通信电子线路第三章-第58节.pptx

1 并并馈馈电电路路中中由由于于有有C2 隔隔断断直直流流，谐谐振振回回路路处处于于直直流流地地电电位位上上，因因而而滤滤波波元元件可以直接接地。件可以直接接地。1.1.优缺点优缺点第1页/共51页2 但但高高频频扼扼流流圈圈ZL、隔隔直直电电容容C2又又都都处处在在高高频频电电压压下下，对对调调谐谐回回路路又又有有不不利利影影响响。特特别别是是馈馈电电支支路路与与谐谐振振回回路路并并联联，馈馈电电支支路路的的分分布布电电容容，将将使使放放大大器器c-e端总电容增大，限制了放大器在更高频段工作。端总电容增大，限制了放大器在更高频段工作。第2页/共51页3 串串馈馈电电路路中中，由由于于谐谐振振回回路路通通过过旁旁路路电电容容直直接接接接地地，所所以以馈馈电电支支路路的的分分布布参参数数不不会会影影响响谐谐振振回回路路的的工工作作频频率率。串串馈馈电电路路适适于于工工作作在在频频率率较较高高的的情情况况。缺缺点点是是谐谐振振回回路路处处于于直直流流高高电电位位上上，谐谐振振回回路路元元件件不不能能直直接接接接地地，调调谐谐时时外外部部参参数数影影响响较较大大，调调整整不不便。便。第3页/共51页4 由由于于丙丙类类放放大大器器电电流流脉脉冲冲中中的的各各次次谐谐波波分分量量，当当它它们们通通过过具具有有一一定定内内阻阻的的电电源源时时，会会在在电电源源两两端端叠叠加加高高频频电电压压，对对其其他他线线路路造造成成影影响响。所所以以，串串、并并馈馈电电路路中中都都有有高高频频扼扼流流圈圈和和旁旁路路电电容容。高高频频扼扼流流圈圈对对高高频频有有“扼扼制制”作作用用，而而旁旁路路电电容容对对高高频频有有短短路路作作用用。2.扼流圈和旁路电容的选取原则扼流圈和旁路电容的选取原则第4页/共51页5 扼流圈和旁路电容的选取原则：扼流圈和旁路电容的选取原则：扼流圈阻抗应比相应支路的阻抗扼流圈阻抗应比相应支路的阻抗大一个大一个数量级数量级（即大（即大1010倍），而旁路电容应比相应倍），而旁路电容应比相应支路阻抗支路阻抗小一个数量级小一个数量级。这样，就算有扼制。这样，就算有扼制和短路作用了。和短路作用了。第5页/共51页6 例例如如，串串馈馈电电路路集集电电极极电电路路旁旁路路电电容容C1的的电电抗抗可可按下式计算，即按下式计算，即 （3-36）式中式中Rc是输出回路的有载等效阻抗。是输出回路的有载等效阻抗。第6页/共51页7扼流圈扼流圈ZL的电抗应比的电抗应比 Rc 大，即大，即 （3-37）对对于于并并馈馈电电路路，隔隔直直电电容容C2 的的容容抗抗对对工工作作频频率应率应近似短路，即近似短路，即 （3-38）而扼流圈，则应为而扼流圈，则应为 （3-39）第7页/共51页8 以以上上各各经经验验公公式式的的系系数数主主要要为为不不同同使使用用条条件件而而设设的的。高高扼扼圈圈的的电电感感量量，原原则则上上是是大大一一些些好好，但但太太大大线线圈圈圈圈数数过过多多，分分布布电电容容增增大大，影影响响扼扼流流作作用用。因因此此当当工工作作频频率率较较高高时时，系系数数应应取取下下限限，即即5 51010为为宜宜，当当工工作作频频率率较较低低时时系系数数应应取取上上限限或更大一些如或更大一些如2020100100。第8页/共51页9二、自给偏压环节二、自给偏压环节 丙类放大器电路的电源丙类放大器电路的电源Eb，很少使用独立电源，而多采用射极或基极，很少使用独立电源，而多采用射极或基极电流的直流成分，通过一定数值的电阻而造成的压降作为放大器的自给偏压。电流的直流成分，通过一定数值的电阻而造成的压降作为放大器的自给偏压。这种方法叫这种方法叫自给偏压法自给偏压法。