第2章 高频选频放大器-下课件

第二章高频选频放大器通信工程22.5丙类高频谐振放大器作用：在通信发射机中，用于对高频已调波信号进行功率放大,然后经天线将其辐射到空间技术指标输出功率效率非线性失真32.5丙类高频谐振放大器主要特点：丙类工作状态导通角在一个周期内集电极电流导通时间的一半丙类－42.5丙类高频谐振放大器采用LC谐振回路

滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量实现阻抗匹配丙类工作效率高52.5丙类高频谐振放大器－工作原理假设输入信号是大信号(可达1～2V)，为单一角频率余弦波,输出选频回路调谐在输入信号的相同频率上丙类谐振放大器原理框图62.5丙类高频谐振放大器－工作原理甲、乙、丙类三种工作状态下的转移特性分析

为了实现丙类工作基极偏量电压UBB应设置在功率管的截止区。7丙类状态下的转移特性集电极电流是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期。折线近似分析法：功率放大电路是大信号工作,而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性,这样将使分析比较复杂。为简化分析,可以将晶体管特性曲线理想化,即用一条或几条直线组成折线来代替。82.5丙类高频谐振放大器－工作原理iC的傅里叶级数展开:—n次谐波的分解系数假设LC谐振回路具有理想滤波特性，也即谐振回路调谐于基波，对基波呈现大的阻抗，而对其他分量呈现的阻抗很小。92.5丙类高频谐振放大器－性能分析假设：谐振回路具有较好滤波特性。各谐波电压相对基波电压很小，可忽略不计。谐振电阻：直流功率：输出功率：其中损耗功率：集电极效率：集电极电源电压利用系数：因此导通角决定了10电流分解系数α(θ)与波形系数g1(θ)112.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析前提：假设一：谐振回路具有理想滤波特性，其上只能产生基波分量或具有良好滤波特性，可只考虑基波分量假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线表示，其高频效应可忽略。动态线在输入信号激励下，晶体管输出特性曲线上，不同时刻uCE、ic对应点的轨迹特点称动态线，或交流负载线，采用折线分析时动态线为直线122.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析A点：

C点：

B点：132.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析当A2点处于临界区称为临界(Critical)状态当A1点处于放大区称为欠压（Undervoltage）状态当A3点处于饱和区称为过压（Overvoltage）状态142.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析2.A1欠压区，ic为余弦脉冲，脉冲高度随Vcm增大略有减小。3.A3过压区，ic为中间凹陷的脉冲波，随着Vcm增大脉冲波的凹陷加深，高度减小。思考题：在过压区为什么会出现凹陷？解：当vBE向vBEmax增大，vCE向着vCEmin减小时，对应的动态点先到达临界点(图中E点)，ic值最大，而后进入饱和区，ic值减小，出现凹陷。直到A3点，ic值达到最小。1.A2临界状态。152.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析在A没有进入饱和区时，动态特性曲线斜率为负载特性一定，放大器性能随

变化的特性。162.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析改变，相当于改变动态特性的斜率k欠压过压临界172.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析182.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析谐振功放的负载特性曲线

ReRe随着Re的逐渐增大,动态线的斜率逐渐减小,由欠压状态进入临界状态,再进入过压状态。在临界状态时,输出功率Po最大,集电极效率ηc接近最大,为最佳工作状态。2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析例：某谐振频率放大器的动态线如图所示，试回答并计算以下各选项：(1)此时功放工作于何种状态？写出A，B，C三点坐标,画出ic的波形。(2)计算和。(3)若要求功率放大器的效率最大，应如何调整？2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析(1)A，B，C三点坐标：ABC动态线：由动态线知正好达到临界饱和线，故工作在临界状态，ic的波形如图。A(3,2)B(Vcc-Vcmcos,0)C(33,0)从图中可知放大器哪些量？2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析由图可知：由和可求得2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析(3)弱过压状态效率最大（但输出功率下降）,可略微Re↑,或VCC↓,VBB↑232.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析调制特性集电极调制基极调制2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析集电极调制：集电极调制特性曲线只有在过压状态，VCC对Vcm有较大的控制作用。这个特性是晶体管集电极调幅的理论依据。工作在过压区(近似线性)Vcc2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析基极调制特性：Re，VCC，Vbm一定，VBB变化Vbm一定，VBB由负值向正值方向增大时，集电极电流脉冲不仅宽度增大，而且还因Vbemax增加而使其高度增大，因而Ic1，Ic0增大，结果使Vcemin减小，放大器由欠压进入过压，但在进入过压的过程中，随着iC的凹陷加深。Ic1，Ic0增大十分缓慢，可近似认为不变。VBB增大基极调制特性曲线VBB工作在欠压区2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析放大特性VBB

