fxx2-0RLC串并联回路及小信号谐振放大器.ppt

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1、第二章第二章 谐振功率放大器谐振功率放大器 2.1 谐振功率放大器的工作原理2.2 谐振功率放大器的性能特点2.3谐振功率放大电路2.4 高频功率放大器2.0小信号谐振放大器 一一学时安排学时安排授课授课14学时学时实验实验4学时学时1谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理2学时学时2谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点4学时学时3谐振功率放大电路谐振功率放大电路4学时学时4高频功率放大器高频功率放大器2学时学时5习题课习题课2学时学时6高频小信号谐振放大器实验高频小信号谐振放大器实验2学时学时7丙类高频功率放大器实验丙类高频功率放大器实验2学时学时 二二授课方式：授课方

2、式：课堂教学方法为主课堂教学方法为主三三重点、难点重点、难点 1重点讨论谐振电路的频率特性，难点、接重点讨论谐振电路的频率特性，难点、接入系数。入系数。2谐振功率放大器的三个工作状态谐振功率放大器的三个工作状态，欠压、欠压、临界和过压状态。临界和过压状态。3重点讨论四个电压量对放大器性能的影响重点讨论四个电压量对放大器性能的影响谐振功率放大器直流馈电电路及滤波匹配谐振功率放大器直流馈电电路及滤波匹配网络的分析与设计。网络的分析与设计。四四教学内容及要求教学内容及要求要求学生了解谐振电路的频率特性及谐振放大要求学生了解谐振电路的频率特性及谐振放大器的工作原理，掌握谐振放大器的性能特点。器的工作原

3、理，掌握谐振放大器的性能特点。特别是对谐振放大器的三种工作状态要有清楚特别是对谐振放大器的三种工作状态要有清楚的认识，掌握四个电压量对谐振功率放大器的的认识，掌握四个电压量对谐振功率放大器的影响。了解谐振放大器的直流馈电方式，掌握影响。了解谐振放大器的直流馈电方式，掌握滤波匹配网络的设计方法，了解高频功率放大滤波匹配网络的设计方法，了解高频功率放大器设计的基本步骤。器设计的基本步骤。五五教学方法教学方法 首首先先补补充充有有关关谐谐振振电电路路的的内内容容。在在此此基基础础上上引引出出小小信信号号谐谐振振放放大大器器的的工工作作原原理理。丙丙类类谐谐振振功功率率放放大大器器的的原原理理，而而后

4、后，重重点点讨讨论论谐谐振振功功率率放放大大器器的的性性能能特特点点，工工作作状状态态以以及及谐谐振振功功率率放放大大器器的的直直流流馈馈电电方方式式、滤滤波波匹匹配配网网络络设设计计，最最后后简简单单介介绍绍高高频频放放大大器器的的设设计计步步骤骤，用用2学学时时时时间间上上习习题题讨讨论论课课，并并安安排排4学学时时实实验，用以加深巩固本章课堂教学内容。验，用以加深巩固本章课堂教学内容。第第 2 2 章章 谐振功率放大器谐振功率放大器摘摘要要：谐谐振振功功率率放放大大器器是是一一种种用用谐谐振振网网络络作作为为匹匹配配电电路路的的功功率率放放大大器器，一一般般丙丙类类工工作作，主主要要应应

5、用用在在无无线线电电发发射射机机中中，用用来来对对载载波波信信号号或或高高频频已已调调波波信信号号进进行行功功率率放放大大，为为了了进进一一步步提提高高效效率率也也可可采采用用开开关关方方式式工工作作。本本章章重重点点讨讨论论丙丙类类工工作作的的谐谐振振功功率率放放大大器器，也也对对其其它它工工作作状状态态的谐振功率放大器作简要的介绍。的谐振功率放大器作简要的介绍。2-0-1高频振荡回路高频振荡回路一简单振荡回路一简单振荡回路振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。只有一个回路的振荡回路称为简单振荡回路或单振荡只有一个回路的振荡回路称为简单振

