高频小信号放大器——典型例题分析

1．集成宽带放大器L1590的内部电路如图7.5所示。试问电路中采用了什么方法来扩展通频带的？

答：集成宽放L1590是由两级放大电路构成。第一级由V₁、V₂、V₃、V₆构成；第二级由V₇~V₁₀构成，三极管V₁₁~V₁₆、二极管V₁₇~V₂₀和有关电阻构成偏置电路。其中第一级的V₁、V₃和V₂、V₆均为共射－共基组合电路，它们共同构成共射－共基差动放大器，这种电路形式不仅具有较宽的频带，而且还提供了较高的增益，同时，R₂、R₃和R₄引入的负反馈可扩展该级的频带。V₃、V₆集电极输出的信号分别送到V₇、V₁₀的基极。第二级的V₇、V₈和V₉、V₁₀均为共集－共射组合电路，它们共同构成共集－共射差动放大器，R₁₈、R₁₉和R₂₀引入负反馈，这些都使该级具有很宽的频带，改变R₂₀可调节增益。应该指出，V₇、V₁₀的共集组态可将第一级和后面电路隔离。由于采取了上述措施，使L1590的工作频带可达0~150MH_Z。顺便提一下，图中的V₄、V₅起自动增益控制（AGC）作用，其中2脚接的是AGC电压。

图7.5 集成宽放L1590的内部电路

2．通频带为什么是小信号谐振放大器的一个重要指标？通频带不够会给信号带来什么影响？为什么？

答：小信号谐振放大器的基本功能是选择和放大信号，而被放大的信号一般都是已调信号，包含一定的边频，小信号谐振放大器的通频带的宽窄直接关系到信号通过放大器后是否产生失真，或产生的频率失真是否严重，因此，通频带是小信号谐振放大器的一个重要指标。通频带不够将使输入信号中处于通频带以外的分量衰减，使信号产生失真。

3． 超外差接收机（远程接收机）高放管为什么要尽量选用低噪声管？

答：多级放大器的总噪声系数为

由于每级放大器的噪声系数总是大于1，上式中的各项都为正值，因此放大器级数越多，总的噪声系数也就越大。上式还表明，各级放大器对总噪声系数的影响是不同的，第一级的影响最大，越往后级，影响就越小。因此，要降低整个放大器的噪声系数，最主要的是降低第一级（有时还包括第二级）的噪声系数，并提高其功率增益。综上所述，超外差接收机（远程接收机）高放管要尽量选用低噪声管，以降低系统噪声系数，提高系统灵敏度。

4． 试画出图7.6所示放大器的交流通路。工作频率f=465kH_Z。

答：根据画交流通路的一般原则，即大电容视为短路，直流电源视为短路，大电感按开路处理。就可以很容易画出其交流通路。对于图中0.01μF电容，因工作频率为465kH_Z，其容抗为 

 ，相对于与它串联和并联的电阻而言，可以忽略，所以可以视为短路。画出的交流通路如图7.7所示。

图7.6                                  图7.7

5．共发射极单调谐放大器 如图7.2所示，试推导出谐振电压增益、通频带及选择性（矩形系数）公式。

解：单调谐放大器的交流通路如图7.8所示。在谐振放大器中，由于晶体管工作在较高的频率段上，则其输出电容C_o、输入电容C_i和r_bb′的影响就不能忽略，但考虑到由于电子技术的飞速发展使器件性能不断提高，在实际工作中，用于调谐放大器的晶体管的特征频率f_T都远远大于其工作的中心频率f₀，故可采用简化混合π型等效电路。考虑到一般高频管的r_bb′较小，器件的工作电流也很小，故r_bb′的影响可忽略，则 

 ，于是可得到图7.9所示的输出端等效电路，图中g_oe和C_oe为晶体管的输出电导和输出电容，g_L=1/R_L为负载电导（R_L为负载阻抗Z_L的电阻部分），C_L为负载电容（即Z_L中的电容部分）。

在抽头LC谐振回路中，有一个重要参数─—接入系数P，它是回路与外电路之间的调节因子。P定义为与外电路相连的那一部分电抗与同一回路内参与分压的同性质总电抗之比。对于图7.9所示的等效电路而言，若回路线圈L的1-2间的匝数为N_1-2，2-3间的匝数为N_2-3，4-5间的匝数为N_4-5，且N_1-2+N_2-3=N。不计互感时，晶体管接入回路的接入系数可以写为

负载接入回路的接入系数

 

