1、第二章第二章 高频选频放大器高频选频放大器通信工程通信工程o高频高频选频选频放大器：放大器：窄带窄带o本章主要内容本章主要内容小信号调谐放大器v接收设备v窄带窄带高频小信号放大 谐振回路谐振回路高频功率放大器v发送设备v丙类谐振功率放大器v丁类谐振功率放大器2.1 2.1 小信号调谐放大器概述小信号调谐放大器概述o作用：作用： 选频+放大o电路组成：电路组成： 谐振系统放大器o谐振系统的形式：谐振系统的形式： 单/双LC,晶体、陶瓷、声表面波滤波器o谐振系统的作用：谐振系统的作用： 选择有用信号，抑制干扰2.1 2.1 小信号调谐放大器概述小信号调谐放大器概述共射单回路谐振放大器共射单回路谐振
2、放大器o典型的小信号谐振放大器典型的小信号谐振放大器2.1 2.1 小信号调谐放大器概述小信号调谐放大器概述o主要技术指标主要技术指标谐振增益： 通频带：BW0.7 -电压增益下降3dB或最大值的0.7倍时， 对应的频带宽度;要求大于信号带宽选择性：BW0.1 -从各种频率信号中选出信号的能力,也 即选频电路对无用信号的抑制能力。 输出下降20dB或最大值的0.1倍时对应 的频带宽度 矩形系数：稳定性：温度变化时，AV0, f0，BW0.7 的稳定程度offVoViVoA电压增益：701010BWBWK./2.1 2.1 小信号调谐放大器概述小信号调谐放大器概述2.1 2.1 小信号调谐放大器
3、概述小信号调谐放大器概述o问：三个放大器的通频带和选择性曲线如下，哪问：三个放大器的通频带和选择性曲线如下，哪个放大器的性能好个放大器的性能好2.2 2.2 单谐振回路单谐振回路LC谐振回路谐振回路o电抗、电阻的串并联等效转换电抗、电阻的串并联等效转换RpXpZp(j)(a)(b)RsXsZs(j)ssspppppppppppjXRZXXRRjRXRXjXRZ222222/ppppsppppsXXRRXRXRXR222222ssspssspXXRXRXRR2222类似也可得：2.22.2单谐振回路单谐振回路 LC谐振回路谐振回路o 由Q值的定义可知：ppssXRRXQ 有功功率无功功率sssp
4、ssspXXRXRXRR2222ppppsppppsXXRRXRXRXR222222spspXQXRQR2211)1 (转换后电抗元件的性质不变，即电感转换后仍为电感，电容转换后仍为电容。sps2pXXRQR 当Q1时2.22.2单谐振回路单谐振回路 LC谐振回路谐振回路o并联谐振回路)C()Z(ppL1jR11j)(ppppLRCRj1RQ00)(:失谐系数),(容抗或感抗值谐振时特性阻抗CL1p0CRLRQ0pp0p/j1RQj1RjZp00p)()(CLC1Lp0p02.22.2单谐振回路单谐振回路 LC谐振回路谐振回路时，当0 QQ0000202）（）（0pp2jQ1Rj1RZ20p2
5、p2Q1R1R)(Z幅频特性：arctg相位特性：Q00)(:失谐系数QQ00022）（2.22.2单谐振回路单谐振回路 LC谐振回路谐振回路幅频特性和相频特性曲线时，回路呈容抗时，回路呈感抗00o 谐振时， - 回路纯电阻，为最大值RP - 回路端电压达最大值； - 电感和电容交换能量，与信号源没有能量交换Q20)2(1QRZp)2arctg(0Q2.22.2单谐振回路单谐振回路 LC谐振回路谐振回路o谐振曲线、通频带、选择性和矩形系数K0.1ZIVs:回路电压ps0RIV谐振时：202)2(11110|QRZSpVV, 1,21时当S02Q Qf95.999Qf,BWS001 .0时当0.
