高頻西電教學(xué)：3 高頻諧振放大器ppt課件

1、第3章 高頻諧振放大器1第3章 高頻諧振放大器 3.1 高頻小信號(hào)放大器 3.2 高頻功率放大器的原理和特性 3.3 高頻功率放大器的高頻效應(yīng) 3.4 高頻功率放大器的實(shí)踐線路 3.5 高頻功放、 功率合成與射頻模塊放大器 第3章 高頻諧振放大器2在在高高頻頻范范圍圍內(nèi)內(nèi)，為為了了獲獲得得足足夠夠大大的的高高頻頻輸輸出出功功率率，必必須須采采用用高高頻頻調(diào)調(diào)諧諧功功率率放放大大器器，這這是是發(fā)發(fā)射射設(shè)設(shè)備備的的重重要要組組成成部部分分。對(duì)對(duì)高高頻頻功功率率放放大大器器的的一一般般要要求求同同低低頻頻功功放放相相同同： 輸輸出出功功率率大大 效效率率高高特特點(diǎn)點(diǎn)：(1)工工 作作 頻頻 率率 高

2、高 ， 相相 對(duì)對(duì) 頻頻 帶帶 窄窄(2)采采 用用選選頻頻網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)作作為為負(fù)負(fù)載載回回路路(3)放放大大器器一一般般工工作作在在C（丙丙）類類工工作作狀狀態(tài)態(tài)，屬屬于于非非線線性性電電路路(4)不不能能用用線線性性模模型型電電路路分分析析，一一般般采采用用圖圖解解法法分分析析和和折折線線法法功功率率放放大大器器按按工工作作狀狀態(tài)態(tài)分分類類：A（甲甲）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為o180 AB（甲甲乙乙）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為 o90 B（乙乙）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為o90 C（丙丙）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為o90 近近年年來來雙雙出出現(xiàn)現(xiàn)了了D類類、E類類及及S類類等等開開關(guān)關(guān)功功率率放放大大器器

3、ECICEO uCE iCO轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性曲曲線線輸輸出出特特性性曲曲線線 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQB類類：o90BZBBUU C 類類：o90 ,BZBBUU 。 BEuci截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)A 類類：Q位位 于于 放放 大大 區(qū)區(qū)o180除除電電源源和和偏偏置置電電路路外外，主主要要由由三三個(gè)個(gè)部部分分組組成成：晶晶體體管管：大功率晶體管，能承受高電壓，大電流，大功率晶體管，能承受高電壓，大電流， Tf一般工作一般工作時(shí)發(fā)射極反偏時(shí)發(fā)射極反偏(C 類類)； 輸輸入入激激勵(lì)勵(lì)電電路路：輸輸出出諧諧振振回回路路：（1）濾濾波波選選頻

4、頻，(2)阻阻抗抗匹匹配配。第3章 高頻諧振放大器63.1 高頻小信號(hào)放大器 一、概述一、概述 1、定義：高頻小信號(hào)放大器的功能就是放大各種無、定義：高頻小信號(hào)放大器的功能就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)。此處的線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)。此處的“小信號(hào)是指輸入信小信號(hào)是指輸入信號(hào)的電平較低，放大器任務(wù)在它的線性范圍。號(hào)的電平較低，放大器任務(wù)在它的線性范圍。 2、高頻小信號(hào)放大器的分類：、高頻小信號(hào)放大器的分類： (1) 按放大器的頻帶寬度來分：窄帶放大器和寬帶按放大器的頻帶寬度來分：窄帶放大器和寬帶放大器。放大器。 (2) 按有源器件來分：分立元件高頻小信號(hào)放大器按有源器件來分：分立元件高頻

5、小信號(hào)放大器和集成放大器。和集成放大器。第3章 高頻諧振放大器7 3、高頻小信號(hào)放大器的主要要求、高頻小信號(hào)放大器的主要要求 (1) 高增益，即要求放大器的放大量要高。普通可達(dá)高增益，即要求放大器的放大量要高。普通可達(dá)80100dB； (2) 頻率選擇性要好；頻率選擇性要好； (3) 任務(wù)穩(wěn)定可靠。任務(wù)穩(wěn)定可靠。二、高頻小信號(hào)諧振放大器的任務(wù)原理二、高頻小信號(hào)諧振放大器的任務(wù)原理 圖圖3-1(a)是一典型的高頻小信號(hào)諧振放大器的實(shí)踐線路。是一典型的高頻小信號(hào)諧振放大器的實(shí)踐線路。其中：其中：Cb、Ce為高頻旁路電容；為高頻旁路電容；Rb1 、 Rb2 、 Re為偏置電阻。圖為偏置電阻。圖3-1

6、(b)為其交流等效電路，有抽頭的諧振回路為放大器的負(fù)載，完成阻抗匹配為其交流等效電路，有抽頭的諧振回路為放大器的負(fù)載，完成阻抗匹配和選頻功能。放大器任務(wù)在甲和選頻功能。放大器任務(wù)在甲(A)類形狀。類形狀。第3章 高頻諧振放大器8RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5RL2LC5V(b)431 (a)高頻小信號(hào)諧振放大器 (b) 交流等效電路 輸輸出出諧諧振振回回路路：（1）濾濾波波選選頻頻，(2)阻阻抗抗匹匹配配。第3章 高頻諧振放大器9二、放大器性能分析 1晶體管的高頻等效電路 要分析和闡明高頻調(diào)諧放大器的性能，首先必需思索晶體管在高頻時(shí)的等效電路。圖3-2(a)是晶體管在高頻運(yùn)

