1、第3章 高频谐振放大器1 3、高频小信号放大器的主要要求、高频小信号放大器的主要要求 (1)高增益，即要求放大器的放大量要高。一般可达高增益，即要求放大器的放大量要高。一般可达80100dB；(2)频率选择性要好；频率选择性要好；(3)工作稳定可靠。工作稳定可靠。二、二、高频小信号谐振放大器的工作原理 图图3-1(a)是一典型的高频小信号谐振放大器的实际线路。是一典型的高频小信号谐振放大器的实际线路。其中：其中：Cb、Ce为高频旁路电容；为高频旁路电容；Rb1、Rb2、Re为偏置电阻。为偏置电阻。图图3-1(b)为其交流等效电路，为其交流等效电路，有抽头的谐振回路有抽头的谐振回路为放大器的为放
2、大器的负载，完成负载，完成阻抗匹配和选频功能阻抗匹配和选频功能。放大器。放大器工作在甲工作在甲(A)类状类状态态。第3章 高频谐振放大器2RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5RL2LC5V(b)431 图 3-1 高频小信号谐振放大器(a)实际线路;(b)交流等效电路 第3章 高频谐振放大器3二、放大器性能分析 1晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路 要分析和说明高频调谐放大器的性能，首先必须考虑晶体要分析和说明高频调谐放大器的性能，首先必须考虑晶体管在高频时的等效电路。图管在高频时的等效电路。图3-2(a)是晶体管在高频运用时的是晶体管在高频运用时的混混等效电路等效电路,它
3、它反映了晶体管中的物理过程反映了晶体管中的物理过程,也是分析晶体也是分析晶体管高频时的基本等效电路。管高频时的基本等效电路。rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C图 3-2 晶体三极管等效电路混等效电路第3章 高频谐振放大器4 直接使用晶体管的混直接使用晶体管的混等效电路分析放大器的性能很等效电路分析放大器的性能很不方便，通常在不方便，通常在低频时采用低频时采用h参数等效电路参数等效电路，而在，而在高频时，高频时，一般采用一般采用Y参数等效电路参数等效电路。晶体管的。晶体管的Y参数等效电路如图参数等效电路如图3-2(b)所示。所示。Ube.Yoebece(b)YieYreUce.
4、YfeUbeUce.图 3-2 晶体三极管等效电路 Y参数等效电路第3章 高频谐振放大器5其中：其中：Yie输出端交流短路时的输出端交流短路时的输入导纳输入导纳 Yoe输入端交流短路时的输入端交流短路时的输出导纳输出导纳 Yfe输出端交流短路时的输出端交流短路时的正向传输导纳正向传输导纳 Yre输入端交流短路时的输入端交流短路时的反向传输导纳反向传输导纳第3章 高频谐振放大器6 在忽略在忽略rbe及满足及满足CC的条件下的条件下,Y参数与混参数与混参数之间参数之间的关系为的关系为：bburebbmfebbmbboebbierCjCjYrCjgYrCjgrCjCjYrCjCjY1111(3-1)
5、(3-2)(3-3)(3-4)第3章 高频谐振放大器7特别说明特别说明：(1)Y参数不仅与晶体管的静态工作点有关，而且与工作参数不仅与晶体管的静态工作点有关，而且与工作频率有关，不过当放大器工作在窄带时，频率有关，不过当放大器工作在窄带时，Y参数变化不大，参数变化不大，可近似看作常数；可近似看作常数；(2)在以后如没有特别说明，高频小信号放大器都是工作在以后如没有特别说明，高频小信号放大器都是工作在窄带，晶体管一律用在窄带，晶体管一律用Y参数等效。参数等效。由图由图3-2可以得到晶体管可以得到晶体管Y参数等效电路的参数等效电路的Y参数方程参数方程为：为：coebfeccrebiebUYUYIU
6、YUYI(3-5a)(3-5b)Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.第3章 高频谐振放大器8 2 放大器的性能参数放大器的性能参数 根据图3-1可以画出其高频等效电路如图3-3所示。忽略忽略管子内部的反馈管子内部的反馈,即令即令Yre=0,由图由图3-3可得：可得：cLcbSSbUYIUYII(3-6a)ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.图 3-3 图3-1高频小信号放大器的高频等效电路(3-6b)第3章 高频谐振放大器9(3)输出导纳输出导纳YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0(3-9)利用式(3-6)和晶
