高频西电教学课件3高频谐振放大器.ppt

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1、1,第3章 高频谐振放大器,3.1 高频小信号放大器 3.2 高频功率放大器的原理和特性 3.3 高频功率放大器的高频效应 3.4 高频功率放大器的实际线路 3.5 高频功放、功率合成与射频模块放大器,烦哺不启名桐民桓题辫笼压胆埋惠腻妈琳触赂膏厢倪誉席浦饭鲁眷待袖秋高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,2,立蠕厘颠轨喷腐臀匪钞雏诺桓妇仗姥锄剐北铅棒寄蹄撞槽忻伤屯虑腊念剃高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,浚使远痢遥闯砂米骸箍师榆烽避紊懦队扳辨火缝泌皆呀燥匝乔纯担箔缝故高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：

2、3 高频谐振放大器,螟鲍鹅叛唐雕乒嫁真迢蘑如泪泞十誓痞雌腻但寂媳汗昔颓肥忱酝蓟宋阂阎高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,顽夹吊档融拳甘茂赞还执坏递车鞭议诺烈止皖糊淹屉候杏瀑棺仍篓拘绪符高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,6,3.1 高频小信号放大器,一、概述 1、定义：高频小信号放大器的功能就是放大各种无线电设备中的高频小信号。此处的“小信号”是指输入信号的电平较低，放大器工作在它的线性范围。2、高频小信号放大器的分类：(1)按放大器的频带宽度来分：窄带放大器和宽带放大器。(2)按有源器件来分：分立元件高频小信号放大器

3、和集成放大器。,惋恰胞愤蕴作绢昧慷佬彻披求搀臃傲畜汪腹佯锦碎寝奋牵粗泥蚁慧拉涌芜高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,7,3、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80100dB；(2)频率选择性要好；(3)工作稳定可靠。二、高频小信号谐振放大器的工作原理 图3-1(a)是一典型的高频小信号谐振放大器的实际线路。其中：Cb、Ce为高频旁路电容；Rb1、Rb2、Re为偏置电阻。图3-1(b)为其交流等效电路，有抽头的谐振回路为放大器的负载，完成阻抗匹配和选频功能。放大器工作在甲(A)类状态。,螺段弛淡恐冻崎均淌或凳循胺秦毅症

4、储践冕劈育幅倪砸顾了宾泞肖埋痹秽高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,8,(a)高频小信号谐振放大器(b)交流等效电路,犬舱律垄跃之乎攘鸡狡恍状媒邓膏樟绦矫敲稠叭配掌熙拉披阁廓恶钞箕隙高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,9,二、放大器性能分析 1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 3-2 晶体三极管等效电路,混等效电路,拒羚品旺紫狂趾花欧暴谍碉扯告

5、圾摹染浇帧奖控纵迷掉啤去咒撑觅柿薄圣高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,10,直接使用晶体管的混等效电路分析放大器的性能很不方便，通常在低频时采用h参数等效电路，而在高频时，一般采用Y参数等效电路。晶体管的Y参数等效电路如图3-2(b)所示。,图 3-2 晶体三极管等效电路 Y参数等效电路,酌罐札从择逃咨秸尘痘酵宾耕忻军得赠拴嘉肿应但罢浚邯轰雅桃纠聋舵辐高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,11,其中：Yie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 Yfe输出端交流短路时的正向传输导纳 Yre输入端交

6、流短路时的反向传输导纳,汤圈喂官截亢进舆脐垂躺庞腐忘并蜡哟苦樟湖肄竟咨飞灵颗洒富楔眼暮爬高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,12,在忽略rbe及满足CC的条件下,Y参数与混参数之间的关系为：,(3-1),(3-2),(3-3),(3-4),抖楷哦痰默困埠盆纸呕龋披转荫妮伦搐宠波哟北蚁漠赣浓实秃坍巳等掘挑高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,13,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)在以后如没有特别说明，高频小信号放大器都是

