高频西电教学：3 高频谐振放大器ppt课件

1、第3章 高频谐振放大器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践线路 3.5 高频功放、 功率合成与射频模块放大器 第3章 高频谐振放大器2在在高高频频范范围围内内，为为了了获获得得足足够够大大的的高高频频输输出出功功率率，必必须须采采用用高高频频调调谐谐功功率率放放大大器器，这这是是发发射射设设备备的的重重要要组组成成部部分分。对对高高频频功功率率放放大大器器的的一一般般要要求求同同低低频频功功放放相相同同： 输输出出功功率率大大 效效率率高高特特点点：(1)工工 作作 频频 率率 高

2、高 ， 相相 对对 频频 带带 窄窄(2)采采 用用选选频频网网 络络作作为为负负载载回回路路(3)放放大大器器一一般般工工作作在在C（丙丙）类类工工作作状状态态，属属于于非非线线性性电电路路(4)不不能能用用线线性性模模型型电电路路分分析析，一一般般采采用用图图解解法法分分析析和和折折线线法法功功率率放放大大器器按按工工作作状状态态分分类类：A（甲甲）类类：导导通通角角为为o180 AB（甲甲乙乙）类类：导导通通角角为为 o90 B（乙乙）类类：导导通通角角为为o90 C（丙丙）类类：导导通通角角为为o90 近近年年来来双双出出现现了了D类类、E类类及及S类类等等开开关关功功率率放放大大器器

3、ECICEO uCE iCO转转移移特特性性曲曲线线输输出出特特性性曲曲线线 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQB类类：o90BZBBUU C 类类：o90 ,BZBBUU 。 BEuci截止区截止区饱和区饱和区A 类类：Q位位 于于 放放 大大 区区o180除除电电源源和和偏偏置置电电路路外外，主主要要由由三三个个部部分分组组成成：晶晶体体管管：大功率晶体管，能承受高电压，大电流，大功率晶体管，能承受高电压，大电流， Tf一般工作一般工作时发射极反偏时发射极反偏(C 类类)； 输输入入激激励励电电路路：输输出出谐谐振振回回路路：（1）滤滤波波选选频

4、频，(2)阻阻抗抗匹匹配配。第3章 高频谐振放大器63.1 高频小信号放大器 一、概述一、概述 1、定义：高频小信号放大器的功能就是放大各种无、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。此处的线电设备中的高频小信号。此处的“小信号是指输入信小信号是指输入信号的电平较低，放大器任务在它的线性范围。号的电平较低，放大器任务在它的线性范围。 2、高频小信号放大器的分类：、高频小信号放大器的分类： (1) 按放大器的频带宽度来分：窄带放大器和宽带按放大器的频带宽度来分：窄带放大器和宽带放大器。放大器。 (2) 按有源器件来分：分立元件高频小信号放大器按有源器件来分：分立元件高频

5、小信号放大器和集成放大器。和集成放大器。第3章 高频谐振放大器7 3、高频小信号放大器的主要要求、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。普通可达高增益，即要求放大器的放大量要高。普通可达80100dB； (2) 频率选择性要好；频率选择性要好； (3) 任务稳定可靠。任务稳定可靠。二、高频小信号谐振放大器的任务原理二、高频小信号谐振放大器的任务原理 图图3-1(a)是一典型的高频小信号谐振放大器的实践线路。是一典型的高频小信号谐振放大器的实践线路。其中：其中：Cb、Ce为高频旁路电容；为高频旁路电容；Rb1 、 Rb2 、 Re为偏置电阻。图为偏置电阻。图3-1

6、(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。放大器任务在甲和选频功能。放大器任务在甲(A)类形状。类形状。第3章 高频谐振放大器8RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5RL2LC5V(b)431 (a)高频小信号谐振放大器 (b) 交流等效电路 输输出出谐谐振振回回路路：（1）滤滤波波选选频频，(2)阻阻抗抗匹匹配配。第3章 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 要分析和阐明高频调谐放大器的性能，首先必需思索晶体管在高频时的等效电路。图3-2(a)是晶体管在高频运