6、1QfBW0707. 02.22.2单谐振回路单谐振回路 LC谐振回路谐振回路959707. 01010.BWBWK.QfBW0707. 0Qf.BW.010959v LC回路的Q越高，谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带却越窄v 通频带通频带与选择性选择性 矛盾2.22.2单谐振回路单谐振回路 LC谐振回路谐振回路oLC串联谐振回路串联谐振回路LrCIZLC串联谐振回路 (1) 回路总阻抗： CLjrZ1 (3) 回路Q值(空载):rLQ0(2) 谐振频率： LC10(4) 通频带：QfBW07 . 0)(1RppppLRCRjZ (a) 串联谐振回路的阻抗特性2.22.2单谐振回路单谐振回
7、路 LCLC谐振回路谐振回路(b) 并联谐振回路的阻抗特性CLjrZ1Z()()Z()2()02Z()()()2Z()022.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换o信号源内阻及负载对谐振回路的影响等效)b(图00/QLRQRRRRbTLLPST）图中：（001TLSTLCCCCC)a (图2.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换o(1)接入系数 p 定义为接入电压V2与回路总电压V1的比值12NNp .)( 自耦变压器图 a.)( 变压器图 b2.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换)()(M2LLjIMLjIUUp21k2k12MLLML221221220LLLLLp
8、M 若图(c)电感分压式 图(d) 电容分压式2k2k12CCj1Ij1IUUpCC2121:CCCCC总电容211CCCp2.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换o(2)负载阻抗的部分接入RVRVLLL21L22:R:R吸收功率吸收功率RVRVLL21222221)(pLLLRRVVR)(e图)(e图2.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换求CS和ISsssspI I,CpC2:同理2.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换。和通频带，求谐振频率，负载，谐振电路。信源内阻下图中电容分压式并联例BWfpfCpfCHLrKRKRLg021140014020081005 :解
9、解:电路等效为2.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换sspsspXXQXRQRQR 202020111)(u电抗的串并联转换：u信号源的部分接入：2pRRgg MHzCCCCLLCf12121212101578102001026600rLQKrQRp1971578220k.pRR.CCCpgg604091010509102322112.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换K/R/RRRLpg60.92.208 .47108 .47102001021060606630KHzQfBWLRQLL2.22.2单谐振回路阻抗变换单谐振回路阻抗变换2.3 2.3 耦合谐振回路耦合谐振回路
10、o单谐振回路存在选择性和通频带的矛盾单谐振回路存在选择性和通频带的矛盾o解决：两个单谐振回路耦合解决：两个单谐振回路耦合(a)互感耦合谐振回路 (b)电容耦合谐振回路 两种常见的耦合谐振回路 v 耦合系数耦合系数21LLMk )(02010CCCCCCCk2.3 2.3 耦合谐振回路耦合谐振回路o频率特性分析频率特性分析kQ耦合因数耦合因数互感耦合等效电路互感耦合谐振回路 输出电流I2的幅频特性曲线o1，松耦合，通频带窄，峰值小o1，强耦合，出现双峰，谐振时出现凹陷，越大，凹陷越大，带宽更大，但通带内曲线起伏对信号有影响。当凹陷处值小于0.707时失去应用价值o1，临界耦合，接近理想曲线，最佳
11、工作状态 输出电流I2的幅频特性曲线QfBW02QfBW041 . 099215. 31 . 0K959)(10.K.单谐振回路2.3 2.3 耦合谐振回路耦合谐振回路o电容耦合谐振回路电容耦合谐振回路传输阻抗Zt的幅频特性曲线2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o 小信号谐振放大器概述小信号谐振放大器概述线性放大器：线性模型的等效电路分析法窄带放大：负载为谐振回路调谐放大器和频带放大器v超外差收音机中频放大器465KHz,电视机图像中频放大器38MHz,伴音中频放大器为31.5MHz主要要求：v对有用信号增益高；v选择性好；v工作稳定可靠2.4 2.4 单管小信号谐振放大
