC b'e D=(+agriC 式中D称为密勒效应D因子。 可求得共发放大器源电压增益Oh= CR DC,R 的高频边界角频率为: 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 9 3.3.1 双极型晶体管共发射放大电路的高频特性（ ） ' m RL g m L b c C g R C ' ' 1  b c C2  C ' § 通 常 >>1，上图为： § 由于 很小，其容抗 与 相比较，可忽略不计。 b c C2  C ' ' RL (1 ) ' ' ' 1 ' ' m L b e b c in b e b e g R C C C  C C  C  § 等效输入电容为： § 应用式 ，得到： b e m T C g f 2 '  Cin Cb e T RLCb'c DCb'e ' '  (1 )  式中D称为密勒效应D因子。 (1 ' ) ' T L b c D    R C § 可求得共发放大器源电压增益 的高频边界角频率为： ' ' ' 1 1 in S b e S h C R DC R     Vo c  m b e g V ' ' RL ' b Cin ' R s ' V s 

331双极型晶体管共发射放大电路的高频特性(续2) 共发放大器的增益带宽积GBP: GBP=A,@n R GBP≈R Ci(Rs+rb b D×1b 由上式可以得出如下结论: D=(1+O7R2C) (1).为获得较大的GBP和高频边界角频率On值、应选用Cb 小、b小而f高的晶体管 (2).增大R,,可以增大中频源电压增益A。,但由于D因子 增大,On将减小,因而R的选择应兼顾A0和O的要求。 (3).管子选完后,为提高O1值,信号源内阻R。应尽可能 小,即放大器的输入信号尽量接近恒压源。 例:CAD3-1 返回 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 10 3.3.1 双极型晶体管共发射放大电路的高频特性（ ） § 共发放大器的增益带宽积GBP： ( ) ' ' 0 in S b b m L h C R r g R GBP A     S b b T L R r R D GBP ' '    由上式可以得出如下结论： （1）. 为获得较大的GBP和高频边界角频率 值，应选用 小、 小而 高的晶体管。 （2）. 增大 ，可以增大中频源电压增益 ，但由于D因子 增大， 将减小，因而 的选择应兼顾 和 的要求。 （3）. 管子选完后，为提高 值，信号源内阻 应尽可能 小，即放大器的输入信号尽量接近恒压源。 (1 ' ) ' T L b c D    R C h b c C ' ' bb r T f ' RL A0 h ' RL A0 h h R s  例：CAD3-1 返回