通信电子电路第2章_高频放大电路

1、第二章：高频放大电路第二章：高频放大电路信息与通信工程学院信息与通信工程学院1 1内容提要内容提要简单简单谐振回路谐振回路的功能的功能高频高频电路中的元器件电路中的元器件小信号小信号谐振谐振放大电路的放大电路的结构结构、原理原理及其及其用途用途大信号大信号谐振谐振放大电路的放大电路的结构结构、原理原理及其及其用途用途倍频倍频电路电路宽带高频宽带高频功率放大功率放大电路电路2高频电路中的无源元件高频电路中的无源元件( (一一) )电阻的电阻的高频等效电路高频等效电路：电阻电阻R：分布电容分布电容RC：引线电感引线电感RL在高频情况下，电阻将可能呈现出在高频情况下，电阻将可能呈现出电容电容或电感等

2、电抗或电感等电抗的性质；的性质；且频率越高，这且频率越高，这一高频特性表现越明显（一高频特性表现越明显（? ?）电阻的高频特性与制作电阻的电阻的高频特性与制作电阻的材料材料、电、电阻的阻的封装形式封装形式和和尺寸大小尺寸大小有密切关系有密切关系3高频电路中的无源元件高频电路中的无源元件( (二二) )电容的电容的高频等效电路高频等效电路当工作当工作频率很高频率很高时，时，感抗感抗可能超过可能超过容抗容抗，此时的电容将等效为一个此时的电容将等效为一个电感！（电感！（? ?）在设计在设计去耦滤波电路去耦滤波电路时，可将一个大容时，可将一个大容量的电容和一个小容量的电容并联在一量的电容和一个小容量的

3、电容并联在一起使用（起使用（? ?）4高频电路中的无源元件高频电路中的无源元件( (三三) )电感的电感的高频等效电路高频等效电路在中、短波频段，可以将实际电感视为在中、短波频段，可以将实际电感视为理想电感和电阻串联理想电感和电阻串联进入进入超短波超短波频段后，应考虑频段后，应考虑电阻的电阻的趋肤趋肤效应效应和与和与电感相并联的等效电容电感相并联的等效电容! !品质因数：电路中品质因数：电路中某一回路某一回路或或支路支路中无中无功功率与有功功率之比功功率与有功功率之比Q 无功功率有功功率电感的品质因数：电感的品质因数：/QL r5高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件( (一一) )二极管二

4、极管在高频电路中，二极管主要用于在高频电路中，二极管主要用于检波检波、调制调制、解调解调及及混频混频等非线性变换电路中，等非线性变换电路中，工作在工作在较低的电平较低的电平当二极管工作在当二极管工作在高频高频时，其时，其PNPN结电容不结电容不能忽略能忽略利用二极管的电容效应，可以制成变容利用二极管的电容效应，可以制成变容二极管二极管PINPIN二极管：二极管：结构特点结构特点结电容小结电容小，适用于几十兆到几千兆赫频段，适用于几十兆到几千兆赫频段高频等效电阻高频等效电阻受受正向直流电流正向直流电流的控制的控制6高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件( (二二) )高频晶体管主要有两大类型：

5、高频晶体管主要有两大类型：作为作为小信号放大小信号放大的的高频小功率管高频小功率管，主要要求是主要要求是高增益高增益和和低噪声（？）低噪声（？）对于对于高频功率放大管高频功率放大管来说，除了来说，除了增增益益以外，还要求在高频时能够有较以外，还要求在高频时能够有较大的大的输出功率（？）输出功率（？）7谐振回路的作用谐振回路的作用谐振回路的作用：谐振回路的作用：阻抗变换阻抗变换滤除信号中的无用分量，保留信滤除信号中的无用分量，保留信号中的有用分量，起号中的有用分量，起滤波器滤波器的作用的作用例例1 1：收音机中的滤波电路（模拟带：收音机中的滤波电路（模拟带通电路）通电路）例例2 2：信号与系统里

6、，抽样信号恢复：信号与系统里，抽样信号恢复时的时的低通滤波器低通滤波器在在移相网络移相网络、相频变换网络相频变换网络中使用中使用8选频网络的分类选频网络的分类选频选频网络网络 由由LCLC组成的组成的谐振电路谐振电路 单单谐振回路谐振回路耦合耦合谐振回路谐振回路各种滤波器各种滤波器 LCLC集中滤波器集中滤波器石英晶体石英晶体滤波器滤波器陶瓷陶瓷滤波器滤波器声表面波声表面波滤波器滤波器单谐振回路：单谐振回路是指单谐振回路：单谐振回路是指由一个电感由一个电感和一个电容组成的谐振回路和一个电容组成的谐振回路。若可通过电。若可通过电感串、并联以及电容串、并联变换将电路感串、并联以及电容串、并联变换将

7、电路转换为一个电感和一个电容的谐振回路，转换为一个电感和一个电容的谐振回路，也算作单谐振回路也算作单谐振回路9LCLC简单并联谐振回路的基本特性简单并联谐振回路的基本特性( (一一) )工程中一般满足工程中一般满足Lr1()1()PZjCrjCLL1()PPPYjGjBZ()1()|()|()PPPPZjZjeYj电路结构说明电路结构说明1()()1()Prj Lj CZjrjLCPLRCr10LCLC简单并联谐振回路的基本特性简单并联谐振回路的基本特性( (二二) )空载回路电压：空载回路电压：1()SSPIIVCrYjCLLPPLZRCrSPSPILVVIGCr001/CPSIVjQ Ij

