高频谐振放大器.ppt

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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际线路 3.5 高频功放、功率合成与射频模块放大器,3.1 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电设备中的高频小信号。,高频小信号放大器的特点:频率较高 中心频率一般在几百kHz到几百MHz，频带宽度在几kHz到几十MHz 小信号 信号较小故工作在线性范围内(甲类放大器),高频小信号放大器的分类按所用的器件：晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集成电路（IC)按频带宽度：窄带放大器和宽带放大器窄带放大器是采用谐振回路作负载的

2、放大器，具有阻抗变换、滤波和选频的作用。按电路形式：单级放大器和级联放大器,对高频小信号放大器的主要要求：（1）增益高，通常靠多级放大器实现（2）频率选择性好（通频带窄，矩形系数接近1）从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。放大器的通频带和矩形系数是衡量选择性的两个重要参数。放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。（3）工作稳定可靠；（4）噪声低。在多级放大器中，第一级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。以上这些要求，

3、相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。,图 3 1 高频小信号谐振放大器(a)实际线路;,3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理,Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，决定工作点，Cb、Ce对高频旁路 C、L组成L、C谐振回路,图 3 1 高频小信号谐振放大器(b)交流等效电路,3.1.2 放大器性能分析1 晶体管的高频等效电路图3 2(a)是晶体管在高频运用时的混等效电路,它反映了晶体管中的物理过程,也是分析晶体管高频时的基本等效电路。,图 3 2 晶体三极管等效电路(a)混等效电路;,图 3 2 晶体三极管等效电路(

4、b)Y参数等效电路,由图3-3可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程:,(3 5a),(3 5b),图 3 3 高频小信号放大器的高频等效电路,2 放大器的性能参数 忽略管子内部的反馈,即令Yre=0,由图3 3可得,(3 6a),图 3 3 图3 1高频小信号放大器的 高频等效电路,(3 6b),=，得,电压放大倍数,由得，代入，得,输入导纳,=，得,又，得：,将代入，得：,输出导纳,(3)输出导纳Yo,(3 9),(1)电压放大倍数K,(2)输入导纳Yi,(3 7),(3 8),高频谐振放大器的稳定性 1 放大器的稳定性 反向传输导纳Yre引入的输入导纳,记为Yir。忽略 r bb的影响

5、,则由式(3 3)、(3 4)有 将Yoe归入负载中,并考虑谐振频率0附近情况,有,(4)通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 通频带B 0.707为,(3 10),将Yoe归入负载中,并考虑谐振频率0附近情况,有,(3 11),则,gF改变了回路的QL值,bF引起回路失谐。,自激产生的原因,gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现正反馈。当gF=gs+gie（回路原有电导）则回路总电导g=0，QL，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。,2.提高放大器稳定性的方法 是利用

6、中和电容Cn的中和电路。为了抵消Yre的反馈,从集电极回路取一与 反相的电压,通过Cn反馈到输入端。根据电桥平衡有,则中和条件为,(3 12),由于yre的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。单向化的方法有：中和法 消除yre的反馈失配法 使GL或gs的数值增大，因而使输入或输出回路与晶体管失去匹配。中和法:外加一个电容抵消正反馈电容的作用.失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性,2.提高放大器稳定性的方法,电桥平衡时，CD两端的回路电压 不会反映到AB两端,即对应两边阻抗之比

7、相等。,(1)中和法：在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。具体线路：,图 3 5 中和电路(a)原理电路;,图 3 5 中和电路(b)某收音机实际电路,使Yi=yie，即使后项0，则必须加大YL,晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大。,则,信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。,(2)失配法,图 3 6 共发共基电路,图 3 7 双栅场效应管调谐放大器,3.中和法与失配法比较中和法

8、：优点：简单，增益高缺点：只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。失配法：优点：性能稳定，能改善各种参数变化的影响；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。,多级谐振放大器 1多级单调谐放大器 多级单调谐放大器的谐振频率相同,均为信号的中心频率。,(3 13),(3 14),(3 15),2.多级双调谐放大器,(3 16),3.参差调谐放大器,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

9、调谐放大器的简化电路。,3.1.5 高频集成放大器 高频集成放大器有两类:一种是非选频的高频集成放大器,主要用于某些不需要选频功能的设备中,通常以电阻或宽带高频变压器作负载;另一种是选放大器,用于需要有选频功能的场合,如接收机的中放就是它的典型应用。图3 10(a)中,集中选频滤波器接于宽带集成放大 器的后面。图3 10(b)是另一种接法。,图 3 9电视机高频放大器的简化电路,图3 10 集中选频放大器组成框图,图 3 11示出了Mini Circuits公司生产的一集成放大器MRA8的应用电路，MRA8是硅单片放大器,其主要指标见表3 3。,图 3 11 集成选频放大器应用举例,本 节 小