7、体管的Y参数方程(3-5)式，联立可求出放大器的相关参数。(1)电压放大倍数电压放大倍数K(2)输入导纳输入导纳Yi (3-7)(3-8)fecoeLbYUKYYU ferebiieoeLbY YIYYYYU第3章 高频谐振放大器10四、四、高频谐振放大器的稳定性 1放大器的稳定性放大器的稳定性 (1)稳定性的引入稳定性的引入：前面分析了高频小信号放大器的性能，：前面分析了高频小信号放大器的性能，但由于晶体管内部存在集基间电容但由于晶体管内部存在集基间电容Cbc的反馈，或者通过的反馈，或者通过Y参数参数的反向传输导纳的反向传输导纳Yre的反馈，使放大器存在不稳定的问题。的反馈，使放大器存在不稳
8、定的问题。(4)通频带通频带B 0.707与矩形系数与矩形系数K 0.1 由于图3-1为一单调谐放大器，通频带B 0.707为：LoQfB707.0(3-10)其矩形系数B 0.1仍为9.95。第3章 高频谐振放大器11 (2)定性分析定性分析 下面分析由于反向传输导纳下面分析由于反向传输导纳Yre的反馈引起的不稳定。的反馈引起的不稳定。假设：假设：反向传输导纳反向传输导纳Yre引入的输入导纳引入的输入导纳,记为记为Yir。忽略。忽略Rbb的的影响影响,则由式则由式(3-3)、(3-4)有：有：femYg考虑谐振频率考虑谐振频率0附近情况附近情况,有：有：reuYj C recirbY UY
9、UccpfebpUI ZY U Z其中其中Zp为有载时并联谐振回路阻抗为有载时并联谐振回路阻抗,根据第二章根据第二章(2-9)式，设式，设回路有载谐振阻抗为回路有载谐振阻抗为RL=1/GL，有：，有：(3-11a)(3-11b)(3-11c)(3-11d)bburebbmfebbmbboebbierCjCjYrCjgYrCjgrCjCjYrCjCjY1111第3章 高频谐振放大器120000(12)(12)umumirLLLLjC gC gYjGj QGj Q 并将并将Yoe归入谐振回路负载中，归入谐振回路负载中，则谐振回路总导纳谐振回路总导纳为：由上述式(3-11a)(3-11d)可得：00
10、112(12)LpLLLRZj QGj Q01(12)oeLLLpYYGj QZrefebprecirrefepbbY Y U ZY UYY Y ZUU故(3-11)第3章 高频谐振放大器13由上式可得上式可得：(1)当当回路谐振时回路谐振时，Yir为一电容为一电容（由反向传输导纳引入的输入（由反向传输导纳引入的输入导纳）；导纳）；(2)当当 0时，时，Yir的电导为正，是负反馈的电导为正，是负反馈。(3)当当 RLCR，故选择L-II型。假设多级单调谐放大器的谐振频率相同,均为信号的中心频率，且各级放大器的电压放大倍数分别为K01、K02、K0n,则总的电压放大倍数为：L2是为抵消天线的容抗
11、而设立的晶体管工作于高频时,实验发现其饱和压降随频率提高而加大。图3-1(a)是一典型的高频小信号谐振放大器的实际线路。2基极馈电线路在高频功放中，其动特性一般不是直线。图3-1(a)是一典型的高频小信号谐振放大器的实际线路。图3-9示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。图3-45是反相功率合成器的原理线路。17V1V2YSYLYi YieYo YobYfbYrbYib 图 3-6 共发共基电路（2）失配法）失配法 失配法失配法是通过是通过增大放大器的负载导纳，使输出电路失配，增大放大器的负载导纳，使输出电路失配，以降低输出电压，从而减少对输入端的影响以降低输出电压，从而减少对输入端
12、的影响。因此失配法是用。因此失配法是用牺牲电路增益来换取电路的稳定牺牲电路增益来换取电路的稳定。共发。共发共基电路是典型的失共基电路是典型的失配法应用。配法应用。第3章 高频谐振放大器18DR3R1R4R2G2G1S EcuoCSRSV 图 3-7 双栅场效应管调谐放大器 第3章 高频谐振放大器19（3）减少放大器的电磁耦合）减少放大器的电磁耦合 前面讨论放大器的稳定性，是从放大器内部来看的，实前面讨论放大器的稳定性，是从放大器内部来看的，实际上还应考虑由于际上还应考虑由于外部原因外部原因造成的不稳定，而电磁耦合是引造成的不稳定，而电磁耦合是引起外部寄生反馈的主要因素，因此抑制和减少电磁耦合是