8、C000PLQrRL：并联谐振回：并联谐振回路的路的空载品质空载品质因数因数0(1/)ifLC电路出现谐振，电路出现谐振，此时：此时： 为并联谐振回为并联谐振回路的谐振角频率路的谐振角频率011LCLC简单并联谐振回路的基本特性简单并联谐振回路的基本特性( (三三) )0()ifLr00PLSVIrjLjQ I 电感和电容上的电流均电感和电容上的电流均为为信号源电流的信号源电流的 倍倍，但但相位相反相位相反，故并联谐，故并联谐振也被称为振也被称为电流谐振电流谐振0Q01Q 12LCLC简单并联谐振回路的基本特性简单并联谐振回路的基本特性( (四四) )LCLC并并联回联回路的路的阻抗阻抗频率频

9、率特性特性：所谓所谓容性或感性容性或感性特特性是指性是指相移特性相移特性可用可用相移特性相移特性来实来实现现移相网络移相网络13221()SZjrLCLCLC简单串联谐振回路的基本特性简单串联谐振回路的基本特性( (一一) )谐振谐振时：时：1( )XLC1( )SLCarctgr 0X 01LC012fLC001LC串联谐振回路的固串联谐振回路的固有谐振角频率：有谐振角频率：电路结构说明电路结构说明()1()()( )()SSjSZjrjLCrjXZje14LCLC简单串联谐振回路的基本特性简单串联谐振回路的基本特性( (二二) )空载空载回路电流：回路电流：00ssVVIIIrr回路谐振时

10、的回路谐振时的感感抗抗( (或容抗或容抗) )值与值与回路的回路的损耗电阻损耗电阻之比即为回路的之比即为回路的品质因数品质因数Q Q00011LLQrCrrC0000sLsVVjL IjLrLjVr15LCLC简单串联谐振回路的基本特性简单串联谐振回路的基本特性( (三三) )01Q 实际回路中：实际回路中：0LsVjV Q0CsVjV Q 电感和电容上的电压均电感和电容上的电压均为为信号源电压的信号源电压的 倍倍，但但相位相反相位相反，故串联谐，故串联谐振也被称为振也被称为电压谐振电压谐振0Q16LCLC简单串联谐振回路的基本特性简单串联谐振回路的基本特性( (四四) )LCLC串串联回联回

11、路的路的阻抗阻抗频率频率特性特性17串、并联谐振回路的特性对比串、并联谐振回路的特性对比18关于谐振和关于谐振和Q Q值的进一步说明值的进一步说明谐振时，信号源和回路电抗元件不交换能谐振时，信号源和回路电抗元件不交换能量，而是量，而是电感与电容相互交换能量电感与电容相互交换能量，即，即电电容的无功功率等于电感的无功功率容的无功功率等于电感的无功功率202/ 2/ 2CRPVCLRRQPVRC以并联谐振电路为例：以并联谐振电路为例：19特性阻抗的定义特性阻抗的定义：特性阻抗：特性阻抗则串联谐振电路中：则串联谐振电路中：并联谐振电路中：并联谐振电路中：/PQR/Qr故故信号源内阻较高信号源内阻较高

12、时，采用时，采用并联谐振并联谐振回路较易获得高回路较易获得高Q Q值；信号源内阻较低值；信号源内阻较低时则反之时则反之0/LLLCL CQrrrr0/PPPPRRRQRLLLCL C令令LC20例例下图所示高下图所示高Q Q电路中，电路中， 电感的损耗电电感的损耗电阻阻 ， ，试计算谐振回路总的品质，试计算谐振回路总的品质因数因数 和回路两端电压和回路两端电压01,100,100,100ssImA LH CpF Rk10r 50LRkQV1100ppLRkGCr0/ / /25spLRRRRk/1L Ck/25LQR25sVI RV21谐振电路的选频作用及高谐振电路的选频作用及高Q Q值的影响

13、值的影响当谐振频率固定时，当谐振频率固定时，Q Q值的变化有什么影值的变化有什么影响？响？计算不同频率下的阻计算不同频率下的阻抗归一化表达式：抗归一化表达式：001/(1/)1/(/ )11tmZCr LjCLZCr LjQ0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.050.00.20.40.60.81.0Zt/Ztmw/w0 Q=200 Q=100 Q=5022实际谐振电路的品质因数实际谐振电路的品质因数考虑信号源内阻与负载电阻的电路：考虑信号源内阻与负载电阻的电路：有载品质因数：有载品质因数：0LSLLQRRr01()LSLPQL

14、 GGG0LQQ使用部分接入并联谐使用部分接入并联谐振回路的原因及原理振回路的原因及原理23自耦变压器耦合连接自耦变压器耦合连接当电路发生谐振时，若当电路发生谐振时，若电路满足高电路满足高Q Q值条件：值条件：1212LLLNNN利用电源提供的功率不利用电源提供的功率不变的概念，可得：变的概念，可得：022012()LLNVVVLLN22LLNRRN设接入系数设接入系数22LNpLN2LLRRp24电容分压耦合连接电容分压耦合连接使用与自耦变压器耦合使用与自耦变压器耦合连接相同的方法，可得连接相同的方法，可得此时接此时接入系数入系数112CpCC2LLRRp其它变量的其它变量的推广如下：推广如

15、下：222LLLLLLSSSSgp gXXpCp CIpIVVp25例：部分接入的计算例：部分接入的计算求：0QV、100PRk/25SPLRRRRk3301025 1025SVI RV120100,200100,50,10 ,0.5,1SLLCSLH CCpFRkRkrppImA22/ / / / /57SLSPLPLCRRRRRRRkpp014.25LSCVp I R pV57CQRL26例例下图为一电容抽头式并联谐振回路，下图为一电容抽头式并联谐振回路，若线圈的损耗电阻若线圈的损耗电阻 很小，试证明分很小，试证明分别由别由bcbc、acac或或abab端看去的谐振频率是端看去的谐振频率是

