第3章高頻諧振放大器

1、第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅第三章第三章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器3.1 高頻小信號放大器3.2 低噪小信號放大器的設(shè)計(jì)3.3 高頻功率放大器的原理與特性3.4 高頻功率放大器的實(shí)際線路第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅3.1 高頻小信號放大器高頻小信號放大器“小信號”指的是輸入信號的電平較低，放大器工作在他的線性范圍。 (a) 根據(jù)頻帶寬度可分為窄帶放大器和寬帶放大器。一般被放大的都是窄帶信號。小信號放大器的基本類型是頻帶（窄帶）放大器，它是以各種選頻電路作負(fù)載，如并聯(lián)諧振回

2、路、耦合諧振回路等；如果要放大多個(gè)高頻信號，這時(shí)用高頻寬帶放大器，采用無選頻作用的負(fù)載電路，如高頻變壓器或傳輸線變壓器。一、概述概述2. 分類1. 功能：放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號、阻抗變換和選頻濾波第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅4. 性能指標(biāo)要求（1）增益高，即放大量大（b）按有源器件可分為以分立源件為主的高頻放大器和以集成電路為主的集中選頻放大器。（2）頻率選擇性要好。選擇所需信號，抑制無用信號的能力要強(qiáng)。放大器的頻帶寬度和矩形系數(shù)是衡量選擇性的重要參數(shù)。（3）工作穩(wěn)定可靠。要求放大器的性能盡可能的不受外界因素變化的影響，不產(chǎn)

3、生任何自激。3. 特點(diǎn)：（1）管子線性放大，輸入信號很小，著眼于電壓增益。(2) 以LC回路做負(fù)載，完成濾波和阻抗匹配。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅二、高頻小信號諧振放大器的工作原理二、高頻小信號諧振放大器的工作原理圖3 1(a)是一典型的高頻小信號諧振放大器的實(shí)際線路。RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5實(shí)際線路第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅RL2LC5V(b)431交流等效電路 圖中采用抽頭諧振回路作為放大器負(fù)載，對信號頻率諧振，即=0，完成阻抗匹配和選頻濾波

4、功能。輸入的是高頻小信號，放大器工作在A（甲）類狀態(tài)甲類（A）工作狀態(tài)：晶體管發(fā)射結(jié)一直處于正向偏置；乙類（B）工作狀態(tài)：晶體管發(fā)射結(jié)半個(gè)周期正向，半個(gè)周期反向；甲乙類（AB）工作狀態(tài)：介于甲類和乙類之間。正偏時(shí)間大于半個(gè)周期丙類（C）： 發(fā)射結(jié)正偏時(shí)間小于半個(gè)周期。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅三、放大器性能分析放大器性能分析1. 晶體管高頻等效電路圖3 2(a)是晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)的混等效電路rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C圖中，C=Cbe；C=Cbc，直接用混等效電路分析放大器性能很不方便，因此用Y參數(shù)等效電路

5、來分析。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.Y參數(shù)等效電路第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅其中：Yie是輸出交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納：0|cebieUbIYUYre是輸入交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納：0|bebreUceIYUYfe輸出交流短路時(shí)正向傳輸導(dǎo)納：0|cecfeUbeIYUYoe是輸入交流短路時(shí)輸出導(dǎo)納：0|becoeUceIYU第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅

6、 晶體管的Y參數(shù)可以直接測量得到，也可根據(jù)混等效電路換算得來。在忽略rbe及滿足CC的條件下, Y參數(shù)與混參數(shù)之間的關(guān)系為：1111iebbbbmoeubbmfebburebbj CYj C rj C r gYj Cj C rgYj C rj CYj C r (3 1)(3 2) (3 3) (3 4) 一般在工程上會(huì)做如下近似：（1）分析放大器的增益時(shí)，忽略yre的影響；分析放大器穩(wěn)定性時(shí)，考慮yre的影響。（2）小信號放大器，窄帶工作，故在討論的頻率范圍內(nèi)，近似認(rèn)為各參數(shù)為常數(shù)，不隨頻率變化。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅Y參數(shù)等效