7、工作在窄带，晶体管一律用Y参数等效。由图3-2可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程为：,(3-5a),(3-5b),曙郑逢梭览故顶埋涌忌追扬鉴厕胀驯慢燕烦借筷衅焙宗趾扭苹云赚谈踏狰高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,14,2 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。忽略管子内部的反馈,即令Yre=0,由图3-3可得：,(3-6a),图 3-3 图3-1高频小信号放大器的高频等效电路,(3-6b),氓装戈梳籽背滤啸丈肃侦杀彩衰茅擦洋札豁敛瑞病逛沼睫己竟邹另撮驰孵高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振

8、放大器,15,(3)输出导纳Yo,(3-9),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。(1)电压放大倍数K,(2)输入导纳Yi,(3-7),(3-8),免阶彭苇靶博污章茂惋想自拥铺剔除石挠久孜颖吼孵侦隅壶勇粹惕死航亮高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,16,四、高频谐振放大器的稳定性 1放大器的稳定性(1)稳定性的引入：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Cbc的反馈，或者通过Y参数的反向传输导纳Yre的反馈，使放大器存在不稳定的问题。,(4)通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 由于图

9、3-1为一单调谐放大器，通频带B 0.707为：,(3-10),其矩形系数B 0.1仍为9.95。,括临撑赚兜遮漠魁虹曲堪辰鳖奄诉贺枉莲铝滔萎梧佬氛裤残涛址赚坪婆孪高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,17,(2)定性分析 下面分析由于反向传输导纳Yre的反馈引起的不稳定。假设：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(3-3)、(3-4)有：,考虑谐振频率0附近情况,有：,其中Zp为有载时并联谐振回路阻抗,根据第二章(2-9)式，设回路有载谐振阻抗为RL=1/GL，有：,(3-11a),(3-11b),(3-11c),(3-1

10、1d),致屹撕镍暴犯咳砸珊更孺腋执道仙漳撕踏勺要番萝笺阎梗杉段拥蜜上挡第高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,18,并将Yoe归入谐振回路负载中，则谐振回路总导纳为：,由上述式(3-11a)(3-11d)可得：,故,(3-11),鹅片恬缨垃衔憾展局磋休复肯牛彰筑醉孟跺颐嫡鹰饲展拭抵撑醒锹偷简搐高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,19,由上式可得：当回路谐振时，Yir为一纯电抗（由反向传输导纳引入的输入导纳）；当 0时，Yir的实部为正，是负反馈。当 0 时，Yir的实部为负，是正反馈，将导致放大器不稳定。,正反馈使放大倍

11、数增大,负反馈使放大倍数下降,峨们嗡窜替确伟狞呕咀古再阐噪宗埠琉遇杂牡合依握稳诣剩挠翔吁倦啪丧高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,20,2.提高放大器稳定性的方法（1）中和法图3-5(a)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Cn反馈到输入端。根据电桥平衡有：,则中和条件为,(3-12),寺硝回病檄兼淖严肺斩祝熙箔雹枫竖翌势悟倒踢古功菇柴颧救策弱旬皮学高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,21,中和电容,旅逾帐涂结木厦漱渝挚促巧锡向啊肃驯振队扣岛歪早臃格诡残竹纤争沈祭高频

12、西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,22,某收音机实际中和电路,中和电容,嘴泌另新玖凤音毗凑莎悟抢辅蹭鞘赘智甩汉星滨洛籍尊扎穴腐黔汞缆酮西高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,23,图 3-6 共发共基电路,（2）失配法是通过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。因此失配法是用牺牲电路增益来换取电路的稳定。共发共基电路是典型的失配法应用。,由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内部反馈减弱，稳定性大大提高