12、器单管小信号谐振放大器o晶体管混合参数等效电路构成反馈通道，集电极负载随频率变化时，反馈也剧烈变化，从而严重影响放大器的频率特性2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器oY参数等效电路参数等效电路小信号放大，工作于线性区窄带信号bebUbIcIcUce(a)bebUyiecreUybfeUyyoececUcIbI(b)受控电流源yreUc表示输出电压对输入电流的控制作用（反向控制）。yre越大, 表示晶体管的内部反馈越强。2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o特点：特点：小信号放大 在线性范围内工作(甲类)并联谐振回路作为负载 选频滤波采用部分接入方式 提高
13、有载Q值，有利于阻抗匹配和调整 通频带典型线路共射单回路谐振放大器共射单回路谐振放大器2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o 上述耦合方式较容易实现前、后级之间的阻抗匹配。u LC并联谐振回路作为晶体管的集电极负载, 其谐振频率调谐在输入有用信号的中心频率上。u LC回路与本级晶体管的耦合采用自耦变压器耦合方式(部分接入), 这样可减弱晶体管输出导纳对回路的影响。o负载（或下级放大器）与回路的耦合采用变压器耦合方式, 这样, 既可减弱负载（或下级放大器）导纳对回路的影响, 又可使前、 后级的直流供电电路分开。o 共射单回路谐振放大器共射单回路谐振放大器变压器耦合输入晶体管放
14、大单谐振回路选频输出2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器1.输入信号频率为LC谐振频率时，谐振回路呈现很大的纯电阻，放大器增益最大（放大器增益与负载成正比）2.信号频率偏离谐振频率，回路失谐，阻抗变小，放大器增益减小3.放大器放大谐振频率附近的信号，抑制其他信号，为选频放大器4.工作频率高，所以旁路电容的容量较小（相比较低频放大工作时）2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o 利用等效电路分析利用等效电路分析, ,可得可得为了增大Av0, 要求负载电阻大。而谐振电阻取决于回路空载Q值, 且成正比。Av0与p1、p2有关, 而p1和p2会影响回路有载Q值，并
15、进一步影响通频带,所以p1与p2的选择应全面考虑, 选取最佳值。o 实际放大器的设计是要在满足通频带和选择性的前提下, 尽可能提高电压增益。接入系数(折合到全回路两端)1345213121NNpNNp2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o分析左边电路，取走Ry,对电路性能影响如何Ry取走，负载电导负载电导YL ，Av0 有载有载Q值值带宽带宽BW 2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o多级单调谐放大器多级单调谐放大器 如果多级放大器中的每一级都调谐在同一频率上, 则称为多级单调谐放大器。 设放大器有n级, 各级电压增益振幅分别为Av1, Av2, , A
16、vn,则总电压增益振幅是各级电压增益振幅的乘积, 即AnAv1Av2Avn nLnn)Q(S)211()11(202 选择性 2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器1210nLnQfBW带宽缩减因子,21S当通频带v n级相同的单调谐放大器的总增益比单级放大器的增益提高了, 而通频带比单级放大器的通频带缩小, 且级数越多, 频带越窄。 换句话说, 如多级放大器的频带确定以后, 级数越多, 则要求其中每一级放大器的频带越宽。2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器n1234561.000.640.510.430.390.35K0.19.954.803.763.4
17、03.203.10121nv 当n 增大时，矩形系数 K0.1减小, 选择性得到了改善。矩形系数121100111.0nnnK2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o谐振放大器的稳定性谐振放大器的稳定性反向传输导纳yre0, 即输出电压可以反馈到输入端, 引起输入电流的变化, 从而可能引起放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大, 且在相位上满足正反馈条件, 则会出现自激振荡。v从晶体管本身出发, 减小其反向传输导纳yre值。 yre-j Cbc。yre的大小主要取决于集电极与基极间的结电容Cbc(密勒电容)。所以选择Cbc尽可能小, 使反馈容抗增大, 反馈作用减弱；v从电路上设
