[學(xué)習(xí)]高頻電子電路1.2.4王衛(wèi)東

1、2.2.4 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性,實(shí)際上yre≠0，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，從而可能使放大器工作不穩(wěn)定。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼?，且在相位上滿(mǎn)足正反饋條件，則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。,1. 共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益,,u'be,uce,由于內(nèi)反饋的存在，在放大器的輸入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓u'be，定義穩(wěn)定系數(shù)S:,S＝ube(jω)／u'be(jω),u'be(jω)= - yre

2、uce/ (YS+ yie)= - yreuce/ y1uce(jω)= - yfeube/ (yL+ yoe)= - yfeube/ y2,S＝ube(jω)／u'be(jω)= y1 y2/ yfeyre,當(dāng)S為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明ube(jω)／u'be(jω)同相，滿(mǎn)足自激振蕩的相位條件。,當(dāng)|S |>1時(shí)，|ube(jω)|>| u'be(jω)|，不滿(mǎn)足振幅條件，放大器不會(huì)自激；當(dāng)|S |≤1

3、時(shí)，放大器不穩(wěn)定。,為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級(jí)放大器通常選|S |＝5～10。,2.2.4高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性,1. 共發(fā)射極放大器的最大穩(wěn)定增益,當(dāng)晶體管的工作頻率遠(yuǎn)低于特征頻率fT時(shí):,yfe≈|yfe|≈gm ,,yre≈jωCb'c，φre＝90o,經(jīng)推導(dǎo)得放大器的電壓增益與穩(wěn)定系數(shù)S的平方根成反比:,當(dāng)取S=1時(shí)，稱(chēng)為臨界穩(wěn)定，其電壓增益稱(chēng)為臨界穩(wěn)定電壓增益。,實(shí)際中常取S=5，此時(shí)電壓增益稱(chēng)為最大穩(wěn)

4、定增益。即為,,討論： ① (Avo)s與f有關(guān)，f?(Avo)s?，f ?yre?內(nèi)反饋厲害。 ② 選管應(yīng)選 大些的為好 ③ (Avo)s只考慮內(nèi)部反饋，未考慮外部反饋。,當(dāng)S = 5時(shí)，,(Avo)s是保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益，稱(chēng)為穩(wěn)定電壓增益，為保證放大器穩(wěn)定工作，Avo不允許超過(guò)(Avo)s。,2. 提高放大器的穩(wěn)定性的方法,一是從晶體管本身想辦法，減小其反向

5、傳輸導(dǎo)納yre的值。,二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法有中和法與失配法。,中和法通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路(中和電路)，來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)yre的反饋?zhàn)饔谩?用一個(gè)電容CN來(lái)抵消yre的虛部(反饋電容)的影響，就可達(dá)到中和的目的。,固定的中和電容CN只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用，對(duì)其它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。,2. 提高放大器的穩(wěn)定性的方法,失配

6、法通過(guò)增大負(fù)載電導(dǎo)YL，進(jìn)而增大總回路電導(dǎo)，使輸出電路嚴(yán)重失配，失配法以犧牲增益來(lái)?yè)Q取電路的穩(wěn)定。,用兩只晶體管按共發(fā)一共基方式連接成一個(gè)復(fù)合管是經(jīng)常采用的一種失配法。,由于共基電路的輸入導(dǎo)納較大，當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較小的共發(fā)電路連接時(shí)，相當(dāng)于增大共發(fā)電路的負(fù)載導(dǎo)納而使之失配，從而使共發(fā)晶體管內(nèi)部反饋減弱，穩(wěn)定性大大提高。,共發(fā)電路在負(fù)載導(dǎo)納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍較大；而共基電路雖然電流增益接近1，但電壓增益卻較大。所

7、以二者級(jí)聯(lián)后，互相補(bǔ)償，電壓增益和電流增益都比較大，而且共發(fā)一共基電路的上限頻率很高。,返回,繼續(xù),,由于yre的存在，晶體管是一個(gè)雙向的器件，增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。 　　單向化的方法有： 　　⑴中和法 消除yre的反饋 　?、剖浞?使GL或gs的數(shù)值增大，因而使輸入和輸出回路與晶體管匹配。 　　在實(shí)際運(yùn)用中，中和法是外加一個(gè)電容抵消正反饋電容的作用失配法： 信號(hào)源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻

8、抗匹配； 晶體管輸出端負(fù)載不與晶體管的輸出阻抗匹配。 即以犧牲電壓增益來(lái)?yè)Q取放大器的穩(wěn)定性,,(1) 中和法： 在放大器線(xiàn)路中插入一個(gè)外加的反饋電路，使它的作用 恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。 具體線(xiàn)路：,,電橋平衡時(shí)，CD兩端的回路電壓 不會(huì)反映到AB兩端, 即對(duì)應(yīng)兩邊阻抗之比相等。,,3. 中和法與失配法比較 中和法： 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，增益高 缺點(diǎn)：① 只能在一個(gè)頻率

9、上完全中和，不適合寬帶 　　?、?因?yàn)榫w管離散性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。 　　?、?采用中和對(duì)放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變化沒(méi)有改善效果。 失配法： 優(yōu)點(diǎn)：① 性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響； 　　　② 頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作； 　　?、?生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。 缺點(diǎn)：增益低。,,器件MC1590具有工作頻率高，不易自激的特點(diǎn)，并帶有自動(dòng)增益控制的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)雙端輸入