7、用時(shí)的混等效電路,它反映了晶體管中的物理過程, 也是分析晶體管高頻時(shí)的根本等效電路。 rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C圖 3-2 晶體三極管等效電路混等效電路第3章 高頻諧振放大器10 直接運(yùn)用晶體管的混直接運(yùn)用晶體管的混等效電路分析放大器的性能很不方便，等效電路分析放大器的性能很不方便，通常在低頻時(shí)采用通常在低頻時(shí)采用h參數(shù)等效電路，而在高頻時(shí)，普通采用參數(shù)等效電路，而在高頻時(shí)，普通采用Y參數(shù)等參數(shù)等效電路。晶體管的效電路。晶體管的Y參數(shù)等效電路如圖參數(shù)等效電路如圖3-2(b)所示。所示。Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce. 圖 3-2 晶

8、體三極管等效電路 Y參數(shù)等效電路第3章 高頻諧振放大器11其中： Yie輸出端交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納 Yoe輸入端交流短路時(shí)的輸出導(dǎo)納 Yfe輸出端交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納 Yre輸入端交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.第3章 高頻諧振放大器12 在忽略在忽略rbe及滿足及滿足CC的條件下的條件下, Y參數(shù)與混參數(shù)與混參數(shù)之參數(shù)之間的關(guān)系為：間的關(guān)系為：bburebbmfebbmbboebbierCjCjYrCjgYrCjgrCjCjYrCjCjY1111 (3-1)(3-2) (3-3) (3-4) 第3章 高頻諧振放大器13特別闡明：

9、特別闡明： (1) Y參數(shù)不僅與晶體管的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)有關(guān)，而且與任務(wù)參數(shù)不僅與晶體管的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)有關(guān)，而且與任務(wù)頻率有關(guān)，不過當(dāng)放大器任務(wù)在窄帶時(shí)，頻率有關(guān)，不過當(dāng)放大器任務(wù)在窄帶時(shí)，Y參數(shù)變化不大，參數(shù)變化不大，可近似看作常數(shù)；可近似看作常數(shù)； (2) 在以后如沒有特別闡明，高頻小信號(hào)放大器都是任務(wù)在以后如沒有特別闡明，高頻小信號(hào)放大器都是任務(wù)在窄帶，晶體管一概用在窄帶，晶體管一概用Y參數(shù)等效。參數(shù)等效。 由圖由圖3-2可以得到晶體管可以得到晶體管Y參數(shù)等效電路的參數(shù)等效電路的Y參數(shù)方程為：參數(shù)方程為：coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3-5a) (3-5b) 第3章 高頻諧振

10、放大器14 2 放大器的性能參數(shù)放大器的性能參數(shù) 根據(jù)圖根據(jù)圖3-1可以畫出其高頻等效電路如圖可以畫出其高頻等效電路如圖3-3所示。忽略管子內(nèi)部的所示。忽略管子內(nèi)部的反響反響, 即令即令Yre =0, 由圖由圖3-3可得：可得：cLcbSSbUYIUYII(3-6a) ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.圖 3-3 圖3-1高頻小信號(hào)放大器的高頻等效電路 (3-6b) 第3章 高頻諧振放大器15(3) 輸出導(dǎo)納YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0 (3-9) 利用式(3-6)和晶體管的Y參數(shù)方程(3-5)式，聯(lián)立可求出放大器的相關(guān)參數(shù)。 (1

11、) 電壓放大倍數(shù)K(2) 輸入導(dǎo)納Yi (3- 7) (3-8) fecoeLbYUKYYU ferebiieoeLbY YIYYYYUISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.第3章 高頻諧振放大器16四、高頻諧振放大器的穩(wěn)定性四、高頻諧振放大器的穩(wěn)定性 1放大器的穩(wěn)定性放大器的穩(wěn)定性 (1) 穩(wěn)定性的引入：前面分析了高頻小信號(hào)放大器的性能，穩(wěn)定性的引入：前面分析了高頻小信號(hào)放大器的性能，但由于晶體管內(nèi)部存在集基間電容但由于晶體管內(nèi)部存在集基間電容Cbc的反響，或者經(jīng)過的反響，或者經(jīng)過Y參參數(shù)的反向傳輸導(dǎo)納數(shù)的反向傳輸導(dǎo)納Yre的反響，使放大器存在不穩(wěn)定的問題

12、。的反響，使放大器存在不穩(wěn)定的問題。 (4) 通頻帶B 0.707與矩形系數(shù)K 0.1 由于圖3-1為一單調(diào)諧放大器，通頻帶B 0.707為：LoQfB707. 0(3-10) 其矩形系數(shù)B 0.1仍為9.95。 第3章 高頻諧振放大器17 (2) 定性分析定性分析 下面分析由于反向傳輸導(dǎo)納下面分析由于反向傳輸導(dǎo)納Yre的反響引起的不穩(wěn)定。的反響引起的不穩(wěn)定。假設(shè)：反向傳輸導(dǎo)納假設(shè)：反向傳輸導(dǎo)納Yre引入的輸入導(dǎo)納引入的輸入導(dǎo)納, 記為記為Yir。忽略。忽略Rbb的影響的影響, 那么由式那么由式(3-3)、 (3- 4)有：有： femYg思索諧振頻率思索諧振頻率0附近情況附近情況, 有：有：