7、電路的參數(shù)方程為：coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3 5a) (3 5b) Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.Y參數(shù)等效電路第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅 2 放大器的性能參數(shù)放大器的性能參數(shù)圖3-1的高頻等效電路為：ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.圖3-3 高頻小信號放大器的高頻等效電路 從圖中可以看出：cLcbSSbUYIUYII(3-6a)(3-6b) 外部方程coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3-5a) (3-5b)內(nèi)部

8、方程Ys電源導(dǎo)納；YL是負(fù)載導(dǎo)納第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅根據(jù)以上方程可以導(dǎo)出高頻小信號放大器的主要性能指標(biāo)：電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)K由3-5b、3-6b可得：feLKY Z LoeYY一般1LLZY輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納Yi：fecoeLbYUKYYU （3-7）由（3-5a）和（3-7）有：reciebferebiieoeLbY UYUY YIYYYYU(3-8)第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅輸出導(dǎo)納輸出導(dǎo)納Yo由（3-5a、3-6a）以及Is=0，有：由（3-5b）有：cb

9、oefeccIUYYUU0ScoIcIYUbsbiebrecIYUY UY U brecSieUYUYY0SrefeooeSiecIcY YYYYYIU(3-9)第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅通頻帶和矩形系數(shù)因?yàn)樨?fù)載是一單諧振回路，故矩形系數(shù)K0.1為9.95。0.707oLfBQ01LQLg式中：f0為回路諧振頻率： L為回路電感； 為回路總電容 QL為有載品質(zhì)因素： g為回路總電導(dǎo)。012fLCC第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅四、高頻諧振放大器的穩(wěn)定性四、高頻諧振放大器的穩(wěn)定

10、性1. 不穩(wěn)定的原因晶體管高頻工作時(shí)，由于 Yre的存在（混電路中的C），使輸出信號反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，如果反饋在信號某一頻率上滿足正反饋條件，則會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。關(guān)鍵：Yre的存在第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法提高穩(wěn)定性的關(guān)鍵是消除自激，有以下兩種方法：（1） 減少反饋參數(shù)Yre a.選Yre小的管子；b中和法抵消Yre （中和法）（2）降低放大器的增益（失配法）：破壞正反饋的振幅條件。a. 中和法基本思想：在輸入輸出端引入一附加的外部反饋電路（中和電路）來抵消晶體管內(nèi)部參

11、數(shù)Yre的反饋?zhàn)饔?，從而保證放大器的穩(wěn)定工作。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅N2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅由電橋平衡條件（對臂阻抗乘積相等）有：02010011b cNjLjLjCjC1122Nb cb cLNCCCLN調(diào)節(jié)CN，總可以 使II中和的目的就是使II調(diào)節(jié)CN或N1或N2可實(shí)現(xiàn)中和抵消。局限性：因?yàn)镃bc隨頻率變化，因而中和只能在某一頻率范圍內(nèi)進(jìn)行。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國

12、家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅b. 失配法失配法通過增加負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增加總回路導(dǎo)納，使輸出電路失配，輸出電壓相應(yīng)減小，對輸入端的影響也就減小?？梢娛浞ㄊ褂脿奚娐吩鲆鎭頁Q取電路的穩(wěn)定。為了滿足增益和穩(wěn)定性的要求，失配法常用共發(fā)-共基電路V1V2YSYLYi YieYo YobYfbYrbYib 圖 3 6 共發(fā)共基電路第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅共基電路輸入導(dǎo)納大，而共發(fā)電路的輸出導(dǎo)納較小，二者相連相當(dāng)于增大了共發(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)部反饋減弱而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技

13、大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅五、多級諧振放大器五、多級諧振放大器1. 多級單調(diào)諧放大器多級單調(diào)諧放大器各級諧振頻率相同，均為信號中心頻率，各級諧振時(shí)電壓放大倍數(shù)為K01，K02，K0n，則放大器總的放大倍數(shù)為：001020nKK KK201|1pZR由單振蕩回路歸一化頻率特性（參見2-9）：則有n個(gè)回路的多級放大器的歸一化頻率特性為：2/2(1)nn第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅2. 多級雙調(diào)諧放大器41114（參見2-34）4/21(1)4nn第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅表