7、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根本等效电路。 rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C图 3-2 晶体三极管等效电路混等效电路第3章 高频谐振放大器10 直接运用晶体管的混直接运用晶体管的混等效电路分析放大器的性能很不方便，等效电路分析放大器的性能很不方便，通常在低频时采用通常在低频时采用h参数等效电路，而在高频时，普通采用参数等效电路，而在高频时，普通采用Y参数等参数等效电路。晶体管的效电路。晶体管的Y参数等效电路如图参数等效电路如图3-2(b)所示。所示。Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce. 图 3-2 晶

8、体三极管等效电路 Y参数等效电路第3章 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输入端交流短路时的反向传输导纳Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.第3章 高频谐振放大器12 在忽略在忽略rbe及满足及满足CC的条件下的条件下, Y参数与混参数与混参数之参数之间的关系为：间的关系为：bburebbmfebbmbboebbierCjCjYrCjgYrCjgrCjCjYrCjCjY1111 (3-1)(3-2) (3-3) (3-4) 第3章 高频谐振放大器13特别阐明：

9、特别阐明： (1) Y参数不仅与晶体管的静态任务点有关，而且与任务参数不仅与晶体管的静态任务点有关，而且与任务频率有关，不过当放大器任务在窄带时，频率有关，不过当放大器任务在窄带时，Y参数变化不大，参数变化不大，可近似看作常数；可近似看作常数； (2) 在以后如没有特别阐明，高频小信号放大器都是任务在以后如没有特别阐明，高频小信号放大器都是任务在窄带，晶体管一概用在窄带，晶体管一概用Y参数等效。参数等效。 由图由图3-2可以得到晶体管可以得到晶体管Y参数等效电路的参数等效电路的Y参数方程为：参数方程为：coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3-5a) (3-5b) 第3章 高频谐振

10、放大器14 2 放大器的性能参数放大器的性能参数 根据图根据图3-1可以画出其高频等效电路如图可以画出其高频等效电路如图3-3所示。忽略管子内部的所示。忽略管子内部的反响反响, 即令即令Yre =0, 由图由图3-3可得：可得：cLcbSSbUYIUYII(3-6a) ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.图 3-3 图3-1高频小信号放大器的高频等效电路 (3-6b) 第3章 高频谐振放大器15(3) 输出导纳YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0 (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

11、) 电压放大倍数K(2) 输入导纳Yi (3- 7) (3-8) fecoeLbYUKYYU ferebiieoeLbY YIYYYYUISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.第3章 高频谐振放大器16四、高频谐振放大器的稳定性四、高频谐振放大器的稳定性 1放大器的稳定性放大器的稳定性 (1) 稳定性的引入：前面分析了高频小信号放大器的性能，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但由于晶体管内部存在集基间电容Cbc的反响，或者经过的反响，或者经过Y参参数的反向传输导纳数的反向传输导纳Yre的反响，使放大器存在不稳定的问题

12、。的反响，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3-1为一单调谐放大器，通频带B 0.707为：LoQfB707. 0(3-10) 其矩形系数B 0.1仍为9.95。 第3章 高频谐振放大器17 (2) 定性分析定性分析 下面分析由于反向传输导纳下面分析由于反向传输导纳Yre的反响引起的不稳定。的反响引起的不稳定。假设：反向传输导纳假设：反向传输导纳Yre引入的输入导纳引入的输入导纳, 记为记为Yir。忽略。忽略Rbb的影响的影响, 那么由式那么由式(3-3)、 (3- 4)有：有： femYg思索谐振频率思索谐振频率0附近情况附近情况, 有：有：

13、reuYj C recirbY UY UccpfebpUI ZY U Z其中其中Zp为有载时并联谐振回路阻抗为有载时并联谐振回路阻抗, 根据第二章根据第二章(2-9)式，设式，设回路有载谐振阻抗为回路有载谐振阻抗为RL=1/ GL，有：，有： (3-11a) (3-11b) (3-11c) (3-11d) 第3章 高频谐振放大器180000(12)(12)umumirLLLLjC gC gYjGj QGj Q 并将并将Yoe归入谐振回路负载中，那么谐振回路总导纳为：归入谐振回路负载中，那么谐振回路总导纳为： 由上述式(3-11a)(3-11d)可得：00112(12)LpLLLRZj QGj

