通信电子线路part学习教案

1、会计学1通信通信(tng xn)电子线路电子线路part第一页，共35页。b） 具有较高的效率具有较高的效率 放大电路实质放大电路实质能量变换器。负载上所得到的信号功率由直流电能量变换器。负载上所得到的信号功率由直流电源通过放大器件转换而来的。当供给功率放大电路的直流电源功率一源通过放大器件转换而来的。当供给功率放大电路的直流电源功率一定时，为了向负载提供尽可能大的功率，必须减小损耗，因此定时，为了向负载提供尽可能大的功率，必须减小损耗，因此(ync)提高功率放大电路的能量转换效率是重要问题。提高功率放大电路的能量转换效率是重要问题。 功率放大电路的转换效率是最大输出功率与电源所提供的功率之功

2、率放大电路的转换效率是最大输出功率与电源所提供的功率之比，用比，用表示，即表示，即式中式中, PV为直流电源所提供的功率，为直流电源所提供的功率， Pc是转换过程中消耗在集电极是转换过程中消耗在集电极上的部分能量，即集电极耗散功率。上的部分能量，即集电极耗散功率。 越高说明负载从电源取得的功率越大，或者消耗于晶体管集电越高说明负载从电源取得的功率越大，或者消耗于晶体管集电极的功率越小。极的功率越小。 omomVomcPPPPP2第1页/共35页第二页，共35页。c） 尽量减小非线性失真尽量减小非线性失真 功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，三极管一般都工功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，

3、三极管一般都工作在极限状态，瞬时工作点将运动到接近作在极限状态，瞬时工作点将运动到接近(jijn)于管子的饱和区于管子的饱和区和截止区，和截止区， 输出信号不可避免地会有非线性失真，而且输出功率输出信号不可避免地会有非线性失真，而且输出功率越大，非线性失真越严重。因此必须注意功放管的正确选择，越大，非线性失真越严重。因此必须注意功放管的正确选择， 要要保证管子的最大耗散功率保证管子的最大耗散功率PCM、最大集电极电流、最大集电极电流ICM、最大管压、最大管压降降U(BR)CEO不超过限定范围，使管子工作在安全工作区。不超过限定范围，使管子工作在安全工作区。 由于功率放大电路中的三极管通常都工作

4、在大信号状态，由于功率放大电路中的三极管通常都工作在大信号状态， 因因此在进行分析时，一般不采用小信号等效电路法，而是采用图解此在进行分析时，一般不采用小信号等效电路法，而是采用图解法进行功放电路的静态和动态分析。法进行功放电路的静态和动态分析。 3第2页/共35页第三页，共35页。2.2.功率放大电路分类功率放大电路分类 功率放大器按放大管集电极电流导通时间的长短划分：功率放大器按放大管集电极电流导通时间的长短划分：甲甲(A)(A)类、乙类、乙(B)(B)类、丙类、丙(C)(C)类等。类等。甲类放大器：输入激励信号的整个周期中，集电极都有甲类放大器：输入激励信号的整个周期中，集电极都有电流流

5、通。电流流通角电流流通。电流流通角=180o=180o。乙类放大器：只在输入激励信号的半个周期内有电流流乙类放大器：只在输入激励信号的半个周期内有电流流通，电流流通角通，电流流通角=90o=90o。丙类放大器：小于输入激励信号的半个周期内有电流流丙类放大器：小于输入激励信号的半个周期内有电流流通，电流流通角通，电流流通角90o90o。 集电极电流流通时间越短，消耗在放大管中功率集电极电流流通时间越短，消耗在放大管中功率就越小，集电极效率越高。就提高效率而言，丙类最佳，就越小，集电极效率越高。就提高效率而言，丙类最佳，甲类最差。甲类最差。 所以，高频功率放大器多工作于丙类，但丙类放大器所以，高频