14、表3-2 多級雙調(diào)諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)多級雙調(diào)諧放大器的帶寬和矩形系數(shù)第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅3.2低噪聲小信號放大器的設(shè)計(jì)對于接收機(jī)，小信號放大器與天線想連，位于接收機(jī)的前端，因此小信號放大器本身的噪聲特性將嚴(yán)重影響到整機(jī)的靈敏度，因此噪聲是小信號放大器需要考慮的主要因素之一。此時(shí)的小信號放大器也成低噪放大器（LNA-Low Noise Amplifier）。為了抑制后面的各級噪聲對系統(tǒng)的影響，還要求有一定的增益。但為了不使后面的混頻器過載，產(chǎn)生非線性失真，它的增益不宜過大。另外，接收到的信號微弱，并且強(qiáng)度變化大，要求小信號

15、放大器線性范圍大。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅3.2低噪聲小信號放大器的設(shè)計(jì)LNA的基本要求是：噪聲系數(shù)低，足夠的功率增益，工作穩(wěn)定可靠，足夠的帶寬和大的動(dòng)態(tài)范圍。LNA與一般的小信號放大器的區(qū)別： 一般小信號放大器為了獲得高的功率增益，放大器的每一級都按功率匹配原則進(jìn)行設(shè)計(jì)； 而LNA為了獲得低NF,第一級必須進(jìn)行最佳噪聲匹配，后級再進(jìn)行功率匹配，從而使系統(tǒng)具有較好的噪聲性能和增益特性。功率匹配是指源阻抗與負(fù)載阻抗匹配，以使放大器獲得最大的功率輸出。最佳噪聲匹配是指信號源阻抗與最佳源阻抗相匹配，以使放大器獲得最佳的噪聲性能。第第3

16、3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅3.3 高頻功率放大器的原理和特性高頻功率放大器的原理和特性一、概述1. 作用：不失真地放大高頻信號，且以高效輸出大功率。主要應(yīng)用于無線電發(fā)射機(jī)2. 分類:因?yàn)槟芰炕蚬β适遣荒芊糯蟮?，高頻信號的功率放大，其實(shí)質(zhì)是在輸入高頻信號的控制下，將電源直流功率轉(zhuǎn)換成交流輸出功率（高頻功率）。即電流供給集電極以直流功率，當(dāng)輸入信號電流加到晶體管的基極時(shí)，由于晶體管電流控制作用，很小的基極電流變化就可能引起很大的集電極電流的變化，這樣在負(fù)載上就得到一個(gè)大的輸出功率。因此高頻功率放大器除了產(chǎn)生符合要求的高頻功率外，還應(yīng)要求具有高的

17、轉(zhuǎn)換效率（1）寬帶功放：效率不高，適用于中小功率（2）諧振功放：高效大功率，頻帶窄第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅4. 諧振功放的特點(diǎn)： （1）以調(diào)諧回路做負(fù)載，完成濾波和阻抗變換（2） 工作在C類，以高效輸出大功率（3）工作在大信號狀態(tài): 線性放大區(qū)和截至區(qū)3. 與低頻功放的異同：（2）工作頻率和相對頻率寬度不同：高頻功放工作頻率很高，相對頻帶窄，一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載。也稱諧振功率放大器。低頻功放工作頻率低，相對頻帶寬，因此不能采用調(diào)諧負(fù)載，只能用電阻、變壓器等非調(diào)諧負(fù)載（1）都要求高效輸出大功率第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧

18、振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅二、工作原理1. 基本線路組成：晶體管、輸入回路、諧振回路、電源、偏置電路第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅電路要求：（1）要求工作在C類狀態(tài)，要求基極偏置電壓UBB為負(fù)值，使晶體管工作在截止區(qū)。（2）激勵(lì)信號為大信號，要求Ub0.5v(3) 負(fù)載為諧振回路晶體管工作在截止和導(dǎo)通兩種狀態(tài)下，基極電流ib和集電極電流ic都是高頻脈沖。ic除了含有有用 基波分量外，還有諧波分量和其他頻率成份，因此用諧振回路選出有用分量，濾除無用的頻率分量。采用部分接入，使諧振回路呈現(xiàn)出高頻功放所要求的最佳負(fù)載