14、Q01(12)oeLLLpYYGj QZrefebprecirrefepbbY Y U ZY UYY Y ZUU故 (3-11) 第3章 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，是负反响。当 0 时， Yir的实部为负，是正反响，将导致放大器不稳定。正反响使放大倍数增大负反响使放大倍数下降第3章 高频谐振放大器20 2. 提高放大器稳定性的方法提高放大器稳定性的方法1中和法中和法 图图3-5(a)是利用中和电容是利用中和电容Cn的中和电路。的中和电路。 为了抵为了抵消消Yre的反响的反响, 从集电极回路取一与从集电

15、极回路取一与 反相的电压反相的电压 , 经过经过Cn反响到输入端。根据电桥平衡有：反响到输入端。根据电桥平衡有：1122nb cb cLNCCCLNcUnU那么中和条件为那么中和条件为 (3-12) 02010011b cnjLjLjCjCN2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV第3章 高频谐振放大器21N2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV中和电容第3章 高频谐振放大器22L1L2Uc.CnUo.EcV2(b)V1 某收音机实践中和电路中和电容第3章 高频谐振放大器23V1V2YSYLYi YieYo YobYfbYrbYib 图 3-6 共发共基电路2 失配法是经过增

16、大放大器的负载导纳，使输出电路失配，以失配法是经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。共发路增益来换取电路的稳定。共发共基电路是典型的失配法运用。共基电路是典型的失配法运用。 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衔接时，相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衔接时，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响减弱，稳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响减弱，稳定性大大

17、提高。定性大大提高。 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较大；而共基电路虽然电流增益接近1 1，但电压增益却较大。所以二者级联后，但电压增益却较大。所以二者级联后，相互补偿，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。相互补偿，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。 第3章 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。从构造上来看可以为是两个单栅场效应管的串联组成。从特性上来看, 由于添加了第

18、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响电容变的很小。双栅场效应管高频放大器从构造上来看可以为是共源 - 共栅放大器的方式。值得留意的是当改动双栅场效应管的第二栅 G2 的电压时可以改动场效应管正向传输特性曲线的斜率，从而改动高频放大器的增益。第3章 高频谐振放大器25DR3R1R4R2G2G1S EcuoCSRSV 图 3-7 双栅场效应管调谐放大器 第3章 高频谐振放大器263减少放大器的电磁耦合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，实前面讨论放大器的稳定性，是从放大器内部来看的，实践上还应思索由于外部缘由呵斥的不稳定，而电磁耦合是引

19、践上还应思索由于外部缘由呵斥的不稳定，而电磁耦合是引起外部寄生反响的主要要素，因此抑制和减少电磁耦合是提起外部寄生反响的主要要素，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。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：放大器中的电磁耦合途径主要有： A、电容性耦合；、电容性耦合； B、电感性耦合；、电感性耦合； C、公共电阻耦合；、公共电阻耦合； D、辐射耦合、辐射耦合第3章 高频谐振放大器27五、多级谐振放大器五、多级谐振放大器 1多级单调谐放大器多级单调谐放大器 假设多级单调谐放大器的谐振频率一样假设多级单调谐放大器的谐振频率一样, 均为信号的中心均为信号的中心频率，

20、且各级放大器的电压放大倍数分别为频率，且各级放大器的电压放大倍数分别为K01、 K02、 K0n,那么总的电压放大倍数为：那么总的电压放大倍数为：nKKKK002010 (3-13) 211a(3-14) 2/2)1 (nna(3-15) 由第二章可知，单调谐放大器的归一化频率特性为：由第二章可知，单调谐放大器的归一化频率特性为：那么有那么有n回路的多级单调谐放大器的归一化频率特性为：回路的多级单调谐放大器的归一化频率特性为：第3章 高频谐振放大器282. 多级双调谐放大器多级双调谐放大器 表表32 多级双调谐放大器的带宽和矩形系数多级双调谐放大器的带宽和矩形系数2/4)41 (nna(3-1

