高頻第3章高頻諧振放大器

1、第第3章章 高頻諧振放大器高頻諧振放大器 3.1 高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)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) 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 高頻功放、高頻功放、 功率合成與射頻模塊放大器功率合成與射頻模塊放大器 3.1 高頻小信號(hào)放大器高頻小信號(hào)放大器 高頻小信號(hào)諧振放大器的功用就是放大各種無高頻小信號(hào)諧振放大器的功用就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)。線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)。 RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)53.1.1 高頻小信號(hào)諧振放大器的工

2、作原理高頻小信號(hào)諧振放大器的工作原理RL2LC5V(b)431 圖 3 1 高頻小信號(hào)諧振放大器 (a) 實(shí)際線路; (b) 交流等效電路 RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)53.1.2 放大器性能分析放大器性能分析 1 晶體管的高頻等效電路晶體管的高頻等效電路 圖圖3 2(a)是晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)的混是晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)的混等效電路等效電路,它反映了它反映了晶體管中的物理過程晶體管中的物理過程, 也是分析晶體管高頻時(shí)的基本等效電路。也是分析晶體管高頻時(shí)的基本等效電路。rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)CUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbe

3、Uce.RL2LC5V(b)431rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)CUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.bburebbmfebbmbbuoebbierCjCjYrCjgYrCjgrCjCjYrCjCjY1111 (3 1)(3 2) (3 3) (3 4) 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)與混參參數(shù)之間的關(guān)系為數(shù)之間的關(guān)系為RL2LC5V(b)431 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參參數(shù)方程數(shù)方程coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3 5a) (3 5

4、b) 圖圖 3 2 晶體三極管等效電路晶體三極管等效電路 (a) 混混等效電路等效電路; (b) Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 2 放大器的性能參數(shù)放大器的性能參數(shù)由圖由圖3 3可得可得cLcbSSbUYIUYII(3 6a) ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.圖圖 3 3 圖圖3 1高頻小信號(hào)放大器的高頻小信號(hào)放大器的 高頻等效電路高頻等效電路 (3 6b) (3) 輸出導(dǎo)納輸出導(dǎo)納 YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0 (3 9) LoefebcYYYUUK(1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)K(2) 輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納Yi (3 7) (3

5、8)cLcbSSbUYIUYIIcoebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3 6a) (3 6b) (3 5a) (3 5b) LoerefeiebbiYYYYYUIY (4) 通頻帶通頻帶B 0.707與矩形系數(shù)與矩形系數(shù)K 0.1 通頻帶通頻帶B 0.707為為 LoQfB707. 0(3 10) 3.1.3高頻諧振放大器的穩(wěn)定性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 反向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(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r bb的影響的影響 , 則則ureeebCmfeCjYrUIgY1.bburebbmferCj1CjYrCj1

6、gY由由得得rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)CUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.LoerefeirYYYYYLoerefeiebbiYYYYYUIY將將Yoe歸入負(fù)載中歸入負(fù)載中, 并考慮并考慮諧振頻率諧振頻率0附近情況附近情況, )21 (0LLLoeQjGYY (3 11) 則則 LoerefeirYYYYY在式在式中中ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.)21 ()21 (0000LLmuLLmuirQjGgCjQjGgCjY021jQRZpuremfeCjYgYRL2LC5V(b)431irieL

7、oerefeiebbiYYYYYYYUIY)21 (00LLmuirQjGgCjYISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.irieLoerefeiebbiYYYYYYYUIYN2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法4231XXXX 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。 為了抵消為了抵消Yre的反饋的反饋, 從集電極回路取一與從集電極回路取一與 反相的電壓反相的電壓 , 通過通過Cn反饋到反饋到輸入端。根據(jù)電橋平衡有輸入端。根據(jù)電橋平衡有cb21cb21n20cb010n0CNNCL