13、提起外部寄生反馈的主要因素，因此抑制和减少电磁耦合是提高放大器稳定性的重要途径。高放大器稳定性的重要途径。放大器中的放大器中的电磁耦合途径主要电磁耦合途径主要有：有：A、电容性耦合；、电容性耦合；B、电感性耦合；、电感性耦合；C、公共电阻耦合；、公共电阻耦合；D、辐射耦合、辐射耦合第3章 高频谐振放大器20五、五、多级谐振放大器 1多级单调谐放大器多级单调谐放大器 假设多级单调谐放大器的假设多级单调谐放大器的谐振频率相同谐振频率相同,均为信号的中心均为信号的中心频率，且各级放大器的电压放大倍数分别为频率，且各级放大器的电压放大倍数分别为K01、K02、K0n,则总的则总的电压放大倍数电压放大倍
14、数为：为：nKKKK002010 (3-13)211a(3-14)2/2)1(nna(3-15)由第二章可知，由第二章可知，单调谐放大器的归一化频率特性单调谐放大器的归一化频率特性为：为：则有则有n回路的回路的多级单调谐放大器的归一化频率特性多级单调谐放大器的归一化频率特性为：为：第3章 高频谐振放大器212.多级双调谐放大器多级双调谐放大器 表32 多级双调谐放大器的带宽和矩形系数2/4)41(nna(3-16)第3章 高频谐振放大器223.参差调谐放大器参差调谐放大器 参差调谐的概念参差调谐的概念：图图3-8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调谐是采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调
15、谐放大器的频率特性。放大器的频率特性。图图3-9示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。电路。第3章 高频谐振放大器23第3章 高频谐振放大器24C2C1AGCG2G1DVSEcC3 图 3-9电视机高频放大器的简化电路 第3章 高频谐振放大器25六、六、高频集成放大器 1、高频集成放大器的分类、高频集成放大器的分类 高频集成放大器高频集成放大器分为以下两类分为以下两类:(1)一种一种是非选频的高频集成放大器是非选频的高频集成放大器,主要用于某些不主要用于某些不需要选频功能的设备中需要选频功能的设备中,通常以电阻或宽带高频变压器作通常以电阻或宽
16、带高频变压器作负载；负载；(2)另一种是选频放大器另一种是选频放大器,用于需要有选频功能的场合用于需要有选频功能的场合,如接收机的中放就是它的典型应用。如接收机的中放就是它的典型应用。通常为了满足高增益放大器的选频要求，集成选频通常为了满足高增益放大器的选频要求，集成选频放大器一般采用集中滤波器作为选频电路。放大器一般采用集中滤波器作为选频电路。第3章 高频谐振放大器26 2、高频集成放大器与集中滤波器的接法、高频集成放大器与集中滤波器的接法 (1)集中选频滤波器集中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面接于宽带集成放大器的后面 在图在图3-10(a)中中,集中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面，
17、集中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面，这是一种常见接法。这是一种常见接法。该接法需注意的问题为该接法需注意的问题为：集成放大器与集中滤波器之间的：集成放大器与集中滤波器之间的阻抗阻抗匹配问题匹配问题，这包括，这包括两重含义两重含义：其一其一是从放大器输出上看，阻抗匹配表是从放大器输出上看，阻抗匹配表示放大器有较大的功率增益示放大器有较大的功率增益；其二其二是从滤波器的输入端看，要求信号是从滤波器的输入端看，要求信号源的阻抗与滤波器的输入阻抗，方能得到预期得频率特性。源的阻抗与滤波器的输入阻抗，方能得到预期得频率特性。第3章 高频谐振放大器图 3-9电视机高频放大器的简化电路(2)频率选择性要
18、好；利用这个特性可以指示放大器是否调谐。下面根据其动特性分析这三种的特点。例3-1 （见教材P80)L2是为抵消天线的容抗而设立的高频功放的振幅特性的特点：图3-38(a)是工作频率为50 MHz的晶体管谐振功率放大电路,它向50 外接负载提供25W功率,功率增益达7 dB。直流馈电线路包括集电极馈电线路和基极馈电线路。(3-49)Yre输入端交流短路时的反向传输导纳四、高频功放的外部特性高频功放的外特性：是指放大器的性能随放大器的外部参数变化的规律。式中 称为波形系数，称为集电极电压利用系数。功放的集电极电流为顶部凹陷的余弦脉冲；集电极损耗功率为少数载流子的注入和扩散是晶体管能够放大的基础。