10、 结,一、高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐振放大器的选择性愈好。,三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。Y参数等效电路和混合等效电路是描述晶体管工作的重要模型。Y参数与混合参数有对应关系，Y参数不仅与静态工作点有关，而且是工作频率的函数。四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载

11、，为了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。,五、由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体管成为双向器件，在一定频率下使回路的总电导为零，这时放大器会产生自激。为了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶体管单向化。保持放大器稳定工作所允许的电压增益称为稳定电压增益，用(Avo)s表示，(Avo)s只考虑了内部反馈，未考虑外部其他原因引起的反馈。,3.2 高频功率放大器的原理和特性,一、高频功放的作用及特性 1、使用谐振功率放大器的目的放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。,2、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题：高效率输出高功率输出联想对比：谐振功率

12、放大器与高频小信号谐振放大器；谐振功率放大器与低频功率放大器；,3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处,相同之处：放大的信号均为高频信号 放大器的负载均为谐振回路。,不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。,谐振功率放大器波形图,小信号谐振放大器波形图,小信号谐振放大器波形图,2c是在一周期内的集电极电流流通角，因此，c可称为半流通角或截止角(意即t=c时，电流被截止)。为方便起见，以后将c简称为通角,2c,谐振功率放大器波形图,2c,共同之处:都要求输出功率大和效率高。功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即

13、为功率放大器的效率。功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率,4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处,不同之处：工作频率和相对频带宽度不同；放大器的负载不同；放大器的工作状态不同。,5、工作状态：,功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。,谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路,谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其工作状态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工

14、作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法,1、原理电路,谐振功率放大器的基本电路,(1)晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。,(2)谐振回路LC是晶体管的负载,(3)电路工作在丙类工作状态,外部电路关系式：,一、谐振功率放大器的工作原理,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,谐振功率放大器转移特性曲线,必须强调指出：集电极电流ic虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。,50,谐振功率放大器中各部分电压与电流的关系,（a）,2、电流与电压波形：,(,b)

15、,1.iC 与vBE同相，与vCE反相；,2.iC 脉冲最大时，vCE最小；,3.导通角和vCEmin越小，Pc越小；,高频功率放大器中各部分电压与电流的关系,3、高频功放的能量关系,功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。,有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。为了表示晶体管放大器的转换能力引入集电极效率c,P0=直流电源供给的直流功率；P1=交流输出信号功率；Pc=集电极耗散功率；,根据能量守衡定理：,故集电极效率：,由上式可以得出以下两点结论：,如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值，那

16、么提高集电极效率c，将使交流输出功率P1大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。,1)设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则集电极效率自然会提高。这样，在给定P0时，晶体管的交流输出功率P1就会增大；,如何减小集电极耗散功率Pc,可见使ic在vCE最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小。,晶体管集电极平均耗散功率：,故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于180，处于丙类工作状态。,谐振功率放大器工作在丙类工作状态时c90，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：,直流功率：,输出交流功率：,Vc-回路两端的基频电压 I

17、c1-基频电流RL-回路的谐振电阻,放大器的集电极效率：,集电极电压利用系数:,为通角c的函数；c越小越大,波形系数:,越大(即Vcm越大或vcEmin越小)c越小,效率c越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率c的途径为：1、减小c角；2、使LC回路谐振在信号的基频上，即ic的最大值应对应vcE的最小值。,若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数,由傅里叶级数的求系数法得,其中：,尖顶脉冲的分解系数,尖顶脉冲的分解系数,当c120时，Ic1/icmax达到最大值。在Ic max与负载阻抗Rp为某定值的情况下，输出功率将达到最大值。这样看来，取c=120应该是最佳通角了。但此时放大器处于甲级工作状态效率太低

18、。,右图可见：,尖顶脉冲的分解系数,：,波形系数,由曲线可知：极端情况c=0时，,此时=1，c可达100%,因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取70左右。,由于,(3 27),高频功放的功率放大倍数为,(3 28),用dB表示为,(3 29),故谐振功率放大器的工作特点：,放大高频大信号,属于非线性工作状态；基极偏置为负值,半通角c90，即丙类工作状态；电流脉冲是尖顶余弦脉冲；负载为LC谐振回路。,高频功放的分析方法,由于高频功率放大器通常工作于丙类，属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。,图解法利用电子器件的特性曲线来对其工作状态进行计算 优点：从客观实际出发，计算结果比较准确 缺点