21、6) 第3章 高频谐振放大器293. 参差调谐放大器参差调谐放大器 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示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。 第3章 高频谐振放大器30第3章 高频谐振放大器31C2C1AGCG2G1DVSEcC3 图 3-9电视机高频放大器的简化电路 第3章 高频谐振放大器32六、六、 高频集成放大器高频集成放大器 1 1、高频集成放大器的分类、高频集成放大器的分类 高频集成放大器分为以下两类高频集成放大器分为以下两类: :

22、(1) (1) 一种是非选频的高频集成放大器一种是非选频的高频集成放大器, , 主要用于主要用于某些不需求选频功能的设备中某些不需求选频功能的设备中, , 通常以电阻或宽带高频通常以电阻或宽带高频变压器作负载；变压器作负载； (2) (2) 另一种是选频放大器另一种是选频放大器, , 用于需求有选频功能用于需求有选频功能的场所的场所, , 如接纳机的中放就是它的典型运用。如接纳机的中放就是它的典型运用。 通常为了满足高增益放大器的选频要求，集成通常为了满足高增益放大器的选频要求，集成选频放大器普通采用集中滤波器作为选频电路。选频放大器普通采用集中滤波器作为选频电路。第3章 高频谐振放大器33

23、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。 该接法需留意的问题为：集成放大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。 第3章 高频谐振放大器34(a)(b)前 置放大器集 中滤波器宽 带放大器宽 带放大器集 中滤波器图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集中选频滤波器接于宽带集

24、成放大器的前面 图图3-10(b)是集中选频滤波器接于宽带集成放大器的前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。面的一种接法。 第3章 高频谐振放大器35 图图 3-11示出了示出了Mini Circuits公司消费的一集成放大器公司消费的一集成放大器MRA8的的运用电路，运用电路， MRA8是硅单片放大器是硅单片放大器, 其主要目的见表其主要目的见表3-3。 A2C2L1L2A1C1MRA8ui5050uoC3R1R2220 14W220 14W15MRA8C4图 3-11 集成选频放大器运用举例 第3章 高频谐振放大器36第3章 高频谐振放大器373.2 高频功率放大器的原理和

25、特性 高频功率放大器的主要功能是放大高频信号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并且以高效输出大功率为目的为目的, 它主要运用于各种无线电发射机中。它主要运用于各种无线电发射机中。 一、高频功率放大器概述一、高频功率放大器概述 1、高频功放管的类型、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所；电子管：主要用于输出功率在几百瓦以上的场所； 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所。所。第3章 高频谐振放大器38 2、功率放大器任务形状、功率放大器任务形状 A(甲甲)类：其

26、理想效率为类：其理想效率为50%； B(乙乙)类：其理想效率为类：其理想效率为78.5%； AB(甲乙甲乙)类：其理想效率为类：其理想效率为50%78.5%； C (丙丙)类：高频非线性功率放大器类：高频非线性功率放大器 E 类：开关型高频功率放大器类：开关型高频功率放大器 S类：开关型高频功率放大器类：开关型高频功率放大器 其中：其中：A类、类、B类和类和AB类主要用于低频功率放大器，而类主要用于低频功率放大器，而C类、类、E类和类和S类普通类普通只用于高频功率放大器。只用于高频功率放大器。第3章 高频谐振放大器39 3、高频功率放大器的特点、高频功率放大器的特点 我们知道低频功率放大器的任

27、务频率低，相对频带宽度很大；如普通任务我们知道低频功率放大器的任务频率低，相对频带宽度很大；如普通任务在在2020000Hz，高端频率与低端频率相差，高端频率与低端频率相差1000倍。倍。 对于高频功率放大器：任务频率高，相对频带宽度很小；例如调幅广播的对于高频功率放大器：任务频率高，相对频带宽度很小；例如调幅广播的带宽为带宽为9kHz，假设中心频率取，假设中心频率取900kHz，那么相对频带宽度仅为，那么相对频带宽度仅为1。因此高频。因此高频功率放大器为了到达对选择性频带的要求，普通采用调谐放大器。功率放大器为了到达对选择性频带的要求，普通采用调谐放大器。 由于高频功放要求高频任务、高效率，

