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1、高频电子线路（四）高频电子线路（四）华南师范大学华南师范大学 光子中医学实验室光子中医学实验室二零一四年二零一四年观心观心n观察自己的心n心如明镜：时时勤拂拭，勿使惹尘埃n不怕念起，就怕觉迟n西游记：n人物比喻n斜月三星洞作业讲评n1.2 n对于谐振回路：谐振回路总电阻、回路空载Q值、有载的Q值指什么？n谐振回路总电阻：LC回路。将电感损耗电阻的等效并联电阻、信号源（或前级输出）电阻和负载（或后级输入）电阻变换到谐振回路的等效电阻合并后的总电阻。n回路空载Q值：LC回路。此时回路的电阻只有电感损耗电阻的等效并联电阻。n有载的Q值：LC回路。此时回路的电阻为谐振电阻（回路总电阻）。n电感的阻抗变

2、换。n关键：变换的方向。如果求匹配条件，则随意定；如果求回路的有关参数，则应针对回路讨论，变换的方向为回路。已知：f0、Q0、N、N1、N2、C、Rs、RL，求回路电感L，有载Q值，通频带。n求电感L：从f0、C可求。n有载Q值。nQ0的意义：电感的损耗电阻。nRs、RL的等效电阻。CLRe0RsRLKHzQfBWQRRQQKRRRRKRRnRKRRnRKCQReeeeSLesSSLLLe9 .108 .422 .73/256161256256117107 . 00002122000回路总电阻：CLRe0RsRLn1.3n回路总电容：C=CS+C1(C2+CL)/(C1+C2+CL)=18.3

3、pFn谐振频率：MHzLCf6 .41210n回路的总电阻： nQ0的意义：电感的损耗电阻。nRs、RL的等效电阻。CLRe0RsRLCLRe0RsRLMHzQfBWQRRQQKRRRRKRRnRCCCCnRKRRKLQReeeeSLeLLLLLSSe48. 11 .2887. 5/459131)(109 .2007 . 00002211000回路总电阻：的接入系数n1.6n求电阻网络的噪声系数：NF=1/GPA n输入端：等效为Us与Rs。n输出端：用戴维南定理。n开路电压U0=UsR2/(Rs+R1+R2)n等效电阻R0=(R1+Rs)/R2sssAOAiPAAOssAiRRRRRRPPG

4、NFRUPRUP22110202)(1144n1.8n噪声几个相关指标的转换。nNF=SNRi/SNRo)3 .20(10808. 11107. 110213121011dBSNRNFSNRNFGGNFGNFNFNFTTNFiPAPAPAe丙类功放复习ubuBEuCECRLucUBBUCCn导通角小于90，UBB为负。n重点理解： iC是钟形脉冲，而uC是连续的基波谐振电压。n原因：LC谐振回路作用。n设输入信号是余弦信号，自己画出uBE,uCE,uc, iC的波形。n提示：输入与输出回路的方程。ubuBEuCECRLucUBBUCC0qUonuBEUbm t UBB0quCEUcm tUCC

5、 0qiC t 0uCUcm t导通角rarbqqcos1costrba掌握掌握r, a, b, 的关系的关系bratr为振幅ubuBEuCECRLucUBBUCCn导通角由什么决定？n由输入回路参数决定。iC斜率 gUBB00quBEUonuBEUbmiCICm0qq t tiC斜率 gUBB00quBEUonuBEUbmiCICm0qq t tqcos1CmbmIgUbmBBonUUU arccosqbmBBonUUUcos ICm=gUbm (1cosq)输入回路输入回路n导通角与C的关系n越小效率越高，与（Ic1m/IC0）=g1()正比n导通角与输出功率的关系RIPCm)(21212

6、0q (q)0.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.050 0.05 0.10020 40 60 80 100120140 160180q /g1(q)2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0020 406080 100 120 140 160 180q /1023尖顶余弦脉冲的分解系数()与波形系数g1() n甲类、乙类、丙类功放是按照 划分。三者中，甲类的集电极效率 。n丙类功放的导通角越小，则集电极效率 。n当回路等效电阻R和脉冲高度ICM固定时，甲、乙、丙三类功放中， 的输出功率最小。n丙类功放集电极电流是 ，流过L

