第三章高频谐振放大器.pptx

《第三章高频谐振放大器.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章高频谐振放大器.pptx（132页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第1页/共132页高频小信号放大器的分类按所用的器件：晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集成电路（IC)按频带宽度：窄带放大器和宽带放大器窄带放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有阻抗变换、滤波和选频的作用。按电路形式：单级放大器和级联放大器第2页/共132页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 1）增益高，通常靠多级放大器实现）增益高，通常靠多级放大器实现 （2 2）频率选择性好（通频带窄，矩形系数接近）频率选择性好（通频带窄，矩形系数接近1 1）从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。放大器的通频带

2、和矩形系数是衡量选择性的两个重要参数。放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。（3 3）工作稳定可靠；）工作稳定可靠；（4 4）噪声低。）噪声低。在多级放大器中，第一级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。第3页/共132页图31高频小信号谐振放大器(a)实际线路;3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，决定工作点，Cb

3、、Ce对高频旁路 C、L组成L、C谐振回路 第4页/共132页图31高频小信号谐振放大器(b)交流等效电路第5页/共132页3.1.2 放大器性能分析1 晶体管的高频等效电路图3 2(a)是晶体管在高频运用时的混等效电路,它反映了晶体管中的物理过程,也是分析晶体管高频时的基本等效电路。图32晶体三极管等效电路(a)混等效电路;第6页/共132页图32晶体三极管等效电路(b)Y参数等效电路第7页/共132页由图3-3可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程:(35a)(35b)图33高频小信号放大器的高频等效电路第8页/共132页2 放大器的性能参数 忽略管子内部的反馈,即令Yre=0,由图33

4、可得(36a)图33图31高频小信号放大器的高频等效电路(36b)第9页/共132页=，得电压放大倍数由得，代入，得输入导纳第10页/共132页=，得又，得：将代入，得：输出导纳第11页/共132页(3)输出导纳Yo(39)(1)电压放大倍数K(2)输入导纳Yi(37)(38)第12页/共132页3.1.3高频谐振放大器的稳定性 1 放大器的稳定性反向传输导纳Yre引入的输入导纳,记为Yir。忽略rbb的影响,则由式(33)、(34)有将Yoe归入负载中,并考虑谐振频率0附近情况,有(4)通频带B0.707与矩形系数K0.1通频带B0.707为(310)第13页/共132页将Yoe归入负载中,

5、并考虑谐振频率0附近情况,有(311)则第14页/共132页gF改变了回路的改变了回路的QL值值,bF引起回路失谐。引起回路失谐。自激产生的原因自激产生的原因第15页/共132页gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。当gF=gs+gie（回路原有电导）则回路总电导g=0，QL ，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。第16页/共132页第17页/共132页 2.提高放大器稳定性的方法是利用中和电容Cn的中和电路。为了抵消Yre的反馈,从集电极回路取一与反相的电压,通过

6、Cn反馈到输入端。根据电桥平衡有则中和条件为(312)第18页/共132页由于由于y yrere的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。晶体管的单向化。单向化的方法有：单向化的方法有：中和法中和法 消除消除y yrere的反馈的反馈失配法失配法 使使G GL L或或g gs s的数值增大，因而使输入或输出回路与晶体管失去匹的数值增大，因而使输入或输出回路与晶体管失去匹配。配。中和法中和法:外加一个电容抵消正反馈电容的作用外加一个电容抵消正反馈电容的作用.失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；失配法：

7、信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性2.2.提高放大器稳定性的方法提高放大器稳定性的方法第19页/共132页 电桥平衡时，电桥平衡时，CDCD两端的回路电压两端的回路电压 不会反映到不会反映到ABAB两端两端,即对应两边阻抗之比相等。即对应两边阻抗之比相等。(1)(1)中和法：中和法：在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。恰好和晶体管的内反馈互相抵消。具体

8、线路：具体线路：第20页/共132页图35中和电路(a)原理电路;第21页/共132页图35中和电路(b)某收音机实际电路第22页/共132页使使Yi=yie，即使后项，即使后项0，则必须加大，则必须加大Y L晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大。放大。则则信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。级晶体管的输出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也原理：由于阻

9、抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。随之减小。使增益下降，提高稳定性。(2)失配法失配法 第23页/共132页图36共发共基电路第24页/共132页图37双栅场效应管调谐放大器第25页/共132页3.中和法与失配法比较中和法：优点：简单，增益高缺点：只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。失配法：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。第26页/共132页3.