18、法消除晶体管的反向作用, 使它单向化。 中和法 失配法2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o中和法：中和法：在放大器外部采取措施抵消内部反馈，从而实现放大器的单向化p优点优点：基本不影响放大：基本不影响放大管的增益管的增益p缺点缺点：中和电容只能在：中和电容只能在某一频率上起抵消作用，某一频率上起抵消作用，只能用于窄带谐振放大器。只能用于窄带谐振放大器。2.4 2.4 单管小信号谐振放大器单管小信号谐振放大器o失配法失配法信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端的负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。增大负载导纳增大负载导纳YL, 使输出电路严重失配使输出电路严重失配
19、, 回路总电导回路总电导g增大，输出增大，输出电压相应减小电压相应减小, 从而反馈到输入端的电流减小从而反馈到输入端的电流减小, 这样对输入端的影这样对输入端的影响也就减小了。可见响也就减小了。可见, 失配法是用牺牲增益来换取电路稳定的。失配法是用牺牲增益来换取电路稳定的。 YiV1V2Yo共射共基电路构成复合管 由于共基电路的输入导纳较大, 因此当它和输出导纳较小的共射电路连接时,相当于使V1的负载导纳增大而失配单片集成小信号谐振放大器MC1490内部电路图V447070UAGCV5V64701.5 k5.5 k12.1 kV7V845V9V10()()OutputsUCC2.8 k2002
20、002.8 k2001.9 k1.4 k5.6 k1.1 k1.1 k()()InputsV1V2668.4 kV32 k5 k5 k546281372.4 2.4 集中选频小信号谐振放大器集中选频小信号谐振放大器o通信高频段，放大器需要较好的选择性，而对通信高频段，放大器需要较好的选择性，而对LC谐振回路，谐振回路，Q 值一般很难达到值一般很难达到100以上以上o高高Q 滤波器滤波器(集中选频滤波器集中选频滤波器)石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器2.4 2.4 集中选频小信号选频放大器集中选频小信号选频放大器o晶体滤波器和陶瓷滤波器晶体滤波器和陶瓷滤波器石英晶体具有压电效应石英晶体具有
21、压电效应v六棱锥体：光轴、电轴、机械轴六棱锥体：光轴、电轴、机械轴 正压电效应正压电效应沿机械轴方向受力时，在电轴方向也产生电场； 逆压电效应逆压电效应沿某一电轴方向受到交变电场作用时，沿机械轴方向产生机械振动； 石英晶体是能完成电能和机械能互相转化的可逆换能器件； 谐振特性谐振特性-当晶体几何尺寸和结构一定时, 它本身有一个固有的机械振动频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时, 晶体片的机械振动最大, 晶体表面电荷量最多, 外电路中的交流电流最强, 于是产生了谐振2.4 2.4 集中选频小信号选频放大器集中选频小信号选频放大器o 某些常用的陶瓷材料（如锆钛酸铅，即PbZrTiO3）与
22、石英晶体一样，也具有类似的压电效应和谐振特性。o 压电陶瓷片和石英晶体均具有谐振电路的特性，其空载品质因数可达几百以上，选择性非常好。o 通信电路中常用的是三端陶瓷（或晶体）滤波器， 其电路符号如图所示。其中1、3是输入端，2、3是输出端。123三端陶瓷滤波器符号2.4 2.4 集中选频小信号选频放大器集中选频小信号选频放大器o 声表面波滤波器声表面波滤波器SWAFSWAF利用某些晶体（如石英晶体、铌酸锂LiNbo3等）的压电效应和表面波传播的物理特性而制成的一种新型电-声换能器件良好的幅频特性和相频特性, 其矩形系数接近结构：v在压电材料基片上, 用特定工艺制成两组叉指状电极, 发送叉指换能
23、器与信号源连接,接收叉指换能器与负载连接。当把输入电信号加到发送换能器上时, 叉指间便会产生交变电场。 由于逆压电效应的作用, 基体材料将产生弹性变形, 从而产生声波振动。向基片内部传送的声波会很快衰减, 而表面波则向垂直于电极的左、 右两个方向传播。向左传送的声表面波被涂在基片左端的吸声材料所吸收, 向右传送的声表面波由接收换能器接收, 由于正压电效应, 因此在叉指对间产生电信号, 并由此端输出。 u 如何滤波？(a)输入输出输入输出RiCiRoCo(b)(c)Rs压电基片发送叉指换 能 器接收叉指换 能 器吸声材料RLMBabsU声表面波滤波器(a) 结构； (b) 符号； (c) 等效电
24、路 2.4 2.4 集中选频小信号选频放大器集中选频小信号选频放大器n 在晶体管集电极上接入电感，和放大器输出端等效电容组成LC并联回路， 以提高放大器的上限截止频率习题习题1 1o要求并联谐振回路的谐振频率f0=50MHz，通频带BW=150kHz，若给定回路电容C=50pF。 1) 求回路电感L和有载品质因数Q 2) 若要将通频带BW扩展至300kHz，计算在回路两端并联电阻应有的值。2.5 2.5 丙类高频谐振放大器丙类高频谐振放大器o作用：在通信发射机中，用于对在通信发射机中，用于对高频已调波信号高频已调波信号进行功率放大进行功率放大, , 然后经天线将其辐射到空间然后经天线将其辐射到