一定，Vbm增大时，集电极电流脉冲不仅宽度增大，而且还因Vbemax增加而使其高度增大，因而Ic1、Ic0增大，结果使Vcemin减小，放大器由欠压进入过压，但在进入过压的过程中，随着iC的凹陷加深。Ic1、Ic0增大十分缓慢，可近似认为不变。2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析当谐振功率放大器作为线性放大器，用来放大振幅按调制信号规律变化的调幅信号时，为了使输出信号Vcm反映输入信号振幅Vbm变化，放大器工作在欠压区2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析当谐振功率放大器作振幅限幅器时(Amplitude

Limiter)。将振幅Vbm在较大范围变化变换为振幅恒定的输出信号时，放大器必须工作在过压状态2.5丙类高频谐振放大器－工作状态分析课后思考题：一个丙类谐振功放，设计工作在临界状态，若发现实际电路的PO和c均未达到设计要求，应如何调整？已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输出功率Po是否相同？为什么？2.5丙类高频谐振放大器－电路直流馈电电路高频功放的输入回路和输出回路应分别加上合适的直流偏压基极偏置电路集电极馈电线路集电极电流iC中的直流分量IC0只流过集电极直流电源VCC(即：对直流而言，VCC应直接加至晶体管c、e两端)，以便直流电源提供的直流功率全部交给晶体管；谐振回路两端仅有基波分量压降(即：对基波而言，回路应直接接到晶体c,e两端)，以便把变换后的交流功率传送给回路负载；外电路对高次谐波分量icn呈现短路，以免产生附加损耗。2.5丙类高频谐振放大器－电路集电极馈电线路组成原则说明(a)直流通路；(b)基波通路；(c)高次谐波通路VCC基极馈电线路组成原则说明

(a)直流通路；(b)基波通路VBB342.5丙类高频谐振放大器－电路集电极直流馈电电路串馈（SeriesSupply）:直流电源，滤波匹配网络和功率管在电路上形式为串接方式。并馈（ParallelSupply):直流电源，滤波匹配网络和功率管在电路上形式为并接方式。但无论哪种电路形式,直流偏压与交流电压总是串联叠加的352.5丙类高频谐振放大器－电路集电极直流馈电电路串馈在信号频率上，高频扼流圈LC感抗很大，近似开路。旁路电容CC容抗很小，接近短路。并为高次谐波提供短路通道,阻止其流过直流电源,以免高次谐波影响直流电源的稳压性能。并馈在信号频率上，CC1(隔直电容)，CC2(旁路电容)容抗很小，接近短路。LC感抗很大。接近开路。362.5丙类高频谐振放大器－电路基极馈电线路常用的偏置电路在无输入信号时,自给偏压电路的偏置为零。随着输入信号的逐渐增大,晶体管的偏置电压向负值方向增大。由此可见,乙类功放不能采用自给偏压方式。基极组合偏压基极自偏置零偏压(自偏压)发射极自偏压对于丙类谐振功放,通常采用自给偏压方式形成负偏压372.5丙类高频谐振放大器－电路例：改正下图所示线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。解分析：这是一个两级功放，分析时可以一级一级地考虑，且要分别考虑输入回路，输出回路是否满足交流要有交流通路直流要有直流通路，而且交流不能流过直流电源的原则。382.5丙类高频谐振放大器－电路第一级放大器的基极回路：输入的交流信号将流过直流电源，应加扼流圈和滤波电容CB2；直流电源VBB被输入互感耦合回路的电感短路，应加隔直电容CB1。第一级放大器的集电极回路：输出的交流将流过直流电源VCC，应加扼流圈LC1；加上扼流圈后，交流没有道路，故还应增加一旁路电容CC1。392.5丙类高频谐振放大器－电路第二级放大器的基极回路：没有直流道路，加一扼流圈LB2第二级放大器的集电极回路：输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈LC2及滤波电容CC2；此时，直流电源将被输出回路的电感短路，加隔直电容CC3.402.5丙类高频谐振放大器－电路412.5丙类高频谐振放大器－电路输出匹配网络功能：变换负载阻抗－