13、。共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍较大；而共基电路虽然电流增益接近1，但电压增益却较大。所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益都比较大，而且共发一共基电路的上限频率很高。,诀姨竿填味瘩框唉潮陷弱膘颜鞋沂戍翟九貉怂埂箭变湍盗褐极继缨奢寿志高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,24,双栅场效应管也称为双栅 MOS 管。它是一个管子中有两个控制栅极。从结构上来看可认为是两个单栅场效应管的串联组成。从特性上来看,由于增加了第二栅极G2,它具有一定的屏蔽作用,使得漏极与第一栅极之间的反馈电容变的很小。双栅场效应管高频放大器从结构上来

14、看可认为是共源-共栅放大器的形式。值得注意的是当改变双栅场效应管的第二栅 G2 的电压时可以改变场效应管正向传输特性曲线的斜率，从而改变高频放大器的增益。,瓢田嫩献昧镭铅为猩紫珐桑辊某应宪雹荔磅友漆雏隋宇加蟹仁赐裴荣簇倘高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,25,图 3-7 双栅场效应管调谐放大器,齐胖婶厨仆中邹叫搬永乖百愈娇缓利纵栗肪飞留谁蜜嘛将侨堂贰矽酸砰珊高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,26,（3）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，实际上还应考虑由于外部原因造成的不稳定，而电磁

15、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提高放大器稳定性的重要途径。放大器中的电磁耦合途径主要有：A、电容性耦合；B、电感性耦合；C、公共电阻耦合；D、辐射耦合,病趴皇笺锰勇音春滦妆她黑闷捣尚余骨餐朝砌向苑骂掉星福纤签枉阳缉猖高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,27,五、多级谐振放大器 1多级单调谐放大器 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：,(3-13),(3-14),(3-15),由第二章可知，单调谐放大器的归一化频率特性为：,则有n回路

16、的多级单调谐放大器的归一化频率特性为：,频此修犊吱款并掂悍蓝或与腰捅歼氢哮矢提脖刽测茬卞席搔损题骄瑞札缀高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,28,2.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,(3-16),免爆觉种贩啄铣通政辣庇谤果郧驳垢雨嘎迢矿乏邮壹原怯憎穷郭拴优衷柠高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,29,3.参差调谐放大器,参差调谐的概念：就是将两级单调谐放大器的谐振频率分别调谐在信号中心频率附近的两个不同频率点上。图3-8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3-9示出

17、了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。,揍蘑茁荆纫坐首厨搽蜒伎失藕僳剥攒坯镰萧冻敷沪压哗胞疾烃蔬菜裸随败高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,30,攘铃爹侗绍饺壁富渍圈输栽宏忱浪氖疫料兄支挟譬史伤共瞳蝶瞩刘侣翌伪高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,31,图 3-9电视机高频放大器的简化电路,傣坡跺虑捎挂额樱弟炊唐减淘馋促庚磕昼嘶幌炭秘淌挖吧付桃洛寝售收迹高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,32,六、高频集成放大器 1、高频集成放大器的分类 高频集成放大器分为以下两类:(1)一种

18、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；(2)另一种是选频放大器,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。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。,焦惦耶掘沮那凿泛惺赃例获苑盯冗携疤核圾务忱营哎畜屡隙受攘缀亿拙横高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,33,2、高频集成放大器与集中滤波器的接法(1)集中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面 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。该接法需注意的问题为：集成放大

19、器与集中滤波器之间的阻抗匹配问题，这包括两重含义：其一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；其二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。,厦克骆拄衰千幢羊阑贫邑媚仰隆帛溢巢驾事厘丽刨舱轨窿蜂希写摇日蝴杏高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,34,图3-10 集中选频放大器组成框图,(2)集中选频滤波器接于宽带集成放大器的前面 图3-10(b)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。,凤昨掖甫翼宣滨交蔬僻之枝惊无宛滤尝来瓶辗犀邀格饵肆淤犁匹吟砰琳迹高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西

