高頻電子第3章

1、第3章 高頻諧振放大器第第3章高頻諧振放大器章高頻諧振放大器3.1 高頻小信號放大器高頻小信號放大器 3.2 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3.3 高頻功率放大器的高頻效應(yīng)高頻功率放大器的高頻效應(yīng) (自學(xué)）自學(xué)）3.4 高頻功率放大器的實(shí)際線路高頻功率放大器的實(shí)際線路 3.5 高效功放與功率合成高效功放與功率合成 （不講）（不講）3.6 高頻集成功率放大器簡介高頻集成功率放大器簡介 (不講）不講）思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第3章 高頻諧振放大器諧振放大器分類諧振放大器分類小信號小信號諧振放大諧振放大器器 小信號：小信號：輸入信號輸入信號m mV mV 諧振：諧振： 窄帶窄

2、帶放大器的集電極負(fù)載為諧振回路放大器的集電極負(fù)載為諧振回路 作用：作用： 放大高頻小信號，以便做進(jìn)一步的變換和處理放大高頻小信號，以便做進(jìn)一步的變換和處理 要求：要求： 增益足夠大，通頻帶足夠?qū)?，增益足夠大，通頻帶足夠?qū)挘?選擇性好，工作選擇性好，工作穩(wěn)定可靠，工作在穩(wěn)定可靠，工作在甲類甲類，多用于，多用于接收機(jī)中做高頻放大接收機(jī)中做高頻放大。諧振諧振功率功率放大放大器器 大信號：大信號：輸入信號輸入信號 mV 以上以上 要要 求：求：大的功率和效率大的功率和效率， 工作在工作在丙類丙類，多用于，多用于發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)。第3章 高頻諧振放大器l 功用功用就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號，就是放

3、大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號，以便作進(jìn)一步的變換和處理。以便作進(jìn)一步的變換和處理。l “小信號小信號”，主要是強(qiáng)調(diào)輸入信號，主要是強(qiáng)調(diào)輸入信號電平較低電平較低，放，放大器工作在它的大器工作在它的線性范圍線性范圍。l 分類：分類： 按頻帶寬度按頻帶寬度可以分為窄帶放大器和寬帶放大器；可以分為窄帶放大器和寬帶放大器； 按有源器件按有源器件可以分為以分立元件為主的高頻放大可以分為以分立元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。器和以集成電路為主的集中選頻放大器。3.1 3.1 高頻小信號放大器高頻小信號放大器第3章 高頻諧振放大器l 頻帶放大器是以各種頻帶放大器是以各種選頻電路選頻電路

4、作負(fù)載，兼具作負(fù)載，兼具阻抗變換阻抗變換和和選選頻濾波頻濾波的功能。的功能。l 高頻寬帶放大器一般采用高頻寬帶放大器一般采用無選頻作用的負(fù)載無選頻作用的負(fù)載電路，應(yīng)用最電路，應(yīng)用最廣的是廣的是高頻變壓器或傳輸線變壓器高頻變壓器或傳輸線變壓器。l 以分立元件為主的高頻放大器，由于單個晶體管的最高工以分立元件為主的高頻放大器，由于單個晶體管的最高工作頻率可以很高，線路也較簡單，目前應(yīng)用仍很廣泛。作頻率可以很高，線路也較簡單，目前應(yīng)用仍很廣泛。l 集成高頻放大器由集成高頻放大器由高頻或?qū)拵Ъ煞糯笃鞲哳l或?qū)拵Ъ煞糯笃骱秃瓦x頻電路選頻電路( (特特別是集中濾波器別是集中濾波器) )組成，它具有增益高

5、、組成，它具有增益高、 性能穩(wěn)定、性能穩(wěn)定、 調(diào)調(diào)整簡單等優(yōu)點(diǎn)。整簡單等優(yōu)點(diǎn)。第3章 高頻諧振放大器(1) 增益要高，也就是放大量要大。增益要高，也就是放大量要大。(2) 頻率選擇性要好。頻率選擇性要好。 放大器的放大器的頻帶寬度頻帶寬度和和矩形系數(shù)矩形系數(shù)是衡量選擇性的兩是衡量選擇性的兩個重要參數(shù)。個重要參數(shù)。(3) 工作穩(wěn)定可靠。工作穩(wěn)定可靠。此外，要求放大器內(nèi)部噪聲要小。此外，要求放大器內(nèi)部噪聲要小。對高頻小信號放大器的主要要求是對高頻小信號放大器的主要要求是: 第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器3.1.2 放大器性能分析1 1晶體管的高頻等效電路晶體管的高頻等效電路晶體管在低