19、图 3-26 基极馈电线路的几种形式负载上的基波电压UL等于uce2方波脉冲中的基波27(a)(b)前 置放大器集 中滤波器宽 带放大器宽 带放大器集 中滤波器图3-10 集中选频放大器组成框图(2)集中选频滤波器集中选频滤波器接于宽带集成放大器的前面接于宽带集成放大器的前面 图图3-10(b)是集中选频滤波器接于宽带集成放大器的前是集中选频滤波器接于宽带集成放大器的前面的一种接法。面的一种接法。第3章 高频谐振放大器28 图图 3-11示出了示出了Mini Circuits公司生产的一集成放大器公司生产的一集成放大器MRA8的应用电路，的应用电路，MRA8是硅单片放大器是硅单片放大器,其主要
20、指标其主要指标见表见表3-3。A2C2L1L2A1C1MRA8ui5050uoC3R1R2220 14W220 14W15MRA8C4图 3-11 集成选频放大器应用举例 第3章 高频谐振放大器29第3章 高频谐振放大器303.2 高频功率放大器的原理和特性 高频功率放大器的高频功率放大器的主要功能主要功能是是放大高频信号放大高频信号,并且并且以以高效输出大功率为目的高效输出大功率为目的,它它主要应用于各种无线电发射机主要应用于各种无线电发射机中。中。一、高频功率放大器概述一、高频功率放大器概述 1、高频功放管的类型、高频功放管的类型 电子管电子管：主要：主要用于输出功率在几百瓦以上用于输出功
21、率在几百瓦以上的场合；的场合；高频大功率高频大功率晶体管晶体管和和场效应管场效应管：主要用于输出功率：主要用于输出功率在在几百瓦以下几百瓦以下的场合。的场合。第3章 高频谐振放大器31 2、功率放大器工作状态功率放大器工作状态 A(甲甲)类：其理想效率为类：其理想效率为50%；B(乙乙)类：其理想效率为类：其理想效率为78.5%；AB(甲乙甲乙)类：其理想效率为类：其理想效率为50%78.5%；C(丙丙)类类：高频非线性功率放大器：高频非线性功率放大器 E 类类：开关型高频功率放大器：开关型高频功率放大器 S类类：开关型高频功率放大器：开关型高频功率放大器 其中：其中：A类、类、B类和类和AB
22、类主要用于低频功率放大器类主要用于低频功率放大器，而，而C类、类、E类和类和S类一般只用于高频功率放大器类一般只用于高频功率放大器。第3章 高频谐振放大器32 3、高频功率放大器的特点、高频功率放大器的特点 我们知道我们知道低频功率放大器低频功率放大器的工作频率低，的工作频率低，相对频带宽相对频带宽度很大度很大；如一般工作在；如一般工作在2020000Hz，高端频率与低端频率，高端频率与低端频率相差相差1000倍。倍。对于对于高频功率放大器高频功率放大器：工作频率高，相对频带宽度很工作频率高，相对频带宽度很小小；例如调幅广播的带宽为；例如调幅广播的带宽为9kHz，若中心频率取，若中心频率取90
23、0kHz，则相对频带宽度仅为则相对频带宽度仅为1。因此高频功率放大器为了达到对。因此高频功率放大器为了达到对选择性（频带）的要求，选择性（频带）的要求，一般采用调谐放大器一般采用调谐放大器。由于高频功放要求高频工作、高效率，因而由于高频功放要求高频工作、高效率，因而工作在高工作在高频状态和大信号非线性状态是其主要特点频状态和大信号非线性状态是其主要特点。第3章 高频谐振放大器33二、工作原理 图图3-12是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路,除除电源和偏置电路外电源和偏置电路外,它是由它是由晶体管晶体管、谐振回路谐振回路和和输入回路输入回路三部分
24、三部分组成的。其中：组成的。其中：晶体管晶体管：常采用：常采用NPN高频大功率晶体管，其特征频率高频大功率晶体管，其特征频率fT高高。静态工作状态静态工作状态：一般在：一般在C类，即基极偏置为负值；类，即基极偏置为负值；输入信号输入信号：输入信号为大信号，可达：输入信号为大信号，可达12V，甚至更大。，甚至更大。工作状态工作状态：晶体管工作在截止和导通：晶体管工作在截止和导通(线性放大线性放大)两种状态，两种状态，基极电流和集电极电流均为高频脉冲电流。基极电流和集电极电流均为高频脉冲电流。放大器的负载放大器的负载：用带抽头的：用带抽头的LC并联谐振回路作负载，可以并联谐振回路作负载，可以起到选
25、频和阻抗变换两方面的作用。起到选频和阻抗变换两方面的作用。第3章 高频谐振放大器34ucCRLuceubeubEbEcu()ibicV图 3-12 晶体管高频功率放大器的原理线路 BBUCCU第3章 高频谐振放大器35 1电流、电压波形 设输入信号为 coscosbbbeBBbuUtuUUt则由图3-12得基极回路电压为：(3-17)周期性脉冲可以分解成直流、周期性脉冲可以分解成直流、基波基波(信号频率分量信号频率分量)和各次谐波分量和各次谐波分量,即：tnItIIicnccoccoscos1(3-18)式中第3章 高频谐振放大器36)1()()coscos1)(1(cossin2cossin
