第三章高频谐振放大器课件

1、2022-4-241第三章第三章 高频谐振放大器高频谐振放大器第一节第一节 高频小信号放大器高频小信号放大器第二节第二节 高频功率放大器的原理与特性高频功率放大器的原理与特性第三节第三节 高频功放的高频特性高频功放的高频特性第四节第四节 高频功率放大器的实际线路高频功率放大器的实际线路第五节第五节 高频功放、功率合成与射频模块放大器高频功放、功率合成与射频模块放大器2022-4-242本节重点：本节重点：高频小信号谐振放大器的高频小信号谐振放大器的 工作原理及性能指标计算。工作原理及性能指标计算。难难 点：点：谐振放大器的性能分析。谐振放大器的性能分析。第三章第三章 高频谐振放大器高频谐振放大

2、器第一节第一节 高频小信号放大器高频小信号放大器2022-4-243第一节第一节 高频小信号放大器高频小信号放大器 高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号，以便作进一步的变换和电设备中的高频小信号，以便作进一步的变换和处理。处理。 高频小信号放大器按频带宽度可以分为窄带放大高频小信号放大器按频带宽度可以分为窄带放大器和宽带放大器。器和宽带放大器。 按有源器件可以分为以分立元件为主的高频放大按有源器件可以分为以分立元件为主的高频放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。器和以集成电路为主的集中选频放大器。2022-4-244对高频小

3、信号放大器的主要要求是： 增益要高。 频率选择性要好。 噪声系数NF要小。 工作稳定可靠。 第一节第一节 高频小信号放大器高频小信号放大器2022-4-245一、一、高频小信号放大器的工作原理高频小信号放大器的工作原理高频小信号谐振放大器实际线路 234511bR2bRbCeReCVCLLRUCC第一节第一节 高频小信号放大器高频小信号放大器高频小信号谐振放大器交流等效电路 123452022-4-246NoImageNoImageNoImage物理模型等效电路：混合物理模型等效电路：混合p参数等效电路。参数等效电路。网络参数等效电路：网络参数等效电路：Y Y 参数等效电路。参数等效电路。晶体

4、管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：混合混合型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发，用型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发，用集中参数元件集中参数元件r，C和受控源表示晶体管内的复杂关系。和受控源表示晶体管内的复杂关系。Y参数等效电路是从测量和使用的角度出发，把晶体管参数等效电路是从测量和使用的角度出发，把晶体管看作一个有源线性四端网络，用一组网络参数来构成看作一个有源线性四端网络，用一组网络参数来构成其等效电路其等效电路1 1晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路二、放大器性能分析二、放大器性能分析2022-4-247CberbbCbc

5、rbcrbeubercegm ubeeb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ube1 1晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路二、放大器性能分析二、放大器性能分析* 混合混合 等效电路等效电路注意：注意：C bc和和rbb的存在对晶体管的高频运用是十分不利的。的存在对晶体管的高频运用是十分不利的。 Cbc将输出交流电流反馈到输入端，可能会引起放大器自激。将输出交流电流反馈到输入端，可能会引起放大器自激。 rbb在共基电路中会引起高频负载反馈，降低晶体管的在共基电路中会引起高频负载反馈，降低晶体管的 。2022-4-248图3-2 (a)晶体三极管混 等效电路 NoIm

6、ageCberbbCbcrbcrbeubercegm ubeNoImageNoImage频率较高时，频率较高时，Cb c的容抗较小，可它并联的电阻的容抗较小，可它并联的电阻rb c较大，较大，相比之下相比之下rb c可以忽略。简化后的等效电路为：可以忽略。简化后的等效电路为：2022-4-249* Y参数参数 等效电路等效电路混合混合型等效电路型等效电路的优点是：各元件参数物理意义明的优点是：各元件参数物理意义明确，在较宽的频带内这些元件值基本上确，在较宽的频带内这些元件值基本上与频率无关与频率无关。缺点是，随着器件不同有不少的差别，分析和测量不缺点是，随着器件不同有不少的差别，分析和测量不便

7、。因此，便。因此，混合混合型等效电路比较适合宽频带放大器。型等效电路比较适合宽频带放大器。它的优点导出的表达式具有普遍意义，分析和它的优点导出的表达式具有普遍意义，分析和测量方便；缺点是网络参数与频率有关。但由于高测量方便；缺点是网络参数与频率有关。但由于高频小信号谐振放大器的频带较窄，一般只需在工作频小信号谐振放大器的频带较窄，一般只需在工作频率频率f0 0上进行参数计算。故上进行参数计算。故分析高频小信号谐振放大分析高频小信号谐振放大器时采用器时采用Y Y参数等效电路是合适的参数等效电路是合适的。2022-4-2410 图图 (a)将共发接法的晶体管等效为有源线性四端网络。图将共发接法的晶