6、荡回路或单振荡回路。简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最回路。简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最大或最小值的特性称为大或最小值的特性称为谐振特性谐振特性谐振特性谐振特性，这个特定频率称为，这个特定频率称为谐振频率。谐振频率。简单振荡回路具有简单振荡回路具有简单振荡回路具有简单振荡回路具有谐振特性和频率选择谐振特性和频率选择谐振特性和频率选择谐振特性和频率选择作作作作用，这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原用，这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原用，这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原用，这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。因。因。因。2-0 2-0 小信号

7、谐振放大器小信号谐振放大器 1串联谐振回路串联谐振回路 图图2-0-1 2-0-1 串联谐振回路及其特性串联谐振回路及其特性 R电感线圈电感线圈L中的损耗电阻其值较小，可以忽略；中的损耗电阻其值较小，可以忽略；C电容，当电容，当信号频率为信号频率为信号频率为信号频率为 时时时时，其串联阻抗为：，其串联阻抗为：（1）当）当时，回路呈容性，时，回路呈容性，；（2）当）当时，回路呈感性，时，回路呈感性，；（3）当）当时，回路呈电阻性，时，回路呈电阻性，其值最，其值最小小；rLC 此时，电路发生串联谐振，串联谐振角频率为此时，电路发生串联谐振，串联谐振角频率为（2-0-1）若在串联谐振电路两端加一等幅

8、信号若在串联谐振电路两端加一等幅信号，谐振时流过，谐振时流过电路的电流最大。电路的电流最大。设在任意频率下的电流为设在任意频率下的电流为，则，则 式中，式中，称为回路的称为回路的品质因数品质因数品质因数品质因数。是指回路没有外加负载时的。是指回路没有外加负载时的值，称为值，称为空载空载空载空载Q值或值或值或值或Q0，当回路有外加负载时，品当回路有外加负载时，品质因数要用质因数要用有负载有负载有负载有负载Q QL L来表示，其中的电阻来表示，其中的电阻R应为考应为考虑负载后的总损耗电阻。虑负载后的总损耗电阻。图图2-0-2串联谐振回路的谐振曲线和电流、电压关系串联谐振回路的谐振曲线和电流、电压关

9、系解得回路通频带：解得回路通频带：2并联谐振回路并联谐振回路 串串联联谐谐振振回回路路适适用用于于电电源源内内阻阻为为低低内内阻阻（如如恒恒压压源源）的的情情况况或或低低阻阻抗抗电电路路（如如微微波波电电路路）。当当频频率率不不是是非非常高时，并联谐振回路应用最广。常高时，并联谐振回路应用最广。图图2-0-3并联谐振回路及等效电路、阻抗特性、辐角特性并联谐振回路及等效电路、阻抗特性、辐角特性 并联谐振频率并联谐振频率当当Q 1时，时，回路在谐振时的阻抗最大为，回路在谐振时的阻抗最大为电阻电阻R0，R R0 0为等效到回路两端的并联谐振电阻为等效到回路两端的并联谐振电阻为等效到回路两端的并联谐振

10、电阻为等效到回路两端的并联谐振电阻。通频带通频带 图图2-0-4几个常见抽头谐振回路几个常见抽头谐振回路 二抽头并联谐振回路二抽头并联谐振回路 图图2-0-4是几种常用的抽头谐振回路，采用抽头回是几种常用的抽头谐振回路，采用抽头回路，可以通过改变抽头位置或电容分压比来实现回路路，可以通过改变抽头位置或电容分压比来实现回路与信号源的阻抗匹配，或者进行阻抗变换，对于抽头与信号源的阻抗匹配，或者进行阻抗变换，对于抽头谐振回路，除了回路的基本参数谐振回路，除了回路的基本参数、Q和和R0外，还增外，还增加了一个可以调节加了一个可以调节的因子的因子接入系数接入系数接入系数接入系数p p。定义：与外电路相连