19、阻抗值，即匹配。使高頻功放高效輸出大功率。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅2. 電流、電壓波形設(shè)輸入信號為：cosbbuUt由圖有：cosbeBBbuUUt則Ube的波形為：（3-17）第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅由晶體管的轉(zhuǎn)移特性可獲得ic的波形由于輸入為大信號，當(dāng)管子導(dǎo)通時(shí)，主要工作在線性區(qū)，因此轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行了折線化的近似。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅由圖可看出，波形有如下特點(diǎn)：（1）基極偏置可能為負(fù)，若無激勵(lì)信號，

20、則晶體管截止；（2）Ub很大，Ub0.5v；（3）晶體管處于開關(guān)狀態(tài)： 因此ic是一周期性的余旋脈沖;0;0becbeBcBBBUUiUiU定義：通角一個(gè)周期內(nèi)電流導(dǎo)通角度的一半，用表示周期性脈沖可以分解成直流、 基波(信號頻率分量)和各次諧波分量, 即對ic進(jìn)行傅氏級數(shù)展開有：第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅 tnItIIicnccoccoscos1(3 18) maxmax0sincos( )(1 cos )coccIiia分解系數(shù)的數(shù)值參見附錄。1maxmax1sincos( )(1 cos )cccIiiamaxmax22sinc

21、os2 sincos( )(1)(1)(1 cos )cnccnnnnIiiannn第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅3. 回路濾波作用 為了得到不失真的輸出，采用LC并聯(lián)諧振回路對ic進(jìn)行濾波，取出基波分量，濾除直流和諧波分量。 因?yàn)橹C振回路的諧振頻率為激勵(lì)信號的頻率，它對ic基波分量呈現(xiàn)出大的諧振電阻，而對于諧振頻率相差較大的直流和諧波分量呈現(xiàn)出很小的阻抗，因而輸出很小，幾乎為0。此時(shí)回路的輸出電壓為：uo=uc=Ic1RLcos(t)=Uccos(t)則集電極電壓為：uce=UCC-uo=UCC-Uccos(t)第第3 3章章 高頻諧

22、振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅電流電壓波形圖：cos()bbuUtcos()BBbebuUtU01cos()cCciIIt1cos()cos()CCCceccLCuUtI RUtUCCU第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅由圖可知：（1）uce中的交流分量與uc反向；（2）wt=0時(shí)，Icmax，Ucemin，Ubemax同時(shí)出現(xiàn)，因此，當(dāng)集電極電壓Uce最大時(shí)，電流Ic為0，所以集電極管耗功率減小，這正好c類放大器效率高的原因。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)

23、驗(yàn)室付衛(wèi)紅4、高頻功放的能量關(guān)系高頻功放的能量關(guān)系 （1）輸出功率P1諧振回路得到的高頻功率(高頻一周的平均功率) ：1211220111coscos ()211222cccccccccLLIt Ut dtI UI RPUR（2）集電極電源供給的直流輸入功率P0為：00cCCPI U（3）管耗功率直流輸入功率與集電極輸出高頻功率之差：10PPPc（3-24）第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅（4）集電極效率其中 為波形系數(shù)； 為集電極電壓利用系數(shù)。1100( )( )ccII cCCUU的物理意義：說明直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率的能力。1100

24、1122cccccIUPPIU（3-25） 由（3-24、3-25）有：111cPP(3 26) 晶體管允許的損耗功率Pc一定時(shí)，效率越高，輸出功率P1越大。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅（5）激勵(lì)功率基極電路中，信號源供給的功率設(shè)基波電流振幅為Ib1，且與Ub同相，則激勵(lì)功率為：bbdUIP121 (3 27) （6）功率放大倍數(shù))(101dBPPLgKdp (3 29) dpPPK1(3 28)第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅5. 提高效率的途徑：（2）提高波形系數(shù)（1）提高電

25、壓利用系數(shù) 。 提高Uc，可通過提高回路諧振阻抗RL來實(shí)現(xiàn)。cccUU圖3-19給出了波形系數(shù)、各次諧波分解系數(shù)與通角的關(guān)系曲線，由圖可知： 但是 太小， ，輸出功率下降，通常選65o75o1( ) 第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅oooA180150%B901.5778.5%C901.5790%：；，：；，：；， 可達(dá)根據(jù)導(dǎo)通角劃分晶體管工作類別：第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅三、高頻諧振功率