8、体管等效为有源线性四端网络。图中中 表示晶体管输入和输出电压，表示晶体管输入和输出电压， 为其对应电流。以为其对应电流。以 为自变量，为自变量， 为因变量，则描述它们之间的关系的线为因变量，则描述它们之间的关系的线性方程为：性方程为：be+-ce+-bUcU+-bUcU+-ieYcreUYbfeUYoeYbIcIbIcI图（图（a）图（图（b）coebfeccrebiebUYUYIUYUYI=cbII和cbUU，cbUU，cbII和2022-4-2411导纳导纳输入交流短路时的输出输入交流短路时的输出 |0=bUccoeUIY传输导纳传输导纳输入交流短路时的反向输入交流短路时的反向 |0=bU

9、cbreUIY传输导纳传输导纳输出交流短路时的正向输出交流短路时的正向 |0=cUbcfeUIY导纳导纳输出交流短路时的输入输出交流短路时的输入 |0=cUbbieUIY+-bUcU+-ieYcreUYbfeUYoeYcIbIcoebfeccrebiebUYUYIUYUYI=2022-4-2412图中信号源用电流源图中信号源用电流源Is表示，表示，Ys是电流源的内导是电流源的内导纳，负载导纳为纳，负载导纳为YL，它包括谐振回路的导纳和负，它包括谐振回路的导纳和负载电阻载电阻RL的等效导纳。忽略管子内部的反馈，即的等效导纳。忽略管子内部的反馈，即令令Yre=0，由图可得：，由图可得：2 2、放大

10、器的性能参数、放大器的性能参数2022-4-2413主要性能指标主要性能指标K0.1=9.952022-4-2414K0.1=9.95 上式说明上式说明,谐振时谐振时K 与回与回路总电导路总电导g成反比，与晶体管成反比，与晶体管正向传输导纳正向传输导纳Yfe成正比。成正比。|Yfe|越大，越大，| K|越大。负号表示输越大。负号表示输出电压与输入电压有出电压与输入电压有180的的相位差。因为，相位差。因为，Yfe本身是一本身是一个复数个复数,也有一个相角也有一个相角fe 因此因此 与与 的相位差应为的相位差应为fe-180。只有频率较低时只有频率较低时fe=0, 与与 相位差为相位差为-180

11、。oUIUoUIU单调谐放大器的矩形系数单调谐放大器的矩形系数远大于远大于1，也就是说，它的谐，也就是说，它的谐振曲线和矩形相差甚远，选择振曲线和矩形相差甚远，选择性差，这是单调谐放大器的一性差，这是单调谐放大器的一大缺点。大缺点。2022-4-2415三、高频带谐振放大器的稳定性三、高频带谐振放大器的稳定性1、放大器的稳定性、放大器的稳定性 以上我们在讨论谐振放大器时以上我们在讨论谐振放大器时, , 都假定了反向都假定了反向传输导纳传输导纳rere, , 即晶体管单向工作即晶体管单向工作, , 输入电压输入电压可以控制输出电流可以控制输出电流, , 而输出电压不影响输入。实际而输出电压不影响

12、输入。实际上上rere0, 0, 即输出电压可以反馈到输入端即输出电压可以反馈到输入端, , 引起输引起输入电流的变化入电流的变化, , 从而可能引起放大器工作不稳定。从而可能引起放大器工作不稳定。如果这个反馈足够大如果这个反馈足够大, , 且在相位上满足正反馈条件且在相位上满足正反馈条件, , 则会出现自激振荡。则会出现自激振荡。 2022-4-2416 为了提高放大器的稳定性为了提高放大器的稳定性, , 通常从两个方面着通常从两个方面着手。手。一一是从晶体管本身想办法是从晶体管本身想办法, , 减小其反向传输导减小其反向传输导纳纳rere值。值。rere的大小主要取决于集电极与基极间的的大

13、小主要取决于集电极与基极间的结电容结电容bcbc（由混合（由混合型等效电路图可知型等效电路图可知, , bcbc跨接在输入、跨接在输入、 输出端之间）输出端之间）, , 所以制作晶体管所以制作晶体管时应尽量使其时应尽量使其bc减小减小, , 使反馈容抗增大使反馈容抗增大, , 反馈作反馈作用减弱。用减弱。2、提高放大器稳定性的方法、提高放大器稳定性的方法二二是从电路上设法消除晶体管的反向作用是从电路上设法消除晶体管的反向作用, 使它单向使它单向化。化。 具体方法有具体方法有中和法中和法与与失配法失配法。2022-4-2417中和法通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个中和法通过在晶体管的输出

14、端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路附加的外部反馈电路( (中和电路中和电路) )来抵消晶体管内部参来抵消晶体管内部参数数Y Yrere的反馈作用。的反馈作用。图3-5 (a) 中和电路原理电路 UCC中和条件为：中和条件为：n中和法中和法2022-4-2418失配法失配法失配法通过增大负载导纳，进而增大总回路导纳，使失配法通过增大负载导纳，进而增大总回路导纳，使输出电路失配，输出电压相应减小，对输入端的影响输出电路失配，输出电压相应减小，对输入端的影响也就减小。也就减小。 失配法是用失配法是用牺牲增益来换取电路的稳定牺牲增益来换取电路的稳定。 2022-4-2419双栅场效应管也称双栅场