13、reuYj C recirbY UY UccpfebpUI ZY U Z其中其中Zp為有載時(shí)并聯(lián)諧振回路阻抗為有載時(shí)并聯(lián)諧振回路阻抗, 根據(jù)第二章根據(jù)第二章(2-9)式，設(shè)式，設(shè)回路有載諧振阻抗為回路有載諧振阻抗為RL=1/ GL，有：，有： (3-11a) (3-11b) (3-11c) (3-11d) 第3章 高頻諧振放大器180000(12)(12)umumirLLLLjC gC gYjGj QGj Q 并將并將Yoe歸入諧振回路負(fù)載中，那么諧振回路總導(dǎo)納為：歸入諧振回路負(fù)載中，那么諧振回路總導(dǎo)納為： 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 高頻諧振放大器19由上式可得：當(dāng)回路諧振時(shí)，Yir為一純電抗由反向傳輸導(dǎo)納引入的輸入導(dǎo)納；當(dāng) 0時(shí)， Yir的實(shí)部為正，是負(fù)反響。當(dāng) 0 時(shí)， Yir的實(shí)部為負(fù)，是正反響，將導(dǎo)致放大器不穩(wěn)定。正反響使放大倍數(shù)增大負(fù)反響使放大倍數(shù)下降第3章 高頻諧振放大器20 2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法1中和法中和法 圖圖3-5(a)是利用中和電容是利用中和電容Cn的中和電路。的中和電路。 為了抵為了抵消消Yre的反響的反響, 從集電極回路取一與從集電

15、極回路取一與 反相的電壓反相的電壓 , 經(jīng)過經(jīng)過Cn反響到輸入端。根據(jù)電橋平衡有：反響到輸入端。根據(jù)電橋平衡有：1122nb cb cLNCCCLNcUnU那么中和條件為那么中和條件為 (3-12) 02010011b cnjLjLjCjCN2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV第3章 高頻諧振放大器21N2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV中和電容第3章 高頻諧振放大器22L1L2Uc.CnUo.EcV2(b)V1 某收音機(jī)實(shí)踐中和電路中和電容第3章 高頻諧振放大器23V1V2YSYLYi YieYo YobYfbYrbYib 圖 3-6 共發(fā)共基電路2 失配法是經(jīng)過增

16、大放大器的負(fù)載導(dǎo)納，使輸出電路失配，以失配法是經(jīng)過增大放大器的負(fù)載導(dǎo)納，使輸出電路失配，以降低輸出電壓，從而減少對(duì)輸入端的影響。因此失配法是用犧牲電降低輸出電壓，從而減少對(duì)輸入端的影響。因此失配法是用犧牲電路增益來?yè)Q取電路的穩(wěn)定。共發(fā)路增益來?yè)Q取電路的穩(wěn)定。共發(fā)共基電路是典型的失配法運(yùn)用。共基電路是典型的失配法運(yùn)用。 由于共基電路的輸入導(dǎo)納較大，當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較小的共發(fā)電路銜接時(shí)，相由于共基電路的輸入導(dǎo)納較大，當(dāng)它和輸出導(dǎo)納較小的共發(fā)電路銜接時(shí)，相當(dāng)于增大共發(fā)電路的負(fù)載導(dǎo)納而使之失配，從而使共發(fā)晶體管內(nèi)部反響減弱，穩(wěn)當(dāng)于增大共發(fā)電路的負(fù)載導(dǎo)納而使之失配，從而使共發(fā)晶體管內(nèi)部反響減弱，穩(wěn)定性大大

17、提高。定性大大提高。 共發(fā)電路在負(fù)載導(dǎo)納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍共發(fā)電路在負(fù)載導(dǎo)納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍較大；而共基電路雖然電流增益接近較大；而共基電路雖然電流增益接近1 1，但電壓增益卻較大。所以二者級(jí)聯(lián)后，但電壓增益卻較大。所以二者級(jí)聯(lián)后，相互補(bǔ)償，電壓增益和電流增益都比較大，而且共發(fā)一共基電路的上限頻率很高。相互補(bǔ)償，電壓增益和電流增益都比較大，而且共發(fā)一共基電路的上限頻率很高。 第3章 高頻諧振放大器24雙柵場(chǎng)效應(yīng)管也稱為雙柵 MOS 管。它是一個(gè)管子中有兩個(gè)控制柵極。從構(gòu)造上來看可以為是兩個(gè)單柵場(chǎng)效應(yīng)管的串聯(lián)組成。從特性上來看, 由于添加了第

18、二柵極G2, 它具有一定的屏蔽作用, 使得漏極與第一柵極之間的反響電容變的很小。雙柵場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器從構(gòu)造上來看可以為是共源 - 共柵放大器的方式。值得留意的是當(dāng)改動(dòng)雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的第二柵 G2 的電壓時(shí)可以改動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管正向傳輸特性曲線的斜率，從而改動(dòng)高頻放大器的增益。第3章 高頻諧振放大器25DR3R1R4R2G2G1S EcuoCSRSV 圖 3-7 雙柵場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)諧放大器 第3章 高頻諧振放大器263減少放大器的電磁耦合減少放大器的電磁耦合 前面討論放大器的穩(wěn)定性，是從放大器內(nèi)部來看的，實(shí)前面討論放大器的穩(wěn)定性，是從放大器內(nèi)部來看的，實(shí)踐上還應(yīng)思索由于外部緣由呵斥的不穩(wěn)定，而電磁耦合是引