26、放大器的工作狀態(tài)三、高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)1. 工作狀態(tài)的劃分：依據(jù)導(dǎo)通期間所經(jīng)歷的工作區(qū)域不同，可分為欠壓狀態(tài)，臨界狀態(tài)和過壓狀態(tài)。2. 高頻功放的動(dòng)特性（1）定義： 動(dòng)特性是指加上激勵(lì)信號及接上負(fù)載阻抗時(shí)，晶體管集電極電流ic與電極電壓（ube或uce）的關(guān)系曲線。(,)cbeceif uu由ube、uce同時(shí)變化所確定的瞬時(shí)工作點(diǎn)的連線叫做動(dòng)態(tài)線或動(dòng)態(tài)特性曲線第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅 在非諧振功放中，負(fù)載是純電阻，Uc=icRL，此時(shí)負(fù)載線是斜率為1/RL的直線； 在諧振功放中，負(fù)載是并聯(lián)諧振回路， ；而ccLui R

27、1ccLuiR2. 動(dòng)特性曲線cos()-cos()beBBbceCCcuUUtuUUt0A/2QABCCAQBttt點(diǎn)點(diǎn)、 、 為動(dòng)特性曲線點(diǎn)、 與橫軸的交點(diǎn)點(diǎn)第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)

28、紅不同的Uc（=RLIc1），可得到不同的動(dòng)特性，從而工作在不同的區(qū)。3.高頻功放的工作狀態(tài)高頻功放的工作狀態(tài)由動(dòng)特性的工作區(qū)域，尤其是A的位置來區(qū)分高頻功放的工作狀態(tài)。當(dāng)Uc不是很大時(shí)，晶體管只是在截止和放大區(qū)變化，集電極電流ic為余弦脈沖，在此區(qū)域內(nèi)Uc增加時(shí)，集電極電流ic基本不變，即Ic0，Ic1基本不變，故輸出功率P1=Uc1Ic1/2隨Uc的增加而增加，而P0=UCCIc0基本不變，所以 效率隨Uc的增加而增加，這表明集電極電壓利用不夠充分，這種工作狀態(tài)稱為欠壓工作狀態(tài)。前面講到，提高電壓利用系數(shù)，即增加Uc，可以提高效率。下面討論Uc由小到大變化時(shí)，動(dòng)特性曲線的變化。第第3 3章

29、章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅欠壓狀態(tài)的ic波形第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅當(dāng)Uc加大到接近Ucc時(shí)，Ucemin將小于Uces（晶體管的飽和壓降），這是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)，即工作到飽和狀態(tài)。由于飽和區(qū)Uce對ic的強(qiáng)烈反作用，電流ic隨uce的下降而迅速下降，動(dòng)特性與飽和區(qū)的電流下降段重合。故此時(shí)A點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)動(dòng)特性曲線用臨界飽和線代替。此時(shí)ic為頂部出現(xiàn)凹陷的余弦脈沖。高頻功放的這種工作狀態(tài)稱為過壓狀態(tài)。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)IS

30、N國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅UceminUces； 此時(shí)放大器工作與放大區(qū)， ic為余弦脈沖（3）過壓工作狀態(tài)該：UceminRLcr ）：效率高，損耗小，輸出電壓受負(fù)載電阻RL的影響小，近似為交流恒壓源特性。（3）欠壓狀態(tài)(RLUcemin時(shí)，放大器進(jìn)入到過壓狀態(tài)。此時(shí)雖然ic的波形產(chǎn)生凹頂現(xiàn)象，但因?yàn)閁bemax增加，icmax和還會(huì)增加，從ic中分解出來的Ic0，Ic1隨Ub的增加略有增加。Uc=Ic1RL的變化與Ic1相同。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅高頻功放的振幅特性可以看出在過壓區(qū)，Uc幾乎不變；在欠壓區(qū)，Ic0，Ic1，Uc隨

31、Ub的增加而增加，但不一定是線性關(guān)系。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅結(jié)論：（1）如果對已調(diào)波放大，應(yīng)使放大器工作在欠壓區(qū)，保證包絡(luò)不失真。（B類工作狀態(tài)）（2）如果作恒壓輸出，應(yīng)使放大器工作在過壓區(qū)，起到限幅的作用。要使Uc和Ub成線性關(guān)系，則只有在 =90o的乙（B）類工作狀態(tài)下才能得到，因?yàn)榇藭r(shí) ， ，Ub變化時(shí)，不變，而只有icmax隨Ub線性變化，從而使Ic1隨Ub線性變化。此時(shí)可用來放大振幅變化的高頻信號。BBBBUUo90第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅3. 高頻功放的