6、功率放大器多工作于丙类，但丙类放大器电流波形失真太大，只能采用电流波形失真太大，只能采用(ciyng)(ciyng)谐振回路作为负谐振回路作为负载。由于谐振回路具有滤波能力，电流电压仍接近于正载。由于谐振回路具有滤波能力，电流电压仍接近于正弦波形，失真小。弦波形，失真小。4第3页/共35页第四页，共35页。 除了上几种按电流流通角来分类的工作状态外，还有使电除了上几种按电流流通角来分类的工作状态外，还有使电子器件工作在开关状态的丁类放大和戊类放大。子器件工作在开关状态的丁类放大和戊类放大。丁丁(D)(D)类放大器：效率比丙类放大器还高，理论上可达类放大器：效率比丙类放大器还高，理论上可达100

7、%100%。但其最高工作频率受到开关转换时间所产生的器件功耗但其最高工作频率受到开关转换时间所产生的器件功耗( (集电集电极耗散功率极耗散功率(gngl)(gngl)的限制。的限制。戊戊(E)(E)类放大器：对丁类电路改进，使电子器件在通断转换瞬类放大器：对丁类电路改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，提高工作频率。间的功耗尽量减小，提高工作频率。5第4页/共35页第五页，共35页。通信电路中，为弥补信号在传输通信电路中，为弥补信号在传输(chun sh)(chun sh)过程中的过程中的衰落和各种噪声的干扰，要求发送信号具有一定的功衰落和各种噪声的干扰，要求发送信号具有一定的功率电平

8、。率电平。高频电压高频电压(diny)放大放大高频载高频载波产生波产生，功率，功率小小6第5页/共35页第六页，共35页。1.1.高频功率高频功率(gngl)(gngl)放大器功能与应用放大器功能与应用 能量转换器件，将电源供给的直流能量转换为大功率能量转换器件，将电源供给的直流能量转换为大功率(gngl)(gngl)的高频能量输出。输出信号与输入信号频谱相同的高频能量输出。输出信号与输入信号频谱相同。 无线电发送设备的重要组成部分，发送设备中的缓冲无线电发送设备的重要组成部分，发送设备中的缓冲级、中间放大级、推动级和输出级均属于高频放大器的范级、中间放大级、推动级和输出级均属于高频放大器的范

9、围。围。 不仅用在各种类型的发射机中，也用于许多电子设备不仅用在各种类型的发射机中，也用于许多电子设备，如高频加热装置及微波功率，如高频加热装置及微波功率(gngl)(gngl)源。源。 7第6页/共35页第七页，共35页。2.2.高频功率放大电路分类高频功率放大电路分类(fn li)(fn li) 高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分：高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分： 窄带高频功率放大器：放大相对带宽窄的信号。通常窄带高频功率放大器：放大相对带宽窄的信号。通常以选频电路作为输出回路，故又称调谐功率放大器。为了提高以选频电路作为输出回路，故又称调谐功率放大器。为了提高效率，工作状态多选用

10、丙类或丁类，甚至戊类。效率，工作状态多选用丙类或丁类，甚至戊类。 宽带高频功率放大器：输出电路是传输线变压器或其宽带高频功率放大器：输出电路是传输线变压器或其他宽带匹配电路，又称非调谐功率放大器。不需要调谐，适用他宽带匹配电路，又称非调谐功率放大器。不需要调谐，适用于频率变化范围大的通信系统。工作状态选用甲类和乙类。于频率变化范围大的通信系统。工作状态选用甲类和乙类。8第7页/共35页第八页，共35页。3. 高频功率高频功率(gngl)放大器的主要技术指标放大器的主要技术指标p输出功率输出功率: 放大器的负载得到的功率。放大器的负载得到的功率。p效效 率率: 高频高频(o pn)输出功率与直流

11、电源提供功率的输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率。比值。即能量转换的效率。p功功 率率 增增 益益: 高频高频(o pn)输出功率和信号输入功率的比输出功率和信号输入功率的比值。值。p谐波抑制度谐波抑制度: 是对非线性高频是对非线性高频(o pn)功率放大器而提出功率放大器而提出的，也就是谐波分量相对于基波分量越小越好。的，也就是谐波分量相对于基波分量越小越好。设计功率放大器时，总是根据放大器的特点设计功率放大器时，总是根据放大器的特点(tdin)，突出其中，突出其中一些指标，兼顾另外一些指标。一些指标，兼顾另外一些指标。例如，发射机输出级例如，发射机输出级希望输出功率高，对应