10、、雙端輸出的全差動(dòng)式電路。,器件的輸入和輸出各有一個(gè)單諧振回路。輸入信號(hào)V1通過(guò)隔直流電容C4加到輸入端的引腳“1”，另一輸入端的引腳“3”通過(guò)電容C3交流接地，輸出端之一的引腳“6”連接電源正端，并通過(guò)電容C5交流接地，故電路是單端輸入、單端輸出。由L3和C6構(gòu)成去耦濾波器，減小輸出級(jí)信號(hào)通過(guò)供電電源對(duì)輸入級(jí)的寄生反饋。,,MC1110集成塊是一種適合于放大頻率高達(dá)100MHz信號(hào)的射極耦合放大電路，其內(nèi)部電路及由它制成的100MHz

11、調(diào)諧放大器的實(shí)用電路如圖所示。 　　片內(nèi)電路如虛線(xiàn)框內(nèi)所示，兩只晶體管VT1和VT2組成共集一共基組合放大電路，使電路的上限截止頻率得以提高，且輸入、輸出阻抗均較高，故對(duì)外接調(diào)諧回路的影響減小。,,,片內(nèi)電容C約30pF，跨接在VT1的集電極與VT2的基極之間，對(duì)于100MHz以上的工作頻率，C的容抗較小，以構(gòu)成這兩極間的高頻短路，使VT1的集電極在管內(nèi)經(jīng)C至VT2的基極，形成良好的高頻接地，實(shí)現(xiàn)共集—共基（CC—CB）放大對(duì)。 　

12、　由C1、C2、L1構(gòu)成的回路調(diào)諧于信號(hào)頻率，為了減弱信號(hào)源對(duì)回路的影響，信號(hào)是部分接入的。 　　L2、C3、C4組成并聯(lián)諧振回路，RL是負(fù)載，阻值較小，也是部分接入回路的。,,本 章 小 結(jié),一、高頻小信號(hào)放大器是通常分為諧振放大器和非諧振放大器，諧振放大器的負(fù)載為串、并聯(lián)諧振回路或耦合回路。 　　二、小信號(hào)諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇性?xún)蓚€(gè)質(zhì)量指標(biāo)來(lái)衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實(shí)際幅頻特性接按近理想

13、幅頻特性的程度，矩形系數(shù)越接近于1，則諧振放大器的選擇性愈好。,,三、高頻小信號(hào)放大器由于信號(hào)小，可以認(rèn)為它工作在管子的線(xiàn)性范圍內(nèi)，常采用有源線(xiàn)性四端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。Y參數(shù)等效電路和混合?等效電路是描述晶體管工作狀況的重要模型。 　　Y參數(shù)與混合?參數(shù)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。 　　四、單級(jí)單調(diào)諧放大器是小信號(hào)放大器的基本電路，其電壓增益主要決定于管子的參數(shù)、信號(hào)源和負(fù)載，為了提高電壓增益，諧振回

14、路與信號(hào)源和負(fù)載的連接常采用部分接入方式。,,,五、由于晶體管內(nèi)部存在反向傳輸導(dǎo)納Yre，使晶體管成為雙向器件，在一定頻率下使回路的總電導(dǎo)為零，這時(shí)放大器會(huì)產(chǎn)生自激。 　　為了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶體管單向化。保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益稱(chēng)為穩(wěn)定電壓增益，用(Avo)s表示，(Avo)s只考慮了內(nèi)部反饋，未考慮外部其他原因引起的反饋。 　　六、非調(diào)諧式放大器由各種濾波器和線(xiàn)性放大器組成，它的選擇性主要決定于濾

15、波器，這類(lèi)放大器的穩(wěn)定性較好。,,3-1 一單調(diào)諧回路放大器如圖， 已知：N12=5匝，N23=5匝，N45=5匝，晶體管的 =40mS，回路通頻帶為12kHz， ， 求：,1) 畫(huà)出高頻交流等效電路，并計(jì)算Av0； 2) 若不并聯(lián)R4，求Avo， ，并說(shuō)明R4的作用； 3) 不采用R4，若采用中和法使其穩(wěn)定工作，問(wèn)中和電容應(yīng)如何接入？,接入系數(shù),,(

16、2) 不并聯(lián)R4，則,并聯(lián)R4后，使損耗增大， 值降低，通頻帶加寬，放大器增益降低，但可使放大器工作穩(wěn)定性提高。,(3) 假設(shè)中和電容為CN，應(yīng)如圖所示接入電路。,,3-2 某單調(diào)諧放大器如圖所示，工作頻率為2MHz，回路電感L=200?H， 晶體管的正向傳輸導(dǎo)納 ，反向傳輸導(dǎo)納 ， 取穩(wěn)定系數(shù) S

17、=5，接入系數(shù) ， 求：1）A點(diǎn)的諧振電壓放大倍數(shù) 2）B點(diǎn)的諧振電壓放大倍數(shù) 3）回路的有載QL=？ 4）回路的通頻帶 =？,1) 因?yàn)槭?即是指A點(diǎn)穩(wěn)定的諧振增益， 而反向傳輸導(dǎo)納

18、 ，所以 2) B點(diǎn)穩(wěn)定的諧振電壓增益應(yīng)將A點(diǎn)增益折合到回路端點(diǎn)，再折合到B點(diǎn)，,,,3) 回路的有載 此時(shí)的 應(yīng)由穩(wěn)定電壓增益求得 即,4) 回路的通頻帶,例 3-1 在圖 中，設(shè)工作頻率 f =30MHz ，晶體管的正向傳輸導(dǎo)納 |

19、 y fe | =58.3ms ， g ie =1.2ms, C ie =12PF, g oe =400 m s, C oe =9.5pF ，回路電感 L =1.4 m H ，接入系數(shù) P 1 =1 ， P 2 =0.3 空載品質(zhì)因數(shù) Q 0 =100 （假設(shè) y re =0 ） 求 ： 單級(jí)放大器諧振時(shí)的電壓增益    ，通頻帶 2 D f 0.7 ， 諧振時(shí)回路外接電容 C 。,解 ： 因?yàn)榛芈分C振