16、相同的，且在谐振时有：相同的，且在谐振时有：r2212221bcacbcabZCZCCZCZC27综述综述小信号谐振放大电路广泛应用于通信、广小信号谐振放大电路广泛应用于通信、广播、电视、雷达等播、电视、雷达等接收接收系统中，主要起系统中，主要起选选频、放大频、放大作用作用通常是指通常是指负载具有谐振特性负载具有谐振特性( (或选频特性或选频特性) )的放大电路的放大电路。其作用是：从接收到的有用。其作用是：从接收到的有用信号和大量干扰信号的混合产物中，选择信号和大量干扰信号的混合产物中，选择出一个出一个具有一定带宽具有一定带宽的有用信号并且加以的有用信号并且加以放大，同时有效地放大，同时有效

17、地抑制其它的无用信号抑制其它的无用信号( (称为干扰信号称为干扰信号) ) ，也就是说它既能，也就是说它既能选频选频，又能又能放大放大由于输入信号小，工作于由于输入信号小，工作于甲类放大状态甲类放大状态，可用可用微变等效电路法微变等效电路法进行分析进行分析28小信号谐振放大电路的技术指标小信号谐振放大电路的技术指标理想谐振放大电路理想谐振放大电路及及实际谐振放大电实际谐振放大电路路的幅频特性曲线的幅频特性曲线谐振增益谐振增益0vA通频带通频带0.7BW窄带谐振放大电窄带谐振放大电路的两种定义路的两种定义选择性选择性0( )vvAfSA矩形系数矩形系数0.70.1BWDBW稳定性稳定性噪声系数及

18、其意义噪声系数及其意义0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.050.00.20.40.60.81.0Zt/Ztmw/w0 Q=200 Q=100 Q=5029小信号谐振放大电路的组成方法小信号谐振放大电路的组成方法方法一：将单级谐振放大电路级联起方法一：将单级谐振放大电路级联起来，构成多级放大电路，称作来，构成多级放大电路，称作分散选频分散选频放大电路放大电路方法二：用方法二：用集成宽带放大电路集成宽带放大电路和具有和具有相应相应选频特性选频特性的的窄带滤波器窄带滤波器构成谐振放构成谐振放大电路，称作大电路，称作集中选频放大电路

19、集中选频放大电路30单调谐回路谐振放大电路单调谐回路谐振放大电路( (一一) )12212( )( )1( )arctanCvAn n yRA00LQ：一般失谐：一般失谐注意：结电容的影响已被忽略注意：结电容的影响已被忽略01CLC：回路谐振角频率：回路谐振角频率00CLCCRQC RL：回路有载品质因数：回路有载品质因数分析步骤：分析步骤：画出放大电路的画出放大电路的交流通路交流通路将晶体管用其高将晶体管用其高频等效电路替代频等效电路替代利用高利用高Q Q电路的电路的简化计算方法进简化计算方法进行电路的化简行电路的化简计算回路的各计算回路的各种参数种参数31单调谐回路谐振放大电路单调谐回路谐

20、振放大电路( (二二) )12212( )( )1Cvn n yRA0012210122100()()()vvCLCAAn n yRn n yQC LQ故当通过改变电阻故当通过改变电阻来改变来改变 值时，值时，谐谐振增益与振增益与 成正比成正比LQ在实际电路设计时，通常在实际电路设计时，通常不需要对小信号不需要对小信号谐振放大电路做详细的定量计算谐振放大电路做详细的定量计算，其原因，其原因包括：包括：内反馈的影响内反馈的影响计算的繁琐性计算的繁琐性分布参数的影响分布参数的影响32LCLC谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性( (一一) )在分析小信号在分析小信号谐振放大电路的选频特性谐振放大电

21、路的选频特性时，时，通常认为其选频特性主要取决于通常认为其选频特性主要取决于LCLC谐振回谐振回路的选频特性路的选频特性1S0SCrjCLLLCrIVVI200001( )1( )arctanMMQQ 归一化归一化后的后的幅频幅频特性特性和和相频特性相频特性：33LCLC谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性( (二二) )200001( )1( )arctanMMQQ 注意当频率偏离谐注意当频率偏离谐振频率时：振频率时：幅频特性的衰减幅频特性的衰减速率及其与速率及其与Q Q值的值的关系关系相频特性的相移相频特性的相移特性及其与特性及其与Q Q值的值的关系关系34LCLC谐振回路的选频特性谐振回

22、路的选频特性( (三三) )2001( )1MQ( )0.707if M000()()1Q 在截止频率附近，有：在截止频率附近，有：200002, 0000000()()2()2()fff00000.7022/HLHLfffQfffQBWfffQ可见可见增大回路的品质增大回路的品质因数能够提高谐振增因数能够提高谐振增益，但与保持一定的益，但与保持一定的通频带宽度相互矛盾通频带宽度相互矛盾1221000()()LvCn n yQAC35LCLC谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性( (四四) )2001( )1MQ00000.7022/HLHLfffQfffQBWfffQ( )0.1if M00

23、.19.9fBWQ0.70.10.1BWDBW即单谐振回路的矩形即单谐振回路的矩形系数系数D D是一个定值，与是一个定值，与回路参数无关回路参数无关0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.050.00.20.40.60.81.0Zt/Ztmw/w0 Q=200 Q=100 Q=5036LCLC谐振回路的选频特性：例谐振回路的选频特性：例( (一一) )Q0100fMHz10CpF下图为某放大器输出回路的交流通路，设下图为某放大器输出回路的交流通路，设该电路为高该电路为高 值回路，若信号的中心频率值回路，若信号的中心频率为为 ，电容

