半導體三極管交流放大電路解讀-資料下載頁

　　

【正文】 稱為組合電路法。組合電路的形式很多，如圖24所示，常用的是“共謝共基”和“共集共射”兩種組合電路。圖24 常見組合電路形式負反饋法我們知道，引入負反饋可擴展放大器的通頻帶，而且反饋越深，通頻帶擴展得越寬。利用負反饋技術來擴展放大器的通頻帶，被廣泛應用于寬帶放大器。但是引入負反饋容易造成放大器工作的不穩定，甚至出現自振蕩，這是必須注意的問題。常用的單級負反饋是電流串聯負反饋和電壓并聯反饋，也可以采用交替負反饋電路：由單級負反饋電路組成多級寬帶放大器時，若前級采用電流串聯負反饋，則后級應采用電壓并聯負反饋；反之，若前級采用電壓并聯負反饋，則后級應采用電流串聯負反饋。在多級寬帶放大器中，為了加深反饋，使頻帶擴展得到更寬一些，可采用兩級放大器的級間反饋方式，常用的有兩級電流并聯負反饋放大器和兩級電壓串聯負反饋放大器。集成寬帶放大器隨著電子技術的發展，寬帶放大已實現集成化。集成寬帶放大器性能優良，使用方便，已得到廣泛的應用。本課小結：1． 高頻小信號放大器的主要性能指標有增益、帶寬、選擇性等。2． 寬帶放大器的主要特點是三極管采用fT很高的高頻管、電路的技術指標要求高、負載為非諧振；擴展頻帶通常采用組合電路和負反饋等方法。本課作業：1．通頻帶為什么是小信號諧振放大器的一個重要指標？通頻帶不夠會給信號帶來什么影響？ 單管單調諧高頻小信號放大器一、基本電路與工作原理 單調諧放大的電路如圖25所示。圖中，VRRRe組成穩定工作點的分壓式偏置電路，Ce為高頻旁路電容，初級電感L和電容C組成的并聯諧振回路作為放大器的集電極負載。可以看出，三極管的輸出端采用了部分接入的方式，以減小它們的接入對回路Q值和諧振頻率的影響（其影響是Q值下降，增益減小，諧振頻率變化）從而提高了電路的穩定性，且使前后級的阻抗匹配。(a)電路(b)交流通路圖25 基本電路 高頻信號電壓合互感耦合 基極電壓管子be結基極電流管子放大作用集電極電流諧振回路選頻回路諧振電壓互感耦 負載電流iL在負載上產生較大的高頻信號電壓二、電路分析 圖26 高頻Y參數等效電路晶體管接入回路的接入系數 p 1＝N12/ N13 負載接入回路的接入系數 p 2＝N45/ N13 IS＝ p1 IS＝p1 Yfe Ube g’oe’2＝ p1 g oe，C2’2’oe＝ p1 CoegL＝ p2 g L，CL＝ p2 CLg229。＝g‘oe’＋gL ＋g P‘ C 229。＝C‘oe＋CL ＋C‘ 導納 Y 229。＝g 229。 ＋jw C 229。 ＋1/jwL輸出電壓 Uo＝－Is / Y 229。＝－p1 Yfe Ube / Y 229。＝Uo / p 2三、性能指標分析 A u＝U0 / Ube 187。－p1 p2Yfe / 〔g 229。（1＋j2 Q L Df / f0）〕當回路諧振時，Df＝0，放大器諧振電壓增益為A uo＝－p1 p2Yfe / g 229。189。 A uo 189。＝p1 p 2Yfe / g 229。＝p1 p 2Yfe /（p1 g oe＋p2 g L＋g P） A po＝Po/ P i ＝ 根據前述當 得 為放大器的通頻帶。 當 時因此所以單調諧放大器的矩形系數比 1 大得多，選擇性比較差。雙調諧耦合回路有電容耦合和互感耦合兩種類型，這里只討論后者，互感耦合調諧回路如圖27所示。o22‘‘/ Ui＝A 22uo圖27 互感耦合調諧回路 圖28 次級電壓諧振曲線初、次級回路之間的耦合系數初、次級回路的諧振頻率f0=12pLC定義耦合因數 η =kQ0式中，Q0為空載品質因數。則η =1稱為臨界耦合狀態，而η η 式中ζ為一般失諧，當ζ=0、η =1時I2取得最大值I2max。由上式可畫出互感耦合雙調諧回路的次級電壓諧振曲線，如圖28所示，可以看出，強耦合時曲線出現雙峰，中心下陷；弱耦合時曲線為單峰，但峰值較小。