第三章 高頻諧振放大器.

1、第三章第三章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器第一節(jié)第一節(jié) 高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)放大器第二節(jié)第二節(jié) 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第三節(jié)第三節(jié) 高頻功放的高頻效應(yīng)高頻功放的高頻效應(yīng)第四節(jié)第四節(jié) 高頻功率放大器的實(shí)際線路高頻功率放大器的實(shí)際線路南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)放大器 功用：功用：放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)，放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)，以便作進(jìn)以便作進(jìn)一步的變換和處理。一步的變換和處理。 分類：按頻帶寬度可以分為分類：按頻帶寬度可以分為窄帶放大器窄帶放大器和和寬帶放大器寬帶放大器；按有源器件可以分為以分立元件為主的

2、按有源器件可以分為以分立元件為主的高頻放大器高頻放大器和以和以集成電路為主的集成電路為主的集中選頻放大器集中選頻放大器。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的主要要求是：對(duì)高頻小信號(hào)放大器的主要要求是： 增益要高增益要高 頻率選擇性要好頻率選擇性要好 要小要小 工作穩(wěn)定可靠工作穩(wěn)定可靠FN1.1.電路和交流等效電路電路和交流等效電路 234511bR2bRbCeReCVCLLRCE 2.2.放大器性能分析放大器性能分析晶體管的高頻等效電路，混晶體管的高頻等效電路，混 等效電路等效電路。圖中圖中 ebCCcbCC bbrbcee bCebU.CebmUg.ceY直接用混直接用混 等效電路分析放大器性能時(shí)很不方便，

3、常采用等效電路分析放大器性能時(shí)很不方便，常采用Y Y參數(shù)等效電路，如圖所示。參數(shù)等效電路，如圖所示。 是輸出端交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；是輸出端交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納； 是輸入端交流短是輸入端交流短路時(shí)的輸出導(dǎo)納；路時(shí)的輸出導(dǎo)納； 是輸出端交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；是輸出端交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納； 是輸入端交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納?？梢缘玫骄w管是輸入端交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納?？梢缘玫骄w管Y Y參數(shù)等效電路的參數(shù)等效電路的Y Y參數(shù)方程：參數(shù)方程： becieYreYceU.feYbeU.oeYceU.ebeU.ieYoeYfeYreYcrebiebUyUyIcoebfecUyUyI 高頻小信

4、號(hào)放大器的高頻小信號(hào)放大器的Y Y參數(shù)等效電路：參數(shù)等效電路： 信號(hào)源用電流源信號(hào)源用電流源 表示，表示， 是電流源的內(nèi)導(dǎo)納，負(fù)是電流源的內(nèi)導(dǎo)納，負(fù)載導(dǎo)納為載導(dǎo)納為 ，忽略管子內(nèi)部的反饋，即令，忽略管子內(nèi)部的反饋，即令 ，可得：可得：.bIcI.sI.ieYreYcU.feYbU.oeYcU.bU.sYLY sIsYLY bssbUYIIcLcUYI0reY LoefebcYyyUUKLoefereiebbiYyyyyUIYiesfereoeIccyYyyyUIYS00LoQfB/.ieYreYcU.feYbU.oeYcU.bU.sYLY 3.3.高頻小信號(hào)放大器的主要性能指標(biāo)高頻小信號(hào)放大器

5、的主要性能指標(biāo)1)1)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)K K2)2)輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納Y Yi i3)3)輸出導(dǎo)納輸出導(dǎo)納Y Yo o 4)4)通頻帶通頻帶B B0.7070.707與矩形系數(shù)與矩形系數(shù)K K0.10.1 一、從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納一、從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納 。 二、從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，二、從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，具體方法有具體方法有中和法中和法和和失配法失配法。reY4.4.提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法中和法中和法通過在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附通過在晶體管的輸出端與輸入端之間引入

6、一個(gè)附加的外部反饋電路加的外部反饋電路( (中和電路中和電路) )來抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)來抵消晶體管內(nèi)部參數(shù) 的反饋?zhàn)饔?。的反饋?zhàn)饔谩eY1bCnCcU.V.nUeCbCEc1N2NcbcbNCNNCLLC2121 失配法失配法通過增大負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增大總回路導(dǎo)納，使通過增大負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增大總回路導(dǎo)納，使輸出電路失配，輸出電壓相應(yīng)減小，對(duì)輸入端的影響輸出電路失配，輸出電壓相應(yīng)減小，對(duì)輸入端的影響也就減小。也就減小。 失配法是用犧牲增益來?yè)Q取電路的穩(wěn)定。失配法是用犧牲增益來?yè)Q取電路的穩(wěn)定。ieiYY sYLY1V2VibrbfboboYYYYYci)(ububibeubEceucE_cuCLR