8、LCLjCj1LjCj1cUnU則中和條件為則中和條件為 (3 12) 4231XXXXL1L2Uc.CnUo.EcV2(b)V1 圖 3 5 中和電路(a) 原理電路; (b) 某收音機(jī)實(shí)際電路V1V2YSYLYi YieYo YobYfbYrbYib 3 6 共發(fā)共發(fā)共基電路共基電路失配法：增大總回路導(dǎo)納，使輸出電路失配。失配法：增大總回路導(dǎo)納，使輸出電路失配。DR3R1R4R2G2G1S EcuoCSRSV 圖圖 3 7 雙柵場效應(yīng)管調(diào)諧放大器雙柵場效應(yīng)管調(diào)諧放大器 相當(dāng)于兩個(gè)場效應(yīng)管作共源相當(dāng)于兩個(gè)場效應(yīng)管作共源共柵級(jí)聯(lián)。共柵級(jí)聯(lián)。3.1.4多級(jí)諧振放大器多級(jí)諧振放大器 1多級(jí)單調(diào)諧放

9、大器多級(jí)單調(diào)諧放大器 多級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率相同多級(jí)單調(diào)諧放大器的諧振頻率相同, 均為信號(hào)的中心頻率。均為信號(hào)的中心頻率。nKKKK002010 (3 13) 211a(3 14) 2/2)1 (nna(3 15) 2011IIffQ2Q2第二章中第二章中單振蕩回路的歸一化單振蕩回路的歸一化頻率特性頻率特性級(jí)放大器通級(jí)放大器通頻帶：頻帶：BWn=2f 0.7= 7 . 0n100n1BW12Qf12 換句話說換句話說, 如多級(jí)放大器的頻帶確定以后如多級(jí)放大器的頻帶確定以后, 級(jí)數(shù)越多級(jí)數(shù)越多, 則要?jiǎng)t要求其中每一級(jí)放大器的頻帶越寬。所以求其中每一級(jí)放大器的頻帶越寬。所以, 增益和通頻帶的矛

10、盾增益和通頻帶的矛盾是一個(gè)嚴(yán)重的問題是一個(gè)嚴(yán)重的問題, 特別是對(duì)于要求高增益寬頻帶的放大器來特別是對(duì)于要求高增益寬頻帶的放大器來說說, 這個(gè)問題更為突出。這一特性與低頻多級(jí)放大器相同。這個(gè)問題更為突出。這一特性與低頻多級(jí)放大器相同。 例例2.2某中頻放大器的通頻帶為某中頻放大器的通頻帶為MHz, 現(xiàn)采用兩級(jí)或三級(jí)現(xiàn)采用兩級(jí)或三級(jí)相同的單調(diào)諧放大器相同的單調(diào)諧放大器, 兩種情況下對(duì)每一級(jí)放大器的通頻帶要兩種情況下對(duì)每一級(jí)放大器的通頻帶要求各是多少？求各是多少？ 解解: 根據(jù)式（根據(jù)式（2321）, 當(dāng)當(dāng)n=2時(shí)時(shí), 因?yàn)橐驗(yàn)?7 . 021210612BWBW所以所以, 要求每一級(jí)帶寬要求每一級(jí)

11、帶寬Z62167 . 0H103 . 912106BW同理同理, 當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí), 要求每一級(jí)帶寬要求每一級(jí)帶寬ZHBW63167 . 0108 .1112106 根據(jù)矩形系數(shù)定義根據(jù)矩形系數(shù)定義, 當(dāng)當(dāng)0.1時(shí)可求得時(shí)可求得:ennQffBW011 . 01 . 011002所以所以, 級(jí)單調(diào)諧放級(jí)單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)大器的矩形系數(shù)121100111 . 01 . 0nnnnnBWBWK2/2)1 (nna2. 多級(jí)雙調(diào)諧放大器多級(jí)雙調(diào)諧放大器2/4)41 (nna(3 16)表表3-2 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)3. 參差調(diào)諧放大器參差調(diào)諧放大器 圖圖3