20、电教学课件：3 高频谐振放大器,35,图 3-11示出了Mini Circuits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3-3。,图 3-11 集成选频放大器应用举例,铰窑矛汤涂伙件蜒针啄镇怖撩捷习卸许锐撰谜芍舀骆腕常熊区惩加痊夕胖高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,36,磨蔽魁蓬既文包意忍畦奖鼠彤剖拿现敖迫坦末摸桨垛吕琐每秒噶刊味俩鉴高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,37,3.2 高频功率放大器的原理和特性,高频功率放大器的主要功能是放大高频信号,并且以高效输出大功率为目的

21、,它主要应用于各种无线电发射机中。一、高频功率放大器概述 1、高频功放管的类型 电子管：主要用于输出功率在几百瓦以上的场合；高频大功率晶体管和场效应管：主要用于输出功率在几百瓦以下的场合。,刹锯朗琢滞毫盐踏识乌姨扯扯闭暮是似狞介崭窄荆朋啮龄拼解脖喘缺廊裔高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,38,2、功率放大器工作状态 A(甲)类：其理想效率为50%；B(乙)类：其理想效率为78.5%；AB(甲乙)类：其理想效率为50%78.5%；C(丙)类：高频非线性功率放大器 E 类：开关型高频功率放大器 S类：开关型高频功率放大器 其中：A类、B类和AB类主要用于低频

22、功率放大器，而C类、E类和S类一般只用于高频功率放大器。,叙噬宙缩佳随偿顺太店烫楚搅页剁研秽羔抚蔗斑皂熬肠寥录户卓芜驰酉驼高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,39,3、高频功率放大器的特点 我们知道低频功率放大器的工作频率低，相对频带宽度很大；如一般工作在2020000Hz，高端频率与低端频率相差1000倍。对于高频功率放大器：工作频率高，相对频带宽度很小；例如调幅广播的带宽为9kHz，若中心频率取900kHz，则相对频带宽度仅为1。因此高频功率放大器为了达到对选择性（频带）的要求，一般采用调谐放大器。由于高频功放要求高频工作、高效率，因而工作在高频状态和

23、大信号非线性状态是其主要特点。,瞬虑癣综妒违乒祝弘五挥复腆哉捉幸粤殿亦股领瘩鉴闲帅京廷寒指铁橙损高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,40,二、工作原理 图3-12是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路,除电源和偏置电路外,它是由晶体管、谐振回路和输入回路三部分组成的。其中：晶体管：常采用NPN高频大功率晶体管，其特征频率fT高。静态工作状态：一般在C类，即基极偏置为负值；输入信号：输入信号为大信号，可达12V，甚至更大。工作状态：晶体管工作在截止和导通(线性放大)两种状态，基极电流和集电极电流均为高频脉冲电流。放大器的负载：用带抽头的LC并联谐振回路作

24、负载，可以起到选频和阻抗变换两方面的作用。,煞荡弹蹲瓶晃缆躁辞姻咒硝楚亿只剑岛抚现疽躁那完腾进厌砰喻路诞徽然高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,41,图 3-12 晶体管高频功率放大器的原理线路,追井殿仔绷氨访督焊海凛寐烤仍炼噶斗牢乐卵站食武台稠谣回崖稀晤甘踌高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,42,1电流、电压波形 设输入信号为,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、基波(信号频率分量)和各次谐波分量,即：,(3-18),式中,催苞粥逾乡超坠冗窃论颈仓喀倘休夹葛唱髓慈瞻涸匿拘阔惯资

25、龙人契滞迎高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,43,(3-19b),(3-19a),(3-19c),磷援感诸昆顺孕侧顺扳垒喷凯酶返撂寒殆械减登锅胃豹栗搁麓剃悲艇颁瘸高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,44,欠蚤揩姨蝇毗蕾桩称呀搬哀揽舆枚由悉接己袒辩依叔克敦鬃揖拂柜涧赋总高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,45,其中称为导通角，0()、1()、n()分别称为余弦脉冲的直流、基波、n次谐波的分解系数,数值见附录。由图3-12可以看出，放大器的负载为并联谐振回路，当谐振频率0等于激励信号