32、調(diào)制特性高頻功放的調(diào)制特性調(diào)制特性Ub，RL一定時(shí)，放大器性能隨Ucc/UBB變化的特性。（1）基極調(diào)制特性僅改變UBB時(shí)，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性cos()beBBbuUUtUBB,Ub決定了放大器的ubemax改變UBB的情況與改變Ub的情況類似。即：UBB icmax,放大器：欠壓臨界過壓第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅基極調(diào)制特性在欠壓區(qū)，Uc基本上與UBB成線性關(guān)系，可完成基極調(diào)制。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅（2）集電極調(diào)制特性只改變UCC，放大器的電流

33、、電壓、功率及效率的變化特性。UCC ，因?yàn)閁ce=UCC-Uccos(wt)Ucemin ，又Uces不變當(dāng)UCC很小時(shí)，UceminUces時(shí)，放大器處于欠壓狀態(tài)；UCC ,放大器：過壓臨界欠壓Ic凹形余弦脈沖完整余弦脈沖 結(jié)論：過壓區(qū)可完成集電極調(diào)制第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅利用諧振功放完成調(diào)制時(shí)，若調(diào)制信號加在基極，則應(yīng)使放大器工作在欠壓狀態(tài)；若調(diào)制信號加在集電極，應(yīng)使放大器工作在過壓狀態(tài)。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅4. 高頻功放的調(diào)諧特性：調(diào)諧特性改變回路元件參

34、數(shù)時(shí)，放大器的外部電流Ic0，Ic1，電壓Uc的變化特性。利用這種特性可以判斷放大器是否調(diào)諧?；芈肥еC時(shí)，阻抗|ZL|，且存在一幅角，uc=Ic1|ZL|cos(),Uc與Ic1不再同相Ucemin與Ubemax不再同時(shí)出現(xiàn)。假設(shè)調(diào)諧時(shí)，放大器工作在弱過壓狀態(tài)，則失諧時(shí)，由于|ZL|，因此由放大器的負(fù)載特性可知，此時(shí)放大器向臨界以及欠壓狀態(tài)變化，Ic0，Ic1增大，而Uc下降。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅高頻功放的調(diào)諧特性由圖可中，可以利用Ic0，Ic1最小，或Uc的最大來指示放大器的調(diào)諧。一般，因?yàn)镮c0變化明顯，又只用直流電流表，

35、對回路影響小，故采用Ic0指示調(diào)諧的較多。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅注：回路失諧時(shí)，直流輸入功率P0=Ic0 UCC隨Ic0的增加而增加，而輸出功率P1=Uc1Ic1cos/2將因cos而下降，因此失諧后集電極功耗Pc將迅速增加。 因此高頻功放必須經(jīng)常保持在諧振狀態(tài)。調(diào)諧過程中，失諧狀態(tài)的時(shí)間要盡可能短，調(diào)諧動(dòng)作要迅速，否則晶體管會(huì)因?yàn)檫^熱而損壞。 為了防止調(diào)諧時(shí)損壞晶體管，在調(diào)諧時(shí)可降低Ucc或激勵(lì)電壓Ub。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅 3.4 高頻功率放大器的實(shí)際線路高

36、頻功率放大器的實(shí)際線路 一、直流饋電線路一、直流饋電線路1. 直流饋電線路的組成原則直流饋電線路包括集電極和基極饋電線路，它應(yīng)保證：（a）ube=UBB+ub， 使基極回路得到正確的工作點(diǎn)Eb和激勵(lì)電壓ub（b）uce=UCC-uc， 使集電極回路得到正確的工作點(diǎn)Ec及輸出電壓uc 使Ic0，Ic1， Ib0，Ib1各自有各自的通路，不開路不短路Ib0： beUBBbIb1: be基極回路bIc0： ceUCCcIc1: ce輸出回路c第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅正確使用扼流圈、隔直電容a. 高頻扼流圈（大電感）Lc：通直流、斷交流b