19、踐上還應(yīng)思索由于外部緣由呵斥的不穩(wěn)定，而電磁耦合是引起外部寄生反響的主要要素，因此抑制和減少電磁耦合是提起外部寄生反響的主要要素，因此抑制和減少電磁耦合是提高放大器穩(wěn)定性的重要途徑。高放大器穩(wěn)定性的重要途徑。 放大器中的電磁耦合途徑主要有：放大器中的電磁耦合途徑主要有： A、電容性耦合；、電容性耦合； B、電感性耦合；、電感性耦合； C、公共電阻耦合；、公共電阻耦合； D、輻射耦合、輻射耦合第3章 高頻諧振放大器27五、多級(jí)諧振放大器五、多級(jí)諧振放大器 1多級(jí)單調(diào)諧放大器多級(jí)單調(diào)諧放大器 假設(shè)多級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率一樣假設(shè)多級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率一樣, 均為信號(hào)的中心均為信號(hào)的中心頻率，

20、且各級(jí)放大器的電壓放大倍數(shù)分別為頻率，且各級(jí)放大器的電壓放大倍數(shù)分別為K01、 K02、 K0n,那么總的電壓放大倍數(shù)為：那么總的電壓放大倍數(shù)為：nKKKK002010 (3-13) 211a(3-14) 2/2)1 (nna(3-15) 由第二章可知，單調(diào)諧放大器的歸一化頻率特性為：由第二章可知，單調(diào)諧放大器的歸一化頻率特性為：那么有那么有n回路的多級(jí)單調(diào)諧放大器的歸一化頻率特性為：回路的多級(jí)單調(diào)諧放大器的歸一化頻率特性為：第3章 高頻諧振放大器282. 多級(jí)雙調(diào)諧放大器多級(jí)雙調(diào)諧放大器 表表32 多級(jí)雙調(diào)諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)多級(jí)雙調(diào)諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)2/4)41 (nna(3-1

21、6) 第3章 高頻諧振放大器293. 參差調(diào)諧放大器參差調(diào)諧放大器 參差調(diào)諧的概念： 就是將兩級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率分別調(diào)諧在信號(hào)中心頻率附近的兩個(gè)不同頻率點(diǎn)上。 圖3-8是采用單調(diào)諧回路和雙調(diào)諧回路組成的參差調(diào)諧放大器的頻率特性。 圖3-9示出了一彩色電視機(jī)高頻頭的調(diào)諧放大器的簡(jiǎn)化電路。 第3章 高頻諧振放大器30第3章 高頻諧振放大器31C2C1AGCG2G1DVSEcC3 圖 3-9電視機(jī)高頻放大器的簡(jiǎn)化電路 第3章 高頻諧振放大器32六、六、 高頻集成放大器高頻集成放大器 1 1、高頻集成放大器的分類、高頻集成放大器的分類 高頻集成放大器分為以下兩類高頻集成放大器分為以下兩類: :

22、(1) (1) 一種是非選頻的高頻集成放大器一種是非選頻的高頻集成放大器, , 主要用于主要用于某些不需求選頻功能的設(shè)備中某些不需求選頻功能的設(shè)備中, , 通常以電阻或?qū)拵Ц哳l通常以電阻或?qū)拵Ц哳l變壓器作負(fù)載；變壓器作負(fù)載； (2) (2) 另一種是選頻放大器另一種是選頻放大器, , 用于需求有選頻功能用于需求有選頻功能的場(chǎng)所的場(chǎng)所, , 如接納機(jī)的中放就是它的典型運(yùn)用。如接納機(jī)的中放就是它的典型運(yùn)用。 通常為了滿足高增益放大器的選頻要求，集成通常為了滿足高增益放大器的選頻要求，集成選頻放大器普通采用集中濾波器作為選頻電路。選頻放大器普通采用集中濾波器作為選頻電路。第3章 高頻諧振放大器33

23、2、高頻集成放大器與集中濾波器的接法 (1) 集中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的后面 在圖3-10(a)中, 集中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的后面，這是一種常見接法。 該接法需留意的問題為：集成放大器與集中濾波器之間的阻抗匹配問題，這包括兩重含義：其一是從放大器輸出上看，阻抗匹配表示放大器有較大的功率增益；其二是從濾波器的輸入端看，要求信號(hào)源的阻抗與濾波器的輸入阻抗，方能得到預(yù)期得頻率特性。 第3章 高頻諧振放大器34(a)(b)前 置放大器集 中濾波器寬 帶放大器寬 帶放大器集 中濾波器圖3-10 集中選頻放大器組成框圖(2) 集中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的前面集中選頻濾波器接于寬帶集

24、成放大器的前面 圖圖3-10(b)是集中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的前是集中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的前面的一種接法。面的一種接法。 第3章 高頻諧振放大器35 圖圖 3-11示出了示出了Mini Circuits公司消費(fèi)的一集成放大器公司消費(fèi)的一集成放大器MRA8的的運(yùn)用電路，運(yùn)用電路， MRA8是硅單片放大器是硅單片放大器, 其主要目的見表其主要目的見表3-3。 A2C2L1L2A1C1MRA8ui5050uoC3R1R2220 14W220 14W15MRA8C4圖 3-11 集成選頻放大器運(yùn)用舉例 第3章 高頻諧振放大器36第3章 高頻諧振放大器373.2 高頻功率放大器的原理和