7、 功用功用：放大高頻信號(hào)，并且以高效輸出大功率為目的。：放大高頻信號(hào)，并且以高效輸出大功率為目的。高頻功率放大器多工作在高頻功率放大器多工作在C C類狀態(tài)，本節(jié)主要討論類狀態(tài)，本節(jié)主要討論C C類功類功率放大器的工作原理。率放大器的工作原理。 如圖一個(gè)采用晶體管的高頻功率如圖一個(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，它是由放大器的原理線路。除電源和偏置電路外，它是由晶體晶體管管、諧振回路諧振回路和和輸入回路輸入回路三部分組成。三部分組成。 第二節(jié)第二節(jié) 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beu0cimaxcit0cimaxcit0bEbEmaxbeubeu

8、bU)(ububibeubEceutUubbcostUEubbbecos設(shè)輸入信號(hào)為設(shè)輸入信號(hào)為則得基極回路電壓為則得基極回路電壓為畫出畫出 的波形，再由晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性曲線即的波形，再由晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性曲線即可得到集電極電流的波形，如圖所示。可得到集電極電流的波形，如圖所示。1.電路工作原理：電路工作原理：tnItItIIicncccccos2cos cos210) ( )cos1 (cossin0maxmax0ccciiI) ( )cos1 (cossin1maxmax1ccciiI) 1)( ( )cos1)(1(cossin2cossin2 max2maxninnnnniInc

9、ccncimaxcit0集電極電流這樣的周期性脈沖可以分解成直流、基波集電極電流這樣的周期性脈沖可以分解成直流、基波( (信號(hào)頻率分量信號(hào)頻率分量) )和各次諧波分量，即和各次諧波分量，即式中式中1coscos occLcmuuI RtUt按圖規(guī)定的電壓方向，集電極電壓為按圖規(guī)定的電壓方向，集電極電壓為cos cecoccmuEuEUtci)(ububibeubEceucE_cuCLR由圖可以看出，放大器的負(fù)載為并聯(lián)諧振回路，回路輸由圖可以看出，放大器的負(fù)載為并聯(lián)諧振回路，回路輸出的電壓為出的電壓為 21212122111LcLcccRURIUIPccEIP0010PPPc21210101cc

10、ccEUIIPP2.高頻功放的能量關(guān)系高頻功放的能量關(guān)系在集電極電路中，諧振回路得到的高頻功率（高頻一周在集電極電路中，諧振回路得到的高頻功率（高頻一周的平均功率）即輸出功率的平均功率）即輸出功率P P1 1為為集電極電源供給的直流輸入功率集電極電源供給的直流輸入功率P P0 0為為直流輸入功率與集電極輸出高頻功率之差就是集電極損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耗功率P PC C，即，即 P PC C變?yōu)楹纳⒃诰w管集電結(jié)中的熱能。定義集電極效率為變?yōu)楹纳⒃诰w管集電結(jié)中的熱能。定義集電極效率為bbdUIP121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

11、用用dBdB表示為表示為)( lg101dBPPKdp也稱為功率增益。也稱為功率增益。 基極電路中，信號(hào)源供給的功率為高頻功放的激勵(lì)功率基極電路中，信號(hào)源供給的功率為高頻功放的激勵(lì)功率近似分析方法近似分析方法非諧振功放非諧振功放丙類丙類諧振功放諧振功放集電極負(fù)載集電極負(fù)載純電阻純電阻諧振回路，含電抗元件諧振回路，含電抗元件求求功率性能功率性能圖解法圖解法準(zhǔn)靜態(tài)分析法準(zhǔn)靜態(tài)分析法要要 點(diǎn)點(diǎn)求負(fù)載線求負(fù)載線求動(dòng)態(tài)線求動(dòng)態(tài)線 諧振回路濾波特性理想，即盡管集電極、基極諧振回路濾波特性理想，即盡管集電極、基極電流為脈沖波，但兩回路只產(chǎn)生基波電流為脈沖波，但兩回路只產(chǎn)生基波( (余弦余弦) )電壓，其電壓