10、1.4多级谐振放大器 1多级单调谐放大器多级单调谐放大器的谐振频率相同,均为信号的中心频率。(313)(314)(315)第27页/共132页第28页/共132页2.多级双调谐放大器(316)3.参差调谐放大器图38是采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调谐放大器的频率特性。图39示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。第29页/共132页3.1.5 高频集成放大器高频集成放大器有两类:一种是非选频的高频集成放大器,主要用于某些不需要选频功能的设备中,通常以电阻或宽带高频变压器作负载;另一种是选放大器,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。图310(a)中,集中选频

11、滤波器接于宽带集成放大器的后面。图310(b)是另一种接法。第30页/共132页第31页/共132页图39电视机高频放大器的简化电路第32页/共132页图310集中选频放大器组成框图第33页/共132页第34页/共132页图311示出了MiniCircuits公司生产的一集成放大器MRA8的应用电路，MRA8是硅单片放大器,其主要指标见表33。图311集成选频放大器应用举例第35页/共132页本 节 小 结一、高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实

12、际幅频特性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐振放大器的选择性愈好。第36页/共132页三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。Y参数等效电路和混合 等效电路是描述晶体管工作的重要模型。Y参数与混合 参数有对应关系，Y参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。第37页/共132页 五、由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体管成为双向器件，在一定频率下使回路的

13、总电导为零，这时放大器会产生自激。为了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶体管单向化。保持放大器稳定工作所允许的电压增益称为稳定电压增益，用(Avo)s表示，(Avo)s只考虑了内部反馈，未考虑外部其他原因引起的反馈。第38页/共132页3.2 高频功率放大器的原理和特性一、高频功放的作用及特性 1、使用谐振功率放大器的目的放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。音 频放大器声音话 筒载 波振荡器高 频放大器振 幅调制器2、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题：高效率输出高功率输出联想对比：谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；谐振功率放大器与低频功率放大器；第39页/共132页

14、3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处：放大的信号均为高频信号 放大器的负载均为谐振回路。不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图第40页/共132页小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 2c是在一周期内的集电极电流流通角，因此，c可称为半导通角或截止角(意即t=c时，电流被截止)。为方便起见，以后将c简称为通角 2c第41页/共132页谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图2c第42页/共132页共同之处:都要求输出功率大和效率高。功率放大器实质上是一个

15、能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处不同之处：工作频率和相对频带宽度不同；放大器的负载不同；放大器的工作状态不同。第43页/共132页5、工作状态：功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路第44页/共132页谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其工作状态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。非谐振功率放大器可

16、分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法第45页/共132页1、原理电路谐振功率放大器的基本电路谐振功率放大器的基本电路(1)晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。(2)谐振回路LC是晶体管的负载(3)基极为负偏压，电路工作在丙类工作状态(思考一：思考一：why?)外部电路关系式：一、谐振功率放大器的工作原一、谐振功率放大器的工作原理理设输入信号为第46页/共132页谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线必须

17、强调指出：集电极电流ic虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。第47页/共132页放大器的负载为并联谐振回路(思考二思考二：why?)，其谐振频率0 0等于信号频率时，回路对呈现一大的谐振阻抗R RL L，在基波分量上产生电压，对远离的直流和谐波分量2 2、3 3呈现很小的阻抗，因而输出很小，几乎为零。周期性脉冲可以分解成直流、基波(信号频率分量)和各次谐波分量,即第48页/共132页49谐振功率放大器中各部分电压与电流的关系（a a）2、电流与电压波形：第49页/共132页(b)t或电压电流oVBZVCCVBBVbmVcmvbEmaxiCicmaxciCvCE

18、vBEvCE min1.iC 与vBE同相，与vCE反相；2.iC 脉冲最大时，vCE最小；3.导通角和vCEmin越小，Pc越小；vCE第50页/共132页高频功率放大器中各部高频功率放大器中各部分电压与电流的关系分电压与电流的关系第51页/共132页3、高频功放的能量关系功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。为了表示晶体管放大器的转换能力引入集电极效率cP0=直流电源供给的直流功率；P1=交流输出信号功率；Pc=集电极耗散功率；根据能量守衡定理：故集电极效率