25、特性 高頻功率放大器的主要功能是放大高頻信號(hào)高頻功率放大器的主要功能是放大高頻信號(hào), 并且以高效輸出大功率并且以高效輸出大功率為目的為目的, 它主要運(yùn)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。它主要運(yùn)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。 一、高頻功率放大器概述一、高頻功率放大器概述 1、高頻功放管的類型、高頻功放管的類型 電子管：主要用于輸出功率在幾百瓦以上的場(chǎng)所；電子管：主要用于輸出功率在幾百瓦以上的場(chǎng)所； 高頻大功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管：主要用于輸出功率在幾百瓦以下的場(chǎng)高頻大功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管：主要用于輸出功率在幾百瓦以下的場(chǎng)所。所。第3章 高頻諧振放大器38 2、功率放大器任務(wù)形狀、功率放大器任務(wù)形狀 A(甲甲)類：其

26、理想效率為類：其理想效率為50%； B(乙乙)類：其理想效率為類：其理想效率為78.5%； AB(甲乙甲乙)類：其理想效率為類：其理想效率為50%78.5%； C (丙丙)類：高頻非線性功率放大器類：高頻非線性功率放大器 E 類：開關(guān)型高頻功率放大器類：開關(guān)型高頻功率放大器 S類：開關(guān)型高頻功率放大器類：開關(guān)型高頻功率放大器 其中：其中：A類、類、B類和類和AB類主要用于低頻功率放大器，而類主要用于低頻功率放大器，而C類、類、E類和類和S類普通類普通只用于高頻功率放大器。只用于高頻功率放大器。第3章 高頻諧振放大器39 3、高頻功率放大器的特點(diǎn)、高頻功率放大器的特點(diǎn) 我們知道低頻功率放大器的任

27、務(wù)頻率低，相對(duì)頻帶寬度很大；如普通任務(wù)我們知道低頻功率放大器的任務(wù)頻率低，相對(duì)頻帶寬度很大；如普通任務(wù)在在2020000Hz，高端頻率與低端頻率相差，高端頻率與低端頻率相差1000倍。倍。 對(duì)于高頻功率放大器：任務(wù)頻率高，相對(duì)頻帶寬度很小；例如調(diào)幅廣播的對(duì)于高頻功率放大器：任務(wù)頻率高，相對(duì)頻帶寬度很?。焕缯{(diào)幅廣播的帶寬為帶寬為9kHz，假設(shè)中心頻率取，假設(shè)中心頻率取900kHz，那么相對(duì)頻帶寬度僅為，那么相對(duì)頻帶寬度僅為1。因此高頻。因此高頻功率放大器為了到達(dá)對(duì)選擇性頻帶的要求，普通采用調(diào)諧放大器。功率放大器為了到達(dá)對(duì)選擇性頻帶的要求，普通采用調(diào)諧放大器。 由于高頻功放要求高頻任務(wù)、高效率，

28、因此任務(wù)在高頻形狀和大信號(hào)非線由于高頻功放要求高頻任務(wù)、高效率，因此任務(wù)在高頻形狀和大信號(hào)非線性形狀是其主要特點(diǎn)。性形狀是其主要特點(diǎn)。 第3章 高頻諧振放大器40二、任務(wù)原理 圖3-12是一個(gè)采用晶體管的高頻功率放大器的原理線路, 除電源和偏置電路外, 它是由晶體管、 諧振回路和輸入回路三部分組成的。其中： 晶體管：常采用NPN高頻大功率晶體管，其特征頻率fT高 。 靜態(tài)任務(wù)形狀：普通在C類，即基極偏置為負(fù)值； 輸入信號(hào)：輸入信號(hào)為大信號(hào)，可達(dá)12V，甚至更大。 任務(wù)形狀：晶體管任務(wù)在截止和導(dǎo)通(線性放大)兩種形狀，基極電流和集電極電流均為高頻脈沖電流。 放大器的負(fù)載：用帶抽頭的LC并聯(lián)諧振回

29、路作負(fù)載，可以起到選頻和阻抗變換兩方面的作用。第3章 高頻諧振放大器41ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV圖 3-12 晶體管高頻功率放大器的原理線路 BBUCCU第3章 高頻諧振放大器42 1電流、 電壓波形 設(shè)輸入信號(hào)為 coscosbbbeBBbuUtuUUt那么由圖3-12得基極回路電壓為：(3-17) 周期性脈沖可以分解成直流、 基波(信號(hào)頻率分量)和各次諧波分量, 即： tnItIIicnccoccoscos1(3-18) 式中第3章 高頻諧振放大器43) 1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1 (cossin)()cos1 (

30、cossinmax2max1maxmax10maxmaxnainnnnniIaiiIaiiIncccncccccco (3-19b) (3-19a) (3-19c) 第3章 高頻諧振放大器44第3章 高頻諧振放大器45其中其中稱為導(dǎo)通角，稱為導(dǎo)通角，0()、 1()、 n()分別稱為余弦脈沖的直流、分別稱為余弦脈沖的直流、 基基波、波、 n次諧波的分解系數(shù)次諧波的分解系數(shù), 數(shù)值見附錄。數(shù)值見附錄。 由圖由圖3-12可以看出，放大器的負(fù)載為并聯(lián)諧振回路，當(dāng)諧振頻率可以看出，放大器的負(fù)載為并聯(lián)諧振回路，當(dāng)諧振頻率0等于鼓勵(lì)信號(hào)頻率等于鼓勵(lì)信號(hào)頻率時(shí)，回路對(duì)時(shí)，回路對(duì)頻率呈現(xiàn)一大諧振電阻頻率呈現(xiàn)一

