复旦 李旦 高频电路 2.高频小信号放大器.pptx

第 2 章高频小信号放大器 高频电路基础 2017-6-4 高频电路基础 2 研究对象：高频小信号放大器 研究目的： 1、了解高频小信号放大器的电路结构 2、了解高频小信号放大器的各项指标 3、能够设计基本的小信号放大器 本章的目标 2017-6-4 高频电路基础 3 高频小信号放大器概述 特点： 信号频率高（105~1010Hz） 相对带宽较窄（103~106Hz） 一般工作在线性状态 通常采用谐振回路（选频网络）作为负载 通常是低噪声放大器（LNA） 用途： 发送设备中的前置放大， 接收设备中的高频放大、中频放大等 2017-6-4 高频电路基础 4 要求： 增益高、低噪声、工作稳定、 合适的动态范围、合适的选择性 分类： 1、分立元件放大器。采用晶体管及谐振回路构成放大电路，是高频放大电路的基础，也是本章主要讨论的对象 2、集成高频放大器。采用高频宽带集成放大电路及集总参数滤波器构成放大电路，是目前高频小信号放大电路的发展方向，本章将简要介绍 2017-6-4 高频电路基础 5 高频小信号放大器的指标 增益 Gv，Gp 中心频率 f0 通频带 BW 选择性 BW0.1 / BW 稳定性 信噪比 S / N 动态范围 2017-6-4 高频电路基础 6 晶体管高频小信号放大器的常见结构 分窄带放大器和宽带放大器两种 窄带放大器的匹配网络兼有选频作用和阻抗匹配作用，通常总是选频放大器，只对特定的频带放大 宽带放大器的匹配网络通常只有阻抗匹配作用，在一个很宽的频带内保持较为平坦的幅频特性。 2017-6-4 高频电路基础 7 高频晶体管的材料与结构 双极型晶体管 Si材料或GaAs材料。 金属半导体场效应管 (MESFET) 结构类似JFET，金属与半导体直接接触构成肖特基结，一般采用GaAs材料。 异质结场效应管 两层不同的半导体材料，例如GaAs和GaAlAs，或GaInAs和GaAlAs，构成陡峭的界面。由于能带结构的关系，电子被局限在界面附近一个极薄层（几个纳米）内运动，形成所谓二维电子气，具有极高的迁移率。 2017-6-4 高频电路基础 8 晶体管的高频混合 p 模型 高频晶体管混合p 模型，主要考虑了在高频情况下具有很大影响的两个结电容 Cp 和 Cm （注：此模型忽略发射极电阻re和集电极电阻rc） 2017-6-4 高频电路基础 9 晶体管的网络形式参数 晶体管 ←→ 四端网络 ←→ 形式参数 以网络端口上的电压和电流表示 以网络端口上的入射波和反射波表示 → y参数（导纳参数） z参数（阻抗参数） h参数（混合参数） A参数（级联参数） S参数（散射参数） 2017-6-4 高频电路基础 10 以网络端口上的电压电流表示的形式参数 2017-6-4 高频电路基础 11 晶体管的 y 参数 晶体管的 y 参数等效电路如下： y 参数的特点：1、便于分析；2、可以用实验测量获得 2017-6-4 高频电路基础 12 y 参数的定义（共射组态） 2017-6-4 高频电路基础 13 混合p 参数与 y 参数的转换 2017-6-4 高频电路基础 14 晶体管的高频特性 由于 Cp 和 Cm 的存在，晶体管在高频应用时，具有下列特点 输入阻抗和输出阻抗除了电阻成分外，带有电抗成分 输入阻抗和输出阻抗是频率的函数 正向传递函数中带有相移，且随频率变化 由于电容的双向传输特性，使得输出端的信号能够反向传输到输入端，形成晶体管的内反馈。频率越高，此内反馈越强烈 晶体管参数在高频条件下的变化—— yie , yoe 注：此曲线根据转换关系得到，晶体管混合p参数为 rb=60W，rp=1kW，rm=2.6MW，rce=65kW，Cp=780pF，Cm=9pF，gm=38mS 2017-6-4 高频电路基础 15 晶体管参数在高频条件下的变化—— yfe , yre 注：此曲线根据转换关系得到，晶体管混合p参数为 rb=60W，rp=1kW，rm=2.6MW，rce=65kW，Cp=780pF，Cm=9pF，gm=38mS 2017-6-4 高频电路基础 16 2017-6-4 高频电路基础 17 晶体管高频小信号调谐放大器 晶体管高频小信号调谐放大器一般采用LC谐振回路作为负载。根据LC谐振回路的不同，可分为单调谐回路放大器和双调谐回路放大器。 高频调谐放大器的主要指标是增益（电压增益和功率增益）、频率特性（通频带以及矩形系数）等。其中频率特性与谐振回路的参数有关，增益不仅与谐振回路有关，还与晶体管参数及阻抗匹配情况有关。 高频小信号放大器的另一个问题是它的稳定性。由于晶体管在高频