28、因此任务在高频形状和大信号非线由于高频功放要求高频任务、高效率，因此任务在高频形状和大信号非线性形状是其主要特点。性形状是其主要特点。 第3章 高频谐振放大器40二、任务原理 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 。 静态任务形状：普通在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。 任务形状：晶体管任务在截止和导通(线性放大)两种形状，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

29、路作负载，可以起到选频和阻抗变换两方面的作用。第3章 高频谐振放大器41ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV图 3-12 晶体管高频功率放大器的原理线路 BBUCCU第3章 高频谐振放大器42 1电流、 电压波形 设输入信号为 coscosbbbeBBbuUtuUUt那么由图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： tnItIIicnccoccoscos1(3-18) 式中第3章 高频谐振放大器43) 1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1 (cossin)()cos1 (

30、cossinmax2max1maxmax10maxmaxnainnnnniIaiiIaiiIncccncccccco (3-19b) (3-19a) (3-19c) 第3章 高频谐振放大器44第3章 高频谐振放大器45其中其中称为导通角，称为导通角，0()、 1()、 n()分别称为余弦脉冲的直流、分别称为余弦脉冲的直流、 基基波、波、 n次谐波的分解系数次谐波的分解系数, 数值见附录。数值见附录。 由图由图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等于鼓励信号频率等于鼓励信号频率时，回路对时，回路对频率呈现一大谐振电阻频率呈现一

31、大谐振电阻RL，因此式，因此式(3-18)中基波分量在回路上产生电压，而对远离中基波分量在回路上产生电压，而对远离的直流调和波分量的直流调和波分量2、3等呈现很小的阻抗，因此这些频率成分的输出很小，几乎为零，可以忽等呈现很小的阻抗，因此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：略。故回路输出电压为：1coscosoccLcuuI RtUtcosCEccocccuUuUUt(3-20)(3-20)(3-21)(3-21)晶体管的集电极电压为：晶体管的集电极电压为：第3章 高频谐振放大器46第3章 高频谐振放大器47 图图3-14给出了放大器各点信号的波形图。给出了放大器各点信

32、号的波形图。 由图可以看出，当集电极回路调谐时，由图可以看出，当集电极回路调谐时，Ubemax、 ICmax、 UCEmin是同一时辰出现的，导通角是同一时辰出现的，导通角越小，越小， iC越集中在越集中在UCEmin附近，附近，故耗损越小，效率越高。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任务类型：另外，我们也可根据集电极电流的导通角来划分功放的任务类型：当当180o时，为时，为A类；类； 当当90o 180o时，为时，为AB类；类； 当当90o 时，为时，为C类。类。第3章 高频谐振放大器482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

33、率(高频一周的平均功率)即输出功率P1为：LcLccRURIUIPc22112121211(3-22) 集电极电源供应的直流输入功率集电极电源供应的直流输入功率P0为为00cCCPI U(3- 23) 直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损耗功率Pc, 即：10PPPc(3- 24)第3章 高频谐振放大器49 Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。变为耗散在晶体管集电结中的热能。 定义集电极效率定义集电极效率为：为： 11001122cccCCIUPPIU(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

34、之间的关系为：111cPP(3-26) 1100( )( )ccII cCCUU上式阐明：当功放管的允许耗散功率上式阐明：当功放管的允许耗散功率Pc一定时，效率越一定时，效率越高，输出功率越大。高，输出功率越大。第3章 高频谐振放大器50 由式由式(3-25)可知，要提高效率，有两种途径：可知，要提高效率，有两种途径：提高电压利用系数提高电压利用系数，即提高，即提高Uc，这通常式靠提高回路谐振阻抗，这通常式靠提高回路谐振阻抗RL来来实现；实现；提高波形系数提高波形系数 ，由于，由于与与 有关。图有关。图(3-15)画出了画出了 它们间的关系。它们间的关系。 为了兼顾输出功率和效率，通常导通角选

35、在为了兼顾输出功率和效率，通常导通角选在6575度度之间。之间。第3章 高频谐振放大器51第3章 高频谐振放大器52bbdUIP121 (3-27) 高频功放的功率放大倍数为：高频功放的功率放大倍数为：dpPPK1(3-28) 用dB表示为)(101dBPPLgKdp (3-29) 3、功率放大倍数、功率放大倍数 设其基波电流振幅为设其基波电流振幅为I b1, 且与且与ub同相同相(忽略实践存在忽略实践存在的容性电流的容性电流), 那么鼓励功率为：那么鼓励功率为：第3章 高频谐振放大器53三、高频谐振功率放大器的任务形状三、高频谐振功率放大器的任务形状 1高频功放的动特性高频功放的动特性 (1