15、效应管也称为双栅为双栅 MOS MOS 管。管。它是一个管子中有它是一个管子中有两个控制栅极。从两个控制栅极。从结构上来看可以认结构上来看可以认为是两个单栅场效为是两个单栅场效应管的应管的共源共源- -共栅共栅级联级联，与，与共发共基共发共基放大器放大器类似如右图类似如右图所示。所示。2022-4-2420在实际电路中，放大器外部的寄生反馈，均以电在实际电路中，放大器外部的寄生反馈，均以电磁耦合的方式出现。电磁耦合的途径主要有：磁耦合的方式出现。电磁耦合的途径主要有：在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用可解决大部分

16、干扰将接地和屏蔽正确结合起来使用可解决大部分干扰问题。问题。电容性耦合电容性耦合电感性耦合电感性耦合公共电阻耦合公共电阻耦合辐射耦合辐射耦合2022-4-2421四、多级谐振放大器四、多级谐振放大器1、多级单调谐放大器、多级单调谐放大器当单级放大器的增益不能满足要求时当单级放大器的增益不能满足要求时, ,即可采取多级放即可采取多级放大器。其中大器。其中每一级都调谐在同一个频率上每一级都调谐在同一个频率上，故多级级联单，故多级级联单调谐放大器也称为同步谐振放大器。调谐放大器也称为同步谐振放大器。总增益总增益 K0=K01K02K03K0n 通频带越宽，每级的增益就越小，对于单级谐振放大器来通频带

17、越宽，每级的增益就越小，对于单级谐振放大器来说，增益和通频带的矛盾是一个严重问题，特别是对高增益宽说，增益和通频带的矛盾是一个严重问题，特别是对高增益宽频带的放大器来说，这个问题更为突出。后面将讨论的参差调频带的放大器来说，这个问题更为突出。后面将讨论的参差调谐放大器就是为了解决这个矛盾而提出的。谐放大器就是为了解决这个矛盾而提出的。2022-4-2422n n级相同的放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级相同的放大器级联时，它的谐振曲线等于各单级谐振曲线的乘积。级谐振曲线的乘积。2200)2(1 1mLnnffQAAD=多级单调谐回路的谐振曲线多级单调谐回路的谐振曲线四、多级谐振放大器四、多级

18、谐振放大器1、多级单调谐放大器、多级单调谐放大器2022-4-2423可推得可推得令令则得则得可知，级数越多，矩形系数越小。可知，级数越多，矩形系数越小。LnnQff017 . 012)2(-=D21)2(1 12200=D=nLnnffQAAnnnrffK)2()2()(7 . 01 . 01 . 0DD=1 . 00=nnAA121100)(111.0-=nnnrK2022-4-2424表表3-13-1多级单调谐放大器的带宽多级单调谐放大器的带宽 和矩形系数和矩形系数 从表上可以看出，当级数从表上可以看出，当级数n n增加时，增加时，总带宽将减总带宽将减小；矩形系数有所改善小；矩形系数有所

19、改善。但这种改善是有限度的，。但这种改善是有限度的，级数越多，级数越多，K K0.10.1变化越缓慢。即当变化越缓慢。即当n n趋于无穷时趋于无穷时,K,K0.10.1也只有也只有2.562.56。和理想的矩形还有很大距离。和理想的矩形还有很大距离。级数n12345B/BI1.00.640.510.430.35K0.19.954.903.743.403.202022-4-24252、多级双调谐放大器、多级双调谐放大器采用多级双调谐放大器可以改变放大器的频率选择性。采用多级双调谐放大器可以改变放大器的频率选择性。级数n1234B/BI1.00.80.710.66K0.13.152.161.91.

20、8n n级双调谐放大器级联时，总通带小于单级时的通频带。级双调谐放大器级联时，总通带小于单级时的通频带。不过，不过，n n级级联时，双调谐放大器的频带缩小不如单调级级联时，双调谐放大器的频带缩小不如单调谐放大器那么厉害。谐放大器那么厉害。2022-4-24263、参差调谐放大器、参差调谐放大器各级的调谐回路和调谐频率都彼此不同。目的是增各级的调谐回路和调谐频率都彼此不同。目的是增加放大器的总带宽，同时又得到边沿陡峭的频率特加放大器的总带宽，同时又得到边沿陡峭的频率特性。性。K1K2K3K1，K2，K3x xx x- 2022-4-2427集成选频放大器由集中选频滤波器和集成宽带放大集成选频放大