12、的效率不一定希望输出功率高，对应的效率不一定会最高；单边带发射机会最高；单边带发射机希望功放非线性失真小，即谐波希望功放非线性失真小，即谐波抑制度要求高，但效率不会很高。抑制度要求高，但效率不会很高。9第8页/共35页第九页，共35页。4. 高频高频(o pn)功率放大器的分析方功率放大器的分析方法法不能用线性模型电路分析，一般采用不能用线性模型电路分析，一般采用(ciyng)(ciyng)图解图解法和折线法分析其工作原理和工作状态。法和折线法分析其工作原理和工作状态。10p用于发射机中，输出功率高，高效率极为重要。用于发射机中，输出功率高，高效率极为重要。p为提高效率，多选在丙类或丁类、甚至

13、戊类。晶体为提高效率，多选在丙类或丁类、甚至戊类。晶体管在这种工作状态下，输出电流波形失真很大，必管在这种工作状态下，输出电流波形失真很大，必须须(bx)(bx)采用具有一定滤波特性的选频网络作为负采用具有一定滤波特性的选频网络作为负载，以得到接近正弦波的输出电压波形载，以得到接近正弦波的输出电压波形谐振功率谐振功率放大器，用于推动级和末级功率放大，谐波抑制度放大器，用于推动级和末级功率放大，谐波抑制度不高。不高。p如对谐波抑制度要求高，选用甲类等工作状态，使如对谐波抑制度要求高，选用甲类等工作状态，使晶体管工作在线性放大区晶体管工作在线性放大区效率不高，输出功率不效率不高，输出功率不高。若要

14、求输出功率高，可采用功率合成方法实现高。若要求输出功率高，可采用功率合成方法实现。第9页/共35页第十页，共35页。11第10页/共35页第十一页，共35页。电路形式分为中间级和输出级电路形式分为中间级和输出级都可等效为输入回路、非线性都可等效为输入回路、非线性器件和带通滤波器（并联器件和带通滤波器（并联(bnglin)(bnglin)谐振回路）。谐振回路）。中间级放中间级放大大输出级放大输出级放大12负载是下一级的输入阻抗经变压器负载是下一级的输入阻抗经变压器二次侧折合二次侧折合(zhh)到一次侧，与到一次侧，与LC谐振回路组成的等效负载谐振回路组成的等效负载负载是天线负载是天线(其等效阻抗

15、可视为其等效阻抗可视为天线电容和电阻串联天线电容和电阻串联)第11页/共35页第十二页，共35页。谐振于输入谐振于输入信号信号(xnho)的频率的频率丙类高频丙类高频(o pn)功率放大器等效原理功率放大器等效原理图图特点：特点：为了提高效率，工作于丙类状态，由为了提高效率，工作于丙类状态，由Vbb保证发射结负偏保证发射结负偏置，流过晶体管的电流为失真的脉冲置，流过晶体管的电流为失真的脉冲(michng)波形；波形；p 从电流脉冲波中取出基波分量，从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形获得正弦电压波形p 实现放大器阻抗匹配实现放大器阻抗匹配负载为谐振回路负载为谐振回路13中间级和输出级中

16、间级和输出级，负载均可等效，负载均可等效为并联谐振回路为并联谐振回路第12页/共35页第十三页，共35页。uBEibVbbUBZubCCCCtUubmb cos UbmcosBEbbbbbbmuuVVUtgbic+uBE _14发射结在发射结在Vbb的作用下处于的作用下处于(chy)负负偏置状态，当无输入信号电压时，晶偏置状态，当无输入信号电压时，晶体管处于体管处于(chy)截止状态，集电极截止状态，集电极电流电流 ic=0。tibt加到晶体管基极加到晶体管基极(j j)-发射极的电压发射极的电压为为:由输入特性可得基极电流由输入特性可得基极电流ib为脉冲状。为脉冲状。UBZ：导通电压：导通电