12、8是采用單調(diào)諧回路是采用單調(diào)諧回路和雙調(diào)諧回路組成的參差調(diào)諧和雙調(diào)諧回路組成的參差調(diào)諧放大器的頻率特性。放大器的頻率特性。C2C1AGCG2G1DVSEcC3圖圖 3 9電視機(jī)高頻放大器的簡化電路電視機(jī)高頻放大器的簡化電路 3.1.5 高頻集成放大器高頻集成放大器 高頻集成放大器有兩類高頻集成放大器有兩類: 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, 主主要用于某些不需要選頻功能的設(shè)備中要用于某些不需要選頻功能的設(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; 另一種是選頻放大器另一種是選頻放大器, 用于需要有選頻功能的用于需要有選頻功能的場合場合,

13、 如接收機(jī)的中放就是它的典型應(yīng)用。圖如接收機(jī)的中放就是它的典型應(yīng)用。圖3 10(a)中中, 集集中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的后面。中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的后面。 圖圖3 10(b)是另是另一種接法。一種接法。(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 圖圖 3 11示出了示出了Mini Circuits公司生產(chǎn)的一集成公司生產(chǎn)的一集成放大器放大器MRA8的應(yīng)用電路，的應(yīng)用電路， MRA8是硅單片放大器是硅單片放大器, 其其主要指標(biāo)見表主要指標(biāo)見表3 3。 A2C2L1L2A1C1MRA8ui5050uoC3R1R222

14、0 14W220 14W15MRA8C4圖圖 3 11 集成選頻放大器應(yīng)用舉例集成選頻放大器應(yīng)用舉例 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 高頻功率放大器的主要功用是放大高頻信號(hào)高頻功率放大器的主要功用是放大高頻信號(hào), 并并且以高效輸出大功率為目的且以高效輸出大功率為目的, 它主要應(yīng)用于各種無線電它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。發(fā)射機(jī)中。 3.2.1工作原理工作原理 ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV圖圖 3 12 晶體管高頻功率放晶體管高頻功率放大器的原理線路大器的原理線路 圖圖3 12是一個(gè)采用晶體管的高頻功率放大器的原理線路是一個(gè)采用晶體管的高頻

15、功率放大器的原理線路, 除電除電源和偏置電路外源和偏置電路外, 它是由晶體管、它是由晶體管、 諧振回路和輸入回路三部分組諧振回路和輸入回路三部分組成的。成的。RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)51電流、電流、 電壓波形電壓波形tUEubbbecostUubbcos則由圖則由圖3 12得基極回路電壓為得基極回路電壓為(3 17) 周期性脈沖可以分解成直流、周期性脈沖可以分解成直流、 基波基波(信號(hào)頻率分量信號(hào)頻率分量)和各次諧波分量和各次諧波分量, 即即 tnItIIicnccoccoscos1(3 18) 設(shè)輸入信號(hào)為設(shè)輸入信號(hào)為ucCRLuceubeubEbEcu ()ibic

16、V圖圖3-13 集電極電流的波形集電極電流的波形) 1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1 (cossin)()cos1 (cossinmax2max1maxmax10maxmax0nainnnnniIaiiIaiiIncccncccccc (3 19b) (3 19a) (3 19c) 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、 基波、基波、 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。 圖圖3-14 C類高頻功放的電流、電壓波形類高頻功放的電流、電壓波形ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV

17、 2 高頻功放的能量關(guān)系高頻功放的能量關(guān)系 在集電極電路中在集電極電路中, 諧振回路得到的高頻功率諧振回路得到的高頻功率(高頻高頻一周的平均功率一周的平均功率)即輸出功率即輸出功率P1為為LcLccRURIUIPc22112121211(3 22) 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P0為為ccEIP00(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損耗功率Pc, 即即10PPPc(3 24) 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。 定義集電極效定義集電極效率率為為 21210