6、頻工作時，常將晶體管的電流放大系數(shù)晶體管在低頻工作時，常將晶體管的電流放大系數(shù)（ ）看成與頻率無關(guān)的常數(shù)。）看成與頻率無關(guān)的常數(shù)。 但晶體管在但晶體管在高頻工作時，電流放大系數(shù)與頻率則有明顯高頻工作時，電流放大系數(shù)與頻率則有明顯的關(guān)系，頻率越高，電流放大系數(shù)越小。的關(guān)系，頻率越高，電流放大系數(shù)越小。這直接導(dǎo)致管子的這直接導(dǎo)致管子的放大能力下降，限制了晶體管在高頻范圍的應(yīng)用。放大能力下降，限制了晶體管在高頻范圍的應(yīng)用。 、第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器 coebfeccrebiebUyUyIUyUyI0 cUbcfeUIy0 cUbbieUIy0 bUccoeUIy0 bUcbre

7、UIy共射極晶體管的共射極晶體管的輸入導(dǎo)輸入導(dǎo)納納，說明輸入電壓對輸，說明輸入電壓對輸入電流的控制作用入電流的控制作用共射極晶體管的共射極晶體管的輸出導(dǎo)輸出導(dǎo)納納，說明輸出電壓對輸，說明輸出電壓對輸出電流的控制作用出電流的控制作用共射極晶體管的共射極晶體管的正向傳正向傳輸導(dǎo)納輸導(dǎo)納，說明輸入電壓，說明輸入電壓對輸出電流的控制作用對輸出電流的控制作用共射極晶體管的共射極晶體管的反向傳反向傳輸導(dǎo)納輸導(dǎo)納，說明輸出電壓，說明輸出電壓對輸入端的反作用對輸入端的反作用第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器晶體管的混合晶體管的混合 型等效電路分析法物理概念比較清楚，對型等效電路分析法物理概念比較清楚

8、，對晶體管放大作用的描述較全面，各個參量基本上與頻率晶體管放大作用的描述較全面，各個參量基本上與頻率無關(guān)。無關(guān)。因此，這種電路可以適用于相當(dāng)寬的頻率范圍。因此，這種電路可以適用于相當(dāng)寬的頻率范圍。但該等效電路比較復(fù)雜。但該等效電路比較復(fù)雜。Y參數(shù)等效電路是從外部來研究晶體管的作用。參數(shù)等效電路是從外部來研究晶體管的作用。而且在實(shí)際而且在實(shí)際中，高頻放大器的諧振回路、負(fù)載阻抗和晶體管大都是中，高頻放大器的諧振回路、負(fù)載阻抗和晶體管大都是并聯(lián)關(guān)系的。因此，在分析放大器時，用并聯(lián)關(guān)系的。因此，在分析放大器時，用Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路比較適合，因?yàn)檫@時各并聯(lián)支路的導(dǎo)納可以直接相加，比較適合，因?yàn)檫@

9、時各并聯(lián)支路的導(dǎo)納可以直接相加，運(yùn)算方便，運(yùn)算方便，此外，晶體管的此外，晶體管的Y參數(shù)可以用儀器直接測量。參數(shù)可以用儀器直接測量。第3章 高頻諧振放大器總之，總之，混合混合 型等效電路和型等效電路和Y參數(shù)等效電路是對參數(shù)等效電路是對同一對象（晶同一對象（晶體管）體管）兩種不同的等效分析方法，兩種不同的等效分析方法，各有特點(diǎn)，在實(shí)際中可根各有特點(diǎn)，在實(shí)際中可根據(jù)具體情況選擇采用哪一種方法。據(jù)具體情況選擇采用哪一種方法。第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器結(jié) 論高頻單調(diào)諧放大器的選頻性能取決于高頻單調(diào)諧放大器的選頻性能取決于單個單個LCLC并聯(lián)諧振回并聯(lián)諧振回路路，其

10、矩形系數(shù)與單個，其矩形系數(shù)與單個LCLC并聯(lián)諧振回路相同；并聯(lián)諧振回路相同；通頻帶由于受晶體管通頻帶由于受晶體管輸入阻抗輸入阻抗和和負(fù)載負(fù)載的影響，比單個的影響，比單個LCLC并聯(lián)諧振回路寬，因?yàn)椴⒙?lián)諧振回路寬，因?yàn)镼 QL LQQ0 0第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器方法一、從晶體管本身想辦法使反向傳輸導(dǎo)納減小方法一、從晶體管本身想辦法使反向傳輸導(dǎo)納減小 設(shè)計(jì)晶體管時盡量減小設(shè)計(jì)晶體管時盡量減小Cbc方法二、從電路想辦法使反向傳輸導(dǎo)納抵消或減小方法二、從電路想辦法使反向傳輸導(dǎo)納抵消或減小 1、中和法、中和法 2、失配法、失配法2 2 解