比較理想的是臨界耦合時的情況，諧振曲線既為單峰，峰值又大。 (a)電路(b)交流通路圖29 雙調諧放大器雙調諧放大器的電路如圖29所示。圖中，RbRb2和Re組成分壓式偏置電路，Ce為高頻旁路電容，ZL為負載阻抗（或下級輸入阻抗），TrTr2為高頻變壓器，其中Tr2的初、次級電感LL2分別與CC2組成的雙調諧耦合回路作為放大器的集電極負載，三極管的輸出端在初級回路的接入系數為p1，負載阻抗在次級回路的接入系數為p2。電路性能分析為了簡化分析，設初次級回路的元件參數相同，則它們的諧振頻率、有載品質因數也相同，且都用W0和Qe表示。與單調諧放大器相似，可以求得雙調諧放大器的電壓增益和臨界耦合時的諧振電壓增益分別為.Au=p1p2gmg229。h(1x2+h2)2+4xAu0=.p1p2gm2g229。不難得到，臨界耦合狀態的雙調諧放大器的通頻帶和矩形系數= 2f0Qe = / 187。 因此，在f0與Qe相同的情況下，臨界耦合狀態的雙調諧放大器的通頻帶為單調諧放大器通頻帶的2倍，而矩形系數小于單調諧放大器的矩形系數，即其諧振曲線更接近于理想的矩形曲線，選擇性更好。總之，與單調諧放大器相比較優，處于臨界耦合狀態的雙調諧放大器具有頻帶寬、選擇性好等優點，但調諧較麻煩。本課小結：，其選擇性較差。；與單調諧放大器相比，處于臨界耦合狀態的雙調諧放大器具有頻帶寬、選擇性好等優點，但調諧較麻煩。本課作業：1．已知某高頻管在UCEQ=6V,IEQ=2mA時的參數為fT=250MHz，rbb’=50Ω,Cb’c=3pF,βo=60,求f=465kHz時的共發射極Y參數。2．試推導共發射極單調諧放大器諧振電壓增益、通頻帶及選擇性（矩形系數）公式。，若Qe均為30，試問兩個放大器的通頻帶各為多少？集中選頻式放大器是采用集中濾波和集中放大相結合的小信號諧振放大器，由于這種放大器多用于中頻放大，故常稱為集成中頻放大器，集成中頻放大器克服了分散選頻放大器的缺點，正越來越得到廣泛的應用。一．集成中頻放大器的組成集成中頻放大器是由集成寬帶放大器的集中濾波器組成的，如圖210所示。其中，圖210(a)的集中小濾波器接在集成寬放的后面，圖210(b)的集中濾波器則接在集成寬放的后面，無論采用哪一種形式，集成寬放的頻帶應比放大信號的頻帶和集中濾波器的頻帶更寬一些。集中濾波器的任務是選頻，要求在滿足通頻帶指標的同時，矩形系數要好。其主要類型有集中LC濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。后面二種集中濾波器目前應用得很廣泛。圖210 集成中頻放大器組成框圖二．陶瓷濾波器陶瓷濾波器是由釬鈦酸鉛陶瓷材料制成的，把這種材料制成片狀，兩面覆蓋銀層作為電極，經過直流高壓極化后，它具有壓電效應。所謂壓電效應是指，當陶瓷片受機械力作用而發生形變時，陶瓷片內將產生一定的電場，且它的兩面出現與形變大小成正比的符號相反、數量相等的電荷；反之，若在陶瓷片兩面之間加一電場，就會產生與電場強度成正比的相械形變。陶瓷片具有串聯諧振特性，可用它來制作濾波器。兩端陶瓷濾波器上述的單個陶瓷片就構成兩端陶瓷濾波器，其結構、符號、等效電路如圖211所示，其電抗特性曲線如圖212所示。(a)結構(b)符號(c)等效電路圖211 兩端陶瓷濾波器 圖212 電抗特性曲線由圖可知串聯支路的串聯諧振頻率整個陶瓷濾波器的并聯諧振頻率式中C為C1和C0串聯后的電容值。當信號頻率f fp時，陶瓷片相當于一個電容；當f = fq時，陶瓷片相當于短路；當fq fq=fp=12pL1C112pL1Cfp時，陶瓷片相當于一個電感；當f = fp時，陶瓷片相當于開路；當f fp時陶瓷片又相當于一個電容。四端陶瓷濾波器兩端陶瓷濾波器的通頻帶較窄，選擇性較差。為此，可將不同諧振頻率的陶瓷片進行適當的組合連接，就得到性能接近理想的四端陶瓷濾波器，如圖213所示。