17、压c：通角通角第13页/共35页第十四页，共35页。b0b1mb2mbnmcoscos 2cosbiIItItIn tictccic1ic2ic3Ic0Icmaxc0c1mc2mcnmcoscos 2cosciIItItIn t15Ib0为基极电流的直流分量为基极电流的直流分量(fn ling)；Ib1m为基极电流的基为基极电流的基波电流振幅；波电流振幅；Ib2m， Ibnm为基极电流的二次至为基极电流的二次至n次谐波电流振幅；次谐波电流振幅；Ic0为集电极电流的直流分量为集电极电流的直流分量(fn ling)；Ic1m为集电极电流的基波电流为集电极电流的基波电流振幅；振幅；Ic2m， Icn

18、m为集电极电流的二次至为集电极电流的二次至n次谐波电流振幅；次谐波电流振幅；由正向传输特性由正向传输特性(txng)可得集电极电流可得集电极电流 ic为脉冲状。为脉冲状。第14页/共35页第十五页，共35页。16 ic虽然是脉冲状，包含很多谐波，失真很大，但由于集电极电路内采虽然是脉冲状，包含很多谐波，失真很大，但由于集电极电路内采用的是并联谐振回路，当集电极回路调谐于用的是并联谐振回路，当集电极回路调谐于，即与高频信号的基波谐振，即与高频信号的基波谐振时，时， 由于回路的选择性：由于回路的选择性：对基波电流对基波电流(dinli)回路等效为纯电阻回路等效为纯电阻Rp谐振回路有载谐振电阻；谐振

19、回路有载谐振电阻；对各次谐波而言，回路失谐，呈现很小的电抗，回路两端可看成短路；对各次谐波而言，回路失谐，呈现很小的电抗，回路两端可看成短路；而直流分量只能通过回路电感线圈支路，其直流电阻很小，对直流可看成而直流分量只能通过回路电感线圈支路，其直流电阻很小，对直流可看成短路。短路。 所以所以ic流经谐振回路时，只有基波电流流经谐振回路时，只有基波电流(dinli)才产生电压降，即回路才产生电压降，即回路两端只有基波电压两端只有基波电压uc1，而滤除各次谐波电压，因而输出高频信号波形无，而滤除各次谐波电压，因而输出高频信号波形无失真：失真： 111coscosccpc mpcmui RIRtUt

20、第15页/共35页第十六页，共35页。iC频谱频谱 2 3LC回回路阻抗路阻抗 Rp0ictccic1ic2ic3IcoIcmax17NoImageNoImage2c0c1mc2mcnmcoscoscosciIItItInt111coscosccpc mpcmui RIRtUt回路回路(hul)两端电压：两端电压：ubUBZVbbIcmaxuBEtibtictuCEuctVCCUcmUbmuBEic-VBBUBZubC UbmgCC coscosBEbbbmCEcccmuVUtuVUt第16页/共35页第十七页，共35页。丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态下，晶体管丙类高频功率放大器工作

21、在大信号非线性状态下，晶体管的小信号分析方法不再适用。的小信号分析方法不再适用。采用静态特性曲线采用静态特性曲线(qxin)经过理想化成为折线来进行近似经过理想化成为折线来进行近似分析会存在一定误差，但很简洁。分析会存在一定误差，但很简洁。1. 晶体管特性晶体管特性(txng)曲线的理想化及解析式曲线的理想化及解析式 大信号工作条件下，理想化的特性曲线指：大信号工作条件下，理想化的特性曲线指：p在放大区：在放大区：集电极电流集电极电流ic和基极电流和基极电流ib不受集电极电压不受集电极电压uce的的影响，而与基极电压影响，而与基极电压ube成线性关系；成线性关系；p 在饱和区：在饱和区：集电极

22、电流集电极电流ic与集电极电压与集电极电压uce成线性关系，而不受成线性关系，而不受基极电压基极电压ube的影响。的影响。18第17页/共35页第十八页，共35页。bbbeigu19(1)输入特性输入特性(txng)曲线的理想化曲线的理想化对于晶体管输入特性，集电极电压大于一定值后，集电极电压对于晶体管输入特性，集电极电压大于一定值后，集电极电压改变对基极电流影响不大，可近似认为输入特性与集电极电压改变对基极电流影响不大，可近似认为输入特性与集电极电压无关。输入特性曲线直线部分延长无关。输入特性曲线直线部分延长(ynchng)，与，与ube轴交于轴交于UBZ (导通电压导通电压) 。该直线是理