19、：第52页/共132页由上式可以得出以下两点结论：2）由式可知如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值，那么提高集电极效率 c，将使交流输出功率P1大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。1)设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则集电极效率 自然会提高。这样，在给定P0时，晶体管的交流输出功率P1就会增大；第53页/共132页如何减小集电极耗散功率Pc可见使ic在vCE最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率：故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于180，处于丙类工作状态。谐振功率放大器

20、工作在丙类工作状态时 c90，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：第54页/共132页直流功率：输出交流功率：Vc -回路两端的基频电压 Ic1-基频电流RL -回路的谐振电阻 放大器的集电极效率：集电极电压利用系数:为通角 c的函数；c越小越大波形系数:第55页/共132页 越大(即Vcm越大或vcEmin越小)c越小,效率 c越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率 c的途径为：1、减小 c角；2、使LC回路谐振在信号的基频上，即ic的最大值应对应vcE的最小值。vCE第56页/共132页若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数由傅里叶级数的求系数法得其中：其中：尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数第

21、57页/共132页尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数当 c120 时，Ic1/icmax达到最大值。在Ic max与负载阻抗Rp为某定值的情况下，输出功率将达到最大值。这样看来，取 c=120 应该是最佳通角了。但此时放大器处于甲级工作状态效率太低。右图可见：第58页/共132页尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数：波形系数波形系数由曲线可知：由曲线可知：极端情况极端情况 c=0时，时，此时此时=1，c可达可达100%因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取70 左右。由于由于第59页/共132页(327)高频功放的功率放大倍数为(328)用dB表示为(329)第60页/共132页第61页/共1

22、32页故谐振功率放大器的工作特点：放大高频大信号,属于非线性工作状态；基极偏置为负值,半通角 c90，即丙类工作状态；电流脉冲是尖顶余弦脉冲；负载为LC谐振回路。第62页/共132页高频功放的分析方法高频功放的分析方法由于高频功率放大器通常工作于丙类，属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。图解法利用电子器件的特性曲线来对其工作状态进行计算 优点：从客观实际出发，计算结果比较准确 缺点：对工作状态的分析不方便，步骤繁杂折线近似法用折线段来表示电子器件的特性曲线，将电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示 优点：物理概念清楚，分析工作状态方便 缺点：计算准确度较低二、高频谐振功率放大器的工

23、作状态二、高频谐振功率放大器的工作状态第63页/共132页折线法折线法所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量Ic0和基频分量Icm1。二、高频谐振功率放大器的工作状态二、高频谐振功率放大器的工作状态第64页/共132页折线分析法的主要步骤：1、测出晶体管的转移特性曲线ic vBE及输出特性曲线ic vCE，并将这两组曲线作理想折线化处理。2、作出动态特性曲线。3、根据激励电压vb的

24、大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲ic和输出电压vc的波形。4、求出ic的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2由给定的负载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标。第65页/共132页晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条直线来表示(VBZ为发射结开启电压)。由上图可见，根据理想化原理，在放大区,集电极电流只受基极电压的控制,与集电极电压无关;在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线第66页/共132

25、页在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极电流是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：1)欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压较低且变化较大。2)过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，交流输出电压较高且变化不大。3)临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。第67页/共132页1.高频功放的动特性晶体管的静态特性是在集电极电路内没有负载阻抗的条件下获得的。如，维持基极电压vBE不变，改变集电极电压vCE，就可求出icvCE静态特性曲线族。如果集电极电路有负载阻抗，则当改变vBE使ic变化时，由于负载上有电压降，就必然同时

26、引起vCE的变化。第68页/共132页高频放大器的工作状态是由负载阻抗RL、激励电压vb、供电电压VCC、VBB等4个参量决定的。如果VCC、VBB、vb 3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻RL决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随RL而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。所谓动态特性是和静态特性相对应而言的，在考虑了负载的作用后，所获得的vCE、vBE与ic的关系曲线就叫做动态特性。第69页/共132页动态线作法作法：A、B、C为三点连线为动特性曲线，取A、Q两点；连AQ，交横轴于B点。(3)(3)取C C点，连接BCBC两点。特殊点说明 A点：0，确定A点。vBE达