25、空间o技术指标输出功率输出功率效率效率非线性失真非线性失真2.5 2.5 丙类高频谐振放大器丙类高频谐振放大器o主要特点：主要特点：丙类工作状态v导通角 集电极电流在一个周期内导通时间的一半v 丙类 902.5 2.5 丙类高频谐振放大器丙类高频谐振放大器采用LC谐振回路 v滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量v实现阻抗匹配丙类工作效率高2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作原理丙类高频谐振放大器工作原理假设输入信号是大信号(可达12V)，为单一角频率余弦波, 输出选频回路调谐在输入信号的相同频率上tUUtuUubmBBbBBBE cos)( 丙类谐振放大器原理框图2.5 2.5 丙类高频谐振
26、放大器工作原理丙类高频谐振放大器工作原理iCQAQB0QCUonuBEICm180 180t甲、 乙、 丙类三种工作状态下的转移特性分析 为了实现丙类工作，基极偏基极偏量电压量电压UBB应设置在功率管应设置在功率管的截止区。的截止区。时当onBEUubmBBonUUUcos , UBB , Ubm或iC斜 率 gUBB00uBEUonuBEUbmiCICm0tt丙类状态下的转移特性tUUtuUubmBBbBBBE cos)( 集电极电流是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期。折线近似分析法：折线近似分析法：功率放大电路是大信号工作, 而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性, 这样将
27、使分析比较复杂。为简化分析, 可以将晶体管特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折线来代替。2.5 2.5 丙类高频谐振放大器性能分析丙类高频谐振放大器性能分析iC的傅里叶级数展开:tItIIiCCCC2coscos210)()cos1 (cossin0maxmax0ccciiI)()cos1 (cossin1maxmax1ccciiI)()cos1)(1(cossin2sin2max2maxncccninnnnniI)(n n次谐波的分解系数假设LC谐振回路具有理想滤波特性，也即谐振回路调谐于基波，对基波呈现大的阻抗，而对其他分量呈现的阻抗很小。tIRVtVVvCeCCcmCCCEcosc
28、os12.5 2.5 丙类高频谐振放大器性能分析丙类高频谐振放大器性能分析o假设：谐振回路具有假设：谐振回路具有较好滤波特性较好滤波特性。各谐波电压。各谐波电压相对基波电压很小，可忽略不计。相对基波电压很小，可忽略不计。tVVvbmBBbecostIRVtVVvCeCCcmCCcecoscos1谐振电阻：1ccmeIVR直流功率：cccmcccDVIIVP00 ecccmoRIIVP211212输出功率：cmcII11其中 oDCPPPDocPP损耗功率：集电极效率：集电极电源电压利用系数：CCcmVVcmCCoIVP12101012121cmCCcmCCcIVIVoP , c因此导通角 决定
29、了()0.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.0500.050.10020 40 60 80 100120140 160180/g1()2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0020406080 100 120 140 160 180/1023()0.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.0500.050.10020 40 60 80 100120140 160180/g1()2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0020406080 100 120 140
30、 160 180/10238070 P , oc综合考虑电流分解系数()与波形系数g1()()()(011gcmCCoIVP1210121c2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析o前提：前提：假设一：谐振回路具有理想滤波特性，其上只能产生基波分量或具有良好滤波特性，可只考虑基波分量假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线表示，其高频效应可忽略。o动态线动态线在输入信号激励下，晶体管输出特性曲线上，不同时刻uCE，ic对应点的轨迹特点称动态线，或交流负载线，采用折线分析时动态线为直线2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态