7、C选频回路等效电阻R的电流是 。 丙类谐振功放的丙类谐振功放的性能分析性能分析：当输入为单频余弦信号，那么输出振幅当输入为单频余弦信号，那么输出振幅Ucm与输入振幅与输入振幅Ubm 、以及其他参数的关系？、以及其他参数的关系？根据谐振功放输入回路、 输出回路和晶体管转移特性的表达式。分析UBB、UCC、 Ubm、 R对Ucm、输出功率、效率的影响。高频功放的工作状态高频功放的工作状态n根据高频谐振功率放大器的工作是否进入饱和区:n若晶体管在任何时刻都工作在放大状态，称为放大器工作在欠压状态（欠压区）欠压状态（欠压区）。在放大区。n若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，称放大器工作在过压状态过压状

8、态。在饱和区。n若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临临界状态界状态。gcr过过压压区区欠压区欠压区BEu 晶体管实际特性和理想折线iC斜率 gUBB00Ubm tuBEuBEiCICm0 tiCA0CBD斜率 gdUCCuCEQuCE0q tUcm 输入回路：uBE=UBB+ub=UBB+Ubmcos0t输出回路： uCE=UCC+uc= =UCC - Ucmcos0t 对应输入特性与输输入特性与输出特性之间的出特性之间的关系关系iC斜率 gUBB00Ubm tuBEuBEiCICm0 tiCA0CBD斜率 gdUCCuCEQuCE0q tUcmgcr输出电压uCE随集电极电流iC变化的轨

9、迹线称为动态线, 又称为交流负载线。截止区和饱和区内的动态线分别和输出特性中截止线和临界饱和线重合.放大区内的动态线是一条其延长线经过Q点的负斜率线段AB。 截止线：BD临界饱和线动态线iC斜率 gUBB00Ubm tuBEuBEiCICm0 tiCA0CBD斜率 gdUCCuCEQuCE0q tUcmgcr截止线：BD临界饱和线动态线RgRdd)cos1)(11qq与R、两个参数都有关系)cos1 ()(/)cos1 (11qqqcmCmcmCmdUIUIg由斜率定义：确定动态线的方法：确定Q点，以及gd。iC斜率 gUBB00Ubm tuBEuBEiCICm0 tiCA0CBD斜率 gdU

10、CCuCEQuCE0q tUcmQ点纵坐标：uCE=UCC时对应的“iC” 。“iC”=g(UBB-Uon)= -UcmcosgdgIUCmbm)cos1 (qiC斜率 gUBB00Ubm tuBEuBEiCICm0 tiCA0CBD斜率 gdUCCuCEQuCE0q tUcmgcr)(CmCCcrCmUUgI工作于临界状态时：)cos1 (qCmdCmUgIgcr,gd,g的关系cmbmdUUgg 性能分析ngcr,gd,g的关系，斜率，计算。n负载、放大、调制特性（基极、集电极）。1、负载特性：、负载特性： UBB、UCC、 Ubm固定， 改变R对Ucm、输出功率、效率的影响。讨论等幅信号

11、的放大特性。ubuBEuCECRLucUBBUCCUBB、UCC、 Ubm固定：Q点固定，固定。 R影响动态线斜率：成反比与RgRgRddd)cos1)(11qq负载越大,负载线斜率越小iC0 tiCA2A1A30B1B2B3UCCuCEQ0Ucm1Ucm2Ucm3 tuCE0UBBuBE tUbmUBB、UCC、 Ubm固定：Q点固定，固定。 R影响动态线斜率。负载越大,负载线斜率越小.欠压过压临界负载小iC0 t0IclmIC0Ucm欠压临界过压 R欠压临界过压RPDPoPCc0谐振功放的负载特性曲线 过压状态使iC的直流、基波分量降低RIUmccm10CCCDIUP cmmcUIP102

12、12、放大特性：、放大特性： UBB、UCC、 R 固定， Ubm 改变对Ucm的影响。用于讨论不等幅信号的放大性能。iC0uBEuBEUbm tiC0欠压临界 过压 t0欠压 临界 过压UcmIclmIC0Ubm由于Ubm的变化将导致的变化, 从而使输出特性欠压区内动态线的斜率发生变化，所以利用输出特性分析放大特性不方便。非线性，因变化致gd变化cmbmdUUgg 3、调制特性：、调制特性：在功率放大的同时，可进行振幅调制。 ubuBEuCECRLucUBBUCC高频振荡信号载波低频调制信号UcmIclmIC00欠压临界过压UBBUBB对Ucm有控制作用（1）基极调制特性： R 、UCC、