26、2)()cos1(cossin)()cos1(cossinmax2max1maxmax10maxmaxnainnnnniIaiiIaiiIncccncccccco(3-19b)(3-19a)(3-19c)第3章 高频谐振放大器放大器工作在甲(A)类状态。当 0时，Yir的电导为正，是负反馈。图 3-26 基极馈电线路的几种形式5 高频功放、功率合成与射频模块放大器根据（3-33b）式，回路的品质因素为：(a)原理电路;(b)某收音机实际电路说明：利用高频功放的调制特性可以实现调幅，不过要求选择输出高频信号振幅UC与直流电压（UCC或 UBB）成线性关系或近似线性关系的工作区域。高频功放的振幅特
27、性：是指只改变激励信号振幅Ub时,放大器的电流、电压、功率及效率的变化特性。（并联和推挽满足此条件）。精品课件，你值得拥有！当 时,由于流过负载的电流只有原来的一半,的电流加倍,故负载上得到的功率是两管输出功率之例3-3 试设计一L型匹配网络作为功放的输出电路。保证功放工作在这一状态所需的集电极负载电阻RL称为临界电阻或最佳负载电阻，一般用RLcr表示。渡越时间的概念：将少数载流子由基区扩散到达集电极所需要的时间，称为载流子的渡越时间。C、公共电阻耦合；优点：Ucc、LB、CB处于高频地电位，使得回路不容易受分布参数影响。图 3-48 一个模块式射频部件的微带线电路板（3）减少放大器的电磁耦合
28、图 3-6 共发共基电路37第3章 高频谐振放大器38其中其中称为导通角称为导通角，0()、1()、n()分别称为余弦脉冲的分别称为余弦脉冲的直流、直流、基波、基波、n次谐波的分解系数次谐波的分解系数,数值见附录。数值见附录。由图由图3-12可以看出，可以看出，放大器的负载为并联谐振回路，当放大器的负载为并联谐振回路，当谐振频率谐振频率0等于激励信号频率等于激励信号频率时，回路对时，回路对频率呈现一频率呈现一大谐振电阻大谐振电阻RL，因此式，因此式(3-18)中基波分量在回路上产生电压，中基波分量在回路上产生电压，而对远离而对远离的直流和谐波分量的直流和谐波分量22、33等呈现很小的阻抗，等呈
29、现很小的阻抗，因而这些频率成分的输出很小，几乎为零，可以忽略。故回因而这些频率成分的输出很小，几乎为零，可以忽略。故回路输出电压为路输出电压为：1coscosoccLcuuI RtUtcosCEccocccuUuUUt(3-20)(3-20)(3-21)(3-21)晶体管的晶体管的集电极电压集电极电压为：为：第3章 高频谐振放大器39第3章 高频谐振放大器40 图图3-14给出了放大器各点信号的波形图。给出了放大器各点信号的波形图。由图可以看出，当集电极回路调谐时，由图可以看出，当集电极回路调谐时，Ubemax、ICmax、UCEmin是同一时刻出现的，导通角是同一时刻出现的，导通角越小，越小
30、，i iC越集中在越集中在UCEmin附近，故耗损越小，效率越高。附近，故耗损越小，效率越高。另外，我们也可根据集电极电流的导通角来划分功放另外，我们也可根据集电极电流的导通角来划分功放的工作类型：的工作类型：当当180180o o时时，为，为A类；类；当当90o o 180180o o时时，为，为AB类；类；当当90 RLCR，故选择L-II型。(1)在欠压区：Ic0、Ic1、Uc随Ub的增加而增加，但并不一定为线性关系，而在放大振幅变化的高频信号(如调幅信号)时，通常要求输出的高频信号振幅与输入激励信号的振幅成线性关系，这只有在B(乙)类状态才能得到。(3-46)则有n回路的多级单调谐放大
31、器的归一化频率特性为：高频集成放大器分为以下两类:集电极回路两端的高频电压有效值为结构：晶体管、电源、谐振回路三者是串联连接的,故称为串联馈电线路。图 3-18(b)是根据图3-18(a)而得到的功率、效率曲线。包括基极调制特性和集电极调制特性。对于L-I型网络(负载电阻Rp与并联电抗器件Xp并联，如图3-30a所示)，求出：1、构成放大器输出到输入的反馈支路，造成放大器不稳定；3、高频功率放大器的特点(1)Y参数不仅与晶体管的静态工作点有关，而且与工作频率有关，不过当放大器工作在窄带时，Y参数变化不大，可近似看作常数；2 高频功率放大器的原理和特性A、直流能量能有效地加到功放管的集电极和发射