27、到最大，vCE达到最小，iC达到最大；Q点：90，vCEVCC确定Q点，Q点是个假想点，虚拟电流IQ 连接AQ,确定B点。ic c vCECE坐标平面上的动态特性曲线坐标平面上的动态特性曲线的作法与相应的的作法与相应的ic c波形波形 vCE=VCCVcmcos tvBE=VBB+Vbmcos tvBE=VBB第70页/共132页vBE=VBB+Vbmcos tvCE=VCCVcmcos t(3)C点:确定C点.A、B、C三点连线即为动特性曲线。第71页/共132页在 VCC、VBB、vb为一定，只变化放大器的负载电阻而引起的放大器输出电压、输出功率、效率的变化特性称为负载特性。电压、电流随负

28、载变化波形电压、电流随负载变化波形 在负载电阻RL由小至大变化时，负载线的斜率由小变大，如图中123。不同的负载，放大器的工作状态是不同的,所得的ic波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。2.欠压、过压、临界三种工作状态第72页/共132页2.欠压、过压、临界三种工作状态 欠压状态:B点以右的区域。在欠压区至临界点 的范围内，根据Vc=RLIc1，放大器的交流输出电压在欠压区内必随负载电阻RL的增大而增大，其输出功率、效率的变化也将如此。临界状态:负载线和vb max正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。根据集电极是否进入饱和区

29、，将放大区的工作状态分为三种:第73页/共132页 过压状态电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形过压状态放大器的负载较大，如动态线3就是这种情况。动态线穿过临界点C后，电流沿临界线下降，因此集电极电流ic呈下凹顶状，过压愈重，则ic波顶下凹愈厉害，严重时，ic波形可分裂为两部分。根据傅里叶级数对ic波形分解可知，波形下凹的ic，其基波分量Ic1会下降，下凹愈深，则Ic0、Ic1的下降也就愈激烈因此放大器的输出功率和效率也要减小。第74页/共132页欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。第

30、75页/共132页过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。第76页/共132页临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。第77页/共132页三、高频功放的外部特性调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载RL；改变供电电压VCC；

31、改变偏压VBB；改变激励Vb。改变VBE第78页/共132页(1)改变RL，但Vb、VCC、VBB不变 当负载电阻RL由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。在临界状态时输出功率最大。负载特性曲线负载特性曲线1.高频功放的负载特性第79页/共132页VCC变化时对工作状态的影响变化时对工作状态的影响在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随VCC变化而变化，故输出功率基本不变；而在过压区，输出电流的振幅将随VCC的减小而下降，故输出功率也随之下降。改变VCC，但Rp、Vb、VBB不变当集电极供电电压VCC由小至大变化时，放大器的工作状态由过压经临界转入欠压。2.高频功放的集电极调制特性

32、第80页/共132页改变VCC对工作状态的影响(高频功放的集电极调制特性)第81页/共132页Vb变化，但VCC、VBB、RL不变或VBB变化，但VCC、Vb、RL不变 这两种情况所引起放大器工作状态的变化是相同的。因为无论是Vb还是VBB的变化，其结果都是引起vBE的变化。由由 vBE =VBB+Vbcos t vBEmax=VBB+Vb 当当VBB或或Vb由小到大变化时，由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压经临放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。界转入过压。3.高频功放的振幅特性&高频功放的基极调制特性第82页/共132页在过压区中输出电压随VCC改变而变化的特性为集电极调幅的实现提供

33、依据；因为在集电极调幅电路中是依靠改变VCC来实现调幅过程的。改变VCC时，其工作状态和电流、功率的变化如上图所示。1.改变VCC对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响VCC由小由小大时，对应工作状态由过压大时，对应工作状态由过压临界临界欠压。欠压。第83页/共132页Vb变化时电流、功率的变化变化时电流、功率的变化2.改变vb 对工作状态的影响当vb 由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压临界过压。第84页/共132页高频功放的外部特性高频功放是工作于非线性状态的放大器,同时也可以看成是一高频功率发生器(在外部激励下的发生器)。1高频功放的负载特性负载特性是指只改变负载电阻RL,高频功放电