21、器由集中选频滤波器和集成宽带放大器构成。器构成。 图图(a)(a)方案的不足是宽带放大器中可能产方案的不足是宽带放大器中可能产生新的干扰，若新产生干扰的频率恰在滤波器通频生新的干扰，若新产生干扰的频率恰在滤波器通频带内，则无法滤除。在图带内，则无法滤除。在图(b)(b)方案中，滤波器的插入方案中，滤波器的插入损耗会降低信噪比，因此需增加低噪声前置放大器。损耗会降低信噪比，因此需增加低噪声前置放大器。 五、高频集成放大器五、高频集成放大器2022-4-24282022-4-24292022-4-2430第二节第二节 高频功率放大器的原理与特性高频功率放大器的原理与特性2022-4-2431 高频

22、谐振功率放大器用于各种无线电发送设高频谐振功率放大器用于各种无线电发送设备中，对高频载波或高频已调波进行功率放大。备中，对高频载波或高频已调波进行功率放大。工作状态：工作状态： A，B，AB，C；（甲、乙、甲乙、丙甲、乙、甲乙、丙）D，E，S； （开关型开关型）F，G，H ；（特殊技术型特殊技术型） 目的：使电信号能够有效地进行远距离传输目的：使电信号能够有效地进行远距离传输特点：高频、大信号、非线性工作特点：高频、大信号、非线性工作要求：输出功率大、转换效率高要求：输出功率大、转换效率高窄带高频功率放大器窄带高频功率放大器：以谐振回路为负载，所以又称：以谐振回路为负载，所以又称谐振功率放大器

23、。谐振功率放大器。宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器：采用非选频性负载，如传输线：采用非选频性负载，如传输线 变压器或其他宽带匹配电路。变压器或其他宽带匹配电路。分析方法：折线法近似分析分析方法：折线法近似分析第二节第二节 高频功率放大器的原理与特性高频功率放大器的原理与特性2022-4-2432特点：特点：1 1、NPNNPN高频大功率晶体管，高频大功率晶体管，高高f fT T；改变；改变U UBBBB可以改变放可以改变放大器的工作类型；大器的工作类型；2 2、大信号激励：、大信号激励：12V12V；3 3、发射结在一个周期内只、发射结在一个周期内只有部分时间导通，有部分时间导通，i iB

24、 B、i iC C均均为一系列高频脉冲；为一系列高频脉冲；4 4、谐振回路作负载可以滤、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流除高频脉冲电流i iC C中的谐波中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。分量，同时实现阻抗匹配。 组成：组成：BJTBJT、LCLC谐振回路、输入回路、馈电电源谐振回路、输入回路、馈电电源UCCUBBiBiCuCEuBELC RubVT一、一、 工作原理工作原理2022-4-2433忽略高频效应忽略高频效应-按照低频特性分析；按照低频特性分析；忽略基区宽变效应忽略基区宽变效应-输出特性水平、输出特性水平、 平行、等间隔；平行、等间隔；忽略管子结电容、载流子基区渡跃时间；忽略管子结

25、电容、载流子基区渡跃时间；忽略穿透电流忽略穿透电流-截止区截止区ICEO=0；分析与计算大大简化，但误差也大；分析与计算大大简化，但误差也大；理论分析与计算只是为电路参数的理论分析与计算只是为电路参数的选择与调整提供依据与指导，实际选择与调整提供依据与指导，实际电路工作时需要调整。电路工作时需要调整。uCE0ic输出特性输出特性uBE0ibUBB输入特性输入特性转移特性转移特性uBE0icUBBgm特性曲线的特性曲线的折线化折线化：分析方法分析方法以后将以后将UBB写成写成UD2022-4-24341 1、电流、电压波形：、电流、电压波形：uBEib tUbmUBBUD- uBEib t- -

26、 icuBEic t- 图解可见，图解可见，i iB B和和i iC C都是余弦脉都是余弦脉冲冲，定义，定义为导通角，三极管为导通角，三极管只在只在（ ，）内导通内导通，当，当9090o o时，时，功率放大器工作于功率放大器工作于丙（丙（C C）类状态）类状态。tUubmb ,costUUubmBBBE cos = = =发射结电压为发射结电压为：越小越小越负越负越小或越小或且且，决定决定和和、 BBbmDBBbmbmBBDbmBBDUUUUUUUUUUU- -= = =- -coscos2022-4-2435iC t- 0ic1Ic1m t0ucUcm t0 tuCEUCC0Uc1m.2co

27、scos210 = =tItIIiiccccc 余弦脉冲展开为傅立叶级数：余弦脉冲展开为傅立叶级数：将将 当当i iC C流过流过LCLC谐振回路时，在回谐振回路时，在回路两端产生电压路两端产生电压u uC C。由于谐振回路。由于谐振回路的选频特性，的选频特性， u uC C中只有基波分量幅中只有基波分量幅度最大度最大，其它频率的信号电压幅度，其它频率的信号电压幅度较小可以忽略。较小可以忽略。 设设R RL L并联回路谐振时的等并联回路谐振时的等效负载电阻效负载电阻，包括，包括BJTBJT的输出电导和的输出电导和等效的等效的R R。tUUuUumcCCcCCce cos- -= =- -= =