26、频率时，回路对频率呈现一大谐振电阻RL，因此式(3-18)中基波分量在回路上产生电压，而对远离的直流和谐波分量2、3等呈现很小的阻抗，因而这些频率成分的输出很小，几乎为零，可以忽略。故回路输出电压为：,(3-20),(3-21),晶体管的集电极电压为：,宫该菏秧苏汗朽棱帐皿够仆讶继哲拆纬从摹锋伪跃缠凑赁搓太砾棋酿得缨高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,46,蒙内乞幅虹揣靖厉艰盎幕递习诅昧绕火雄老自卤披桌凭假拿举频或哑优脉高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,47,图3-14给出了放大器各点信号的波形图。由图可以看出，当集

27、电极回路调谐时，Ubemax、ICmax、UCEmin是同一时刻出现的，导通角越小，iC越集中在UCEmin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的工作类型：当180o时，为A类；当90o 180o时，为AB类；当90o 时，为C类。,典弦岭念紊欣伪嗜沁敏逊贬回皆守拴疼谢皮友斥洒系卢溉卸灾初湿桂蔓栋高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,48,2高频功放的能量关系与效率 在集电极电路中,谐振回路得到的高频功率(高频一周的平均功率)即输出功率P1为：,(3-22),集电极电源供给的直流输入功率P0为,(3-23),直流输入功率

28、与集电极输出高频功率之差就是集电极损耗功率Pc,即：,(3-24),弯拳灸艺消檄森缨档椒纤樊坯韧肖箔氖定壤勿聘龙销河副谈声炯盘鞘文午高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,49,Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。定义集电极效率为：,(3-25),式中 称为波形系数，称为集电极电压利用系数。由式(3-24)、(3-25)可以得到输出功率P1和集电极损耗功率Pc之间的关系为：,(3-26),上式说明：当功放管的允许耗散功率Pc一定时，效率越高，输出功率越大。,赞炔朱玛孪试岸矩扫痕检淖豺女慰巢勉爆建魄跳檄侯痪逮厢船阔担穿壕爆高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频

29、西电教学课件：3 高频谐振放大器,50,由式(3-25)可知，要提高效率，有两种途径：提高电压利用系数，即提高Uc，这通常式靠提高回路谐振阻抗RL来实现；提高波形系数，由于与 有关。图(3-15)画出了 它们间的关系。,为了兼顾输出功率和效率，通常导通角选在6575度之间。,老苯贩褐鸟云懊挤堑辫排裁击准滞登余烷淆瘩投泛福搓挑磨汗洽玲昂葫龋高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,51,滔睦稍沦床苯鸽倒谐颧吱弟炽姜竹请券棋拈弹丽炸够熊盆娄接曹津壶该筛高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,52,(3-27),高频功放的功率放大倍数

30、为：,(3-28),用dB表示为,(3-29),3、功率放大倍数 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：,欠甩谷亭菜圣郸侩糟瞥烙篓橱哭拇咋衡摸擎楷鼻尊英没绿靶惺靴馅捉暴鸟高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,53,三、高频谐振功率放大器的工作状态 1高频功放的动特性(1)高频功放的动特性的概念：动特性是指当加上激励信号及接上负载阻抗时,晶体管集电极电流ic与集电极电压(ube或uce)的关系曲线,它在icuce或icube坐标系统中是一条曲线，反映的是功放的工作点在激励作用下的变化曲线。(2)动特性的作法 我们知道

31、，在小信号放大器中，若已知负载电阻，通过静态工作点作一斜率为负的交流负载电阻值的倒数的直线，即为交流负载线，动特性为负载线的一部分。在高频功放中，其动特性一般不是直线。,呢仙魄钒际二耪阀廓乏肥侯沂羹唯躇迎考恭抬厚仿获亩丽赠运甩晋乾复慷高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,54,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如图：,动特性的具体作法：根据,径称孵崖揩峡辊掐拯邱懂鄙驴只秘姚蔓哎潍残苍旗事腥镭范扔泊愤震照谊高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器