34、流、电压、功率及效率变化的特性。图318(b)是根据图318(a)而得到的功率、效率曲线。2高频功放的振幅特性高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅Ub时,放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。第85页/共132页第86页/共132页第87页/共132页3.高频功放的调制特性1)基极调制特性2)集电极调制特性 4.高频功放的调谐特性第88页/共132页3.3 高频功率放大器的高频效应 1.少数载流子的渡越时间效应晶体管本质上是电荷控制器件。2.非线性电抗效应功放管中存在集电结电容,这个电容是随集电结电压Ube变化的非线性势垒电容。(330)3.发射极引线电感的影响(331)第89页/共13

35、2页第90页/共132页4.饱和压降的影响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。第91页/共132页3.4 高频功率放大器的实际线路 3.4.1 直流馈电线路直流馈电线路包括集电极和基极馈电线路。下面结合集电极馈电线路和基极馈电线路说明Cb、Lb的应用方法。图325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。图325(b)中晶体管、电源、谐振回路三者是并联连接的,故称为并联馈电线路。第92页/共132页图325集电极馈电线路两种形式(a)串联馈电;(b)并联馈电 根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种。1.集电极馈电电路第93页/共

36、132页(1)串馈电路串馈电路 指直流电源指直流电源VCC、负载回路、负载回路(匹配网络匹配网络)、功、功 率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。CB、LB为低通为低通 滤波电路，既阻止电源滤波电路，既阻止电源VCC中的高频成分影响放大器的中的高频成分影响放大器的工作，又避免高频信号在工作，又避免高频信号在LC负载回路以外不必要的损耗。负载回路以外不必要的损耗。CB、LB的选取原则为的选取原则为 LB 10 回路阻抗回路阻抗 1 /CB 1/10 回路阻抗回路阻抗(2)并馈电路并馈电路 指直流电源指直流电源VCC、负载回路负载回路(匹配网络匹配网络)、功、功

37、率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图LB为高频扼为高频扼 流圈，流圈，Cb1为高频旁路电容，为高频旁路电容，CB为隔直流通高频电容，为隔直流通高频电容，LB、Cb1、CB的选取原则与串馈电路基本相同。的选取原则与串馈电路基本相同。第94页/共132页馈电线路的基本组成原则1）其直流通路应如图（a）所示。2）其基波分量的交流通路应如图（b）所示。如原理图所示：3）其谐波分量的交流通路应如图（c）所示。输出回路为例输出回路为例集电极电路对各频率成分电流的等效电路集电极电路对各频率成分电流的等效电路第95页/共132页 2基极馈电线路基极馈电线路也有串联和并联

38、两种形式。图326示出了几种基极馈电形式,基极的负偏压既可以是外加的,也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生。第96页/共132页图326基极馈电线路的几种形式第97页/共132页例 改正图3-28（a）线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。题意分析：这是一个两级功放，分析时可以一级一级的考虑，且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，直流要有直流通路，而且交流不能流过直流电源的原则。第98页/共132页输入的交流信号流过直流电源，应加扼流圈和滤波电容直流电源被输入互感耦合回路的电感短路，应加隔直电容 输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈；加上扼流圈后，交

39、流没有通路，故还应加一旁路电容。没有直流通路，加一扼流圈输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈及滤波电容 直流电源将被输出回路的电感短路，加隔直电容。第99页/共132页3.4.2 输出匹配网络该双端口网络应具有这样的几个特点:(1)以保证放大器传输到负载的功率最大,即起到阻抗匹配的作用;(2)抑制工作频率范围以外的不需要频率,即有良好的滤波作用;(3)大多数发射机为波段工作。1.LC匹配网络图327是几种常用的LC匹配网络。第100页/共132页图327几种常见的LC匹配(a)L型;(b)T型;(c)型第101页/共132页对于LI型网络有(332a)(332b)(332c)第102页/共13