12、，其他分量的電壓均可忽略。有他分量的電壓均可忽略。有3. 高頻諧振功率放大器的動(dòng)特性高頻諧振功率放大器的動(dòng)特性 功率管特性用功率管特性用輸入輸入和和輸出靜態(tài)特性曲線輸出靜態(tài)特性曲線表示，表示，其參變量采用其參變量采用 ( (而不是通常的而不是通常的 ) )。 cos cmcecuEUtcosbebbmuEUtbeubi 求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫波形：求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫波形：設(shè)定設(shè)定 ，將將 t 按等間隔按等間隔( ( t = 0， 15， 30，) ) 給定數(shù)值，由給定數(shù)值，由分析步驟分析步驟 cosbebbmuEUtcos cmcecuEUtcmbbmcEUEU、 、便可確定便可確定 。beceuu、連動(dòng)態(tài)線

13、，連動(dòng)態(tài)線，畫畫 波形：波形：根據(jù)根據(jù) 值，值，在輸出特性曲線上在輸出特性曲線上( (以以 為參變量為參變量) )找找對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫動(dòng)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫動(dòng)態(tài)線態(tài)線( (動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連線動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連線) )，由此可確定由此可確定 的波的波形。形。 不到不到 VCC，因?yàn)閷?dǎo)通角因?yàn)閷?dǎo)通角小于小于 beceuu、beucici當(dāng)當(dāng) 不變，不變， 由小變大，動(dòng)態(tài)點(diǎn)左移由小變大，動(dòng)態(tài)點(diǎn)左移 欠壓欠壓狀態(tài)狀態(tài) 的取值，使所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)均處在放大區(qū)。的取值，使所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)均處在放大區(qū)。 臨界臨界狀態(tài)狀態(tài) 增大，使增大，使 t = 0 所對(duì)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)點(diǎn) A 處在臨界點(diǎn)，處在臨界點(diǎn)，iCmax 略微減小

14、。略微減小。 過壓過壓狀態(tài)狀態(tài) 繼續(xù)增大，使繼續(xù)增大，使 A ( t = 0)動(dòng)態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)，動(dòng)態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)， 迅速迅速減小，電流脈沖出現(xiàn)凹陷，減小，電流脈沖出現(xiàn)凹陷， 增大，凹陷加深。增大，凹陷加深。高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)bbmcEUE、cmUcmUcmUcmUcmUci 4.高頻功放的外部特性高頻功放的外部特性（1 1）高頻功放的負(fù)載特性）高頻功放的負(fù)載特性: :負(fù)載特性是指只改變負(fù)載電負(fù)載特性是指只改變負(fù)載電阻阻R RL L，高頻功放電流、電壓、功率及效率，高頻功放電流、電壓、功率及效率變化的特性。變化的特性。按照欠壓狀態(tài)，臨界狀態(tài)和過壓狀態(tài)討論。按

15、照欠壓狀態(tài)，臨界狀態(tài)和過壓狀態(tài)討論。 高頻功放的振幅特性是指只改變激勵(lì)信號(hào)振幅高頻功放的振幅特性是指只改變激勵(lì)信號(hào)振幅U Ub b時(shí)，放時(shí)，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。（2）高頻功放的振幅特性高頻功放的振幅特性maxcosbebbmbebbmuEUtuEUbE01cI欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)改變它的某一電極直流電壓來改變高頻信號(hào)的振幅，從改變它的某一電極直流電壓來改變高頻信號(hào)的振幅，從而實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。高頻功放的調(diào)制特性分為而實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。高頻功放的調(diào)制特性分為基極調(diào)制特基極調(diào)制特性性和和集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性。（3）高頻功放的調(diào)制特性）高

16、頻功放的調(diào)制特性基極調(diào)制特性：基極調(diào)制特性：是指僅改變是指僅改變EbEb時(shí)，放大器電流、電壓、時(shí)，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。功率及效率的變化特性。由于基極回路的電壓由于基極回路的電壓 集電極調(diào)制特性：集電極調(diào)制特性：是指僅改變是指僅改變E Ec c，放大器電流、電壓、，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。功率及效率的變化特性。 在前面所說的高頻功放的各種特性時(shí)，都認(rèn)為其在前面所說的高頻功放的各種特性時(shí)，都認(rèn)為其負(fù)載回路處于諧振狀態(tài)，因而呈現(xiàn)為一電阻負(fù)載回路處于諧振狀態(tài)，因而呈現(xiàn)為一電阻R RL L。實(shí)際。實(shí)際使用時(shí)要通過改變回路元件使用時(shí)要通過改變回路元件( (回路電容回路電