11、的那部分电抗与本回路参与定义：与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压分压的同性质总电抗之比，也可以用电压来表示：的同性质总电抗之比，也可以用电压来表示：式中式中VT总电压、总电压、V与外电路相接的电压。接入与外电路相接的电压。接入系数（抽头系数）又称为电压比或变比。系数（抽头系数）又称为电压比或变比。对于图对于图(a)无互感时无互感时、有互感时、有互感时紧耦合线圈紧耦合线圈 对于图（对于图（b）对于图（对于图（c）对于图（对于图（d）对于图（对于图（e）除了阻抗需要折合外，有时信号源也需要折合。除了阻抗需要折合外，有时信号源也需要折合。对于电压源：对于电压源：对于电流源：对于电流源：对于信号

12、源进行折合时的变比是对于信号源进行折合时的变比是p而不是而不是p2。图图2-0-5 2-0-5 电流源的折合电流源的折合 三耦合谐振回路三耦合谐振回路双调谐回路双调谐回路 图图2-0-6 2-0-6 两种常见的耦合回路及其等效电路两种常见的耦合回路及其等效电路 （a）互感耦合电路互感耦合电路 (b)电容耦合电路电容耦合电路 图（图（c）为图（为图（a）的等效电路的等效电路 、(d)为为(b)的等效电路的等效电路 1耦合系数耦合系数k定义：定义：（耦合阻抗）与初次级中和（耦合阻抗）与初次级中和XM同性质两电同性质两电抗的几何平均值之比，即抗的几何平均值之比，即图图(a)图图(b)2.耦合因子耦合

13、因子设设1)当当A=1时，称为临界耦合，临界耦合系数时，称为临界耦合，临界耦合系数2)当当A1时，过耦合，时，过耦合，kk0，特性曲线出现双峰。特性曲线出现双峰。3)当当A1时，欠耦合，时，欠耦合，kk0，曲线较尖、峰值小。曲线较尖、峰值小。注：与单回路的阻抗特性比，耦合回路特性顶部平缓，注：与单回路的阻抗特性比，耦合回路特性顶部平缓，宽度要大，而且在频带之外，曲线下降也更陡峭。从回宽度要大，而且在频带之外，曲线下降也更陡峭。从回路对临近无用信号频率的抑制来看，性能也更好。路对临近无用信号频率的抑制来看，性能也更好。3.通频带通频带 .图图2-0-7耦合回路的频率特性耦合回路的频率特性 一一.

14、对高频小信号放大器的主要要求对高频小信号放大器的主要要求1.增增益益要要求求高高。用用于于各各种种接接收收机机中中的的中中频频放放大大器器，其其电电压压放放大大倍倍数数可可达达104105，电电压压的的增增益益为为80100dB，通常要靠多级放大器才能实现。通常要靠多级放大器才能实现。2.频率选择性要好。频率选择性要好。3.工工作作稳稳定定可可靠靠。这这要要求求放放大大器器的的性性能能尽尽可可能能地地不不受受温温度度、电电源源电电压压等等外外界界因因素素变变化化的的影影响响，不不产产生生任任何何自自激激。此此外外，在在放放大大微微弱弱信信号号的的接接收收机机前前级级放放大大器器中中，还还要要求

15、求放放大大器器内内部部噪噪声声要要小小，因因为为放放大大器器本本身的噪声越低，接收微弱信号的能力越强。身的噪声越低，接收微弱信号的能力越强。2 20 02 2 高频小信号放大器高频小信号放大器 图图2-0-8高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器（a）实际线路（实际线路（b）交流等效电路交流等效电路二高频小信号谐振放大器的工作原理二高频小信号谐振放大器的工作原理n 直流偏置与低频放大器完全相同，只是直流偏置与低频放大器完全相同，只是CbCb、CeCe对对高频高频 旁路，其值比低频中小得多。旁路，其值比低频中小得多。(b)(b)为交流通路，为交流通路，当当=0=0时，抽头谐振回路谐振，完成阻抗