31、大諧振電阻RL，因此式，因此式(3-18)中基波分量在回路上產(chǎn)生電壓，而對(duì)遠(yuǎn)離中基波分量在回路上產(chǎn)生電壓，而對(duì)遠(yuǎn)離的直流調(diào)和波分量的直流調(diào)和波分量2、3等呈現(xiàn)很小的阻抗，因此這些頻率成分的輸出很小，幾乎為零，可以忽等呈現(xiàn)很小的阻抗，因此這些頻率成分的輸出很小，幾乎為零，可以忽略。故回路輸出電壓為：略。故回路輸出電壓為：1coscosoccLcuuI RtUtcosCEccocccuUuUUt(3-20)(3-20)(3-21)(3-21)晶體管的集電極電壓為：晶體管的集電極電壓為：第3章 高頻諧振放大器46第3章 高頻諧振放大器47 圖圖3-14給出了放大器各點(diǎn)信號(hào)的波形圖。給出了放大器各點(diǎn)信

32、號(hào)的波形圖。 由圖可以看出，當(dāng)集電極回路調(diào)諧時(shí)，由圖可以看出，當(dāng)集電極回路調(diào)諧時(shí)，Ubemax、 ICmax、 UCEmin是同一時(shí)辰出現(xiàn)的，導(dǎo)通角是同一時(shí)辰出現(xiàn)的，導(dǎo)通角越小，越小， iC越集中在越集中在UCEmin附近，附近，故耗損越小，效率越高。故耗損越小，效率越高。 另外，我們也可根據(jù)集電極電流的導(dǎo)通角來劃分功放的任務(wù)類型：另外，我們也可根據(jù)集電極電流的導(dǎo)通角來劃分功放的任務(wù)類型：當(dāng)當(dāng)180o時(shí)，為時(shí)，為A類；類； 當(dāng)當(dāng)90o 180o時(shí)，為時(shí)，為AB類；類； 當(dāng)當(dāng)90o 時(shí)，為時(shí)，為C類。類。第3章 高頻諧振放大器482高頻功放的能量關(guān)系與效率 在集電極電路中, 諧振回路得到的高頻功

33、率(高頻一周的平均功率)即輸出功率P1為：LcLccRURIUIPc22112121211(3-22) 集電極電源供應(yīng)的直流輸入功率集電極電源供應(yīng)的直流輸入功率P0為為00cCCPI U(3- 23) 直流輸入功率與集電極輸出高頻功率之差就是集電極損耗功率Pc, 即：10PPPc(3- 24)第3章 高頻諧振放大器49 Pc變?yōu)楹纳⒃诰w管集電結(jié)中的熱能。變?yōu)楹纳⒃诰w管集電結(jié)中的熱能。 定義集電極效率定義集電極效率為：為： 11001122cccCCIUPPIU(3-25) 式中 稱為波形系數(shù)， 稱為集電極電壓利用系數(shù)。由式(3-24)、 (3-25)可以得到輸出功率P1和集電極損耗功率Pc

34、之間的關(guān)系為：111cPP(3-26) 1100( )( )ccII cCCUU上式闡明：當(dāng)功放管的允許耗散功率上式闡明：當(dāng)功放管的允許耗散功率Pc一定時(shí)，效率越一定時(shí)，效率越高，輸出功率越大。高，輸出功率越大。第3章 高頻諧振放大器50 由式由式(3-25)可知，要提高效率，有兩種途徑：可知，要提高效率，有兩種途徑：提高電壓利用系數(shù)提高電壓利用系數(shù)，即提高，即提高Uc，這通常式靠提高回路諧振阻抗，這通常式靠提高回路諧振阻抗RL來來實(shí)現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)；提高波形系數(shù)提高波形系數(shù) ，由于，由于與與 有關(guān)。圖有關(guān)。圖(3-15)畫出了畫出了 它們間的關(guān)系。它們間的關(guān)系。 為了兼顧輸出功率和效率，通常導(dǎo)通角選

35、在為了兼顧輸出功率和效率，通常導(dǎo)通角選在6575度度之間。之間。第3章 高頻諧振放大器51第3章 高頻諧振放大器52bbdUIP121 (3-27) 高頻功放的功率放大倍數(shù)為：高頻功放的功率放大倍數(shù)為：dpPPK1(3-28) 用dB表示為)(101dBPPLgKdp (3-29) 3、功率放大倍數(shù)、功率放大倍數(shù) 設(shè)其基波電流振幅為設(shè)其基波電流振幅為I b1, 且與且與ub同相同相(忽略實(shí)踐存在忽略實(shí)踐存在的容性電流的容性電流), 那么鼓勵(lì)功率為：那么鼓勵(lì)功率為：第3章 高頻諧振放大器53三、高頻諧振功率放大器的任務(wù)形狀三、高頻諧振功率放大器的任務(wù)形狀 1高頻功放的動(dòng)特性高頻功放的動(dòng)特性 (1