11、決晶體管內(nèi)部反饋的方法解決晶體管內(nèi)部反饋的方法第3章 高頻諧振放大器l 在放大器的線路中插入一個外加的反饋電路來抵消內(nèi)部在放大器的線路中插入一個外加的反饋電路來抵消內(nèi)部反饋的影響，稱為中和。反饋的影響，稱為中和。這相當(dāng)減小了晶體管的這相當(dāng)減小了晶體管的 y yrere ，放大器可以穩(wěn)定地工作。放大器可以穩(wěn)定地工作。l 常常用一個中和電容常常用一個中和電容C Cn n來抵消來抵消Y Yrere的虛部的虛部( (即反饋電容即反饋電容C Cbcbc ) )的影響，就可達(dá)到中和的目的。的影響，就可達(dá)到中和的目的。a中和法20cb010n0jj1jj1LCLCcb21cb21n CNNCLLC根據(jù)電橋平

12、衡有根據(jù)電橋平衡有則中和條件為則中和條件為原理電路如圖：原理電路如圖：第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器 中和法對增益沒有影響，中和法對增益沒有影響，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是增益該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是增益高，高，因?yàn)樗皇强繝奚鲆鎭慝@取穩(wěn)定性的。但中和法因?yàn)樗皇强繝奚鲆鎭慝@取穩(wěn)定性的。但中和法的缺點(diǎn)也是突出的，它不能在一個頻段滿足實(shí)際需要，的缺點(diǎn)也是突出的，它不能在一個頻段滿足實(shí)際需要，實(shí)際電路中實(shí)際電路中只能在一個頻率點(diǎn)起到中和作用。只能在一個頻率點(diǎn)起到中和作用。此外，此外，由由于晶體管集電極至基極的內(nèi)部反饋電路并不是一個純電于晶體管集電極至基極的內(nèi)部反饋電路并不

13、是一個純電容，容，而是具有一定的電阻分量，所以中和電路也應(yīng)是電而是具有一定的電阻分量，所以中和電路也應(yīng)是電阻和電容構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這使設(shè)計(jì)和調(diào)整都比較麻煩。阻和電容構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這使設(shè)計(jì)和調(diào)整都比較麻煩。目目前，僅在收音機(jī)中采用這種辦法，前，僅在收音機(jī)中采用這種辦法，而一些要求較高的通而一些要求較高的通信設(shè)備大多不再用中和電路。信設(shè)備大多不再用中和電路。第3章 高頻諧振放大器b b失配法失配法n失配是指信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸失配是指信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出端的負(fù)載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。出端的負(fù)載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。n失配法從物理概念上

14、講，當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納失配法從物理概念上講，當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納 很大時，輸出電很大時，輸出電路嚴(yán)重失配，輸出電壓相應(yīng)減小，反饋到輸入端的信號就路嚴(yán)重失配，輸出電壓相應(yīng)減小，反饋到輸入端的信號就大大減弱，對輸入電路的影響也隨之減小。失真越嚴(yán)重，大大減弱，對輸入電路的影響也隨之減小。失真越嚴(yán)重，輸出電路對輸入電路的反作用就越小，放大器基本上可以輸出電路對輸入電路的反作用就越小，放大器基本上可以看作單向化?？醋鲉蜗蚧Y第3章 高頻諧振放大器 （2）常用辦法）常用辦法采用共射采用共射-共基級聯(lián)電路組成的調(diào)諧放大器共基級聯(lián)電路組成的調(diào)諧放大器共射：輸出導(dǎo)納較小共射：輸出導(dǎo)納較小 V2的信源內(nèi)電導(dǎo)的信源內(nèi)電導(dǎo)YS小小

15、 共基：輸入導(dǎo)納較大共基：輸入導(dǎo)納較大V1的負(fù)載導(dǎo)納大的負(fù)載導(dǎo)納大 V1工作在失配狀態(tài)工作在失配狀態(tài)第3章 高頻諧振放大器第3章 高頻諧振放大器一一、 多級單調(diào)諧放大器多級單調(diào)諧放大器二、參差調(diào)諧放大器二、參差調(diào)諧放大器 三、松耦合雙調(diào)諧回路放大器三、松耦合雙調(diào)諧回路放大器3.1.4 3.1.4 調(diào)諧放大器的級聯(lián)調(diào)諧放大器的級聯(lián)第3章 高頻諧振放大器一 、多級單調(diào)諧放大器 若多級調(diào)諧放大器中的每一級都調(diào)諧在同一頻率上，則若多級調(diào)諧放大器中的每一級都調(diào)諧在同一頻率上，則稱為多級單調(diào)諧放大器。稱為多級單調(diào)諧放大器。 圖圖3 3 兩級調(diào)諧放大器兩級調(diào)諧放大器第3章 高頻諧振放大器一 、多級單調(diào)諧放大