16、匹配和选时，抽头谐振回路谐振，完成阻抗匹配和选频滤波功能。由于输入的是高频小信号放大器工作在频滤波功能。由于输入的是高频小信号放大器工作在甲类状态。甲类状态。三放大器的的性能三放大器的的性能1晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路图图2-0-9(a)混混参数等效电路参数等效电路(b)Y参数等效电路参数等效电路1)参数说明参数说明图图2-0-9晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路 列端口电流方程列端口电流方程列端口电流方程列端口电流方程 Yie输出端交流短路时的输入导纳。输出端交流短路时的输入导纳。Yoe输入端交流短路时的输出导纳。输入端交流短路时的输出导纳。Yfe输出端交流短路时的正向传

17、输导纳。输出端交流短路时的正向传输导纳。Yre输入端交流短路时的反向传输导纳。输入端交流短路时的反向传输导纳。在忽略在忽略及满足及满足的条件下，的条件下，Y 参数与参数与参数的关系为：参数的关系为：注注：Y参参数数不不仅仅与与静静态态工工作作点点的的电电压压、电电流流值值有有关关，而而且且与与工工作作频频率率有有关关，是是频频率率的的复复函函数数，当当放放大大器器工工作作在在窄窄带带时时，Y参参数数变变化化不不大大，可可以以将将Y参参数数看看作作常常数数。高高频频小小信信号号谐谐振振放放大大器器一一般般是是工工作作在在窄窄带。晶体管可以用带。晶体管可以用Y参数等效。其参数等效。其Y参数方程为参

18、数方程为:2）晶体管的高频特性、参数）晶体管的高频特性、参数 截止频率截止频率 定义：定义：下降到低频电流放大系数下降到低频电流放大系数的的倍时，倍时，所对应的频率称为所对应的频率称为的截止频率的截止频率。特征频率特征频率fT定义：定义：下降到下降到1时，所对应的频率称为时，所对应的频率称为的特征频率的特征频率fT。a）当当时，时，。b）当当f f时，时，最高振荡频率最高振荡频率fmax定义：晶体管的功率增益定义：晶体管的功率增益AP=1时，所对应的频率称为时，所对应的频率称为最高振荡频率最高振荡频率fmax。fmax表示一个晶体管所能适用的最高表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。在此频率，

19、晶体管已不可能得到功率放大。极限频率。在此频率，晶体管已不可能得到功率放大。显然显然与与f 的关系式的关系式 2放大器的性能参数放大器的性能参数图图2-0-11为为图图2-0-10的的高高频频小小信信号号参参数数等等效效电电路路。图图中中包包括括谐谐振振回回路路的的导导纳纳和和负负载载电电阻阻RL的的等等效效导导纳纳，忽忽略略管管子子内内部部的的反反馈馈，令令Yre=0，基基极极输输入入为为电电流流源源Is，Ys为为电流源内电导。电流源内电导。图图2-0-10高频小信号谐振放大器（高频小信号谐振放大器（a）实际线路、（实际线路、（b）交流等效电路交流等效电路(1)电压放大倍数电压放大倍数Au

20、图图 2-0-11 2-0-11 高频小信号放大器的高频等效电路高频小信号放大器的高频等效电路Y YSS (2)输入导纳输入导纳Yi(3)输出导纳输出导纳Yo(4)通频带通频带B0.707式中式中L为回路电感，为回路电感，C为回路的总电容，包括回路本为回路的总电容，包括回路本身的电容以及身的电容以及Yoe等效到回路中呈现的电容。等效到回路中呈现的电容。QL 为有为有载品质因数。载品质因数。g为回路的总电导，包括回路本身的损为回路的总电导，包括回路本身的损耗以及耗以及Yoe、RL等效到回路中的损耗。等效到回路中的损耗。203思考题思考题 1.高频小信号谐振放大选择谐振回路作为放高频小信号谐振放大选择谐振回路作为放大器负载的优点是什么？大器负载的优点是什么？2.通频带的含义是什么？通频带的含义是什么？3.晶体管的高频参数包括哪些？所代表的物晶体管的高频参数包括哪些？所代表的物理意义是什么？理意义是什么？