28、RtItUuLmcmcc coscos11. .= = =集电极输出电压为：集电极输出电压为：2022-4-2436iC t- 0ic1Ic1m t0ucUcm t0 tuCEUCC0Uc1m 从图中可以看出，从图中可以看出，C C类高类高频谐振功放由于选频作用，频谐振功放由于选频作用，即使即使i iC C是不连续的脉冲电流，是不连续的脉冲电流，在在谐振回路两端也会得到余谐振回路两端也会得到余弦电压弦电压。2022-4-2437ic余弦脉冲的分解余弦脉冲的分解icicmax-p p/2 - p p/2 tIMIMcos )(cos21)(cos21)(21:.2coscosmax1max10m

29、ax0210 p p p p p p p pp pp pp pp pp pnCCcnmCCmcCCccccccittdniIittdiIitdiItItIIii= = = = = = = = = ），（区区间间幅幅为为其其中中各各次次谐谐波波分分量量的的振振级级数数：余余弦弦脉脉冲冲展展开开为为傅傅立立叶叶将将其中其中 0()、 1() 、 n ()为谐波为谐波分解系数分解系数2022-4-2438图中图中 =I=Ic1mc1m/I/Ic0c0= = 1() / 1() / 0()0()为波形系为波形系，随，随 减小而增大。减小而增大。 / 1 / 0 = 0 1 2 30 , 1 , 2 ,

30、 32.01.00.50.40.30.20.10-0.0510 30 50 70 90 110 130 150 170 0()、 1() 、 2 () 、 3 ()与与的关系为：的关系为：2022-4-24392 2、高频功放中的能量关系、高频功放中的能量关系1 1）集电极输出功率：）集电极输出功率：LmcLmcmcmc1RURIUIp212111212121= = = =2 2）集电极电源提供功率：）集电极电源提供功率：CCc0UIP0= =3 3）集电极损耗功率：集电极损耗功率：10cPPP- -= =为集电极电压利用系数为集电极电压利用系数式中式中CCmcUU1x x4 4）集电极效率：

31、）集电极效率：CCmccmc01UUIIPP1012121x x h h= = = =2022-4-24405 5） 对效率的影响对效率的影响电压利用系数电压利用系数x x=Uc1m/UCC1， 随随 而变化；而变化；乙类功放乙类功放： = p p/2 ， = p p/2 ，h hmax=p p/4=78.5%；丙类功放丙类功放： p p/2 /2 ，减小，减小 ， 提高，提高， h h提高；提高；但是但是 很小时，很小时， 提高不多，输出功率却降低很多。提高不多，输出功率却降低很多。故故 通常选在通常选在65o75o之间。之间。2 2、高频功放中的能量关系、高频功放中的能量关系6 6）放大器

32、的激励功率：放大器的激励功率：immbdUIP. .= =1217 7）功率放大倍数：功率放大倍数：1PPdPK = =2022-4-2441tUUutUUumcCCCEimBBBE coscos1- -= = = =三点法作图：三点法作图： t=0，uBE=UBB+Ubm； uCE=UCC-Uc1m 得到得到A点点 t=p p/2，uBE=UBB； uCE=UCC 得到得到 Q点点 t= p p， uBE=UBB-Uim 串联电阻串联电阻R Rs s。1、LC匹配网络匹配网络1= = =PPSSXRRXQ连接方式：连接方式：L L型、型、型和型和型三种型三种2022-4-2460图（图（a

33、a）中）中求得求得:（只适于（只适于RPRL的情况）的情况）RLRPCL (Xs)ReCL(Xp)(b)LsPpRQXQRX. .= = =,1)、L型网络型网络低阻抗变高阻抗电路（低阻抗变高阻抗电路（L-型）型） Q= 0L/RL= 0CRP1- -= =LPRRQ 21QRRLP = =2022-4-2462 例：例： 设计一设计一L L 型匹配网络，天线（负载）端电阻型匹配网络，天线（负载）端电阻R R2 2=10=10，要求，要求f0 0=5MHz=5MHz，功放临界电阻，功放临界电阻R RLcrLcr=100=100。解：应采用低阻抗变高阻抗电路（解：应采用低阻抗变高阻抗电路（L-L

34、-型）。型）。 2022-4-24632）型和型和型网络型网络对于对于L L型滤波匹配网络，当型滤波匹配网络，当R RL L与与R RP P相差不大时，电路的选择性会相差不大时，电路的选择性会很差。很差。T T 型、型、型滤波匹配网络均由两级型滤波匹配网络均由两级L L 型电路组成，一级使阻抗型电路组成，一级使阻抗变大（变大（Q Q 较大），另一级使阻抗变小（较大），另一级使阻抗变小（Q Q 较大）。较大）。2022-4-2464C Cb b为隔直电容为隔直电容 C C1 1、L L1 1和和C C2 2构成构成型匹配网络型匹配网络L L2 2用于抵消天线的容抗用于抵消天线的容抗集电极采用的是