36、) 高频功放的动特性的概念：动特性是指当加上鼓励高频功放的动特性的概念：动特性是指当加上鼓励信号及接上负载阻抗时信号及接上负载阻抗时, 晶体管集电极电流晶体管集电极电流ic与集电极电压与集电极电压(ube或或uce)的关系曲线的关系曲线, 它在它在icuce或或icube坐标系统中是坐标系统中是一条曲线，反映的是功放的任务点在鼓励作用下的变化曲线。一条曲线，反映的是功放的任务点在鼓励作用下的变化曲线。 (2) 动特性的作法动特性的作法 我们知道，在小信号放大器中，假设知负载电阻，经过我们知道，在小信号放大器中，假设知负载电阻，经过静态任务点作一斜率为负的交流负载电阻值的倒数的直线，静态任务点作

37、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。即为交流负载线，动特性为负载线的一部分。 在高频功放中，其动特性普通不是直线。在高频功放中，其动特性普通不是直线。第3章 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：cosCECCoCCcuUuUUt动特性的详细作法：根据动特性的详细作法：根据cosBEBBbBBbuUuUUt第3章 高频谐振放大器55第3章 高频谐振放大器56 2高频功放的任务形状 高频谐振功率放大器根据集电极电流能否进入饱和区可以分为欠压、 临

38、界和过压三种形状。下面根据其动特性分析这三种的特点。第3章 高频谐振放大器ICEO uCE iCO转转移移特特性性曲曲线线输输出出特特性性曲曲线线 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ BEuci截止区截止区饱和区饱和区cosBEBBbBBbuUuUUtcosCECCoCCcuUuUUt第3章 高频谐振放大器58 (1) 欠压形状：是指功放的最高任务形状还未进入饱和区的形欠压形状：是指功放的最高任务形状还未进入饱和区的形状，欠压形状功放的特点：功放的任务点只在截止区和线性放大状，欠压形状功放的特点：功放的任务点只在截止区和线性放大区内变化；功放的集电极电流为

39、余弦脉冲；功放的效率将随着区内变化；功放的集电极电流为余弦脉冲；功放的效率将随着Uc的增大而添加，在这种形状下，集电极电压利用不充分；的增大而添加，在这种形状下，集电极电压利用不充分； (2) 过压形状：过压形状： 当功放的鼓励输入信号足够大时，功放的当功放的鼓励输入信号足够大时，功放的最高任务形状将进入饱和区，过压形状功放的特点：功放的任务最高任务形状将进入饱和区，过压形状功放的特点：功放的任务点将在截止区、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；功放的效率将随着极电流为顶部凹陷的余弦脉冲；功放的效率将随着

40、Uc的进一步增的进一步增大而降低，在这种形状下，由于导通角过大导致波形系数较小；大而降低，在这种形状下，由于导通角过大导致波形系数较小；有有UCEmin RLCR R2 RLCR，应选择应选择L-IIL-II型。且串联支路用电感，并联支路用电容。型。且串联支路用电感，并联支路用电容。 根据根据3-33b3-33b式，回路的质量要素为：式，回路的质量要素为： 其它见教材。其它见教材。213LCRRQR 第3章 高频谐振放大器87 图图3-29是一超短波输出放大器的实践电路是一超短波输出放大器的实践电路, 它任务于固定频率。它任务于固定频率。 3DA21CCbVC1L1L2C222.5 V图 3-

41、29 一超短波输出放大器的实践电路 L2是为抵消天线的容抗而设立的C1、C2、L2构成型匹配网络第3章 高频谐振放大器88 2耦合回路耦合回路 图图3-30是一短波发射机的输出放大器，是一短波发射机的输出放大器， 它采用互感耦它采用互感耦合回路作输出电路合回路作输出电路, 多波段任务。简单分析教材图多波段任务。简单分析教材图3-34) V1CbC1L1L2C2KL324 VM 图3-33 短波输出放大器的实践线路1:4传输线变压器第3章 高频谐振放大器89三、高频功放的推挽衔接线路三、高频功放的推挽衔接线路 在高频功放中，不论是输出级还是中间级，有时会在高频功放中，不论是输出级还是中间级，有时