24、，电容试计算线圈的电感值试计算线圈的电感值L若线圈的无载品质因数若线圈的无载品质因数为为 ，试计算此时的，试计算此时的回路回路3dB3dB带宽带宽100Q 0.7BW若放大器所需的带宽为若放大器所需的带宽为2MHz2MHz，则应在回路上并联，则应在回路上并联多大的电阻才能满足这一多大的电阻才能满足这一要求？要求？012fLC262120110.25(2)(2100 10 )10 10LHfC37LCLC谐振回路的选频特性：例谐振回路的选频特性：例( (二二) )Q0100fMHz10CpF下图为某放大器输出回路的交流通路，设下图为某放大器输出回路的交流通路，设该电路为高该电路为高 值回路，若信

25、号的中心频率值回路，若信号的中心频率为为 ，电容，电容若线圈的无载品质因数若线圈的无载品质因数为为 ，试计算此时的，试计算此时的回路回路3dB3dB带宽带宽100Q 0.7BW若放大器所需的带宽为若放大器所需的带宽为2MHz2MHz，则应在回路上并联，则应在回路上并联多大的电阻才能满足这一多大的电阻才能满足这一要求？要求？00.71001100fBWMHzMHzQ空载时回路的品质空载时回路的品质因数等于电感的无因数等于电感的无载品质因数，故：载品质因数，故：38LCLC谐振回路的选频特性：例谐振回路的选频特性：例( (三三) )Q0100fMHz10CpF下图为某放大器输出回路的交流通路，设下

26、图为某放大器输出回路的交流通路，设该电路为高该电路为高 值回路，若信号的中心频率值回路，若信号的中心频率为为 ，电容，电容若放大器所需的带宽为若放大器所需的带宽为2MHz2MHz，则应在回路上并联，则应在回路上并联多大的电阻才能满足这一多大的电阻才能满足这一要求？要求？回路的特性回路的特性阻抗为：阻抗为：6120.25 1015810 10LC空载时将串联损耗电空载时将串联损耗电阻等效为并联时的取阻等效为并联时的取值为：值为：100 15815.8PRQk39LCLC谐振回路的选频特性：例谐振回路的选频特性：例( (四四) )Q0100fMHz10CpF下图为某放大器输出回路的交流通路，设下图

27、为某放大器输出回路的交流通路，设该电路为高该电路为高 值回路，若信号的中心频率值回路，若信号的中心频率为为 ，电容，电容若放大器所需的带宽为若放大器所需的带宽为2MHz2MHz，则应在回路上并联，则应在回路上并联多大的电阻才能满足这一多大的电阻才能满足这一要求？要求？加入负载电阻加入负载电阻 之后的有之后的有载品质因数为：载品质因数为：LR00.7100502LfQBW/ /PLLRRQ又由又由于于且且 不不变，故变，故15.8LPRRk40多级谐振放大电路的放大性能和选频特性多级谐振放大电路的放大性能和选频特性( )( )nvnvAA100.721nLfBWQ设把设把各级完全相同各级完全相同

28、的的n n级单调谐回路谐振级单调谐回路谐振放大电路级联起来，则：放大电路级联起来，则：121n：3dB3dB带宽带宽缩减缩减系数系数单调谐单调谐回路的回路的矛盾：矛盾：通频带通频带和增益和增益100.11001nLfBWQln20.388ln100nD 211nnnMM41双参差调谐放大电路双参差调谐放大电路( (一一) )1f若若 与与 取值恰当，取值恰当，使其中一级放大电路使其中一级放大电路幅频特性幅频特性上升段上升段与另与另一级放大电路幅频特一级放大电路幅频特性性下降段下降段相互补充，相互补充，则合成曲线更则合成曲线更接近矩接近矩形形的平坦特性的平坦特性2f结构：把结构：把 级放大电路中

29、级放大电路中每两级每两级作为一组。作为一组。设共有设共有 组组( )( )，每组中的两级放大，每组中的两级放大电路均有电路均有相同的电路结构和性能相同的电路结构和性能，只是把，只是把其中一级调谐在其中一级调谐在 上，另一级调上，另一级调谐在谐在 上上101fff202fffnm/2mn42双参差调谐放大电路双参差调谐放大电路( (二二) )22220122101()2vCAn nyR1020(1 1/2),(1 1/2)LLifffQffQ40( )24vvAMA0.702/LBWfQ41/00.7221mLfBWQ4(2/4)mmM43三参差调谐放大电路三参差调谐放大电路以以三级放大电路三级

30、放大电路为一组，选择各级合为一组，选择各级合适的适的调谐频率调谐频率和和等效品质因数等效品质因数，就可，就可得到更得到更接近矩形接近矩形的的幅频特性曲线幅频特性曲线，使，使通频带更宽通频带更宽，其分析方法与双参差调，其分析方法与双参差调谐放大电路相同谐放大电路相同调整较为困难，一般用于调整较为困难，一般用于通频带较宽通频带较宽的调谐放大电路的调谐放大电路中，如电视接收机的中，如电视接收机的图像中频放大电路图像中频放大电路44双调谐回路谐振放大电路双调谐回路谐振放大电路45集中选频的小信号谐振放大电路概述集中选频的小信号谐振放大电路概述分散选频谐振放大电路的缺点：分散选频谐振放大电路的缺点：集中