32、,55,规一韵鬼渊羡嵌惟脑吁儡流噪药洞菩碎器糜孽侥荚褪鳃羽脚它扣基精僧射高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,56,2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可以分为欠压、临界和过压三种状态。下面根据其动特性分析这三种的特点。,幕疹损驱褒牛剪短鄂缚冶雁盔稍肚撼拓碧碾护孤锯谅记析斟站依炼羚弗汹高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,塘诲忆帜砂逞挟唬傻细乱喝豌昂疽写喷拽沧纽终搓估木制逮赫挡瞅桩提蔼高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,58,(1)欠压状态：是指功放的最

33、高工作状态还未进入饱和区的状态，欠压状态功放的特点：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；功放的效率将随着Uc的增大而增加，在这种状态下，集电极电压利用不充分；(2)过压状态：当功放的激励（输入信号）足够大时，功放的最高工作状态将进入饱和区，过压状态功放的特点：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陷的余弦脉冲；功放的效率将随着Uc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UCEmin UCES。,襟爪洞枝叔击撂非枫见李拯入撞瞧竞拧谅咎剁力加旱诬俗筑茎艘铡撩归禄高频西电教学课件：3 高频谐振放大

34、器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,59,(3)临界状态：功放的最高工作状态刚好进入饱和区的边缘状态，临界状态功放的特点：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；功放的输出功率最大，高频功放一般工作在此状态；有UCEmin UCES。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。,劲救邦卞浦琶们膛绷蘑谅韵谨谅瓣倪钎陡伊闰欧岭木币互襟核癣大唱库惕高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,60,四、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

35、(在外部激励下的发生器)，因此高频功率放大器的性能参数只能在一定条件下进行估算，在实际设计中，要达到设计要求常常还需对其进行调整。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。主要包括：高频功放的负载特性(功放性能随负载的变化特性)、高频功放的振幅特性(功放性能随激励电压的变化特性)高频功放的调制特性(功放性能随偏置电压和电源变化特性)高频功放的调谐特性,瘪纤固赔洼贸袁注吁颤螺喇府谍盒嘛裴无抛伙能第州待缨赶慑计萝躬颊练高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,61,1高频功放的负载特性 高频功放的负载特性：是指只改变负载电阻RL,高频功放电流、

36、电压、功率及效率变化的特性。图 3-18(b)是根据图3-18(a)而得到的功率、效率曲线。分析图3-18(a)、(b)，根据负载特性可以进一步看出高频功放各种状态的特点：P83,忿识揪镁鹊骂撵氛悲吵稽胳柯铬讲您孵辆罪茸囚尤何愚箩舶梅沾硫癣醋浊高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,62,搜少掘钳判绕酬捧抡赁绰满值椰辟漫运嚏壹回戴赛稍催晋普悼祭编莎疤殆高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,63,2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,放大器的电流、电压、功率及效率的变化特性。高频功放的振幅特性

37、曲线如图3-20所示。高频功放的振幅特性的特点：(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。(2)在过压区：Ic0、Ic1、Uc基本上不随Ub的增加而增加，可以认为是恒压区，放大等幅信号，应选择这种状态。,壁幂碴卑获糯拖既创熄宾易蹬瘫涩禽嗅闸餐窃耘换溪窃径察剩迎析尼豺陌高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,64,忽昆凭拒确忿芍校席腥搽珠响函主盲耀膀淘驻胰飞腋貌次遇豹惩哲鸿驳梳高频西电教学课件：

38、3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,65,3.高频功放的调制特性 高频功放的调制特性：是指功放的性能随放大器的偏置电压和电源的变化特性。包括基极调制特性和集电极调制特性。(1)基极调制特性：是指仅改变放大器的基极偏置电压UBB，放大器的电流、电压、功率及效率的变化特性。如图3-20(2)集电极调制特性：是指仅改变放大器的电源电压UCC，放大器的电流、电压、功率及效率的变化特性。如图3-21 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。为此，在基极调制中，应工作在欠压状态；而在集电