42、会用到推挽衔接线路，其主要目的是为了提高输出功率，用到推挽衔接线路，其主要目的是为了提高输出功率，任务原理与低频功放类似。此处不再祥述。任务原理与低频功放类似。此处不再祥述。第3章 高频谐振放大器90四、高频功放的实践线路举例四、高频功放的实践线路举例 图图3-38(a)是任务频率为是任务频率为50 MHz的晶体管谐振功率放的晶体管谐振功率放大电路大电路, 它向它向50 外接负载提供外接负载提供25W功率功率, 功率增益达功率增益达7 dB。 VL2Ec13.5 VLbC1C214150pF50 90400 pFL1L332250 pF32250 pFC3C450 (a)第3章 高频谐振放大器

43、91C5VR1100k50 530 pFL1533pF15 pFC4R2110 kEGEDC615 pFL3C8C7533 pF533 pF50 (b)C1C2C3L2 图 3-38 高频功放实践线路(a) 50 MHz谐振功放电路; (b) 175 MHz谐振功放电路第3章 高频谐振放大器92 3.5 高频功放、功率合成高频功放、功率合成与射频与射频模块放大器模块放大器 一、一、 D D类高频功率放大器类高频功率放大器 1. 1. 电流开关型电流开关型D D类放大器类放大器 图图3-393-39是电流开关型是电流开关型D D类放大器的原理线路和波类放大器的原理线路和波形图，形图， 线路经过高

44、频变压器线路经过高频变压器T1, T1, 使晶体管使晶体管V1V1、 V2 V2获得获得反向的方波鼓励电压。反向的方波鼓励电压。 第3章 高频谐振放大器93ccescesmcescesmEuuUtdutuU)(2cos)(122 由此可得 )()(2)(2cesccesmmcescescmuEuUUuuEU 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 (3-46) (3-47) 第3章 高频谐振放大器94CALRLT2ic1ic2V1V20T1ic1t0(b)ic2t0(c)uce1t0(d )ucesuce2t0(e)ucesuAt0( f )UMUM uces 3/2

45、/2/2 3/2(a)Ec 图 3-39 电流开关型D类放大器 的线路和波形 UCC第3章 高频谐振放大器95 V1(V2)的集电极电流为振幅等于的集电极电流为振幅等于Ic0的矩形的矩形, 它的基频分量振它的基频分量振幅等于幅等于(2/)Ic0。 V1、 V2的的ic1、 ic2中的基频分量电流在集电极回中的基频分量电流在集电极回路阻抗路阻抗RL(思索了负载思索了负载RL的反射电阻的反射电阻)两端产生的基频电压振幅为：两端产生的基频电压振幅为：222212()()221()22cmcoLcmcocccesLLcmcccesLLUIRUIUuRRUPUuRR将式(3-35)代入式(3-37),

46、得输出功率为输出功率为 输入功率为输入功率为 (3-51) (3-50) (3-49) 第3章 高频谐振放大器962020110()2()2100%100%cccocccescLccccescesLcccesccPU IUuERPPPUuuRUuPPU 集电极损耗功率为 (3-54) (3-53) (3-52) 2电压开关型D类放大器 图3-40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3章 高频谐振放大器97ic2iLL0C0RLV2uce2uce1V1T1Ec(a)ic1iLL0C0RLEcS(b)uce2第3章 高频谐振放大器98uce2 tEc02iL t0ic1 t0ic1maxic2 t0(c)图 3-40 电压开关型D类功放的线路及波形 第3章 高频谐振放大器99 由图可见由图可见, 因因ic1、ic2都是半波余弦脉冲都是半波余弦脉冲(=90), 所以两管的直流电压和负载电流分别为所以两管的直流电压和负载电流分别为:max0maxmax11cccocccoccoiEIEPiIiI两管