35、并联馈电方式集电极采用的是并联馈电方式2022-4-24652. 2. 耦合回路耦合回路 为了将负载阻抗变换为了将负载阻抗变换为放大器所需的最佳为放大器所需的最佳负载负载R RP P，减小结电容，减小结电容对选频回路谐振频率对选频回路谐振频率的影响，有时采用变的影响，有时采用变压器进行阻抗变换。压器进行阻抗变换。右图所示为课本原理右图所示为课本原理电路图电路图3-13-1选频回路选频回路的交流通道，应有的交流通道，应有U UC1mC1m= =p p1 1U Uomom/ /p p2 22022-4-2466三三 推挽连接线路推挽连接线路高频功率放大器采用推挽线路的目的高频功率放大器采用推挽线路

36、的目的提高输出功率提高输出功率线性功率放大线性功率放大晶体管工作状态：晶体管工作状态：B（乙）类（乙）类位置位置输出级输出级中间级中间级2022-4-2467C1C245pFCcC3C410pFLb280 HL1L2VT50 50 17pF16 H0.01 F97 H16pFUCC (28V)LB280 H四四 高频功率放大器的实际电路高频功率放大器的实际电路2022-4-2468第五节第五节 高频功放、功率合成与射频模块放大器高频功放、功率合成与射频模块放大器 一、一、D D 类高频功率放大器类高频功率放大器 在在C C（丙）类高频功放中，提高集电极效率是靠（丙）类高频功放中，提高集电极效率

37、是靠减小集电极电流的导通角实现的，但这样同时会减减小集电极电流的导通角实现的，但这样同时会减小输出功率。小输出功率。D D（丁）类功率放大器的晶体管工作（丁）类功率放大器的晶体管工作于开关状态，管子导通时进入饱和区，器件内阻接于开关状态，管子导通时进入饱和区，器件内阻接近于近于0 0，截止时电流为，截止时电流为0 0，这样可以使集电极功耗大，这样可以使集电极功耗大为减小，效率大大提高。丁类功放分为电流开关型为减小，效率大大提高。丁类功放分为电流开关型和电压开关型两种电路。和电压开关型两种电路。D D 类高频功放中两只三极管工作在互补开关方式类高频功放中两只三极管工作在互补开关方式2022-4-

38、2469UCC VT1 VT2 A L0 C0 RL uL iC1 iL (a) uA iC2 Cc tiC1 uA uL iC2 (b) t t t 两个同型的三极管两个同型的三极管VT1 VT1 、VT2VT2相串联，输入变压器为相串联，输入变压器为VT1 VT1 、VT2VT2提供相位相反的驱动电压，使两管交替饱和导提供相位相反的驱动电压，使两管交替饱和导通，通，A A点处的电压为方波，振幅为点处的电压为方波，振幅为 1、电压开关型、电压开关型D类放大器类放大器cesCCLmUUU- -= =2022-4-2470 相应的电流电压波形如图（相应的电流电压波形如图（b b）所示。负载电阻）

39、所示。负载电阻R RL L与与L L0 0、C C0 0构成高构成高Q Q串联谐振回路，当它调谐于输入信号频率时，在串联谐振回路，当它调谐于输入信号频率时，在负载上得到电压负载上得到电压u uA A的基波分量，实现高频放大的目的。的基波分量，实现高频放大的目的。 UCC VT1 VT2 A L0 C0 RL uL iC1 iL (a) uA iC2 Cc tiC1 uA uL iC2 (b) t t t1、电压开关型、电压开关型D类放大器类放大器2022-4-2471基波电流振幅：基波电流振幅： LLmLmRUI= =输出功率：输出功率： LLmRUP2021= =通过电源的平均电流分量：通过

40、电源的平均电流分量： p p LmLmcIII= = =)90(00电源供给功率：电源供给功率： 理想情况下，两管集电极损耗均为零，效率可达理想情况下，两管集电极损耗均为零，效率可达100%100%。若考。若考虑饱和压降不为虑饱和压降不为0 0。实际工作中，三极管在饱和、截止之间的转。实际工作中，三极管在饱和、截止之间的转换需要一定的时间，换需要一定的时间，u uA A不是理想方波，而是存在着上升沿和下降不是理想方波，而是存在着上升沿和下降沿，转换期间存在一定的电压和电流，使管耗增加，效率降低，沿，转换期间存在一定的电压和电流，使管耗增加，效率降低，所以应选择开关时间短的高频开关三极管或无电荷

41、存储效应的所以应选择开关时间短的高频开关三极管或无电荷存储效应的VMOSVMOS场效应管，并减小电路中的分布电容。场效应管，并减小电路中的分布电容。coCC0IUP = =1、电压开关型、电压开关型D类放大器类放大器2022-4-24722 2、电流开关型、电流开关型D D类放大器类放大器 电流型电流型D类功放采用类功放采用RLC并联选频电路（并联选频电路（f0=fi），选频电路的），选频电路的输入信号是方波电流，输入信号是方波电流，u uC C为正弦波。忽略扼流圈的直流电阻，为正弦波。忽略扼流圈的直流电阻，则则 2022-4-2473二、二、E类高频功率放大器类高频功率放大器D类放大器是由两