16、器1 1電壓放大倍數(shù)：是電壓放大倍數(shù)：是各級電壓放大倍數(shù)的乘積各級電壓放大倍數(shù)的乘積.21KKK總或：或：諧振時諧振時：1 1） .02010KKK總2 2）.0220110KKKKKK 總總總總 ).()()()(0220110dBKKdBKKdBKKdB 總總總總 ).()()(02010dBKdBKdBK總).()()(21dBKdBKdBK總選擇性提高，選擇性提高，通頻帶變窄通頻帶變窄第3章 高頻諧振放大器圖圖2-33 2-33 單級和兩級調(diào)諧回路的頻率特性單級和兩級調(diào)諧回路的頻率特性第3章 高頻諧振放大器2.通頻帶2/2)1 (nn211 07 . 022/22121221)1(ff

17、QLnnnn 令令單振蕩回路的歸一化頻率特性為單振蕩回路的歸一化頻率特性為設(shè)多級放大器各回路的帶寬及設(shè)多級放大器各回路的帶寬及Q Q 值相同，即值相同，即相同，則相同，則有有n n個回路的多級放大器的歸一化頻率特性為個回路的多級放大器的歸一化頻率特性為 根據(jù)通頻帶定義：根據(jù)通頻帶定義：107 . 012122BQffBnLn 12 n縮縮小小系系數(shù)數(shù)：LQfB01 第3章 高頻諧振放大器3 矩形系數(shù)結(jié)論：結(jié)論：多級調(diào)諧放大器的選擇性提高，但多級調(diào)諧放大器的選擇性提高，但總的通頻帶變窄?？偟耐l帶變窄。 12110012110011117 .01 .01 .0 nnnnBBK第3章 高頻諧振放大

18、器求：（求：（1 1）四級總電壓放大倍數(shù)）四級總電壓放大倍數(shù) （2 2）四級總通頻帶解：）四級總通頻帶解：解：（解：（1 1）四級總電壓放大倍數(shù)）四級總電壓放大倍數(shù) （2 2）四級總通頻帶）四級總通頻帶 由式（由式（2-1042-104）知，當(dāng)）知，當(dāng) n= 4 ，有，有 444V0()(9.6)8500KK倍4(dB)4 19.678.4dBK4B1/404L210.66 0.430.28MHzfBQ 例2-2 題同例2-1第3章 高頻諧振放大器二、松耦合雙調(diào)諧回路放大器 松耦合雙調(diào)諧電路松耦合雙調(diào)諧電路-指兩個單調(diào)回路之間有耦合，兩指兩個單調(diào)回路之間有耦合，兩個線圈離得很遠(yuǎn)個線圈離得很遠(yuǎn),

19、 ,靠互感靠互感M M耦合耦合。圖圖3 3 雙雙調(diào)諧回路放大器調(diào)諧回路放大器第3章 高頻諧振放大器設(shè)各級均采用同樣的雙回路，并選擇臨界耦合設(shè)各級均采用同樣的雙回路，并選擇臨界耦合A A=1=1LQfB07 . 02/14241 2/441nn )12(4214142/4 nnn令令 n級級雙調(diào)協(xié)放大器的歸一化頻率特性為雙調(diào)協(xié)放大器的歸一化頻率特性為單級雙調(diào)協(xié)放大器的歸一化頻率特性為單級雙調(diào)協(xié)放大器的歸一化頻率特性為412 n縮小系數(shù)為：縮小系數(shù)為：14047 . 007 . 041221222)12(2BQffBffQnLnLn 第3章 高頻諧振放大器矩形系數(shù)41141417 .01 .01 .0121100121100 nnnnBBK結(jié)論：結(jié)論：多級雙調(diào)諧放大器的選擇性提高，多級雙調(diào)諧放大器的選擇性提高，但總的通頻帶變窄。但總的通頻帶變窄。 第3章 高頻諧振放大器三、參差調(diào)諧放大器 參差調(diào)諧放大電路在形式上和多級單調(diào)諧放大電路沒有參差調(diào)諧放大電路在形式上和多級單調(diào)諧放大電路沒有什么不同，但在調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率上有區(qū)別。多級單調(diào)諧什么不同，但在調(diào)諧回路的調(diào)諧頻率上有區(qū)別。多級單調(diào)諧放大電路的調(diào)諧回路是調(diào)諧于同一頻率，而放大電路的