18、101ccccEUIIPP(3 25) 由式由式(3 24)、 (3 25)可以得到輸出功率可以得到輸出功率P1和集電極損和集電極損耗功率耗功率Pc之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為111cPP(3 26) 基極電路中，設(shè)其基波基極電路中，設(shè)其基波電流振幅為電流振幅為I b1, 且與且與ub同相同相(忽略實(shí)際存在的容性電流忽略實(shí)際存在的容性電流), 則激勵(lì)功率為則激勵(lì)功率為稱為波形系數(shù)，稱為波形系數(shù)，稱為集電極電壓利用系數(shù)。稱為集電極電壓利用系數(shù)。bbdUIP121 (3 27) ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV10PPPc(3 24) 基極電路中，設(shè)其基波基極電路中，設(shè)其基波電流振

19、幅為電流振幅為I b1, 且與且與ub同相同相(忽略實(shí)際存在的容性電流忽略實(shí)際存在的容性電流), 則激勵(lì)功率為則激勵(lì)功率為bbdUIP121 (3 27) ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicVbbdUIP121 (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) 用用dB表示為表示為)(101dBPPLgKdp (3 29) 21210101ccccEUIIPP 3.2.2 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) 1 高頻功放的動(dòng)特性高頻功放的動(dòng)特性 動(dòng)特性是指當(dāng)加上激勵(lì)信號(hào)及接上負(fù)載阻抗時(shí)動(dòng)特性是指當(dāng)加上激勵(lì)信號(hào)及接上負(fù)

20、載阻抗時(shí), 晶體管集電極電流晶體管集電極電流ic與電極電壓與電極電壓(ube或或uce)的關(guān)系曲的關(guān)系曲線線, 它在它在icuce或或icube坐標(biāo)系統(tǒng)中是一條曲線。坐標(biāo)系統(tǒng)中是一條曲線。ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV圖圖 3-16 高頻功放的動(dòng)特性高頻功放的動(dòng)特性2 高頻功放的工作高頻功放的工作狀態(tài)狀態(tài) 高頻諧振功高頻諧振功率放大器根據(jù)集電率放大器根據(jù)集電極電流是否進(jìn)入飽極電流是否進(jìn)入飽和區(qū)可以分為欠壓、和區(qū)可以分為欠壓、 臨界和過壓三種狀臨界和過壓三種狀態(tài)態(tài)圖圖 3-16 高頻功放的動(dòng)特性高頻功放的動(dòng)特性圖圖 3-17 過壓狀態(tài)的過壓狀態(tài)的ic波形波形 例例3-2 某

21、高頻功放工作在臨界狀態(tài)，某高頻功放工作在臨界狀態(tài)， 通角通角70,輸出功率輸出功率為為3W，Ec24V， Eb0.5 V， 所用高頻功率管的臨界飽和線所用高頻功率管的臨界飽和線斜率斜率Sc0.33A/V， 轉(zhuǎn)移特性曲線斜率轉(zhuǎn)移特性曲線斜率S0.8A/V，Eb=0.65V，管，管子能安全工作。試計(jì)算：子能安全工作。試計(jì)算： P0、 Ub以及負(fù)載阻抗的大小。以及負(fù)載阻抗的大小。例例3-1 某高頻功放工作在臨界狀態(tài)，某高頻功放工作在臨界狀態(tài)， 通角通角70,輸出功率輸出功率為為3W，Ec24V， Eb0.5 V， 所用高頻功率管的臨界飽和所用高頻功率管的臨界飽和線斜率線斜率Sc0.33A/V， 轉(zhuǎn)移