36、) 高頻功放的動(dòng)特性的概念：動(dòng)特性是指當(dāng)加上鼓勵(lì)高頻功放的動(dòng)特性的概念：動(dòng)特性是指當(dāng)加上鼓勵(lì)信號(hào)及接上負(fù)載阻抗時(shí)信號(hào)及接上負(fù)載阻抗時(shí), 晶體管集電極電流晶體管集電極電流ic與集電極電壓與集電極電壓(ube或或uce)的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線, 它在它在icuce或或icube坐標(biāo)系統(tǒng)中是坐標(biāo)系統(tǒng)中是一條曲線，反映的是功放的任務(wù)點(diǎn)在鼓勵(lì)作用下的變化曲線。一條曲線，反映的是功放的任務(wù)點(diǎn)在鼓勵(lì)作用下的變化曲線。 (2) 動(dòng)特性的作法動(dòng)特性的作法 我們知道，在小信號(hào)放大器中，假設(shè)知負(fù)載電阻，經(jīng)過我們知道，在小信號(hào)放大器中，假設(shè)知負(fù)載電阻，經(jīng)過靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)作一斜率為負(fù)的交流負(fù)載電阻值的倒數(shù)的直線，靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)作

37、一斜率為負(fù)的交流負(fù)載電阻值的倒數(shù)的直線，即為交流負(fù)載線，動(dòng)特性為負(fù)載線的一部分。即為交流負(fù)載線，動(dòng)特性為負(fù)載線的一部分。 在高頻功放中，其動(dòng)特性普通不是直線。在高頻功放中，其動(dòng)特性普通不是直線。第3章 高頻諧振放大器54和 逐點(diǎn)(以t為變量)由uBE、 uCE從晶體管輸出特性上找出iC，并連成線即為動(dòng)特性。 當(dāng)晶體管的特性用折線近似時(shí)的作法如圖：cosCECCoCCcuUuUUt動(dòng)特性的詳細(xì)作法：根據(jù)動(dòng)特性的詳細(xì)作法：根據(jù)cosBEBBbBBbuUuUUt第3章 高頻諧振放大器55第3章 高頻諧振放大器56 2高頻功放的任務(wù)形狀 高頻諧振功率放大器根據(jù)集電極電流能否進(jìn)入飽和區(qū)可以分為欠壓、 臨

38、界和過壓三種形狀。下面根據(jù)其動(dòng)特性分析這三種的特點(diǎn)。第3章 高頻諧振放大器ICEO uCE iCO轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性曲曲線線輸輸出出特特性性曲曲線線 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ BEuci截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)cosBEBBbBBbuUuUUtcosCECCoCCcuUuUUt第3章 高頻諧振放大器58 (1) 欠壓形狀：是指功放的最高任務(wù)形狀還未進(jìn)入飽和區(qū)的形欠壓形狀：是指功放的最高任務(wù)形狀還未進(jìn)入飽和區(qū)的形狀，欠壓形狀功放的特點(diǎn)：功放的任務(wù)點(diǎn)只在截止區(qū)和線性放大狀，欠壓形狀功放的特點(diǎn)：功放的任務(wù)點(diǎn)只在截止區(qū)和線性放大區(qū)內(nèi)變化；功放的集電極電流為

39、余弦脈沖；功放的效率將隨著區(qū)內(nèi)變化；功放的集電極電流為余弦脈沖；功放的效率將隨著Uc的增大而添加，在這種形狀下，集電極電壓利用不充分；的增大而添加，在這種形狀下，集電極電壓利用不充分； (2) 過壓形狀：過壓形狀： 當(dāng)功放的鼓勵(lì)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，功放的當(dāng)功放的鼓勵(lì)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，功放的最高任務(wù)形狀將進(jìn)入飽和區(qū)，過壓形狀功放的特點(diǎn)：功放的任務(wù)最高任務(wù)形狀將進(jìn)入飽和區(qū)，過壓形狀功放的特點(diǎn)：功放的任務(wù)點(diǎn)將在截止區(qū)、線性放大區(qū)和飽和區(qū)三個(gè)區(qū)內(nèi)變化；功放的集電點(diǎn)將在截止區(qū)、線性放大區(qū)和飽和區(qū)三個(gè)區(qū)內(nèi)變化；功放的集電極電流為頂部凹陷的余弦脈沖；功放的效率將隨著極電流為頂部凹陷的余弦脈沖；功放的效率將隨著

40、Uc的進(jìn)一步增的進(jìn)一步增大而降低，在這種形狀下，由于導(dǎo)通角過大導(dǎo)致波形系數(shù)較?。淮蠖档?，在這種形狀下，由于導(dǎo)通角過大導(dǎo)致波形系數(shù)較?。挥杏蠻CEmin RLCR R2 RLCR，應(yīng)選擇應(yīng)選擇L-IIL-II型。且串聯(lián)支路用電感，并聯(lián)支路用電容。型。且串聯(lián)支路用電感，并聯(lián)支路用電容。 根據(jù)根據(jù)3-33b3-33b式，回路的質(zhì)量要素為：式，回路的質(zhì)量要素為： 其它見教材。其它見教材。213LCRRQR 第3章 高頻諧振放大器87 圖圖3-29是一超短波輸出放大器的實(shí)踐電路是一超短波輸出放大器的實(shí)踐電路, 它任務(wù)于固定頻率。它任務(wù)于固定頻率。 3DA21CCbVC1L1L2C222.5 V圖 3-