自给偏压自给偏压可分为可分为射极射极电流自给偏压和电流自给偏压和基极基极电流自给偏压。电流自给偏压。第9页/共51页10 射极电流自给偏压环节和基极电流自给偏射极电流自给偏压环节和基极电流自给偏压环节均可从以下压环节均可从以下5 5个方面进行分析个方面进行分析1)1)电路电路2 2）工作原理）工作原理3 3）参数选取）参数选取4 4）信号源有无直流通路）信号源有无直流通路高频扼流圈？高频扼流圈？高频扼流圈的作用是将射极偏压引向基高频扼流圈的作用是将射极偏压引向基极，同时也为基极直流提供通路。极，同时也为基极直流提供通路。5 5）使用）使用 第10页/共51页11 射极电流自给偏压环节射极电流自给偏压环节1）电路）电路第11页/共51页122 2）工作原理）工作原理 射极电流的直流成分射极电流的直流成分Ie0 通过偏置电阻通过偏置电阻Re 形成形成Ie0 Re ，其极性对晶体管是一个反偏压，其极性对晶体管是一个反偏压，偏压的大小可通过调节偏压的大小可通过调节Re来达到。如所需的偏来达到。如所需的偏压为压为Eb，则，则Eb 由下式确定，即由下式确定，即第12页/共51页133 3）参数选取）参数选取 Ce对交流旁路，为了保证偏压不随交流波对交流旁路，为了保证偏压不随交流波动，其放电时间常数应足够大，要求动，其放电时间常数应足够大，要求f 是放大是放大器的工作频率。器的工作频率。第13页/共51页144 4）信号源有无直流通路）信号源有无直流通路 如果信号源无直流通路，则应加一个高如果信号源无直流通路，则应加一个高频扼流圈频扼流圈ZL，ZL的作用是将射极偏压引向基的作用是将射极偏压引向基极，同时也为基极直流提供通路。极，同时也为基极直流提供通路。第14页/共51页155 5）使用）使用 欠压欠压 射流偏压环节对射流偏压环节对Ieo的变化起负反馈作用。的变化起负反馈作用。（相当于有效激励增（相当于有效激励增大）大）第15页/共51页16 基极电流自给偏压环节基极电流自给偏压环节1）电路）电路第16页/共51页172)2)工作原理工作原理 基极直流成分基极直流成分Ib0通过通过Rb造成的电压造成的电压Ib0 Rb，对基极是个反偏压。，对基极是个反偏压。调整调整Rb可以改变可以改变偏压的大小，故偏压的大小，故Eb 应根据所需的偏压来选取，即应根据所需的偏压来选取，即第17页/共51页183 3）参数选取）参数选取 为了减小电压为了减小电压Eb 随交流电流波动，随交流电流波动，Cb Rb的时的时间常数应满足间常数应满足第18页/共51页194）信号源有无直流通路）信号源有无直流通路 如果信号源无直流通路，则应加一个高频如果信号源无直流通路，则应加一个高频扼流圈扼流圈 ZL。第19页/共51页205）使用）使用过压过压 基流偏压环节对基流偏压环节对Ib0的变化起负反馈作用。的变化起负反馈作用。（相当于有效激励减小）（相当于有效激励减小）第20页/共51页21 为了使功率放大器具有最大的输出功率，除了正确设计晶体管的工作状态为了使功率放大器具有最大的输出功率，除了正确设计晶体管的工作状态外，还必须具有良好的输入、输出匹配电路。外，还必须具有良好的输入、输出匹配电路。输入匹配电路的作用输入匹配电路的作用是实现信号源是实现信号源输出阻抗与放大器输入阻抗之间的匹配，以期获得最大的激励功率。输出阻抗与放大器输入阻抗之间的匹配，以期获得最大的激励功率。输出匹配电输出匹配电路的作用路的作用是将负载是将负载RL变换为放大器所需的最佳负载电阻，以保证放大器输出功率变换为放大器所需的最佳负载电阻，以保证放大器输出功率最大。最大。三、输入、输出匹配网络三、输入、输出匹配网络第21页/共51页22 可以完成这两种作用的匹配电路形式有多种，但归纳起来有两种类型，即具可以完成这两种作用的匹配电路形式有多种，但归纳起来有两种类型，即具有有并联谐振回路并联谐振回路形式的匹配电路和具有形式的匹配电路和具有滤波器滤波器形式的匹配电路。