31、分析A点： C点： B点：cmCCCEbmBBBEVVvVVvt ，0 cos 0 ccmCCCEVVvit ，cmCCCEVVvit 0 c， 2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析p 当A2点处于临界区称为临界 (Critical)状态p当A1点处于放大区称为欠压（Undervoltage）状态p当A3点处于饱和区称为过压（Overvoltage）状态2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析2. A1欠压区，欠压区，ic为余弦脉冲，脉冲高度随为余弦脉冲，脉冲高度随Vcm增大略有减小。增大略有减小。3. A3过压区，过
32、压区，ic为中间凹陷的脉冲波，随着为中间凹陷的脉冲波，随着Vcm增大脉冲波的增大脉冲波的凹陷加深，高度减小。凹陷加深，高度减小。思考题：思考题： 在过压区在过压区为什么会出现凹陷？为什么会出现凹陷？ 解：当vBE向vBEmax增大，vCE向着vCEmin减小时，对应的动态点先到达临界点(图中E点)，ic值最大，而后进入饱和区，ic值减小，出现凹陷。直到A3点，ic值达到最小。1. A2临界状态。临界状态。2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析）（，）（0 , cos ,V- cmcmCCcmCCVVBIVA在A没有进入饱和区时，动态特性曲线斜率为)cos1
33、 (1)cos1 ()cos1 (11eeccmcmcmRRIIVIko负载特性负载特性BBbmCCVVV , , eR一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化变化的特性。的特性。2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析eRk)cos( 111123kkk123eeeRRReR改变，相当于改变动态特性的斜率改变，相当于改变动态特性的斜率 k欠压过压临界增大eR2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析eccmRIV1 ecoRIP221 0cCCDIVP 近似成正比关系与eR cDocPPP, ）略有增加（近似为恒压出现凹
34、陷。进入过压区，cmcccVIIi, 10略有减小略有增加，减小得慢。比且CcDODOPPPPP , , 源）略有减少（近似为恒流增大随在欠压区10cceIIR,2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析谐振功放的负载特性曲线 0IclmIC0Ucm欠 压临 界过 压R欠 压临 界过 压RPDPoPCc0ReRe随着Re的逐渐增大, 动态线的斜率逐渐减小, 由欠压状态进入临界状态, 再进入过压状态。在临界状态时, 输出功率Po最大, 集电极效率c接近最大, 为最佳工作状态。osatCECCocmeoptPVVPVR2)(2)(2121功放的匹配负载：2.5 2
35、.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析o调制特性调制特性集电极调制基极调制2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析p集电极调制：集电极调制：变化对性能的影响一定，CCebmBBVRVV , , 集电极调制特性曲线只有在过压状态，VCC对Vcm有较大的控制作用。这个特性是晶体管集电极调幅的理论依据。工作在过压区工作在过压区(近似线性近似线性)VccVcc2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析p基极调制特性基极调制特性：Re，VCC，Vbm一定，一定，VBB变化变化pVbm一定，VBB由负值向正值
36、方向增大时，集电极电流脉冲不仅宽度增大，而且还因Vbemax增加而使其高度增大，因而Ic1，Ic0增大，结果使Vcemin减小，放大器由欠压进入过压，但在进入过压的过程中，随着iC的凹陷加深。 Ic1，Ic0增大十分缓慢，可近似认为不变。VBB增大基极调制特性曲线VBB工作在工作在欠压区欠压区2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析o 放大特性放大特性变化一定，bmeCCBBVRVV , , pVBB 一定，一定， Vbm增大增大时，时，集电极电流脉冲集电极电流脉冲不仅宽度增大不仅宽度增大，而且，而且还因还因Vbemax增加而使增加而使其其高度增大高度增大，
37、因而，因而Ic1、Ic0增大，结果使增大，结果使Vcemin减小，放大器由欠压减小，放大器由欠压进入过压，但在进入进入过压，但在进入过压的过程中，随着过压的过程中，随着iC的凹陷加深。的凹陷加深。 Ic1、Ic0增大十分缓慢，可增大十分缓慢，可近似认为不变。近似认为不变。iC0uBEuBEUbmtiC0欠压 临界 过压t0欠压 临界 过压UcmIclmIC0Ubm(a)(b)2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析o 当谐振功率放大器作为线性放大器，用来放大振幅按调制当谐振功率放大器作为线性放大器，用来放大振幅按调制信号规律变化的调幅信号时，为了使输出信号信