22、特性曲線斜率轉(zhuǎn)移特性曲線斜率S0.8A/V，Eb=0.65V，管子能安全工作。試計(jì)算：管子能安全工作。試計(jì)算： P0、 Ub以及負(fù)載阻抗的大小。以及負(fù)載阻抗的大小。 0 00 cecececcuuuSi解臨界狀態(tài)的標(biāo)志就是解臨界狀態(tài)的標(biāo)志就是icmax值正值正好處于放大區(qū)向飽和區(qū)過渡的臨界好處于放大區(qū)向飽和區(qū)過渡的臨界線上。臨界飽和線的斜率為線上。臨界飽和線的斜率為Sc， 則則臨界線可表示為臨界線可表示為圖圖3-18所示是工作在臨界狀態(tài)時(shí)的理想動(dòng)特性。根據(jù)所示是工作在臨界狀態(tài)時(shí)的理想動(dòng)特性。根據(jù)此圖可以求出臨界時(shí)電壓利用系數(shù)此圖可以求出臨界時(shí)電壓利用系數(shù)、 最大電流最大電流ic max以及以及

23、與輸出功率與輸出功率P1的關(guān)系。此時(shí)有的關(guān)系。此時(shí)有ic max=Scuce min=Sc(EcUc)=Sc(1)Ec所以所以ccmaxc1ESi上面兩式聯(lián)立起來，上面兩式聯(lián)立起來， 可得可得c1max ccc11)(2121EiUIP0)(22c1c12ESP另外，另外， 輸出功率輸出功率P1可以表示為可以表示為圖圖 3-18 臨界狀態(tài)參數(shù)計(jì)算臨界狀態(tài)參數(shù)計(jì)算921. 024436. 033. 032415 . 0)(2412122c1c1ESP A626. 0A24)921. 01 (33. 0)1 ()(cccmincmaxcESUESuSiccceA158. 0253. 063. 0)

24、(0max cc0iIA273. 0436. 063. 0)(1max cc1iIW79. 324158. 0cc00EIPW79. 0379. 310cPPP%7979. 3301PP因此因此或者或者 81273. 024921. 0c1cc1cLcrIEIUR至于此時(shí)所需激勵(lì)電壓至于此時(shí)所需激勵(lì)電壓Ub、基極偏置電壓、基極偏置電壓Eb可以從晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線進(jìn)行求解。轉(zhuǎn)可以從晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線進(jìn)行求解。轉(zhuǎn)移特性曲線如圖移特性曲線如圖 3-19 所示，計(jì)算如下：所示，計(jì)算如下：)cos1 (cosbbbcmaxbemaxUUUSiEubV19. 18 . 0)342. 01 (626.

25、0)cos1 (cmaxbSiUV24. 0342. 019. 165. 0cosbbbUEE%8073. 1921. 05 . 0212101CCII與題目中的要與題目中的要求不符求不符 3.2.3 高頻功放的外部特性高頻功放的外部特性 高頻功放是工作于非線性狀態(tài)的放大器高頻功放是工作于非線性狀態(tài)的放大器, 同時(shí)也可同時(shí)也可 以看成是一高頻功率發(fā)生器以看成是一高頻功率發(fā)生器(在外部激勵(lì)下的發(fā)生器在外部激勵(lì)下的發(fā)生器)。 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)載電阻負(fù)載特性是指只改變負(fù)載電阻RL, 高頻功放電流、高頻功放電流、 電電壓、壓、 功率及效率功率及效率變化的特性

26、。變化的特性。 圖圖 3 18(b)是根據(jù)圖是根據(jù)圖3 18(a)而得到的功率、而得到的功率、 效率效率曲線。曲線。ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV圖圖 3-20 高頻功高頻功放的負(fù)載特性放的負(fù)載特性2高頻功放的振幅特性高頻功放的振幅特性 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Ub 時(shí)時(shí), 放大器電流、放大器電流、 電壓、電壓、 功率及效率的變化特性。功率及效率的變化特性。ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV圖圖 3-21 高頻功放的振幅特性高頻功放的振幅特性3. 高頻功放的調(diào)制特性高頻功放的調(diào)制特性1) 基極調(diào)制特