前者多用于前级、形式的匹配电路。前者多用于前级、中间级放大器以及某些需要可调电路的输出级，后者多用于大功率、低阻抗宽带中间级放大器以及某些需要可调电路的输出级，后者多用于大功率、低阻抗宽带输出级，如无线电发射机多用此种电路。输出级，如无线电发射机多用此种电路。第22页/共51页23 图图3-173-17是一个具有单谐振的变压器耦合匹是一个具有单谐振的变压器耦合匹配电路，其中（配电路，其中（a a）为电路原理图。（）为电路原理图。（b b）是晶）是晶体管输出端的等效回路图。体管输出端的等效回路图。由于调谐功率放大器的晶体管工作在非线由于调谐功率放大器的晶体管工作在非线性状态，匹配的概念与线性电路完全不相同。性状态，匹配的概念与线性电路完全不相同。由于调谐功率放大器工作在临界状态输出功率由于调谐功率放大器工作在临界状态输出功率最大，效率也较高。因此，放大器最大，效率也较高。因此，放大器工作在临界工作在临界状态的等效电阻状态的等效电阻，就是放大器阻抗匹配所需的，就是放大器阻抗匹配所需的最佳负载电阻，以最佳负载电阻，以Rcp 表示。表示。并联谐振回路匹配电路并联谐振回路匹配电路第23页/共51页24图图3-17 3-17 单谐振变压器耦合匹配回路单谐振变压器耦合匹配回路第24页/共51页25（3-453-45）在实际电路中，如何达到集电极等效负载在实际电路中，如何达到集电极等效负载（3-463-46）（3-473-47）式中，式中，是槽路效率。是槽路效率。由得第25页/共51页26 在甚高频或大功率输出级，广泛利用在甚高频或大功率输出级，广泛利用L，C变换网络来实现调谐和阻抗匹配。这种变换网络来实现调谐和阻抗匹配。这种电路形式很多，就其结构来看，可概括为电路形式很多，就其结构来看，可概括为L型、型、T型、型、型三种类型。型三种类型。滤波器型匹配网络（了解）滤波器型匹配网络（了解）第26页/共51页27 RL是是负载电阻负载电阻，RS是是信号源输出电阻信号源输出电阻。当。当电路用作级间匹配网络时，电路用作级间匹配网络时，RL 是下一级放大器的是下一级放大器的输入电阻，输入电阻，RS是前一级放大器的输出电阻。当电是前一级放大器的输出电阻。当电路用在输入级或输出级时，路用在输入级或输出级时，RS、RL的具体含义视的具体含义视工作情况确定。工作情况确定。第27页/共51页28图图3-19 3-19 T 型电路及其变换型电路及其变换下面以下面以T 型匹配网络为例进行讲解。型匹配网络为例进行讲解。第28页/共51页29、以以RS和和RL以及以及QC2表示表示的的T 型网络元件参数型网络元件参数第29页/共51页30 从从xc1的计算式中知道，当的计算式中知道，当 时，时，xc1的解是一虚数，的解是一虚数，即无法选择合理的电容，使负载和信号源阻抗匹配。即无法选择合理的电容，使负载和信号源阻抗匹配。因此，因此，T型网络的工作条件为型网络的工作条件为（3-653-65）由式可知，只要满足上式要求，即可实由式可知，只要满足上式要求，即可实现网络匹配的条件。现网络匹配的条件。第30页/共51页313.6 3.6 功率晶体管的高频效应功率晶体管的高频效应 晶体管工作在高频时，性能变得非常复杂。晶体管工作在高频时，性能变得非常复杂。（一）晶体管的高频效应定性介绍（一）晶体管的高频效应定性介绍 1 1在低频情况下，认为共发射极晶体管电流在低频情况下，认为共发射极晶体管电流放放大倍数大倍数 是一个常数。当工作频率升高时，是一个常数。