19、：对工作状态的分析不方便，步骤繁杂折线近似法用折线段来表示电子器件的特性曲线，将电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示 优点：物理概念清楚，分析工作状态方便 缺点：计算准确度较低,二、高频谐振功率放大器的工作状态,折线法,所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量Ic0和基频分量Icm1。,二、高频谐振功率放大器的工作状态,折线分析法的主要步骤：,1、测出晶体管的转移特性曲线ic v

20、BE及输出特性曲线ic vCE，并将这两组曲线作理想折线化处理。2、作出动态特性曲线。3、根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲ic和输出电压vc的波形。4、求出ic的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2由给定的负载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标。,晶体管实际特性和理想折线,根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条直线来表示(VBZ为发射结开启电压)。,由上图可见，根据理想化原理，在放大区,集电极电流只受基极电压的控制,与集电极电压无关;在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。,晶体管特性曲线

21、的理想化及其特性曲线,在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极电流是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：,1)欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压较低且变化较大。,2)过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，交流输出电压较高且变化不大。,3)临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。,1.高频功放的动特性,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获得的。如，维持基极电压vBE不变，改变集电极电压vCE，就可求出icvCE静态特性曲线族。如果集电极电路有负载阻抗，则当改变vBE使ic变化时，由于负载上有电压降，

22、就必然同时引起vCE的变化。,高频放大器的工作状态是由负载阻抗RL、激励电压vb、供电电压VCC、VBB等4个参量决定的。如果VCC、VBB、vb 3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻RL决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随RL而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。,所谓动态特性是和静态特性相对应而言的，在考虑了负载的作用后，所获得的vCE、vBE与ic的关系曲线就叫做动态特性。,动态线作法：AB为动态特性曲线，取A、Q两点；连AQ，交横轴于B点。,特殊点说明 A点：0，vBE达到最大，vCE达到最小，iC达到最大；,Q点：90，vCEVCC虚拟电流IQ,ic vCE坐

23、标平面上的动态特性曲线的作法与相应的ic波形,vCE=VCCVcmcost,vBE=VBB+Vbmcost,vBE=VBB,在 VCC、VBB、vb为一定，只变化放大器的负载电阻而引起的放大器输出电压、输出功率、效率的变化特性称为负载特性。,电压、电流随负载变化波形,在负载电阻RL由小至大变化时，负载线的斜率由小变大，如图中123。不同的负载，放大器的工作状态是不同的,所得的ic波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。,2.欠压、过压、临界三种工作状态,2.欠压、过压、临界三种工作状态,欠压状态:B点以右的区域。在欠压区至临界点 的范围内，根据Vc=RLIc1，放大器的交流输出电压在欠

24、压区内必随负载电阻RL的增大而增大，其输出功率、效率的变化也将如此。,临界状态:负载线和vb max正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。,根据集电极是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种:,过压状态,电压、电流随负载变化波形,过压状态放大器的负载较大，如动态线3就是这种情况。动态线穿过临界点C后，电流沿临界线下降，因此集电极电流ic呈下凹顶状，过压愈重，则ic波顶下凹愈厉害，严重时，ic波形可分裂为两部分。根据傅里叶级数对ic波形分解可知，波形下凹的ic，其基波分量Ic1会下降，下凹愈深，则Ic0、Ic1的下降也就愈激烈因此放大器的

25、输出功率和效率也要减小。,欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。,过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。,临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。,掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。,三、高

26、频功放的外部特性,调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载RL；改变供电电压VCC；改变偏压VBB；改变激励Vb。,改变VBE,(1)改变RL，但Vb、VCC、VBB不变 当负载电阻RL由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。在临界状态时输出功率最大。,负载特性曲线,1.高频功放的负载特性,VCC变化时对工作状态的影响,在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随VCC变化而变化，故输出功率基本不变；而在过压区，输出电流的振幅将随VCC的减小而下降，故输出功率也随之下降。,改变VCC，但Rp、Vb、VBB不变当集电极供电电压VCC由小至大变化时，放大器的工作状