17、容) )來進(jìn)行調(diào)諧。來進(jìn)行調(diào)諧。0C0cIcU1cI（4）高頻功放的調(diào)諧特性）高頻功放的調(diào)諧特性 例例3.13.1: :某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率輸出功率P P1 1=6 W,=6 W,集電極電源集電極電源U Ucccc=24V=24V，集電極，集電極電流直流分量電流直流分量I Icoco=300mA=300mA，電壓利用系數(shù)，電壓利用系數(shù)=0.95。試計(jì)算：直流電源提供的功率試計(jì)算：直流電源提供的功率P Po o，功放管的集，功放管的集電極損耗功率電極損耗功率P Pc c及效率及效率，臨界負(fù)載電阻，臨界負(fù)載電阻R RLcrLcr。 例例3

18、.2:3.2:一諧振功放，原來工作在欠壓狀態(tài)，現(xiàn)一諧振功放，原來工作在欠壓狀態(tài)，現(xiàn)為了提高輸出功率，將放大器調(diào)整到臨界狀態(tài)，為了提高輸出功率，將放大器調(diào)整到臨界狀態(tài)，試問：試問： （1 1）分別改變哪些參量來實(shí)現(xiàn)？）分別改變哪些參量來實(shí)現(xiàn)？ （2 2）當(dāng)改變不同參量調(diào)到臨界狀態(tài)時(shí)，放大器）當(dāng)改變不同參量調(diào)到臨界狀態(tài)時(shí)，放大器的輸出功率是否都一樣大？的輸出功率是否都一樣大？討論一討論一 某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)。試問：某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)。試問：（1 1）若輸入信號(hào)振幅增加一倍，功放的工作狀態(tài)）若輸入信號(hào)振幅增加一倍，功放的工作狀態(tài)如何改變？如何改變？（2 2）若負(fù)載電阻

19、增加一倍，功放的工作狀態(tài)如何）若負(fù)載電阻增加一倍，功放的工作狀態(tài)如何改變？改變？（3 3）若回路失諧，會(huì)有何危險(xiǎn)？如何指示調(diào)諧？）若回路失諧，會(huì)有何危險(xiǎn)？如何指示調(diào)諧？第三節(jié)第三節(jié) 高頻功放的高頻效應(yīng)高頻功放的高頻效應(yīng) 一、少數(shù)載流子的渡越時(shí)間效應(yīng)一、少數(shù)載流子的渡越時(shí)間效應(yīng) 二、非線性電抗效應(yīng)二、非線性電抗效應(yīng) 三、發(fā)射極引線電感的影響三、發(fā)射極引線電感的影響 四、飽和壓降的影響四、飽和壓降的影響功放管的功放管的高頻效應(yīng)高頻效應(yīng)主要有以下幾方面：主要有以下幾方面：第四節(jié)第四節(jié) 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1.直流饋電線路：直流饋電線路：包括集電極和基極饋電線路包括集電極和

20、基極饋電線路 （1）集電極饋電線路）集電極饋電線路 下圖是集電極饋電線路的兩種形式：下圖是集電極饋電線路的兩種形式：串聯(lián)饋電線路串聯(lián)饋電線路 和和并聯(lián)饋電線路并聯(lián)饋電線路。cEVCbLbCCbCVcEbL1bC1L并聯(lián)饋電并聯(lián)饋電（2 2）基極饋電線路）基極饋電線路 基極饋電線路也有串饋和并饋兩種形式：基極饋電線路也有串饋和并饋兩種形式：VbCeRVVbLbCbCE2R1R 例例3.33.3: :改正圖中線路中的錯(cuò)誤，不得改變饋電改正圖中線路中的錯(cuò)誤，不得改變饋電形式，重新畫出正確的線路。形式，重新畫出正確的線路。 LCLC匹配網(wǎng)絡(luò)：匹配網(wǎng)絡(luò)：LCLC元件消耗功率很小，可以高效地傳輸元件消耗功率很小，可以高效地傳輸功率。同時(shí)，由于它們對(duì)頻率的選擇作用，決定了這功率。同時(shí)，由于它們對(duì)頻率的選擇作用，決定了這種電路的窄帶性質(zhì)。種電路的窄帶性質(zhì)。 1R2R（a a）（b b）（c c）2.2.輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常用的輸出線路主要有兩種類型：常用的輸出線路主要有兩種類型：LCLC匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)和和耦合回路耦合回路。sXpXsRsXpRsXpXsXpXpXpRsRL L型匹配網(wǎng)絡(luò)按負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗的并聯(lián)或串聯(lián)關(guān)系，型匹配網(wǎng)絡(luò)按負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗的并聯(lián)或串聯(lián)關(guān)系，可以分為可以分為L(zhǎng)-IL-I型