32、极之间，而不能再有其他耗损；47和 逐点(以t为变量)由uBE、uCE从晶体管输出特性上找出iC，并连成线即为动特性。当晶体管的特性用折线近似时的作法当晶体管的特性用折线近似时的作法为：见为：见P79 如图如图(3-16)所示。所示。2高频功放的工作状态高频功放的工作状态 高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入饱和区高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入饱和区可以分为可以分为欠压欠压、临界临界和和过压三种状态过压三种状态。下面根据其动特性。下面根据其动特性分析这三种的特点。分析这三种的特点。(1)欠压状态欠压状态：是指功放的最高工作状态还未进入饱和区：是指功放的最高工作状态还未进入饱和区的
33、状态，即动特性的的状态，即动特性的A点未进入饱和区的工作状态。点未进入饱和区的工作状态。cosCECCoCCcuUuUUt动特性的具体作法动特性的具体作法：根据cosBEBBbBBbuUuUUt第3章 高频谐振放大器48第3章 高频谐振放大器49 欠压状态功放的特点欠压状态功放的特点：功放的工作点只在截止区和线性功放的工作点只在截止区和线性放大区内变化；功放的集电极电流为余弦脉冲；功放的效率放大区内变化；功放的集电极电流为余弦脉冲；功放的效率将随着将随着Uc的增大而增加，在这种状态下，集电极电压利用不的增大而增加，在这种状态下，集电极电压利用不充分；有充分；有UCEmin uCES。(2)过压
34、状态过压状态：当功放的激励足够大时，功放的最高工作功放的最高工作状态将进入饱和区，即动特性的状态将进入饱和区，即动特性的A点在饱和区的工作状态，点在饱和区的工作状态，称为过压状态。如图称为过压状态。如图(3-17)所示。所示。过压状态功放的特点过压状态功放的特点：功放的工作点将在截止区、线性功放的工作点将在截止区、线性放大区和饱和区三个区内变化；功放的集电极电流为顶部凹放大区和饱和区三个区内变化；功放的集电极电流为顶部凹陷的余弦脉冲；功放的效率将随着陷的余弦脉冲；功放的效率将随着Uc的进一步增大而降低，的进一步增大而降低，在这种状态下，由于导通角过大导致波形系数较小；有在这种状态下，由于导通角
35、过大导致波形系数较小；有UCEmin R RLCRLCR，故选择L-II型。且串联支路用电感，并联支路用电容。根据（3-33b）式，回路的品质因素为：其它见教材。213LCRRQR 第3章 高频谐振放大器(2)频率选择性要好；下面分析由于反向传输导纳Yre的反馈引起的不稳定。式中 称为波形系数，称为集电极电压利用系数。功放的集电极电流为余弦脉冲；所以两管的直流电压和负载电流分别为:高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入饱和区可以分为欠压、临界和过压三种状态。由3dB耦合器原理可知,当两晶体管输入电阻相等为此，在基极调制中，应工作在欠压状态；2 放大器的性能参数提高波形系数，由于与 有关。图
36、3-27几种常见的LC匹配图3-9示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。利用式(3-6)和晶体管的Y参数方程(3-5)式，联立可求出放大器的相关参数。5 MHz,输出功率100 W。设其基波电流振幅为I b1,且与ub同相(忽略实际存在的容性电流),则激励功率为：图3-9示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。A、直流能量能有效地加到功放管的集电极和发射极之间，而不能再有其他耗损；在图3-10(a)中,集中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面，这是一种常见接法。提高放大器稳定性的方法图3-25是集电极馈电线路的两种形式:串联馈电线路和并联馈电线路。77 图图3-29是一超短波输
37、出放大器的实际电路是一超短波输出放大器的实际电路,它工作它工作于固定频率。于固定频率。3DA21CCbVC1L1L2C222.5 V图 3-29 一超短波输出放大器的实际电路 L2是为抵消天线的容抗而设立的C1、C2、L2构成型匹配网络第3章 高频谐振放大器78 2耦合回路耦合回路 图图3-30是一短波发射机的输出放大器，是一短波发射机的输出放大器，它采用它采用互感耦互感耦合回路作输出电路合回路作输出电路,多波段工作。（多波段工作。（简单分析教材图简单分析教材图3-34)V1CbC1L1L2C2KL324 VM 图3-33 短波输出放大器的实际线路1:4传输线变压器第3章 高频谐振放大器79三