27、态由过压经临界转入欠压。,2.高频功放的集电极调制特性,改变VCC对工作状态的影响(高频功放的集电极调制特性),Vb变化，但VCC、VBB、RL不变或VBB变化，但VCC、Vb、RL不变 这两种情况所引起放大器工作状态的变化是相同的。因为无论是Vb还是VBB的变化，其结果都是引起vBE的变化。,由 vBE=VBB+Vbcost vBEmax=VBB+Vb,当VBB或Vb由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。,3.高频功放的振幅特性&高频功放的基极调制特性,在过压区中输出电压随VCC改变而变化的特性为集电极调幅的实现提供依据；因为在集电极调幅电路中是依靠改变VCC来实现调幅过程的

28、。改变VCC时，其工作状态和电流、功率的变化如上图所示。,1.改变VCC对工作状态的影响,各极电压对工作状态的影响,VCC由小大时，对应工作状态由过压临界欠压。,Vb变化时电流、功率的变化,2.改变vb 对工作状态的影响,当vb 由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压临界过压。,3.2.3 高频功放的外部特性 高频功放是工作于非线性状态的放大器,同时也可 以看成是一高频功率发生器(在外部激励下的发生器)。1高频功放的负载特性 负载特性是指只改变负载电阻RL,高频功放电流、电压、功率及效率变化的特性。图 3 18(b)是根据图3 18(a)而得到的功率、效率曲线。2高频功放的振幅特性 高频功放的

29、振幅特性是指只改变激励信号振幅Ub 时,放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。,3.高频功放的调制特性 1)基极调制特性 2)集电极调制特性 4.高频功放的调谐特性,3.3 高频功率放大器的高频效应,1.少数载流子的渡越时间效应 晶体管本质上是电荷控制器件。2.非线性电抗效应 功放管中存在集电结电容,这个电容是随集电结电 压Ube变化的非线性势垒电容。,(3 30),3.发射极引线电感的影响,(3 31),4.饱和压降的影响 晶体管工作于高频时,实验发现其饱和压降随频率提高而加大。,3.4 高频功率放大器的实际线路,3.4.1 直流馈电线路 直流馈电线路包括集电极和基极馈电线路。下面结合集电

30、极馈电线路和基极馈电线路说明Cb、Lb的应用方法。图3 25是集电极馈电线路的两种形式:串联馈电线路和并联馈电线路。图 3 25(b)中晶体管、电源、谐振回路三者是并联连接的,故称为并联馈电线路。,图 3 25 集电极馈电线路两种形式(a)串联馈电;(b)并联馈电,根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种。,1.集电极馈电电路,(1)串馈电路 指直流电源VCC、负载回路(匹配网络)、功 率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。CB、LB为低通 滤波电路，既阻止电源VCC中的高频成分影响放大器的工作，又避免高频信号在LC负载回路以外不必要的损耗。CB、LB的选取原则为

31、LB 10 回路阻抗 1/CB 1/10回路阻抗,(2)并馈电路 指直流电源VCC、负载回路(匹配网络)、功 率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图LB为高频扼 流圈，Cb1为高频旁路电容，CB为隔直流通高频电容，LB、Cb1、CB的选取原则与串馈电路基本相同。,馈电线路的基本组成原则,1）其直流通路应如图（a）所示。,2）其基波分量的交流通路应如图（b）所示。,如原理图所示：,3）其谐波分量的交流通路应如图（c）所示。,输出回路为例,集电极电路对各频率成分电流的等效电路,2基极馈电线路 基极馈电线路也有串联和并联两种形式。图3 26示出了几种基极馈电形式,基极的负偏压既可以是外加的,也可以由

32、基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生。,图 3 26 基极馈电线路的几种形式,例 改正图3-28（a）线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。,题意分析：这是一个两级功放，分析时可以一级一级的考虑，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。,输入的交流信号流过直流电源，应加扼流圈和滤波电容,直流电源被输入互感耦合回路的电感短路，应加隔直电容,输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈；加上扼流圈后，交流没有通路，故还应加一旁路电容。,没有直流通路，加一扼流圈,输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈及滤波电容,直流电源将被输

33、出回路的电感短路，加隔直电容。,3.4.2 输出匹配网络 该双端口网络应具有这样的几个特点:(1)以保证放大器传输到负载的功率最大,即起到阻抗匹配的作用;(2)抑制工作频率范围以外的不需要频率,即有良好的滤波作用;(3)大多数发射机为波段工作。1.LC匹配网络 图3 27是几种常用的LC匹配网络。,图 3 27几种常见的LC匹配(a)L型;(b)T型;(c)型,对于L I型网络有,(3 32a),(3 32b),(3 32c),对于L-型网络有,(3 33a),(3 33b),(3 33c),图 3 28L型匹配网络(a)L-I型网络;(b)L-型网络,图3 29是一超短波输出放大器的实际电路