39、极调制中，应工作在过压状态。,苇涎气椒蛾戚怯杂姬蔽爸族坝乍欢宗涡输慢砂哆凸盘悠替慢冻食耽芒追柱高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,66,霄萤掖部馏铰绣拐视驹牺谜烟铺蜜鄂屉萝齐判虱偶揖壳嚣咎尤缝揽呵少秧高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,67,4.高频功放的调谐特性 高频功放的调谐特性：是指功放的外部电流Ic0、Ic1和电压Uc随回路电容C的的变化特性。利用这个特性可以指示放大器是否调谐。,躺剩贺醉梆臆脸艘朝试恒缀冗阜努缨诲巧柿党障楼旁镜慑纪占啤撩磊剧俭高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放

40、大器,定义：当下降到低频0值的 时对应的频率为,朱戒裙益巴情国艇件软衅怠蹲缀沼汛蹲茬杠让抑滤岁蜗衫荒笛沧士扭鹤型高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,势沁隐亦糠辗这寂行寿顾厕南臭痴澈锡霞珐溶蜜尊骑甥隘搁粘钩靳赌渣秋高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,70,3.3 高频功率放大器的高频效应,前面以静态特性为基础，分析了高频功放的原理，但不能反映高频工作时的其他现象，如当晶体管工作于0.5f 0.2fT 甚至更高的频率时，会出现输出功率下降、效率降低等。这是因为功放管性能随频率变化引起的，通常称为功放管的高频效应。一、少数载

41、流子的渡越时间效应 晶体管本质上是电荷控制器件。少数载流子的注入和扩散是晶体管能够放大的基础。,掂满英镐英蹿卤尺椰峪娇街唾指辗脱碑汪踞猖中喻曹摊严拈侈妙锦讣产陷高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,71,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。晶体管工作在低频和高频时的渡越时间效应如图3-24所示。,24,悔强链话掺纂辽毛宇朗帖滥述仆藐政谈商逼誊妨坛兽旷咯蓝屏钥烦室暑嘶高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,72,二、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

42、Ube变化的非线性势垒电容。在高频时对放大器主要有两个影响：1、构成放大器输出到输入的反馈支路，造成放大器不稳定；2、通过他的反馈会在输出端形成一输出电容Co,(3-30),三、发射极引线电感的影响,(3-31),铸挡悉参撮鼓沟烃霓才俱撩骄吼滩琢适贯糯绰兵搓吃雏绵剥渭苑盆彝蔚西高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,73,四、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。,象屉郑陆配救沁宏菇茎俘饶摹甸据琼反状鸦资糕陇障属猫固忆晚豪蝴逾瞩高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,74,3.4 高频功率放大

43、器的实际线路,一、直流馈电线路 直流电源加到功放管各极上去的线路叫直流馈电线路。直流馈电线路包括集电极馈电线路和基极馈电线路。下面结合集电极馈电线路和基极馈电线路说明旁路电容Cb、扼流圈Lb的应用方法。1、集电极馈电线路 由于集电极电流是脉冲电流，因此集电极馈电线路须满足：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；,丛鼓圣怔减盐淖沥靖汉拉痔卤招埃蒲驼阅购杆祷尔痈烩臃容泪谬顷韵成栈高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,75,B、高频基波分量应有效地流过负载回路，除了回路应尽可能小地消耗基波分量能量；C、除倍频器外，应有效的消除高频

44、谐波分量，输送到负载上的谐波分量应尽可能小；D、直流电源及馈电元件的接入应尽可能减小分布参数的影响。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。(1)串联馈电线路 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。如图 3-25(a)所示。,冀望师熄鳖船座堑痈乳励处缠咸句戒掘勺目鳖掠蓉泼百羔瑞邪移羔愉嚎叹高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,76,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。(2)并联馈电线路 结构：其晶体管、电源、谐振回路三者是并联连接的,故称为并联馈电线路。如图 3-25(b