31、选频的小信号谐振放大电路由集中选频的小信号谐振放大电路由宽宽带线性放大电路带线性放大电路和和集中选择性滤波器集中选择性滤波器构成：构成：晶体管晶体管输入输出阻抗变化输入输出阻抗变化的影响的影响晶体管晶体管结电容结电容的影响的影响安装调整麻烦安装调整麻烦，不适合大量生产和不，不适合大量生产和不易集成化易集成化46陶瓷滤波器陶瓷滤波器由由锆钛酸铅压电陶瓷材锆钛酸铅压电陶瓷材料料( (简称简称PZT)PZT)制成制成压电效应的含义压电效应的含义等效电路图及各器件含等效电路图及各器件含义义12sqqfL C000112qpsqqqCffCC CLCC三端陶三端陶瓷滤波瓷滤波器及其器及其特点：特点：47

32、声表面波滤波器声表面波滤波器(SAWF)(SAWF)特点：特点：体积小、重量轻、工作频率高体积小、重量轻、工作频率高，尤，尤其适合于其适合于高频、超高频高频、超高频工作。工作。通频带宽通频带宽，频响曲线一致性好频响曲线一致性好，制造简单制造简单声表面波滤声表面波滤波器的结构波器的结构及信号传递及信号传递过程：过程：声表面波滤波器的中心频率与通频带等性声表面波滤波器的中心频率与通频带等性能决定于能决定于压电晶体压电晶体及及在其表面形成的叉指在其表面形成的叉指换能器的换能器的指条数目指条数目、疏密疏密和和长度长度等结构参等结构参数数48集成宽带放大电路实例集成宽带放大电路实例集成宽带放大电路大多数

33、是由集成宽带放大电路大多数是由差分放大电差分放大电路路和和能够展宽频带的组合电路能够展宽频带的组合电路构成的，例构成的，例如如共射共射- -共基放大电路共基放大电路、共集共集- -共基放大电共基放大电路路等等运算放大器运算放大器AD818AD81849集中选频谐振放大电路的构成方法集中选频谐振放大电路的构成方法关于关于选择性滤波器选择性滤波器和和宽带集成放大电宽带集成放大电路路的位置考虑的位置考虑关于电源的去耦滤波要求关于电源的去耦滤波要求为避免低频时产生自激，可在各功能为避免低频时产生自激，可在各功能模块之间模块之间使用电容进行耦合，降低低使用电容进行耦合，降低低频增益，从而避免低频自激频增

34、益，从而避免低频自激不使用反馈类型的集成宽带放大电路不使用反馈类型的集成宽带放大电路的原因的原因50其它其它元器件的元器件的集成化趋势集成化趋势越来越越来越明显明显在某些电路中，对在某些电路中，对相频特性相频特性的要求也是重要指标之一的要求也是重要指标之一51谐振放大电路的简单比较谐振放大电路的简单比较( (一一) )单调谐放大电路单调谐放大电路通频带较窄、选择性差，通频带较窄、选择性差，带宽和选择性矛带宽和选择性矛盾突出盾突出。级数增加时总通频带变窄较快，。级数增加时总通频带变窄较快，而选择性提高又不明显。结构简单，调整而选择性提高又不明显。结构简单，调整方便，在要求不高的场合经常使用方便，

35、在要求不高的场合经常使用双调谐放大电路双调谐放大电路具有较好的选择性和较宽的通频带，但具有较好的选择性和较宽的通频带，但制制作和调整比较复杂作和调整比较复杂双参差调谐放大电路双参差调谐放大电路与双调谐放大电路性能大体相同。由与双调谐放大电路性能大体相同。由单调单调谐放大电路参差而成谐放大电路参差而成，因而制作较简单，因而制作较简单，但但级数多，要求调整精确级数多，要求调整精确三参差调谐放大电路三参差调谐放大电路仅在要求仅在要求通频带较宽的情况下使用通频带较宽的情况下使用52谐振放大电路的简单比较谐振放大电路的简单比较( (二二) )分散选频放大电路分散选频放大电路分别由分别由单谐振单谐振、双谐

36、振双谐振或或参差调谐参差调谐放大电放大电路级联后组成，其电路特点如上所示路级联后组成，其电路特点如上所示集中选频放大电路集中选频放大电路采用了采用了集成电路集成电路和和集中选择性滤波器集中选择性滤波器，体，体积小、可靠性高、稳定性能好、耗电少，积小、可靠性高、稳定性能好、耗电少，而且而且减少了选频器件和放大器件的相互影减少了选频器件和放大器件的相互影响响。此外，调整简单，通频带和选择性容。此外，调整简单，通频带和选择性容易控制以满足要求，有利于生产的程序化易控制以满足要求，有利于生产的程序化53概述概述( (一一) )高频功率放大电路和低频功率放大电高频功率放大电路和低频功率放大电路的共同点：

37、路的共同点：都要求效率高、输出功率大都要求效率高、输出功率大但是，由于工作频率相差很大且相对但是，由于工作频率相差很大且相对频宽不同，因而负载网络和工作状态频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同也不同高频功率放大电路主要用于发射机的末高频功率放大电路主要用于发射机的末级和中间级，可在信号获得足够的高频级和中间级，可在信号获得足够的高频功率后送到天线上辐射出去；也用于电功率后送到天线上辐射出去；也用于电子仪器中做末级功率放大电路子仪器中做末级功率放大电路高转换效率的作用举例高转换效率的作用举例使用谐振电路作为匹配网络使用谐振电路作为匹配网络常用于放大窄带高频信号常用于放大窄带高频信号54概述概述

38、( (二二) )半导角半导角甲甲类类180理想效率理想效率开关状态开关状态负载负载电阻电阻应用应用乙乙类类甲甲乙乙类类丙丙类类丁丁类类90901809050%78.5%50%78.5%78.5%90%100%电阻电阻电阻电阻选频选频回路回路选频选频回路回路低频低频低频，低频，高频高频低频低频高频高频高频高频注意半导注意半导角的概念角的概念55概述概述( (三三) )提高效率的原因：提高效率的原因：器件损耗的功率等于其端电压与流过器器件损耗的功率等于其端电压与流过器件电流的乘积在一个周期内的平均值件电流的乘积在一个周期内的平均值在输出相同功率的条件下，通过减小器在输出相同功率的条件下，通过减小器