23、想化的输入特性曲线，数学表达。该直线是理想化的输入特性曲线，数学表达式：式：BZ0 , bBEBZbbbeBEBZiuUiguUuU，gb理想化输入特性理想化输入特性(txng)的斜的斜率率:第18页/共35页第十九页，共35页。20(2)正向正向(zhn xin)传输特性曲线的理想传输特性曲线的理想化化 理想化晶体管电流理想化晶体管电流(dinli)放大系数放大系数被认为是常数，将输入特性的被认为是常数，将输入特性的ib 乘乘就可得到理想化正向传输特性。正向传输特性斜率：就可得到理想化正向传输特性。正向传输特性斜率：0 , cBEBZccBEBZBEBZiuUiguUuU， gc理想化晶体管

24、的跨导，表示晶体管工作于放大区时，单位基理想化晶体管的跨导，表示晶体管工作于放大区时，单位基极电压变化产生的集电极电流变化。极电压变化产生的集电极电流变化。 正向正向(zhn xin)传输特性的数学表达式为：传输特性的数学表达式为：cbcbBEBEiigguu第19页/共35页第二十页，共35页。21(3)输出特性曲线输出特性曲线(qxin)的理想化的理想化(书书P59)输出特性曲线输出特性曲线(qxin)分别对饱和分别对饱和(boh)区和放大区采用不同的简化方区和放大区采用不同的简化方法。法。第20页/共35页第二十一页，共35页。cecrcugi ceccruig饱和区：近似认为饱和区：近

25、似认为 只受只受 的控制，而与的控制，而与 无关。理想无关。理想的饱和临界线为一条通过原点的斜线。的饱和临界线为一条通过原点的斜线。 由于高频由于高频(o pn)(o pn)功率放大器在大电流条件下工作，在实功率放大器在大电流条件下工作，在实际运用时，电流较大的线段对结果影响大，故理想化的斜线际运用时，电流较大的线段对结果影响大，故理想化的斜线应画在电流较大的几条曲线附近的中间位置上应画在电流较大的几条曲线附近的中间位置上饱和临界饱和临界线：线：ceuNoImageNoImageceuciceuNoImage放大区：近似认为放大区：近似认为 与与 无关。各条曲线为平行于无关。各条曲线为平行于

26、的水平线。对于等差的的水平线。对于等差的 间隔应该是相等的。间隔应该是相等的。22表示晶体管工作于饱和表示晶体管工作于饱和区时，单位集电极电压区时，单位集电极电压变化引起变化引起(ynq)(ynq)集电极集电极电流的变化的关系。电流的变化的关系。第21页/共35页第二十二页，共35页。uBEic-VbbUBZubCCicCCNoImagetUubmb cos UbmNoImagecosBEbbbbbbmuuVVUtNoImageNoImagegCic+uBE _2. 集电极余弦电流集电极余弦电流(dinli)脉冲的脉冲的分解分解23 对高频功率放大器进行对高频功率放大器进行(jnxng)分析和

27、计算，关分析和计算，关键在于求出集电极电流键在于求出集电极电流ic的各级分量，如直流分量的各级分量，如直流分量Ic0和基频分量和基频分量Ic1m 。NoImagett第22页/共35页第二十三页，共35页。cosccbbbmBZigVUtU0 cicosBZbbcbmUVU1cosBZbbcbmUVUcos()coscoscoscosccbmBZbbcbmbmccbmcig UtUVg UtUg UtvBEic-VBB-UBZvbCCicNoImageCUbmgCIcmaxccbmcIUg cos1max 代代 入入ci有有 ： cccmaxccos1coscos tIiic+uBE _24t