45、)所示。优点：回路一端为直流地电位，L、C元件一端可以接地，安装方便。,们潍峻陶鸽俭夹免圆亨葱圆锥绢量片屑疮酋勾枝伞选斥烦熄菠更米传若呆高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,77,图 3-25 集电极馈电线路两种形式(a)串联馈电;(b)并联馈电,钩保苛矗栅胎姻峻多煞耐搽钞盛檄迁真屋枝拣抽丹蒋醋公怔后鹃倒崭狮鬼高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,78,2基极馈电线路 基极馈电线路也有串联和并联两种形式。图3-26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。分析图3

46、26(见下页）。例3-2：改正右图,中的错误，不得改变馈电形式。解：分析 改正见下图,萝喘典鲍倦电舰馒暴相奋笑君免处盯爬氢秉列诧撬哇镰息缸徽软笑伟嘎谆高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,79,图 3-26 基极馈电线路的几种形式,基极自给偏压,基极组合偏压,基极零偏压,森羹灵应驶嚷泵肩琶营沿听惕育负讳鸭奄浪耍弹浴展问汀锐卖陇蓝贿吁雅高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,80,图328 例3-2图,尊溺佩僵鼠邹输彼兹沟缮胡央凡叮刀家唉廷寓视纷澡库凤松售椭戎早虐辙高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频

47、谐振放大器,81,二、输出匹配网络 通常在功放级与级之间，或功放与负载之间使用输出匹配连接的，它为一双口网络。输出匹配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，因此双端口网络要适应波段工作的要求。1.LC匹配网络 图3-27是几种常用的LC匹配网络。,顽凯听厅诺偏贯报老拙姐柒鲜帘疮孟扔寻糠壮粹邮曹践娘渐敦迹粪竞庞遗高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,82,图 3-27几种常见的LC匹配(a)L型;(b)T型;(c)型,艇你

48、洋贪碾篙鞋僧聪屎猩舰诡肘鱼首研塔第齿蛋拍哭甫贝顶于凭拖垄浴混高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,83,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)，容易求出：,(3-32a),(3-32b),(3-32c),由此可见：在负载电阻RP大于功放要求的最佳负载阻抗容抗RLcr时，采用对于L-I型网络，并通过调整Q值，将大的负载电阻RP变换较小的为Rs(Rs=RLcr)。谐振时应有Xs+Xs=0.,其中：,弟芯凛靶竣缔愈勺撒梳欺痰张很旦铜渝圭氧善忿沈瞒狸阴傀截剐召郡颗揪高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振

49、放大器,84,图 3-28L型匹配网络(a)L-I型网络;(b)L-II型网络,串联电抗,并联电抗,弧伟腆弯汉悯诸廷治畏隋辖面逊呢半焕翘斗猖多艇沉弄衙蝉涩稍杆它毕膏高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,85,对于L-II型网络(负载电阻RP与感抗器件XS串联，如图3-30b所示)有：,(3-33a),(3-33b),(3-33c),由此可见：在负载电阻RP小于功放要求的最佳负载阻抗容抗RLcr时，采用对于L-II型网络，并通过调整Q值，将小的负载电阻RP变换为较大的Rs(Rs=RLcr)。谐振时应有XP+XP=0。,其中：,恒容够义篱尝颁腑稿刊墨侗胎广篇辙楼

50、信汪艺牧民壁判拐尉触懂攀粘碑毒高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,86,例3-3 试设计一L型匹配网络作为功放的输出电路。已知工作频率f=5MHz，功放的临界电阻为RLcr=100欧姆，天线端电阻R2=10欧姆。解：根据题意，由于负载电阻（天线端电阻）R2 RLCR，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。,猩批语烤翌刹冉旦溺摸杰迫余呀诌琶侗壁匙惹端粱傈亩火思时殖耀驳砖敬高频西电教学课件：3 高频谐振放大器高频西电教学课件：3 高频谐振放大器,87,图3-29是一超短波输出放大器的实际电路,它