将RL变换为放大器所要求的负载Re选频滤波高的传输效率－并联谐振回路匹配电路-前级、中间级放大器滤波器型匹配网络甚高频和大功率输出级LC变换网络-调谐、阻抗匹配422.5丙类高频谐振放大器－电路串并联转换432.5丙类高频谐振放大器－电路L型匹配网络：两个异性电抗支路连接成“L”型结构网络。目的：将RL→Re适用:等效为442.5丙类高频谐振放大器－电路目的：将RL→Re适用:由得等效为452.5丙类高频谐振放大器－电路例：

高频功放工作于临界状态，已知工作频率试求L型匹配网络的元件数值。解L型匹配网络如右图所示：462.5丙类高频谐振放大器－电路472.5丙类高频谐振放大器－电路T型和型匹配网络由三条电抗支路，其中两条为同性电抗，另一条为异性电抗，构成或T型结构482.5丙类高频谐振放大器－电路例：设谐振功率放大器的输出功率Po=2W,集电极电源电压VCC=24V,功放管的饱和压降VCES=1.5V,工作频率为50MHz，RL=50，若采用型匹配网络，试估计网络元件C1，C2，L的数值。解492.5丙类高频谐振放大器－电路(若选QL1=10)2.5丙类高频谐振放大器－电路512.5丙类高频谐振放大器－电路例：

试画出两级谐振功放的实际线路，要求：（1）两级均采用NPN型晶体管，发射极直接接地。（2）第一级基极采用组合式偏置电路，与前级互感耦合；第二级基极采用零偏电路。（3）第一级集电极馈电线路采用并联形式，第二级集电极采用集电极馈电线路，采用串联形式。（4）两极间回路为T型网络，输出回路采用型匹配网络，负载为天线。522.5丙类高频谐振放大器－电路解两级均采用NPN型晶体管，发射极直接接地2.5丙类高频谐振放大器－电路第一级基极采用组合式偏置电路，与前级互感耦合；第二级基极采用零偏电路。2.5丙类高频谐振放大器－电路第一级集电极馈电线路采用并联形式，第二级集电极馈电线路，采用串联形式2.5丙类高频谐振放大器－电路两极间回路为T型网络，输出回路采用型匹配网络，负载为天线。2.5丙类高频谐振放大器－电路谐振功率放大器的实用电路下图为一工作频率为160MHz的谐振功率放大器，它向50Ω的外接负载提供13W功率，功率增益为9dB。基极采用自给偏置，由高频扼流圈LB的直流电阻产生很小的负偏压VB集电极采用并馈，LC为高频扼流圈，CC为旁路电容放大器输入端采用T型匹配网络，调节C1、C2，使得功率管的输入阻抗在工作频率上，变换为前级放大器所要求的50Ω匹配电阻。放大器输出端采用倒L型匹配网络，调节C3、C4，使负载50Ω在工作频率上变换为功率管所要求的匹配电阻。2.5丙类高频谐振放大器－电路工作频率为175MHz的两级谐振功率放大电路的组成2.6倍频器将输入信号频率成整数倍增加的电路甚高频无线电发射机或中间级降低设备的主振频率，提高稳定性；调相或调频发射机，增加调制度；扩展振荡器工作频段；2.6倍频器丙类倍频器的原理电路二倍频器的主要波形习题谐振回路品质因数Q与通频带和选择性有什么关系？提高谐振回路的Q值，在电路上主要采用什么手段。小信号调谐放大器在性能上存在什么矛盾，解决该矛盾有什么途径。影响小信号谐振放大器稳定性的因素是什么？可采用何措施来提高稳定性。

如图所示电路中，电感L的铜损电阻忽略不计，Rs=30k，电感量为100uH，RL=50k。

is=1cos(2×5×105t)mA。若要求回路的有载Q为50，确定C1和C2的值，并计算输出电压。习题什么叫丙类放大器的最佳负载，怎样确定最佳负载？导通角怎样确定？与哪些因素有关？导通角变化对丙类放大器输出功率有何影响？谐振功率放大器原先工作于临界状态，若等效负载电阻R突然变化，增大或减小一倍，输出功率PO如何变化？丙类功率放大器输出波形不失真是由于什么？谐振功率放大器电路如图，试从馈电方式、基极偏置和滤波匹配网络等方面，分析这些电路的特点。课后思考题已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方