39、件每周期内的导通时间件每周期内的导通时间( (即半导角即半导角) )，从，从而减小了器件所消耗的功率而减小了器件所消耗的功率减小失真的方法：减小失真的方法：乙类放大电路使用推挽放大，甲乙类还乙类放大电路使用推挽放大，甲乙类还可以消除交越失真可以消除交越失真丙类放大电路通过使用谐振放大电路作丙类放大电路通过使用谐振放大电路作为负载来消除失真为负载来消除失真一般使用丙类功率放大电路来放大载波一般使用丙类功率放大电路来放大载波信号或已调波窄带信号信号或已调波窄带信号56谐振功率放大电路的构成谐振功率放大电路的构成选频选频阻抗变换阻抗变换偏置电路及工作偏置电路及工作点的说明点的说明谐振回路的作用：谐振

40、回路的作用：57丙类谐振功率放大电路的电压电流波形丙类谐振功率放大电路的电压电流波形58输出功率及效率输出功率及效率21111111222OC mC m C mCCCMPIRVIVi00DCCCCCCCMPVIViCDCOPPP1100/ 212OCCCMcDCCCCMPViPVi集电极输出基波功率：集电极输出基波功率：集电极电源提供的直流集电极电源提供的直流功率：功率：1R的含义的含义cmI0的含义的含义集电极耗散功率：集电极耗散功率：集电极效率：集电极效率：59折线法简介折线法简介使用折线分析法的原因及其含义使用折线分析法的原因及其含义60集电极余弦电流脉冲集电极余弦电流脉冲 的分析的分析

41、( (一一) )()()()()0( )cosBEBE onCBEBE onBBBE onimBEBE onvVitG vVGVVVtvV 02( )coscos21 cosCCMtnittitn ()cosBE onBBimVVV对对 做傅立做傅立叶展开可得直叶展开可得直流分量、基波流分量、基波及各高次谐波及各高次谐波的分解系数：的分解系数：( )Cit( )cnncmII Ci(1 cos )CMimiGV61集电极余弦电流脉冲集电极余弦电流脉冲 的分析的分析( (二二) )020406080100120140160180-0.040.000.040.080.120.160.200.240

42、.280.320.360.400.440.480.520.560.600204060801001201401601800.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0 Angle A0 A1 A2 A3 A1/A0 谐波次数越高，谐波次数越高，振幅越小振幅越小对应某次谐波，对应某次谐波，有一相对应的角有一相对应的角 使使 为最大为最大对应某次谐波，对应某次谐波，有一相对应的角有一相对应的角 使使 为零为零 随随 变化的变化的曲线及其含义曲线及其含义10/相位关系相位关系关于输出功率与效关于输出功率与效率之间矛盾的讨论

43、率之间矛盾的讨论Ci112OCCCmPVI1012C基波的电压增益基波的电压增益和输入电阻？和输入电阻？62调谐功放的动态分析调谐功放的动态分析( (一一) )()()()10coscosimBE onBBCCBBBE onimimBE onBBc mCCEVtVVVGVVVVtViVVv交流负载线交流负载线的确定过程的确定过程负载电阻对负载电阻对电路参数的电路参数的影响影响1cosCECCc mvVVt63调谐功放的动态分析调谐功放的动态分析( (二二) )1(1 cos )CCmMcRiV丙类放大电路的丙类放大电路的动态负载电阻：动态负载电阻：11c mc mVIR1(1 cos )CRR

44、即丙类谐振放即丙类谐振放大电路的动态大电路的动态负载电阻不但负载电阻不但与回路的谐振与回路的谐振电阻有关，还电阻有关，还与半导角有关与半导角有关64谐振电阻谐振电阻 对集电极电流对集电极电流 的影响的影响RCi65负载特性曲线负载特性曲线66谐振放大电路在三种工作状态下的特性谐振放大电路在三种工作状态下的特性()11,CCCE satoptCCc moptoptCCCCCMVVVVRVVi临界状临界状态下：态下：67三种工作状态的优缺点三种工作状态的优缺点欠压状态欠压状态可视为恒流源。但输出功率与效率都较低，可视为恒流源。但输出功率与效率都较低，且集电极耗散功率大，输出电压不够稳定，且集电极耗

45、散功率大，输出电压不够稳定，因此较少使用。晶体管基极调幅常采用这因此较少使用。晶体管基极调幅常采用这种状态种状态过压状态过压状态强过压时效率较高，但输出电压的非线性强过压时效率较高，但输出电压的非线性失真不可忽略，一般不使用这种状态。常失真不可忽略，一般不使用这种状态。常常令功放电路的激励级工作在弱过压状态，常令功放电路的激励级工作在弱过压状态，此时可将放大电路视为恒压源此时可将放大电路视为恒压源临界状态临界状态输出功率最大，效率较高，是最佳工作状输出功率最大，效率较高，是最佳工作状态。调谐功率放大电路的输出级及发射机态。调谐功率放大电路的输出级及发射机末级大多工作在临界状态末级大多工作在临界