40、2页对于L-型网络有(333a)(333b)(333c)第103页/共132页图328L型匹配网络(a)L-I型网络;(b)L-型网络第104页/共132页图329是一超短波输出放大器的实际电路,它工作于固定频率。图329一超短波输出放大器的实际电路第105页/共132页2 耦合回路图330是一短波发射机的输出放大器，它采用互感耦合回路作输出电路,多波段工作。图330短波输出放大器的实际线路第106页/共132页 3.4.3 高频功放的实际线路举例 图331(a)是工作频率为50MHz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7dB。第107页/共132页图331高频

41、功放实际线路(a)50MHz谐振功放电路;(b)175MHz谐振功放电路第108页/共132页3.5 高频功放、功率合成与射频模块放大器 3.5.1 D类高频功率放大器 1.电流开关型D类放大器图332是电流开关型D类放大器的原理线路和波形图，线路通过高频变压器T1,使晶体管V1、V2获得反向的方波激励电压。第109页/共132页由此可得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第110页/共132页图332电流开关型D类放大器的线路和波形第111页/共132页V1(V2)的集电极电流为振幅等于Ic0的矩形,它的基频分量振幅等于(2/)Ic0。V1、V2的ic1、ic2中的

42、基频分量电流在集电极回路阻抗RL(考虑了负载RL的反射电阻)两端产生的基频电压振幅为将式(335)代入式(337),得输出功率为输入功率为(339)(338)(337)第112页/共132页集电极损耗功率为(342)(341)(340)2 电压开关型D类放大器图333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113页/共132页第114页/共132页图333电压开关型D类功放的线路及波形第115页/共132页由 图 可 见,因ic1、ic2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两管的直流输入功

43、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116页/共132页负载上的功率为可见此时匹配的负载电阻为第117页/共132页3.5.2 功率合成器功率合成器,就是采用多个高频晶体管,使它们产生的高频功率在一个公共负载上相加。图334是常用的一种功率合成器组成方框图。第118页/共132页图334功率合成器组成第119页/共132页由3dB耦合器原理可知,当两晶体管输入电阻相等时,则两管输入电压与耦合器输入电压相等在晶体管的输出端,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,即第120页/共132

44、页第121页/共132页图335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122页/共132页当时,由于流过负载的电流只有原来的一半,功率减小为原来的1/4,而A管输出的另一半功率正好消耗在平衡电阻RT上,即有图336是反相功率合成器的原理线路。输入和输出端也各加有3dB耦合器作分配和合并电路。图337是一反相功率合成器的实际线路。它工作于1.5MHz,输出功率100W。第123页/共132页图336反相功率合成器的原理线路第124页/共132页图337100W反相功率合成器的实际线路第125页/共132页图339是一个模块式射频部件的微带线电路板。它由A、B、C、D四

45、个模块放大器级联组成。图339一个模块式射频部件的微带线电路板第126页/共132页第127页/共132页 一、掌握谐振功率放大器的作用、特点及其与高频小信号放大器和低频功率放大的相同点和不同点。1.1.谐振功率放大器主要用来放大高频大信号，其目的是为了获得高功率和高效率输出的有用信号。2.2.谐振功率放大器的特点是晶体管基极为负偏压，即工作在丙类工作状态，其集电极电流为余弦脉冲状，由于负载为LCLC回路，则输出电压为完整正弦波。本 章 小 结第128页/共132页3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处：放大的信号均为高频信号，放大器的负载均为谐振回路。不同之处：激励信号幅度大

46、小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。共同之处:都要求输出功率大和效率高。不同之处：工作频率与相对频宽不同；放大器的负载不同；放大器的工作状态不同,分析方法不同高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处第129页/共132页 丙类谐振功率放大器工作在非线性区，采用折线近似法进行分析，根据晶体管是否工作在饱和状态而分为欠压、临界和过压三种工作状态。二、掌握谐振功率放大器的分析方法 当负载电阻Rp变化时，其工作状态发生变化，由此引起放大器输出电压、功率、效率的变化特性称为负载特性。三、掌握谐振功率放大器的负载特性、各极电压对工作状态的影响负载特性曲线负载特性曲线第130页/共132页 各极电压的变化也会引起工作状态的变化。其中临界工作时输出功率最大，效率也较高，欠压、过压工作状态主要用于调幅电路。过压工作状态也用于中间级放大。第131页/共132页感谢您的观看！第132页/共132页