当工作频率升高时，将将随随f 升高而减小升高而减小；第31页/共51页322 2晶体管在低频工作时，总认为晶体管在低频工作时，总认为ic、ib是同时发是同时发生的，生的，ic仅仅在数值上比仅仅在数值上比ib大大 倍。但实际上，由倍。但实际上，由于于基区载流子渡越时间的影响，基区载流子渡越时间的影响，ic比比ib、ie滞后一个滞后一个相相角，幅值也比低频小的多角，幅值也比低频小的多。第32页/共51页33 图图3-23 3-23 高频工作时晶体管电压、电流波形高频工作时晶体管电压、电流波形第33页/共51页34图片版第34页/共51页35 3 3当工作频率增加时，由于晶体管集电区集肤效应的影响，使电流趋向半导当工作频率增加时，由于晶体管集电区集肤效应的影响，使电流趋向半导体材料的表面，减小了半导体材料的有效导电面积，使集电区欧姆体电阻大为增加，体材料的表面，减小了半导体材料的有效导电面积，使集电区欧姆体电阻大为增加，从而从而使饱和压降显著增加使饱和压降显著增加。第35页/共51页36（二）结论（二）结论 由于由于 、ic、ie随频率增高而减小。因此，随频率增高而减小。因此，为为了获得同样的输出功率，就需要加大高频激励电压了获得同样的输出功率，就需要加大高频激励电压Ubm、激励功率、激励功率Pbm的数值。的数值。由于由于ic 脉冲展宽，导致了脉冲展宽，导致了Ic1m/Ic0比值的下比值的下降，降，集电极效率降低。集电极效率降低。第36页/共51页37 由于饱和压降增大，电压利用系数降低，使由于饱和压降增大，电压利用系数降低，使输出功率减小，集电极效率降低，管子损耗增大。输出功率减小，集电极效率降低，管子损耗增大。由于激励电压由于激励电压Ubm和输出电压和输出电压Ucm有相移，有相移，设计设计放大器时必须考虑它的影响。放大器时必须考虑它的影响。基极电流的直流分量减小，甚至可能出现基极电流的直流分量减小，甚至可能出现反反向电流。向电流。第37页/共51页383.7 3.7 倍频器倍频器 倍频器是一种将输入信号频率成整数倍倍频器是一种将输入信号频率成整数倍（2 2倍、倍、3 3倍倍n n倍）增加的电路。它主要用倍）增加的电路。它主要用于甚高频无线电发射机或其它电子设备。于甚高频无线电发射机或其它电子设备。一、为什么采用倍频器一、为什么采用倍频器二、倍频器的种类二、倍频器的种类 三、丙类倍频器的工作原理三、丙类倍频器的工作原理 四、使用时注意问题四、使用时注意问题第38页/共51页39一、为什么采用倍频器一、为什么采用倍频器 (1)(1)降低设备的主振频率。由于振荡器频降低设备的主振频率。由于振荡器频率愈高稳定性愈差，一般采用频率较低而稳定率愈高稳定性愈差，一般采用频率较低而稳定度较高的晶体振荡器，以后加若干级倍频器达度较高的晶体振荡器，以后加若干级倍频器达到所需频率。一般基音体体频率不到所需频率。一般基音体体频率不高于高于20MHz，具有高稳定性的晶体频率通常不超过具有高稳定性的晶体频率通常不超过5 MHz。所以工作频率高，要求稳定性又严格的通信设所以工作频率高，要求稳定性又严格的通信设备和电子仪器就需要倍频。备和电子仪器就需要倍频。(2)(2)对于调相或调频发射机，利用倍频器对于调相或调频发射机，利用倍频器可以加大相移或频移，即可增加调制度。可以加大相移或频移，即可增加调制度。(3)(3)可以提高发射机的工作频率稳定性。可以提高发射机的工作频率稳定性。第39页/共51页40二、倍频器的种类二、倍频器的种类1.1.丙类倍频器丙类倍频器 2.2.参变量倍频器参变量倍频器 本节主要介绍用丙类放大器构成的倍频器，即所谓本节主要介绍用丙类放大器构成的倍频器，即所谓“丙类倍频器丙类倍频器”。第40页/共51页41三、丙类倍频器的工作原理三、丙类倍频器的工作原理 丙类放大器晶体管集电级电流脉冲中含有丰富的谐波分量。