28、t第23页/共35页第二十四页，共35页。c0c1mc2mcnmcoscos2cosciIItItInt00121cmaxcccccmaxcsincos()()cosccIIi dtINoImage21221 1maxcmaxsincoscossincos()cosccccccccnmccnccnnIin tdtiIn nictccic1ic2ic3Ic0Icmax25第24页/共35页第二十五页，共35页。)cos1(cossin0 )cos1(cossin1 )cos1)(1()sincoscos(sin22 nnnnnn直流分量分解直流分量分解(fnji)(fnji)系数系数 基波分量基

29、波分量(fn ling)(fn ling)分分解系数解系数 n次谐波分量次谐波分量(fn ling)分解系数分解系数 max00)(cccIImax11)(ccmcIImax)(ccncnmII26第25页/共35页第二十六页，共35页。110g27书书P96第26页/共35页第二十七页，共35页。281101122oocoCcmc mccccPPPPPUIgV I讨讨论论：第27页/共35页第二十八页，共35页。u 在理想条件在理想条件(tiojin) (tiojin) 的条件的条件(tiojin)(tiojin)下下u甲类工作状态：甲类工作状态：u乙类工作状态：乙类工作状态：u丙类工作状态

30、：丙类工作状态：190c90c180c1)(1cg57. 1)(1cg57. 1)(1cg%5 .78c%5 .78c%50cu 导通角的选择导通角的选择(xunz)（1）Rp一定的条件一定的条件(tiojin)下，下，c=120o时输出功率最大，时输出功率最大，但效率只有但效率只有66%。（2）c=1o15o时，效率最高，但输出功率很小。时，效率最高，但输出功率很小。（3）在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效）在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，谐振功率放大器导通角常取率，谐振功率放大器导通角常取c=60o80o。29110()()cccg 112ccg22211

31、1122()oc mPCMcPPIRIR 第28页/共35页第二十九页，共35页。30p 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得到的得到的ic=f(uBE, uCE)的关系，这是由晶体管本身的关系，这是由晶体管本身(bnshn)所所具有的。具有的。对于高频功率放大器，处于丙类工作状态，负载是等效的并联谐对于高频功率放大器，处于丙类工作状态，负载是等效的并联谐振回路振回路(hul)，回路，回路(hul)的谐振频率等于输入信号频率的谐振频率等于输入信号频率，回路，回路(hul)谐振电阻谐振电阻Rp。p 高频功率放大器动态特性：

32、高频功率放大器动态特性：在高频功率放大器在高频功率放大器 电路和输入、输出电路和输入、输出条件确定后，即条件确定后，即晶体管、电源电压晶体管、电源电压Vcc和和Vbb、输入信号振幅、输入信号振幅Ubm和输和输出信号振幅出信号振幅Ucm (或或Rp) 一定时，一定时，ic=f (uBE、uCE) 的关系。的关系。p由于工作在丙类状态，高频功率放大器的由于工作在丙类状态，高频功率放大器的动态特性不是直线而是折线，下面用理想动态特性不是直线而是折线，下面用理想化特性曲线来讨论动态特性表示形式和方化特性曲线来讨论动态特性表示形式和方法。法。第29页/共35页第三十页，共35页。ccCEBEbbbmcm

33、VuuVUU BZBEccUugi uBEicgCUBZic+uBE _+uCE-ic=f (uBE、uCE)的关系，称为动态的关系，称为动态(dngti)特性。特性。31第30页/共35页第三十一页，共35页。ic+uBE _+uCE-0-()-cosBZbbcccmcccmcbmUVUVUVUUcosBZbbcbmUVU00 () = ccCEccbbbmBZcmbmBZbbcCEcccmcmbmdCEBEBZcBEBZVuigVUUUUUVguVUUUguUUUiUU 32如已知高频功率放大器晶体管理想化输出特性和外部电压如已知高频功率放大器晶体管理想化输出特性和外部电压Vcc 、 Vbb、输入信号振幅、输入信号振幅(zhnf)Ubm和输出信号振幅和输出信号振幅(zhnf)Ucm ，如何求出动态特性和电压电流波形？，如何求出动态特性和电压电流波形？第31页/共35页第三十二页，共35页。uCEicU