38、号规律变化的调幅信号时，为了使输出信号Vcm反映输反映输入信号振幅入信号振幅Vbm变化，放大器工作在变化，放大器工作在欠压区欠压区2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析o 当谐振功率放大器作振幅限幅器时当谐振功率放大器作振幅限幅器时(Amplitude Limiter)。将振幅将振幅Vbm在较大范围变化变换为振幅恒定的输出信号时在较大范围变化变换为振幅恒定的输出信号时，放大器必须工作在，放大器必须工作在过压状态过压状态2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析o 例：某谐振频率放大器的动态线如图所示，试回答并计例：某谐振频
39、率放大器的动态线如图所示，试回答并计算以下各选项算以下各选项：(1)(1)此时功放工作于何种状态？写出此时功放工作于何种状态？写出A A，B B，C C三点坐标三点坐标, ,画出画出ic的波形的波形 。(2)(2)计算计算 和和 。(3)(3)若要求功率放大器的效率最大，应如何调整？若要求功率放大器的效率最大，应如何调整？CoPP , , eR2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析(1) A，B，C三点坐标：) , ( ) , cos( ) , (00cmCCcmCCcmcmCCVVCVVBIVVA ABC动态线：由动态线知正好达到临界饱和线，故工作在临界
40、状态，ic的波形如图。A(3,2) B(Vcc-Vcmcos,0) C(33,0)2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析由图可知：由图可知：VVVVVVDBB526050., .,.bm 440525060.).(.)(cos bmBBDVVV 64 VvvVCECEcm152 minmax由由 和和 可求得可求得maxCEvminCEvDbmBBVVV cos: )(22.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析 .IVIVRcmcmccme2918241001511 (3) 弱过压状态效率最大（但输出功率下降）弱过压状态
41、效率最大（但输出功率下降）,可略微可略微Re,或或VCC,VBB %.PPDoc74358156 W.PVIPIVPPPOCCcmOcCCoDC22156232021800 W.VIVIPcmcmcmco156215410022211 V A ,V.ICCcm1802 2.5 2.5 丙类高频谐振放大器工作状态分析丙类高频谐振放大器工作状态分析o课后思考题：已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输出功率法所得到的输出功率Po o是否相同？为什么？是否相同？
42、为什么？一个丙类谐振功放，设计工作在临界状态，若发一个丙类谐振功放，设计工作在临界状态，若发现实际电路的现实际电路的PO和和 c均未达到设计要求，应如何均未达到设计要求，应如何调整？调整？2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o直流馈电电路直流馈电电路高频功放的输入回路和输出回路应分别加上合适的直流偏压集电极馈电线路v集电极电流iC中的直流分量IC0只流过集电极直流电源EC(即：对直流而言，VCC应直接加至晶体管c、e两端)，以便直流电源提供的直流功率全部交给晶体管；v谐振回路两端仅有基波分量压降(即：对基波而言，回路应直接接到晶体c ,e两端)，以便把变换后的交流功率传
43、送给回路负载；v外电路对高次谐波分量icn呈现短路，以免产生附加损耗。基极偏置电路2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路ECic1CL(b)icn(c)(a)ECIC0集电极馈电线路组成原则说明 (a)直流通路；(b)基波通路；(c)高次谐波通路 VCC基极馈电线路组成原则说明 (a)直流通路；(b)基波通路(a)EBIB0ubib1(b)VBB2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路串馈（Series Supply）:直流电源，滤波匹配网络和功率管在电路上形式为串接方式。并馈（Parallel Supply):直
44、流电源，滤波匹配网络和功率管在电路上形式为并接方式。但无论哪种电路形式, 直流偏压与交流电压总是串联迭加的2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路串馈在信号频率上，高频扼流圈LC感抗很大，近似开路。旁路电容CC容抗很小，接近短路。并为高次谐波提供短路通道,阻止其流过直流电源, 以免高次谐波影响直流电源的稳压性能。o并馈在信号频率上，CC1(隔直电容)，CC2 (旁路电容)容抗很小，接近短路。LC感抗很大。接近开路。2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o基极馈电线路基极馈电线路对于丙类谐振功放对于丙类谐振功放, ,