41、29 一超短波輸出放大器的實(shí)踐電路 L2是為抵消天線的容抗而設(shè)立的C1、C2、L2構(gòu)成型匹配網(wǎng)絡(luò)第3章 高頻諧振放大器88 2耦合回路耦合回路 圖圖3-30是一短波發(fā)射機(jī)的輸出放大器，是一短波發(fā)射機(jī)的輸出放大器， 它采用互感耦它采用互感耦合回路作輸出電路合回路作輸出電路, 多波段任務(wù)。簡(jiǎn)單分析教材圖多波段任務(wù)。簡(jiǎn)單分析教材圖3-34) V1CbC1L1L2C2KL324 VM 圖3-33 短波輸出放大器的實(shí)踐線路1:4傳輸線變壓器第3章 高頻諧振放大器89三、高頻功放的推挽銜接線路三、高頻功放的推挽銜接線路 在高頻功放中，不論是輸出級(jí)還是中間級(jí)，有時(shí)會(huì)在高頻功放中，不論是輸出級(jí)還是中間級(jí)，有時(shí)

42、會(huì)用到推挽銜接線路，其主要目的是為了提高輸出功率，用到推挽銜接線路，其主要目的是為了提高輸出功率，任務(wù)原理與低頻功放類似。此處不再祥述。任務(wù)原理與低頻功放類似。此處不再祥述。第3章 高頻諧振放大器90四、高頻功放的實(shí)踐線路舉例四、高頻功放的實(shí)踐線路舉例 圖圖3-38(a)是任務(wù)頻率為是任務(wù)頻率為50 MHz的晶體管諧振功率放的晶體管諧振功率放大電路大電路, 它向它向50 外接負(fù)載提供外接負(fù)載提供25W功率功率, 功率增益達(dá)功率增益達(dá)7 dB。 VL2Ec13.5 VLbC1C214150pF50 90400 pFL1L332250 pF32250 pFC3C450 (a)第3章 高頻諧振放大器

43、91C5VR1100k50 530 pFL1533pF15 pFC4R2110 kEGEDC615 pFL3C8C7533 pF533 pF50 (b)C1C2C3L2 圖 3-38 高頻功放實(shí)踐線路(a) 50 MHz諧振功放電路; (b) 175 MHz諧振功放電路第3章 高頻諧振放大器92 3.5 高頻功放、功率合成高頻功放、功率合成與射頻與射頻模塊放大器模塊放大器 一、一、 D D類高頻功率放大器類高頻功率放大器 1. 1. 電流開關(guān)型電流開關(guān)型D D類放大器類放大器 圖圖3-393-39是電流開關(guān)型是電流開關(guān)型D D類放大器的原理線路和波類放大器的原理線路和波形圖，形圖， 線路經(jīng)過高

44、頻變壓器線路經(jīng)過高頻變壓器T1, T1, 使晶體管使晶體管V1V1、 V2 V2獲得獲得反向的方波鼓勵(lì)電壓。反向的方波鼓勵(lì)電壓。 第3章 高頻諧振放大器93ccescesmcescesmEuuUtdutuU)(2cos)(122 由此可得 )()(2)(2cesccesmmcescescmuEuUUuuEU 集電極回路兩端的高頻電壓有效值為集電極回路兩端的高頻電壓峰值為 (3-46) (3-47) 第3章 高頻諧振放大器94CALRLT2ic1ic2V1V20T1ic1t0(b)ic2t0(c)uce1t0(d )ucesuce2t0(e)ucesuAt0( f )UMUM uces 3/2

45、/2/2 3/2(a)Ec 圖 3-39 電流開關(guān)型D類放大器 的線路和波形 UCC第3章 高頻諧振放大器95 V1(V2)的集電極電流為振幅等于的集電極電流為振幅等于Ic0的矩形的矩形, 它的基頻分量振它的基頻分量振幅等于幅等于(2/)Ic0。 V1、 V2的的ic1、 ic2中的基頻分量電流在集電極回中的基頻分量電流在集電極回路阻抗路阻抗RL(思索了負(fù)載思索了負(fù)載RL的反射電阻的反射電阻)兩端產(chǎn)生的基頻電壓振幅為：兩端產(chǎn)生的基頻電壓振幅為：222212()()221()22cmcoLcmcocccesLLcmcccesLLUIRUIUuRRUPUuRR將式(3-35)代入式(3-37),

46、得輸出功率為輸出功率為 輸入功率為輸入功率為 (3-51) (3-50) (3-49) 第3章 高頻諧振放大器962020110()2()2100%100%cccocccescLccccescesLcccesccPU IUuERPPPUuuRUuPPU 集電極損耗功率為 (3-54) (3-53) (3-52) 2電壓開關(guān)型D類放大器 圖3-40為一互補(bǔ)電壓開關(guān)型D類功放的線路及電流電壓波形。兩個(gè)同型(NPN)管串聯(lián), 集電極加有恒定的直流電壓Ec。 第3章 高頻諧振放大器97ic2iLL0C0RLV2uce2uce1V1T1Ec(a)ic1iLL0C0RLEcS(b)uce2第3章 高頻諧振放大器98uce2 tEc02iL t0ic1 t0ic1maxic2 t0(c)圖 3-40 電壓開關(guān)型D類功放的線路及波形 第3章 高頻諧振放大器99 由圖可見由圖可見, 因因ic1、ic2都是半波余弦脈沖都是半波余弦脈沖(=90), 所以兩管的直流電壓和負(fù)載電流分別為所以兩管的直流電壓和負(fù)載電流分別為:max0maxmax11cccocccoccoiEIEPiIiI兩管