38、、高频功放的推挽连接线路三、高频功放的推挽连接线路 在高频功放中，不论是输出级还是中间级，有时会在高频功放中，不论是输出级还是中间级，有时会用到推挽连接线路用到推挽连接线路，其，其主要目的主要目的是为了是为了提高输出功率提高输出功率，工作原理与低频功放类似工作原理与低频功放类似。此处不再祥述。此处不再祥述。第3章 高频谐振放大器80四、高频功放的实际线路举例四、高频功放的实际线路举例 图图3-38(a)是是工作频率为工作频率为50 MHz的晶体管谐振功率放的晶体管谐振功率放大电路大电路,它向它向50 外接负载提供外接负载提供25W功率功率,功率增益达功率增益达7 dB。VL2Ec13.5 VL
39、bC1C214150pF50 90400 pFL1L332250 pF32250 pFC3C450(a)第3章 高频谐振放大器81C5VR1100k50 530 pFL1533pF15 pFC4R2110 kEGEDC615 pFL3C8C7533 pF533 pF50(b)C1C2C3L2 图 3-38 高频功放实际线路(a)50 MHz谐振功放电路;(b)175 MHz谐振功放电路第3章 高频谐振放大器82 3.5 高频功放、功率合成与射频高频功放、功率合成与射频模块放大器模块放大器 一、一、D类高频功率放大器 1.电流开关型电流开关型D类放大器类放大器 图图3-39是是电流开关型电流开关
40、型D类放大器类放大器的原理线路和波形图，的原理线路和波形图，线路通过高频变压器线路通过高频变压器T1,使晶体管使晶体管V1、V2获得反向的方获得反向的方波激励电压。波激励电压。第3章 高频谐振放大器83ccescesmcescesmEuuUtdutuU)(2cos)(122 由此可得)()(2)(2cesccesmmcescescmuEuUUuuEU 集电极回路两端的高频电压有效值为集电极回路两端的高频电压峰值为 (3-46)(3-47)第3章 高频谐振放大器84CALRLT2ic1ic2V1V20T1ic1t0(b)ic2t0(c)uce1t0(d)ucesuce2t0(e)ucesuAt0
41、(f)UMUM uces 3/2 /2/2 3/2(a)Ec 图 3-39 电流开关型D类放大器 的线路和波形 UCC第3章 高频谐振放大器85 V1(V2)的集电极电流为振幅等于的集电极电流为振幅等于Ic0的矩形的矩形,它的基频它的基频分量振幅等于分量振幅等于(2/)Ic0。V1、V2的的ic1、ic2中的基频分量电中的基频分量电流在集电极回路阻抗流在集电极回路阻抗RL(考虑了负载考虑了负载RL的反射电阻的反射电阻)两端两端产生的基频电压振幅为：产生的基频电压振幅为：222212()()221()22cmcoLcmcocccesLLcmcccesLLUIRUIUuRRUPUuRR将式(3-3
42、5)代入式(3-37),得输出功率为输出功率为 输入功率为输入功率为(3-51)(3-50)(3-49)第3章 高频谐振放大器862020110()2()2100%100%cccocccescLccccescesLcccesccPU IUuERPPPUuuRUuPPU 集电极损耗功率为 (3-54)(3-53)(3-52)2电压开关型电压开关型D类放大器类放大器 图3-40为一互补电压开关型D类功放的线路及电流电压波形。两个同型(NPN)管串联,集电极加有恒定的直流电压Ec。第3章 高频谐振放大器87ic2iLL0C0RLV2uce2uce1V1T1Ec(a)ic1iLL0C0RLEcS(b)
43、uce2第3章 高频谐振放大器88uce2 tEc02iL t0ic1 t0ic1maxic2 t0(c)图 3-40 电压开关型D类功放的线路及波形 第3章 高频谐振放大器89 由图可见由图可见,因因ic1、ic2都是半波余弦脉冲都是半波余弦脉冲(=90),所以两管的直流电压和负载电流分别为所以两管的直流电压和负载电流分别为:max0maxmax11cccocccoccoiEIEPiIiI两管的直流输入功率为 负载上的基波电压UL等于uce2方波脉冲中的基波电压分量。对uce2分解可得第3章 高频谐振放大器90max0max022212sin1ccLLLLccLLLccLiEIURPPiEI
44、UPEttdEU负载上的功率为 可见 此时匹配的负载电阻为 (3-55)(3-56)第3章 高频谐振放大器91二、E类高频功率放大器类高频功率放大器 根据前面分析可知根据前面分析可知D类开关型高频功放总是由两个功放类开关型高频功放总是由两个功放管组成管组成，而，而E类开关型高频功放则是单管工作在开关状态类开关型高频功放则是单管工作在开关状态。E类高频功率放大器的电路如图类高频功率放大器的电路如图4-41所示。所示。其工作过程为（略）：其工作过程为（略）：第3章 高频谐振放大器92三、功率合成器 功率合成器功率合成器,就是就是采用多个高频晶体管采用多个高频晶体管,使它们产生使它们产生的高频功率在