42、管组成的，而类放大器是由两管组成的，而E类是由单管工类是由单管工作于开关状态。它是通过选取适当的负载网络参作于开关状态。它是通过选取适当的负载网络参数，以便它的瞬态响应最佳。数，以便它的瞬态响应最佳。2022-4-2474对功率合成器的要求是：对功率合成器的要求是：（1）如果每个放大器的输出幅度相等，供给匹配负载的额）如果每个放大器的输出幅度相等，供给匹配负载的额定功率均为定功率均为 ，放大器在负载上的总功率应为，放大器在负载上的总功率应为 。iPinP（2）合成器的输入端应彼此相互隔离，其中任何一个功率）合成器的输入端应彼此相互隔离，其中任何一个功率放大器损坏或出现故障时，对其他放大器助工作

43、状态不发生放大器损坏或出现故障时，对其他放大器助工作状态不发生影响。影响。三、功率合成器三、功率合成器3）当一个或数个放大器损坏时，要求负载上的功率下降要）当一个或数个放大器损坏时，要求负载上的功率下降要尽可能的小。尽可能的小。4）满足宽频带工作要求。在一定通带范围内，功率）满足宽频带工作要求。在一定通带范围内，功率输出要平稳，幅度及相位变化不能太大，同时保证输出要平稳，幅度及相位变化不能太大，同时保证阻抗匹配要求。阻抗匹配要求。2022-4-24751W 4W 11W 5W 11W 10W 5W 11W 5W 5W 11W 11W 11W 5W 19W 40W 35W 19W 10W 10W

44、 10W 10W 5W 11W 三、功率合成器三、功率合成器1、功率合成器的组成、功率合成器的组成 在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所能输出的功率时，可以将多个电子器件的输出功率器件所能输出的功率时，可以将多个电子器件的输出功率叠加起来，这就是功率合成技术。叠加起来，这就是功率合成技术。 下图是一个输出功率为下图是一个输出功率为35W35W的功率合成器的组成框图，的功率合成器的组成框图，三角形代表功率放大器，菱形代表功率分配或合成网络。三角形代表功率放大器，菱形代表功率分配或合成网络。2022-4-2476A DCBRA RB

45、 RC RD (a) A DCBRA RB RD RC (b) 利用利用1 1：4 4传输线变压器组成的混合网络，可以实现功传输线变压器组成的混合网络，可以实现功率合成与分配的功能，其基本电路如图（率合成与分配的功能，其基本电路如图（a a）所示。混合）所示。混合网络有网络有A A、B B、C C、D D四个端点，为了满足网络匹配的条件，四个端点，为了满足网络匹配的条件，取取R RA A= R= RB B= Z= ZC C= R= R，R RC C = Z = ZC C/ / 2=2=R /R /2 2，R RD D = =2 2Z ZC C = 2 = 2R R，其，其中中Z ZC C是传输

46、线变压器的特性阻抗。在此基础上，利用是传输线变压器的特性阻抗。在此基础上，利用A A、B B、C C、D D四个端点适当连接，可以实现功率合成与功率分四个端点适当连接，可以实现功率合成与功率分配，图（配，图（b b）为变压器形式的等效电路。）为变压器形式的等效电路。2022-4-24772、功率合成与分配单元、功率合成与分配单元 如下图所示，将如下图所示，将A、B两端点分别接入两个功率放大器的输出端，两端点分别接入两个功率放大器的输出端，若两个输出电压为：若两个输出电压为： SSSUUU= =- -= =21RA RB RC RD A DCBII2I2I1I1I2I1US1US22U U U

47、根据传输线变压器两线圈中的根据传输线变压器两线圈中的电流大小相等，方向相反的原则在电流大小相等，方向相反的原则在图中表示出各个电流的流向。由于图中表示出各个电流的流向。由于电路的对称性，从电路的对称性，从A A点流出的电流点流出的电流I IA A与与B B点流入的电流点流入的电流I IB B相等。相等。 在在A点点 在在B点点 DAIII=11IIIDB-=RD上获得功率为上获得功率为 AADUIUIP2)2(=2022-4-2478CDZR=2/而而A A、B B两端每边的输出功率为两端每边的输出功率为 ABAUIPP=ABADUIPPP2=RDRD上获得的功率等于上获得的功率等于A A、B

48、 B两端输出功率之和，而两端输出功率之和，而RCRC上没有上没有消耗功率，每个信号源的等效负载电阻为消耗功率，每个信号源的等效负载电阻为 RA RB RC RD A DCBII2I2I1I1I2I1US1US22U U U 2、功率合成与分配单元、功率合成与分配单元2022-4-2479同相激励合成网络同相激励合成网络 下所示是一个同相激励功率合成器。由图可见，下所示是一个同相激励功率合成器。由图可见，A A、B B两端加以同相激励电压。两端加以同相激励电压。同相激励功率合成器同相激励功率合成器2、功率合成与分配单元、功率合成与分配单元2022-4-2480RZRRCBA=通常通常2/2/RZ