46、状态68高频功率放大电路的调制特性高频功率放大电路的调制特性基极调制特性基极调制特性通过改变基极偏置电压进行调制通过改变基极偏置电压进行调制基极调幅电路应工作在欠压区基极调幅电路应工作在欠压区集电极调制特性集电极调制特性通过改变集电极偏置电压进行调制通过改变集电极偏置电压进行调制集电极调幅电路应工作在过压区集电极调幅电路应工作在过压区69集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路( (一一) )直流馈电电路的作用、基本要求、组直流馈电电路的作用、基本要求、组成部分及分类成部分及分类对高频扼流圈对高频扼流圈 的要的要求：对信号频率的感求：对信号频率的感抗很大，接近开路抗很大，接近开路CL对电源滤波电容

47、对电源滤波电容 的的要求：容抗很小，接要求：容抗很小，接近短路近短路CC目的：为了避免信号目的：为了避免信号电流通过直流电源的电流通过直流电源的耦合造成电路工作不耦合造成电路工作不稳定稳定电路结构说明电路结构说明70集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路( (二二) )对高频扼流圈对高频扼流圈 的要的要求：对信号频率的感求：对信号频率的感抗很大，接近开路抗很大，接近开路CL串、并馈方式的优缺串、并馈方式的优缺点请自行阅读课本点请自行阅读课本对隔直电容对隔直电容 、电源、电源滤波电容滤波电容 的要求：的要求：容抗很小，接近短路容抗很小，接近短路1CC2CC确定扼流圈和电容的数值的原则：高确定扼流圈

48、和电容的数值的原则：高频扼流圈应对高频信号具有频扼流圈应对高频信号具有“扼制扼制”作用，旁路电容对高频具有作用，旁路电容对高频具有“短路短路”作用作用电路结构说明电路结构说明71基极直流馈电电路基极直流馈电电路关于自给偏关于自给偏压的说明：压的说明：随输入信号随输入信号电压振幅而电压振幅而变化变化只能得到负只能得到负偏压，从而偏压，从而不能应用于不能应用于甲类、甲乙甲类、甲乙类、乙类电类、乙类电路中路中72输出匹配网络的作用输出匹配网络的作用( (一一) )高效率地传送能量高效率地传送能量要求回路效率接要求回路效率接近于近于1 1/kLOPP插损：插损：10lgoLPInsert LossP滤

49、除高次谐波分量滤除高次谐波分量滤波度：滤波度：1ln1/cnmc mnml mIIII小信号谐振电路小信号谐振电路与丙类谐振功放与丙类谐振功放对滤波度要求的对滤波度要求的区别区别关于滤波度与回路效率的矛盾关于滤波度与回路效率的矛盾73输出匹配网络的作用输出匹配网络的作用( (二二) )阻抗变换阻抗变换谐振功率放大电路的谐振功率放大电路的集电极必须接有匹配集电极必须接有匹配负载从而能够高效率负载从而能够高效率地输出最大功率地输出最大功率与线性网络中阻抗匹与线性网络中阻抗匹配概念的区别：配概念的区别：线性网络中的阻抗匹配为共轭匹配线性网络中的阻抗匹配为共轭匹配丙类谐振放大电路中的阻抗匹配是满丙类谐

50、振放大电路中的阻抗匹配是满足负载电抗和信号源输出电抗大小相足负载电抗和信号源输出电抗大小相等、符号相反，以保证放大器输出端等、符号相反，以保证放大器输出端总阻抗为纯电阻的匹配总阻抗为纯电阻的匹配74串并联阻抗的相互转换串并联阻抗的相互转换111PPSSRjXRjX22(1)(1 1/)PSLPSLRRQXXQ|SLSPPXQRRX串、并联电路结串、并联电路结构互换前后，电构互换前后，电路的品质因数和路的品质因数和元件的电抗性质元件的电抗性质保持一致保持一致(1)Lif Q 2PLSPSRQ RXX可与并联谐振回路中可与并联谐振回路中的变换关系做对照的变换关系做对照应注意应注意Q Q的取值不同的

51、取值不同75L L型匹配网络的阻抗变换特性型匹配网络的阻抗变换特性( (一一) )阻抗转阻抗转换思路换思路简介简介76L L型匹配网络的阻抗变换特性型匹配网络的阻抗变换特性( (二二) )2(1)PLLRRQ|()|SLLLCLCLPCLCLXQ RR RRRRXRQRR注意本匹配网络只能注意本匹配网络只能将低阻抗变换为高阻将低阻抗变换为高阻抗抗电路结构说明电路结构说明2(1)CPLLif RRRQ0PPXX77 型匹配网络的阻抗变换特性型匹配网络的阻抗变换特性( (一一) )匹配网络结构简介匹配网络结构简介 阻抗转换思路简介阻抗转换思路简介212211LCLLQRRQ111222| / |/

52、 | | /LSSLPLLPSSQXRRXQRXXR221(1) 1LLLCRQQR21(1)1LLCRQR可由可由 确定确定1CLLRRQ、12PPSXXX、78 型匹配网络的阻抗变换特性型匹配网络的阻抗变换特性( (二二) )考虑到功放管输考虑到功放管输出电容出电容 后的分后的分析析OC79T T型网络的计算公式型网络的计算公式分析方法与分析方法与前几个网络前几个网络的相同的相同80谐振功率放大电路举例谐振功率放大电路举例基极采用自给偏置电路基极采用自给偏置电路放大电路的输入端采用放大电路的输入端采用T T型匹配型匹配集电极采用串馈电路及集电极采用串馈电路及 型匹配网络型匹配网络81谐振功

53、率放大电路的注意事项谐振功率放大电路的注意事项谐振功率放大电路的调谐和调配谐振功率放大电路的调谐和调配在按照设计电路安装之后还要经过调在按照设计电路安装之后还要经过调谐使负载回路达到谐振；同时对匹配谐使负载回路达到谐振；同时对匹配网络进行调配，使回路谐振阻抗等于网络进行调配，使回路谐振阻抗等于功放所需的最佳负载阻抗功放所需的最佳负载阻抗此时需要深入了解其工作特性得到理此时需要深入了解其工作特性得到理论上的指导，更需要有丰富的经验论上的指导，更需要有丰富的经验高频和大注入效应的影响高频和大注入效应的影响这些因素会导致放大电路的功率增益、这些因素会导致放大电路的功率增益、最大输出功率和效率的急剧下