                                                图7.8 交流通路

         （a）等效电路                       （b）等效电路的简化

图7.9 单调谐放大器输出端等效电路

按照自耦变压器耦合回路及变压器耦合电路的等效原理，将所有元件电压和电流折算到整个回路两端，便得到图7.9的等效电路。图中

式中，Ｃ_∑为回路总电容，g_∑为回路总电导，其中g₀为电感线圈的自损耗电导。由图7.9可得，回路的总导纳

式中， 

 称作一般失调，它是在 

 很小时得出的；Q_e是回路的有载品质因数；而 

 ；f₀为放大器谐振回路的谐振频率（中心频率）； 

 称为相对失调。

又     

根据放大器电压放大倍数的定义有

其电压增益的模为

A_u = 

式中 

   ， 

谐振时，由于 

 ， 

 ，则谐振电压增益A_uo为

可见，调谐放大器在谐振时的电压增益最大，且A_uo和回路总电导g_∑成反比，和晶体管跨导g_m成正比。与此同时，不难得到相对电压增益为

当 

 时，可求得3dB带宽，即通频带BW_0.7为

   

同理可以求出单调谐放大器的矩形系数为

    

6． 如图7.10所示并联谐振回路，信号源与负载都是部分接入的。已知R_s、R_L，并已知回路参数L₁、L₂、C₁、C₂和空载品质因数Q₀，试求谐振频率f₀与带宽BW_0.7。

解：1.求谐振频率f₀

回路总电感（不考虑互感） L=L₁+L₂

 

回路总电容  

  谐振频率 

                           

2.求带宽BW_0.7

设信号源对回路的接入系数为P₁，负载R_L对回路的接入系数为P₂，则

把g_s=1/R_s和g_L=1/R_L折合到回路两端，变为

回路的自身损耗电导 

 ，它与 

 、 

 并联，构成总的回路电导 

 ，即

因此，有载品质因数Q_e和带宽BW_0.7分别为

BW_0.7= 

7．在图7.2（a）所示的电路中，调谐回路是由中频变压器构成的，其f₀=465kH_Z，L=560μH，Q₀=100，N_1-2=46匝，N_1-3=162匝，N_4-5=13匝；三极管的g_oe=110μS，工作电流I_E=1mA。若负载电导g_L=1.0mS，试求：（1）谐振电压增益A_u0；（2）通频带BW_0.7。

解：接入系数分别为

       

  

回路的自损耗电导

 μS

（1）三极管的跨导

又 

 （μS）

则谐振电压

（2）有载品质因数为

则通频带为

 （kH_Z）

8．外接负载阻抗对小信号谐振放大器有哪些主要影响？

答：外接负载电阻使LC回路总电导增大，即总电阻减小，从而使Q_e下降，带宽BW_0.7展宽；外接负载电容使放大器的谐振频率f₀降低。因此，在实用电路中，三极管的输出端和负载阻抗都将采用部分接入的方式与LC回路相连，以减小它们的接入对回路Q_e值和谐振频率的影响。

9．图7.2所示的单调谐放大器中，若谐振频率f₀=10.7MH_Z，C_Σ= 50pF，BW_0.7=150kH_Z，求回路的电感L和Q_e。如将通频带展宽为300kH_Z，应在回路两端并接一个多大的电阻？

解：（1）求L和Q_e

 （H）= 4.43μH

（2）电阻并联前回路的总电导为

 47.1（μS）

电阻并联后的总电导为

 94.2（μS）

因       

故并接的电阻为

10．一单调谐振放大器，集电极负载为并联谐振回路，其固有谐振频率f₀=6.5MH_Z，回路总电容C= 56pF，回路通频带BW_0.7=150kH_Z。

（1）求回路调谐电感、品质因数；

（2）求回路频偏Δf=600kH_Z时，对干扰信号的抑制比d。

解：（1）已知f₀=6.5MH_Z， C= 56pF， BW_0.7=150kH_Z，则

 （H）= 10.7μH

（2）根据定义，抑制比 

 ，故

 （dB）

11．调谐在中心频率为f₀=10.7MH_Z的三级相同的单调谐放大器，要求BW_0.7≥100kH_Z，失谐±250kH_Z时的衰减大于或等于20dB。试确定每个谐振回路的有载品质因数Q_e值。

解：由带宽要求得

由选择性指标得

 （dB）

即   

故 

    取Q_e=50

12．在三级相同的单调谐放大器中，中心频率为465kH_Z，每个回路的Q_e=40，试问总的通频带等于多少？如果要使总的通频带为10kH_Z，则允许最大的Q_e为多少？

解：（1）总的通频带为

 （kH_Z）

（2）每个回路允许最大的Q_e为

13．中心频率都是6.5MH_Z单调谐放大器和临界耦合的双调谐放大器，若Q_e均为30，试问两个放大器的通频带各为多少？

解：单调谐放大器的通频带为

 kH_Z

临界耦合的双调谐放大器的通频带为

 kH_Z

14．在小信号谐振放大器中，三极管与回路之间常采用部分接入，回路与负载之间也采用部分接入，这是为什么？

解：这是因为外接负载阻抗会使回路的等效电阻减小，品质因数下降，导致增益下降，带宽展宽，谐振频率变化等，因此，采用部分接入，可以减小它们的接入对回路Q值和谐振频率的影响，从而提高了电路的稳定性，且使前后级的阻抗匹配。