45、一个公共负载上相加的高频功率在一个公共负载上相加。一个理想的功率合。一个理想的功率合成器应满足：成器应满足：(1)N个同类型的放大器，它们的输出振幅相等，个同类型的放大器，它们的输出振幅相等，N路功路功率合成器供给匹配负载上的总功率为单个放大器供给匹率合成器供给匹配负载上的总功率为单个放大器供给匹配负载上功率的配负载上功率的N倍。（并联和推挽满足此条件）。倍。（并联和推挽满足此条件）。(2)合成器的各单元放大电路彼此隔离，互不影响。合成器的各单元放大电路彼此隔离，互不影响。要满足上述条件，关键在于选择合适的混合电路。要满足上述条件，关键在于选择合适的混合电路。图图3-43是常用的一种功率合成器
46、组成方框图。是常用的一种功率合成器组成方框图。第3章 高频谐振放大器93基本单元信号源负载放大器混合电路 图 3-43功率合成器组成 第3章 高频谐振放大器94 由由3dB耦合器原理可知耦合器原理可知,当两晶体管输入电阻相等当两晶体管输入电阻相等 时时,则两管输入电压与耦合器输入电压相等则两管输入电压与耦合器输入电压相等 SBATBARRRRUUU42211 在晶体管的输出端,当两管正常工作时,两管输出相同的电压,即 且 ,但由于负载上的电流加倍,故负载上得到的功率是两管输出功率之和,即BAUULBAUUU112)2(21PIUPcAL第3章 高频谐振放大器95RTABRLRT1RAABRBU
47、1.RSES.(a)T1T2第3章 高频谐振放大器96RBEB.RAEA.UA.UA/2.UB 0.RLUA/2.(b)图 3-44 同相功率合成器(a)交流等效电路;(b)B信号源开路时的等效电路第3章 高频谐振放大器97 当当 时时,由于流过负载的电流只有原来的一半由于流过负载的电流只有原来的一半,功率减小为原来的功率减小为原来的1/4,而而A管输出的另一半功率正好消管输出的另一半功率正好消 耗在平衡电阻耗在平衡电阻RT上上,即有即有0AULTLPPPR412111 图3-45是反相功率合成器的原理线路。输入和输出端也各加有3 dB耦合器作分配和合并电路。图 3-46 是一反相功率合成器的
48、实际线路。它工作于1.5 MHz,输出功率100 W。第3章 高频谐振放大器98R1T2RTB A V1AT1RT1RES.BV2 图 3-45 反相功率合成器的原理线路 第3章 高频谐振放大器99R275 T8T7T5T6Ze18.5Zc18.5V13DA73DA736 VV2T1T2T3图 3-46 100 W反相功率合成器的实际线路第3章 高频谐振放大器100四、射频模块放大器四、射频模块放大器第3章 高频谐振放大器101 图图3-48是一个模块式射频部件的微带线电路板。是一个模块式射频部件的微带线电路板。它由它由A、B、C、D四个模块放大器级联组成。四个模块放大器级联组成。15 V控制
49、电压015 V跳线15 V限幅器电压输入15 V跳线15 V降压电阻器 级联电压输入24 V24 V直流和射频地信号输出24 VUFO输出输入15 VUFO输入输出UTL限幅器输入输出AUF025衰减器10个装配孔信号输入ABCD图 3-48 一个模块式射频部件的微带线电路板第3章 高频谐振放大器使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第3章 高频谐振放大器使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第3章 高频谐振放大器使
50、用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第3章 高频谐振放大器105图 3-49 射频模块第3章 高频谐振放大器106N2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV中和电容第3章 高频谐振放大器107第3章 高频谐振放大器108第3章 高频谐振放大器109和 逐点(以t为变量)由uBE、uCE从晶体管输出特性上找出iC，并连成线即为动特性。当晶体管的特性用折线近似时的作法当晶体管的特性用折线近似时的作法为：见为：见P79 如图如图(3-16)所示。所示。2高频功放的工作状态高频功放的工作状态 高频谐振功率