圖213 四端陶瓷濾波器陶瓷濾波器的工作頻率可從幾百千赫到幾百兆赫，帶寬可以做得很窄，其等效Q值約為幾百，它具有體積小、成本低、耐熱耐濕性好、受外界條件影響小等優點。已廣泛用于接收機中，如收音機的中放、電視機的伴音中放等。陶瓷濾波器的不足之處是頻率特性的一致性較差，通頻帶不夠寬等。三．聲表面波濾波器聲表面波濾波器具有工作頻率高、通頻帶寬、選頻特性好、體積小和重量輕等特點，并且可采用與集成電路相同的生產工藝，制造簡單，成本低，頻率特性的一致性好，因此廣泛應用于各種電子設備中。聲表面波濾波器的結構示意圖及符號如圖214所示。它是以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基片，經表面拋光后在其上蒸發一層金屬膜，通過光刻工藝制成兩組具有能量轉換功能的交叉指型的金屬電極，分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。當輸入叉指換能器接上交流電壓信號時，壓電晶體基片的表面就產生振動，并激發出與外加信號同頻率的聲波，此聲波主要沒著基片的表面的與叉指電極升起的方向傳播，故稱為聲表面波，其中一個方向的聲波被除數吸聲材料吸收，別一方向的聲波則傳送到輸出叉指換能器，被轉換為電信號輸出。圖214 聲表面波濾波器在聲表面波濾波器中，信號經過電聲電的兩次轉換，由于基片的壓電效應，則叉指換能器具有選頻特性。顯然，兩個叉指換能器的共同作用，使聲表面波濾波器的選頻特性較為理想。圖215為聲表面波濾波器的幅頻特性。圖215 聲表面波濾波器的幅頻特性*噪聲的種類很多。有的是從器件外部竄擾進來的，稱為外部噪聲；有的是器件內部產生的，稱為內部噪聲。內部噪聲源主要有電阻熱噪聲和晶體管噪聲二種。一、電阻熱噪聲電阻熱噪聲是由電阻內部自由電子的熱運動而產生的。自由電子的這種熱運動在導體內會形成非常微弱的電流，這種電流呈雜亂起伏的狀態，稱為起伏噪聲電流。起伏噪聲電流流過電阻本身就會在其兩端產生起伏噪聲電壓。這種在整個無線電頻段內具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪聲。 SI(f)＝4kT/R A /Hz SU(f)＝4kTR V /Hz k＝180。 In＝ SI(f)BW＝ 4kTBW/R Un＝ SU(f)BW ＝ 4kTRBW 所以，一個實際電阻可以分別用噪聲電流源和噪聲電壓源表示。二、晶體管噪聲晶體管噪聲主要包括以下三部分： 由體電阻及引線電阻產生。散彈噪聲是晶體管的主要噪聲源。是由單位時間內通過PN結的載流子數目隨機起伏而造成的。閃爍噪聲又稱低頻噪聲。一般認為是由于晶體管表面清潔處理不好或有缺陷造成的，其特點是頻譜集中在約lkHz以下的低頻范圍，且功率頻譜密度隨頻率降低而增大。三、噪聲系數 1．信噪比有用信號功率Ps與噪聲功率Pn的比值。2 22－232J/K 放大器的噪聲系數NF(Noise Figure)定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值，即 NF=（Psi / Pni）/（Pso / Pno）NF用以說明放大電路的噪聲性能，NF越小，則放大電路本身所產生的噪聲越小，其噪聲性能也越好。3．降低噪聲系數的措施在三極管放大電路中，NF與工作點電流IC有關，當IC約為1—。在多級放大電路中，第一級的噪聲系數對總噪聲系數影響最大，因此，在要求噪聲小時，第一級應采用低噪聲放大電路。本課小結：1．集中濾波器主要類型有集中LC濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等，具有選頻性能好、使用方便等特點。2．電路中的噪聲主要有電阻熱噪聲和晶體管噪聲兩種，放大電路的噪聲性能用噪聲系數來表征。本課作業：1． 聲表面波濾波器和陶瓷濾波器各有什么特點,各適用于什么場合? 2． 超外差接收機（遠程接收機）高放管為什么要盡量選用低噪聲管？