34、,它工作于固定频率。,图 3 29 一超短波输出放大器的实际电路,2 耦合回路 图3 30是一短波发射机的输出放大器，它采用互感耦合回路作输出电路,多波段工作。,图3 30 短波输出放大器的实际线路,3.4.3 高频功放的实际线路举例 图3 31(a)是工作频率为50 MHz的晶体管谐振功率放大电路,它向50 外接负载提供25W功率,功率增益达7 dB。,图 3 31 高频功放实际线路(a)50 MHz谐振功放电路;(b)175 MHz谐振功放电路,3.5 高频功放、功率合成与射频模块放大器,3.5.1 D类高频功率放大器 1.电流开关型D类放大器 图3 32是电流开关型D类放大器的原理线路和

35、波形图，线路通过高频变压器T1,使晶体管V1、V2获得反向的方波激励电压。,由此可得,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,图 3 32 电流开关型D类放大器 的线路和波形,V1(V2)的集电极电流为振幅等于Ic0的矩形,它的基频分量振幅等于(2/)Ic0。V1、V2的ic1、ic2中的基频分量电流在集电极回路阻抗RL(考虑了负载RL的反射电阻)两端产生的基频电压振幅为,将式(3 35)代入式(3 37),得,输出功率为,输入功率为,(3 39),(3 38),(3 37),集电极损耗功率为,(3 42),(3 41),(3 40),2 电压开关型D类放大器 图3

36、33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。,图 3 33 电压开关型D类功放的线路及波形,由图可见,因ic1、ic2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,两管的直流输入功率为,负载上的基波电压UL等于uce2方波脉冲中的基波电压分量。对uce2分解可得,负载上的功率为,可见 此时匹配的负载电阻为,3.5.2 功率合成器 功率合成器,就是采用多个高频晶体管,使它们产生的高频功率在一个公共负载上相加。图3 34是常用的一种功率合成器组成方框图。,图 3 34功率合成器组成,由3dB耦合器原理可知,当两晶体管

37、输入电阻相等 时,则两管输入电压与耦合器输入电压相等,在晶体管的输出端,当两管正常工作时,两管输出相同的电压,即 且,但由于负载上的电流加倍,故负载上得到的功率是两管输出功率之和,即,图 3 35 同相功率合成器(a)交流等效电路;(b)B信号源开路时的等效电路,当 时,由于流过负载的电流只有原来的一半,功率减小为原来的1/4,而A管输出的另一半功率正好消 耗在平衡电阻RT上,即有,图3 36是反相功率合成器的原理线路。输入和输出端也各加有3 dB耦合器作分配和合并电路。图 3 37 是一反相功率合成器的实际线路。它工作于1.5 MHz,输出功率100 W。,图 3 36 反相功率合成器的原理

38、线路,图 3 37 100 W反相功率合成器的实际线路,图3 39是一个模块式射频部件的微带线电路板。它由A、B、C、D四个模块放大器级联组成。,图 3 39 一个模块式射频部件的微带线电路板,一、掌握谐振功率放大器的作用、特点及其与高频小信号放大器和低频功率放大的相同点和不同点。1.谐振功率放大器主要用来放大高频大信号，其目的是为了获得高功率和高效率输出的有用信号。2.谐振功率放大器的特点是晶体管基极为负偏压，即工作在丙类工作状态，其集电极电流为余弦脉冲状，由于负载为LC回路，则输出电压为完整正弦波。,本 章 小 结,3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处,相同之处：放大的信号均为高

39、频信号，放大器的负载均为谐振回路。,不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。,共同之处:都要求输出功率大和效率高。不同之处：工作频率与相对频宽不同；放大器的负载不同；放大器的工作状态不同,分析方法不同,高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处,丙类谐振功率放大器工作在非线性区，采用折线近似法进行分析，根据晶体管是否工作在饱和状态而分为欠压、临界和过压三种工作状态。,二、掌握谐振功率放大器的分析方法,当负载电阻Rp变化时，其工作状态发生变化，由此引起放大器输出电压、功率、效率的变化特性称为负载特性。,三、掌握谐振功率放大器的负载特性、各极电压对工作状态的影响,负载特性曲线,各极电压的变化也会引起工作状态的变化。其中临界工作时输出功率最大，效率也较高，欠压、过压工作状态主要用于调幅电路。过压工作状态也用于中间级放大。,