如果集电极调丙类放大器晶体管集电级电流脉冲中含有丰富的谐波分量。如果集电极调谐回路谐振在二次或三次谐波频率上，放大器就主要有二次或三次谐波电压输出。谐回路谐振在二次或三次谐波频率上，放大器就主要有二次或三次谐波电压输出。这样丙类放大器就成了二倍频器或三倍频器。这样丙类放大器就成了二倍频器或三倍频器。第41页/共51页42 从电路形式看，它与丙类高频放大器基本相从电路形式看，它与丙类高频放大器基本相同。不同之处在于同。不同之处在于丙类倍频器的集电极谐振回路是丙类倍频器的集电极谐振回路是对输入频率对输入频率 fi 的的n 倍频谐振，而对基波和其它谐波倍频谐振，而对基波和其它谐波失谐，失谐，因而因而ic中的中的n次谐振通过谐振回路获得最大次谐振通过谐振回路获得最大电压，而基波和其他谐波被滤除。电压，而基波和其他谐波被滤除。图图3-24 3-24 丙类倍频器的原理电路丙类倍频器的原理电路第42页/共51页43图图3-25 3-25 二倍频器的主要波形二倍频器的主要波形例如，二倍频器的负载谐振回路的fo为2fi，所以，回路可以选出二次谐波、输出频率为2fi 的电压信号，并滤除基波和其他谐波信号。二倍频器的主要波形如图3-25所示。第43页/共51页44图图3-25 3-25 二倍频器的主要波形二倍频器的主要波形例如，二倍频器的负载谐振回路的fo为2fi，所以，回路可以选出二次谐波、输出频率为2fi 的电压信号，并滤除基波和其他谐波信号。二倍频器的主要波形如图3-25所示。图片版第44页/共51页45 借助丙类高频放大器的分析方法，分析丙类倍频器的工作原理。借助丙类高频放大器的分析方法，分析丙类倍频器的工作原理。设倍频器设倍频器的的 输入电压为输入电压为 输出电压为输出电压为 式中式中 是谐振回路两端是谐振回路两端 n 次谐波电压幅值，利用前面分析的结果知道次谐波电压幅值，利用前面分析的结果知道n 次倍频器输出的功率和效率为次倍频器输出的功率和效率为（3-693-69）（3-703-70）第45页/共51页46 由余弦脉冲分解系数可知，由余弦脉冲分解系数可知，无论导通角无论导通角 为何值，为何值，均小于均小于 ，即在即在其他情况相同条件下，丙类倍频器的输出功率和效率将远低于丙类放大器，且其他情况相同条件下，丙类倍频器的输出功率和效率将远低于丙类放大器，且随着次数的增大而迅速降低随着次数的增大而迅速降低。为了提高倍频器的输出功率和效率，要选择适当的导通角为了提高倍频器的输出功率和效率，要选择适当的导通角 。第46页/共51页47 由图可见，导通角由图可见，导通角 为为6060或或4040时，二次时，二次或三次谐波系数最大，即此时输出的功率和或三次谐波系数最大，即此时输出的功率和效率也最大。最佳导通角效率也最大。最佳导通角 与倍频次数的关与倍频次数的关系为系为（3-3-7171）第47页/共51页48 因此，单级丙类倍频器一般只因此，单级丙类倍频器一般只作二倍频器或三倍频器使用，最多也作二倍频器或三倍频器使用，最多也不超过不超过4 45 5次，若要提高倍频次数，次，若要提高倍频次数，可采用多级倍频器。可采用多级倍频器。第48页/共51页49四、使用时注意问题四、使用时注意问题1.1.选择适当的导通角选择适当的导通角 导导通通角角 为为 6060或或4040时时，二二次次或或三三次次谐谐波波系系数数最最大大，即即此此时时输输出出的的功功率率和和效效率率也也最最大。最佳导通角大。最佳导通角 与倍频次数的关系为与倍频次数的关系为 谐波次数谐波次数2.2.谐波次数越高，谐波次数越高，越小越小3.3.波形差波形差第49页/共51页50作业作业3-143-143-163-163-173-17第50页/共51页51感谢您的观看！第51页/共51页