54、降最大输出功率和效率的急剧下降82概述概述( (一一) )倍频电路的功能：使输出信号频率等倍频电路的功能：使输出信号频率等于输入信号频率的整数倍，可用在发于输入信号频率的整数倍，可用在发射机或其它电子设备的中间级射机或其它电子设备的中间级采用倍频电路的目的：采用倍频电路的目的：降低发射机的主控振荡频率降低发射机的主控振荡频率输入与输出信号频率不同，可削弱前输入与输出信号频率不同，可削弱前后级寄生耦合，提高发射机的稳定性后级寄生耦合，提高发射机的稳定性在调频和调相系统中，使用倍频电路在调频和调相系统中，使用倍频电路可以加大信号的频偏或相偏，增大调可以加大信号的频偏或相偏，增大调制深度制深度在频率

55、合成器中，可以用来产生等于在频率合成器中，可以用来产生等于主频各次谐波的频率源主频各次谐波的频率源83概述概述( (二二) )又称为丙类倍频电路，适用于工作频率又称为丙类倍频电路，适用于工作频率几十兆赫的电路几十兆赫的电路利用晶体管的非线性电阻效应，把正利用晶体管的非线性电阻效应，把正弦波变为正弦脉冲，再用选频回路将弦波变为正弦脉冲，再用选频回路将其某次谐波选出，完成倍频作用其某次谐波选出，完成倍频作用利用利用PNPN结电容的非线性变化，得到输结电容的非线性变化，得到输入信号的谐波入信号的谐波参量倍频电路，适用于工作频率高于参量倍频电路，适用于工作频率高于100MHz100MHz的情况的情况均

56、需利用非线性器件对输入信号进行均需利用非线性器件对输入信号进行非线性变换，再用谐振回路滤波，从非线性变换，再用谐振回路滤波，从中取出所需的输出信号中取出所需的输出信号84倍频电路及其工作原理倍频电路及其工作原理集电极负载调谐集电极负载调谐在输入信号频率在输入信号频率的的n n次谐波上次谐波上导通角的大小根导通角的大小根据倍频电路的倍据倍频电路的倍频次数频次数n n来决定来决定一般工作在欠压一般工作在欠压和临界状态，很和临界状态，很少工作在过压状少工作在过压状态态85输出功率及效率的分析输出功率及效率的分析020406080100120140160180-0.040.000.040.080.12

57、0.160.200.240.280.320.360.400.440.480.520.560.600204060801001201401601800.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0 Angle A0 A1 A2 A3 A1/A0 0( )2( )onncnnDCPP 当当n n增大时对相增大时对相邻频差、输出功邻频差、输出功率和效率的考虑率和效率的考虑倍频电路的级联倍频电路的级联运用运用11( )22oncnmcnmnCMnCCPIViV 86宽带高频功率放大电路简介宽带高频功率放大电路简介丙类谐振功率放

58、大电路以谐振回路作丙类谐振功率放大电路以谐振回路作为负载，仅适用于固定频率或频率变为负载，仅适用于固定频率或频率变化很小的高频设备化很小的高频设备宽带高频功率放大电路以非调谐宽带宽带高频功率放大电路以非调谐宽带网络作为输出匹配网络，可以在很宽网络作为输出匹配网络，可以在很宽的范围内改变工作频率的范围内改变工作频率( (最高能够同时最高能够同时覆盖几个倍频程的频带宽度覆盖几个倍频程的频带宽度) )，而不需要，而不需要重新调谐重新调谐该类型电路只能工作在甲类或甲乙类该类型电路只能工作在甲类或甲乙类该类型电路的效率较低、输出功率较该类型电路的效率较低、输出功率较小，因此在大功率输出时需要采用功小，因

59、此在大功率输出时需要采用功率合成技术率合成技术87传输线简介传输线简介( (一一) )加电后，导线加电后，导线间会产生电场间会产生电场而储存电能，而储存电能，导线周围会产导线周围会产生磁场而储存生磁场而储存磁能磁能导线上的串联导线上的串联电阻会消耗能电阻会消耗能量；导线间的量；导线间的漏电等效为并漏电等效为并联电导联电导分布参数电路分布参数电路左图中的传输左图中的传输线为无损耗的线为无损耗的88传输线简介传输线简介( (二二) )单位线长的分布电感单位线长的分布电感L单位线长的分布电容单位线长的分布电容C理想无损耗传输线的特理想无损耗传输线的特性阻抗为：性阻抗为：0/ZL C在无损传输线在无损

60、传输线上传输的电压上传输的电压波和电流波只波和电流波只有相位的变化，有相位的变化，而振幅保持不而振幅保持不变变传输线特性阻传输线特性阻抗的大小取决抗的大小取决于传输线的结于传输线的结构尺寸和线间构尺寸和线间填充介质的特填充介质的特性，与线长无性，与线长无关关89传输线的阻抗匹配传输线的阻抗匹配0()Lif RZ0iLZZR无损耗且终端无损耗且终端匹配的传输线匹配的传输线具有无限宽的具有无限宽的工作频带工作频带0()Lif RZ失配后传输线的上限频率有限，失配后传输线的上限频率有限，下限频率为零下限频率为零在工程上，当在工程上，当 时，可近似认为时，可近似认为传输线上各个位置上的电压均相等且传输