49、RCC=RZRCD22=DAIII=1DBIII-=1上二式相减，得上二式相减，得R RC C上获得功率为上获得功率为因为因为RARARBRBR R，每一功率源送给负载的功率为，每一功率源送给负载的功率为RIPAA2=RIPBB2=RIRIPACAC222)2(=1IIIBA=02=DI2022-4-2481因此，可得因此，可得 BACPPP= 由此可见，当由此可见，当A A、B B两两端为同相激励时，端为同相激励时，C C端端R RC C上获得功率为上获得功率为 D D端无功率输出。端无功率输出。 同理，当其中一个激励信号源为零时，单一输入的激励同理，当其中一个激励信号源为零时，单一输入的激

50、励功率将在功率将在R RC C和和R RD D上平分功率。非激励端则无输出，即上平分功率。非激励端则无输出，即A A、B B两点两点互相隔离。互相隔离。BAPP 2022-4-2482功率分配网络功率分配网络 最常见的功率分配网络是功率二分配器。这种分配网络最常见的功率分配网络是功率二分配器。这种分配网络有两个负载端。当信号源向网络输入功率为有两个负载端。当信号源向网络输入功率为P P时，每一负载时，每一负载上获得的功率为上获得的功率为P/2P/2。 右图右图是功率二分配器的原理是功率二分配器的原理图。图中传输线变压器的阻图。图中传输线变压器的阻抗变比为抗变比为4:14:1。在。在C C端与地

51、之端与地之间接入内阻为间接入内阻为R RC C的信号源。的信号源。两个负载两个负载R RA A、R RB B分别接在分别接在A A端、端、B B端和地之间。在端和地之间。在A A端和端和B B端端之间还接人一个电阻之间还接人一个电阻R RD D。这。这个电阻称为平衡电阻。个电阻称为平衡电阻。2022-4-2483通常通常 , ,RZRRCBA=2/2/RZRCC=RZRCD22= 根据传输线变压器的原理，当传输线为理想无损耗，且匹根据传输线变压器的原理，当传输线为理想无损耗，且匹配时，流过两线圈中的电流大小应相等，且输入电压与输出电配时，流过两线圈中的电流大小应相等，且输入电压与输出电压相等。

52、则压相等。则ABAB两端电压两端电压U UABAB为为DDABABBAAABRIRIIRIRIUU=-=-=-=)(2DAIII-=1在在A点点 , 在在B点DBIII=1可以得出可以得出从而可知加在从而可知加在A A点对地与点对地与B B点对地的电压大小相等。点对地的电压大小相等。R RA A和和R RB B上上获得的功率相等。获得的功率相等。ID=02022-4-2484DABCT2T3T4T5T6T125 12.5 12.5 6 10 10 LL1 H1 H6 1500pF1500pFDBAC12.5 12.5 1000pF8 F+24V输出输出25 VT1VT2三、功率合成电路实例三、

53、功率合成电路实例 左图是一个反左图是一个反相功率合成器的相功率合成器的典型电路，它是典型电路，它是一个输出功率为一个输出功率为75W75W、带宽为、带宽为3075MHz的放大的放大电路的一部分。电路的一部分。图中，图中，T T2 2为反相为反相功率分配网络，功率分配网络，T T5 5反相功率合成反相功率合成网络，网络， T T1 1 与与T T6 6 是是1 1：1 1传输线变传输线变压器，实现平压器，实现平衡衡不平衡转换；不平衡转换；T T3 3与与T T4 4是是4 4：1 1阻抗阻抗变换器。变换器。 2022-4-2485100 T2T3T4T5T6T1CDABDABC50 1.1 1.

54、1 22 22 200 200 0.033 0.033 100 100 25 25 400 200 UCCVT1VT2 下图是一个典型的同相功率合成器电路。图中，下图是一个典型的同相功率合成器电路。图中，T T1 1为同为同相功率分配网络，相功率分配网络，T T6 6为同相功率合成网络，为同相功率合成网络，T T2 2、T T3 3与与T T4 4、T T5 5 分别是分别是4 4：1 1与与1 1：4 4阻抗变换器，各处的特性阻抗均已在图中阻抗变换器，各处的特性阻抗均已在图中注明。晶体管发射极接入的电阻以产生负反馈，提高输入阻注明。晶体管发射极接入的电阻以产生负反馈，提高输入阻抗。各基极串联的电阻，可提高输入电阻，并防止寄生振荡。抗。各基极串联的电阻，可提高输入电阻，并防止寄生振荡。D D端所接的、电阻是端所接的、电阻是T T1 1 与与T T6 6的假负载的假负载电阻。电阻。2022-4-2486 反相功率合成器的优点是：输出没有偶次谐波，反相功率合成器的优点是：输出没有偶次谐波，输入电阻比单边时高，