13、Ubm 固定， UBB改变对Ucm的影响。用于讨论基极振幅调制性能。UBB和ub是以串联迭加方式处于功放的输入回路, 所以基极调制特性与放大特性类似。（2）集电极调制特性： R 、 UBB 、 Ubm 固定， UCC改变对Ucm的影响。用于讨论集电极振幅调制性能。ubuBEuCECRLucUBBUCC高频振荡信号载波低频调制信号iC过压032临界欠压 tiC0UCC3UCC2UCC1Q3Q2Q1uCEmin1uCE0过压临界欠压UCCUcmIclmIC0UCC对Ucm有控制作用因为：R 、 UBB 、 Ubm 固定， UCC改变所以：Rd不变，Q点变Q点纵坐标：uCE=UCC时对应的“iC”

14、。“iC”=g(UBB-Uon)，不变不变，不能实现调制。，若在临界、欠压区工作cmU例：例：某高频功放工作在临界状态, 已知UCC=18V, gcr=0.6 AV, =60, R=100, 求输出功率Po、直流功率PD和集电极效率c。 解：Rd=1(60)(1-cos 60)100=19 191dgiCA0CBD斜率 gdUCCuCEQuCE0q tUcmICmgcr)cos1 ()(qCmdCmCmCCcrCmUgIUUgIAggUgUgIcrdCCcrCCcrCm45. 0)cos1 (qWRIPCmo46. 1)(21212qWUIPCCCmD78. 1)(0q%8278. 146.

15、1DocPP直流馈电线路与匹配网络直流馈电线路与匹配网络ubuBEuCECRLucUBBUCC 输入回路：uBE=UBB+ub=UBB+Ubmcos0t输出回路： uCE=UCC+uc= =UCC - Ucmcos0tn不管采用何馈电形式，要求回路的方程不变。n对于集电极电源，防止高次谐波影响直流电源的稳压性能。n对于基极电源，采用自给偏压方式。n匹配网络：LC选频匹配，既阻抗变换，又频率选择。n直流馈电线路：n串联馈电：晶体管、直流电源、回路三部分串联。n并联馈电：三部分并联。n都满足输入回路、输出回路方程。ucLA UCCUCCCCcucLC UCCCc2Lc BCc1UCCUCC(a)(

16、b)LcC集电极馈电线路(a) 串联馈电； (b) 并联馈电 高频扼流圈Lc和高频短路电容Cc、Cc2的作用在于阻止高次谐波流过直流电源并为其提供短路通道, 以免高次谐波影响直流电源的稳压性能。 Cc1的作用在于避免集电极电源通过L与地短路。Cb2LbRbCb1CbLbReCeCbLb(a)(b)(c)谐振功放的基极偏置电路 n在无输入信号时, 自给偏压电路的偏置为零。 n分析be结间的直流负反馈回路。当有输入信号,超过导通电压,则有钟形脉冲,含直流分量.通过电阻成为负偏压.n(c) 没有负偏压， UBB=0。n(a)、(b) 随着输入信号的逐渐增大, 加在晶体管be结之间的偏置电压向负值方向

17、增大，相当于UBB0。C1R1 RsC2R2V1R3 R1C3C4L1L2R4V2R5 R2C5L3C6Rs 50 (前 级 输 出 电 阻 )C7C8C9C10UCCRL 50 两级谐振功率放大电路两级功放的基极馈电方式均为自给零偏压, 集电极馈电方式均为并馈。在信号源与第一级放大器之间、第一级放大器与第二级放大器之间分别加入T型选频匹配网络(C1、C2、L1和C3、C4、L2), 在第二级放大器与负载之间加入倒L型选频匹配网络(C5、L3、C6)。宽带高频功率放大电路与功率合成电路n采用非调谐宽带网络作为匹配网络, 能在很宽的频带范围内获得线性放大。n由于无选频滤波性能, 故宽带高频功放一

18、般工作在甲类。以牺牲效率来换取工作频带的加宽。n常用匹配网络：传输线变压器。传输线变压器的特性与应用n宽频带特性。n结构：将传输线(双绞线、带状线或同轴线等)绕在高导磁率的高频磁芯上构成, 以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输。RL421RssU&3sU&Rs12341U&2U&RLsU&Rs1U&2U&1234RL低频主要以变压器形式传递能量，1：1反相变压器高频主要以传输线形式传递能量sU&Rs12341U&2U&RL131U&242U&RL421RssU&3n信号波长与传输线长度相比拟时, 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路。n若传输线无损耗，传输线的特性阻抗：CLZcL、C分别是单位线长的分布电感和分布电容若Zc与负载电阻RL相等, 则称为传输线终端匹配。 无耗、匹配： 若传输线长度l与工作波长相比足够小(lmin8)时, 传输线上任何位置处的电压或电流的振幅均相等, 且输入阻抗Zi=Zc=RL, 故为1 1变压器。n阻抗变换特性。n常用4：1传输线阻抗变换器。LciLL