第1章 高频小信号放大器

学习目标

（1）了解宽带放大器的特点、技术指标和分析方法。

（2）掌握扩展放大器通频带的方法。

（2）正确理解小信号谐振放大器的基本工作原理及其主要性能分析。

（4）熟悉集中选频放大器的基本组成及其工作原理。

放大高频小信号（中心频率在几百千赫到几百兆赫）的放大器称为高频小信号放大器。根据高频信号占有频宽的不同，放大器分为宽带放大器和窄带放大器两类。其中窄带放大器又可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。本章首先介绍宽带放大器的特点、分析方法和扩展放大器通频带的方法，然后分析小信号谐振放大器，最后简单介绍具有集中选频功能的集中选频放大器。

1.1 宽带放大器的特点、技术指标和分析方法

随着电子技术的发展及其应用的日益广泛，被处理信号的频带越来越宽。例如，在电视接收机中，由于图像信号占有的频率范围为0～6MHz。为了不失真地进行放大，要求放大器的工作频率至少为50Hz～5MHz，最好是0～6MHz。再如，在300MHz的宽带示波器中，Y轴放大器需要具有0～300MHz的通频带。放大这类信号的宽带放大器称为视频放大器。

在雷达和通信系统中，也需要传输和放大宽频带信号。例如，同时传输一路电视和几百路电话信号的微波多路通信设备，放大器的通频带约需20MHz。若设备的中频选为70MHz，则相对通频带达30%左右，这就需要宽频带的中频放大器。而雷达系统中信号的频带可达几千兆赫。要放大这样的信号，就更需要采用宽带放大器。

1.1.1 宽带放大器的主要特点

虽然宽带放大器的下限频率低，但由于其上限频率很高，因此三极管必须采用特征频率fT很高的高频管，分析电路时也必须考虑三极管的高频特性。

宽带放大器，从技术上讲，比一般低频放大器要求高。这不仅因为它的频带宽，而且还由于它所放大的信号，最终接受的感觉器官往往是眼睛，而不是耳朵。前者比后者敏感得多。所以，在低频放大器中未考虑的一些问题，例如相位失真等，在宽带放大器中就必须予以考虑。

不同用途的宽带放大器，其电路形式有所不同，大体上可分为两种情况。放大从零频到高频信号的宽带放大器，一般采用直接耦合的直流放大器；放大从低频到高频信号的宽带放大器，多采用阻容耦合放大器。但不管哪一类宽频带放大器，由于频带宽，负载总是非调谐的。

1.1.2 宽带放大器的主要技术指标

宽带放大器的主要技术指标有以下四项。

1．通频带

通频带是基本指标，由于用途不同，对其要求也不同。因为下限频率很低，而上限频率很高，往往就用上限频率表示频带宽度。当下限频率接近零时，就必须注明它的下限频率值，以便在设计电路时，充分考虑下限频率的顺利通过。

2．增益

宽带放大器的增益应足够高，但增益与带宽的要求往往相互矛盾，有时不得不通过牺牲增益来得到带宽。为了全面衡量放大器的质量指标，常需考虑放大器的增益带宽积（GB）。GB值越大，宽带放大器的质量越高。

3．输入阻抗

为了减轻宽带放大器对前级的影响，要求放大器的输入阻抗高。高质量的宽带放大器的输入阻抗一般为兆欧级。

4．失真

宽带放大器的失真要小。失真包括非线性失真、频率失真和相位失真。为减小非线性失真，宽带放大器和音频放大器一样，都应该工作在器件特性曲线的直线段，而且应工作在甲类状态。产生频率失真的原因是由于三极管在高频时的电容效应，以及外电路中存在的电抗元件。由此使宽带放大器对不同频率的信号增益不同，从而引起频率失真。而不产生相位失真的条件则是各频率分量的时延时间相等。如：在电视接收机中，相位失真会使显示的图像色调失真、出现双重轮廓、画面亮度不均匀等故障。

1.1.3 宽带放大器的分析方法

分析宽带放大器的频率特性，可以采用与分析一般音频放大器频率特性相似的方法，即稳态法。也可以用另一种分析方法，就是考察阶跃信号通过放大器后的失真情况，称为暂态法。以下简单说明这两种方法的区别与联系。

1．稳态法

视频信号是包含有从零频到很高频率分量的多频信号。通过测量和分析宽带放大器的振幅频率特性（幅频特性）和相位频率特性（相频特性），即可分析出宽带放大器的增益、带宽、相移和信号失真的情况。这种方法称为稳态分析法，亦称频域分析法。用稳态法测试放大器频率特性时，一般用扫频仪进行。采用扫频仪测试的接线如图1.1所示。将扫频仪输出的频率连续变化的扫频信号送到被测放大器的输入端，再用扫频仪的探头观测放大器的输出端，即可在扫频仪的屏幕上直接看到放大器的幅频特性。然后通过扫频仪的频标及Y轴衰减器就可以读出放大器的中频增益和通频带。

2．暂态法

暂态法是在时域内研究放大器对阶跃脉冲的响应。图1.2为用暂态法测试时的接线图。其方法是给宽带放大器输入一个理想的矩形脉冲，如图1.3（a）所示，然后用脉冲示波器观察该放大器对此矩形脉冲的响应。图1.3（b）是有失真时的输出波形。失真程度用脉冲的上升时间tr和平顶降落ΔUm来表示。上升时间tr又叫建立时间，它是指输出电压uo(t)从0.1Um上升到0.9Um所需要的时间。平顶降落ΔUm表示输出电压uo(t)的上升沿顶点Um与下降沿拐点处脉冲值之差的绝对值。为了比较降落的程度，常用平顶降落的相对值δ表示，即δ=ΔUm/Um。

宽带放大器的高频特性影响输出脉冲陡峭的前沿；而低频特性则影响平顶部分。输出脉冲的上升沿越陡，说明放大器的高频特性越好；平顶降落越少，说明放大器的低频特性越好。因此，根据输出脉冲的波形就可判断宽带放大器的特性。

稳态法和暂态法分别是从频域和时域分析放大器特性的方法，它们在本质上是一致的。稳态法适合于定量计算，暂态法比较直观，适合于电路的调整。