37、. 旁路電容Cc：通交流、隔直流交流信號不能通過直流電源，偏置電壓一端接地。u交流有交流通路，直流有直流通路，交流不過直流源第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅2. 集電極饋電線路饋電（供電，直流源）形式：串聯(lián)饋電、并聯(lián)饋電串聯(lián)饋電晶體管、回路、電源三者串聯(lián)a. 串聯(lián)饋電高頻等效nLb扼流圈，將Ec與高頻電流隔開；nCb旁路電容，對高頻短路，使高頻不流過直流源Ecn中心抽頭用來完成阻抗匹配u優(yōu)點(diǎn)：Lb，Cb接高頻低電位，其對地的分布參數(shù)對回路無影響；缺點(diǎn)：回路L，C兩段都不能接地，安裝不方便。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安

38、電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅并聯(lián)饋電晶體管、回路、電源三者串聯(lián)并聯(lián)饋電高頻等效電路nLb扼流圈，通直隔交：直流短路，交流開路nCb隔直電容，對交流短路，直流開路u優(yōu)點(diǎn)：回路的一端，尤其是C的一端，高頻接地，便于安裝；u缺點(diǎn)：Lb，Cb接在高頻高電位，分布參數(shù)對回路調(diào)諧有影響。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅3. 基極饋電線路饋電形式：串饋、并饋b. 并聯(lián)饋電注：一般要求直流電源一端接地，因此Lc和Eb的位置不要交換。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅偏壓的供給方法：固定偏壓，

39、自給偏壓，組合偏壓，零偏壓（a）固定偏壓）固定偏壓，外加Eb （如上圖）優(yōu)點(diǎn)：電壓穩(wěn)定； 缺點(diǎn)：須外加電源或分壓電路（b）自給偏壓）自給偏壓串饋?zhàn)越o偏壓并饋?zhàn)越o偏壓lib中分解的直流分量Ib0通過Rb/Re產(chǎn)生壓降，使Eb=-Ib0Rb第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅自給偏壓的優(yōu)點(diǎn)：n不用外加電流，且能自動(dòng)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)。Ibic,Ib0Eb= -Ib0Rb放大器工作狀態(tài)變化不大ube=Eb+ub ic第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅（c）. 組合偏壓組合偏壓：固定及自給偏壓組合使用（

40、d）. 零偏壓零偏壓：偏壓為0組合偏壓零偏壓第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功放的級與級之間或功放與負(fù)載之間是用輸出匹配網(wǎng)絡(luò)來連接的，一般用雙端口網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。雙端口網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：（a.） 保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，即起到阻抗匹配的作用。（b.）抑制工作頻率范圍外的不需要的頻率，即有良好的濾波作用。（c）改變工作頻率時(shí)，調(diào)諧要方便，并能在波段內(nèi)保持較好的匹配和較高的效率。高頻功放阻抗匹配的概念：在給定的電路條件下，改變負(fù)載回路的可調(diào)元件，使電子器件送給額定的輸出功率給負(fù)載。第第3 3章章 高頻諧振放大

41、器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅1. LC匹配網(wǎng)絡(luò)幾中常用的LC匹配網(wǎng)絡(luò)：L型網(wǎng)絡(luò)按照負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗的并聯(lián)或串聯(lián)關(guān)系可分為L-I型（并聯(lián)）網(wǎng)絡(luò)和L-II型（串聯(lián)）網(wǎng)絡(luò)。第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅 L-I型網(wǎng)絡(luò)2222|ppppppssppppRjXRXRjXjXRRjXRX222222|ppsppppsppRXXRXRXRRX令則：|ppRQX222111spspQXXQRRQ 第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅222111spspppRRQQXXQRQX 當(dāng)RpRLcr時(shí)，采用L-I型網(wǎng)絡(luò)調(diào)整Q值，使大Rp小 ，以獲得阻抗匹配：sRsLcrRR調(diào)諧時(shí)：ssXX第第3 3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 西安電子科技大學(xué)ISN國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付衛(wèi)紅L-II型網(wǎng)絡(luò)（Xs與Rs串聯(lián)）2 2 22|ppppppssppppjXRRXRjXjXRjXRRX 2