45、 通常采用通常采用自给偏压自给偏压方式形成负偏压方式形成负偏压常用的偏置电路在无输入信号时, 自给偏压电路的偏置为零。 随着输入信号的逐渐增大, 晶体管的偏置电压向负值方向增大。由此可见, 乙类功放不能采用自给偏压方式。基极组合偏压基极自偏置零偏压(自偏压)发射极自偏压2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o例：例：改正下图所示线路中的错误，不得改变馈电形式，改正下图所示线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。重新画出正确的线路。解解分析：这是一个两级功放，分析时可以一级一级地考虑，且分析：这是一个两级功放，分析时可以一级一级地考虑，且要分别考虑输入回路，输出
46、回路是否满足要分别考虑输入回路，输出回路是否满足交流要有交流通路交流要有交流通路 直流要有直流通路直流要有直流通路，而且，而且交流不能流过直流电源交流不能流过直流电源的原则。的原则。2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路第一级放大器的基极回路：输入的交流信号将流过直流电源，应第一级放大器的基极回路：输入的交流信号将流过直流电源，应加扼流圈和滤波电容加扼流圈和滤波电容CB2；直流电源直流电源VBB被输入互感耦合回路的电感被输入互感耦合回路的电感短路，应加隔直电容短路，应加隔直电容CB1。第一级放大器的集电极回路：输出的交流将流过直流电源第一级放大器的集电极回路：输出的交流将
47、流过直流电源VCC，应加扼流圈应加扼流圈LC1；加上扼流圈后，交流没有道路，故还应增加一旁加上扼流圈后，交流没有道路，故还应增加一旁路电容路电容CC1。2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路第二级放大器的基极回路：没有第二级放大器的基极回路：没有直流道路，加一扼流圈直流道路，加一扼流圈LB2 第二级放大器的集电极回路：输出的交第二级放大器的集电极回路：输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈流将流过直流电源，应加扼流圈LC2及及滤波电容滤波电容CC2；此时，直流电源将被输此时，直流电源将被输出回路的电感短路，加隔直电容出回路的电感短路，加隔直电容CC3.2.5 2.5 丙类高
48、频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o输出匹配网络输出匹配网络功能：v变换负载阻抗 将RL变换为放大器所要求的负载Rev选频滤波v高的传输效率并联谐振回路匹配电路-前级、中间级放大器滤波器型匹配网络v甚高频和大功率输出级vLC变换网络-调谐、阻抗匹配 1 oLkPP2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路串并联转换串并联转换PXPRSXSR)1 (2QRRSPSPXQX)11 (2PPSSXRRXQ2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路oL型匹配网络：两个异性电抗支路连接成型匹配网络：两个异
49、性电抗支路连接成“L L”型型结构网络。结构网络。目的：将RLRe 适用:LeRR LLeRQR)1 (21RR:QLeL得,LLSRQXLePQRX2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路目的：将RLRe适用:eLRR 由由21LLeQRR得得1 eLLRRQeLSRQX ,LLPQRX2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o例：例： 高频功放工作于临界状态，已知V, 20CCV W,1oP工作频率试求L型匹配网络的元件数值。, 50 LR, 0.95, MHz 10of解解L型匹配网络如右图所示：V 192095. 0CCcmVVLocmeRPVR
50、 5 .18012192222.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路62. 11505 .1801LeLRRQ 815062. 1LLSRQXH 29. 1 oSSXL 86.11162. 15 .108LePQRXpf3142X1CoPP .2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路oT型和型和 型型匹配网络匹配网络由三条电抗支路，其中两条为同性电抗，另一条为异性电抗，构成或T型结构2.5 2.5 丙类高频谐振放大器电路丙类高频谐振放大器电路o 例：例：设谐振功率放大器的输出功率Po=2W , 集电极电源电压VCC=24V , 功放管的饱和压降VCES=