27、性基極調(diào)制特性u(píng)cCRLuceubeubEbEcu ()ibicVtUEubbbecos2) 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV4. 高頻功放的調(diào)諧特性高頻功放的調(diào)諧特性 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) 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 3.4.1 直流饋電線路直流饋電線路 直流饋電線路包括集電極和基極饋電線路。下面直流饋電線路包括集電極和基極饋電線路。下面結(jié)合集電極饋電線路和基極饋電線路說明結(jié)合集電極饋電線路和基極饋電線路說明Cb、 Lb的應(yīng)的應(yīng)用方法。用方法。 圖圖3 25是集電極饋電線路的兩

28、種形式是集電極饋電線路的兩種形式: 串聯(lián)饋串聯(lián)饋電線路和并聯(lián)饋電線路。電線路和并聯(lián)饋電線路。 圖圖 3 25(b) 中晶體管、中晶體管、 電電源、源、 諧振回路三者是并聯(lián)連接的諧振回路三者是并聯(lián)連接的, 故稱為并聯(lián)饋電線故稱為并聯(lián)饋電線路。路。 圖圖 3 27 集電極饋電線路兩種形式集電極饋電線路兩種形式 (a) 串聯(lián)饋電串聯(lián)饋電; (b) 并聯(lián)饋電并聯(lián)饋電ccceuEucCbEUcLbUUcCbEU 2基極饋電線路基極饋電線路 基極饋電線路也有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式?；鶚O饋電線路也有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。 圖圖3 26示出了示出了幾種基極饋電形式幾種基極饋電形式, 基極的負(fù)偏壓既可以是外加的基極的

29、負(fù)偏壓既可以是外加的, 也可以由基也可以由基極直流電流或發(fā)射極直流電流流過電阻產(chǎn)生。極直流電流或發(fā)射極直流電流流過電阻產(chǎn)生。 ReCbVCbVR1R2ECbLbV(a)(b)(c) 圖圖 3 28 基極饋電線路的幾種形式基極饋電線路的幾種形式 3.4.2 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 該雙端口網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有這樣的幾個(gè)特點(diǎn)該雙端口網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有這樣的幾個(gè)特點(diǎn): (1) 以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大, 即起到阻抗即起到阻抗匹配的作用匹配的作用; (2) 抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率, 即有良好的即有良好的濾波作用濾波作用; (3) 大多數(shù)

30、發(fā)射機(jī)為波段工作大多數(shù)發(fā)射機(jī)為波段工作 。 R2R1(a)(b)(c) 圖圖 3 29幾種常見的幾種常見的LC匹配匹配 (a) L型型; (b) T型型; (c) 型型1. LC匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò) 圖圖3 27是幾種常用的是幾種常用的LC匹配網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)。 對(duì)于對(duì)于L I型網(wǎng)絡(luò)有型網(wǎng)絡(luò)有 圖圖 3 28L型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) (a) L-I型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)222222)(PPPPPPPPPPPPSSXRXRjXRXRjXRjXRjXRpppspsXRQXQQXRQR222111 對(duì)于對(duì)于L-型網(wǎng)絡(luò)有型網(wǎng)絡(luò)有ssspspRXQXQQXRQR2221)1 (3 33a) (3 33b) (3 33c)

31、 圖圖 3 28L型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) (b) L-型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò) 圖圖3 30是一超短波輸出放大器的實(shí)際電路是一超短波輸出放大器的實(shí)際電路, 它工它工作于固定頻率。作于固定頻率。 3DA21CCbVC1L1L2C222.5 V圖圖 3 30 一超短波輸出放大器的實(shí)際電路一超短波輸出放大器的實(shí)際電路 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， 它采用互它采用互感耦合回路作輸出電路感耦合回路作輸出電路, 多波段工作。多波段工作。 V1CbC1L1L2C2KL324 VM 圖圖3 31 短波輸出放大器的實(shí)際線路短波輸出放大器的實(shí)際線路 3.4.3 高頻

32、功放的實(shí)際線路舉例高頻功放的實(shí)際線路舉例 圖圖3 32(a)是工作頻率為是工作頻率為50 MHz的晶體管諧振功率放大電的晶體管諧振功率放大電路路, 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)C5VR1100k50 530 pFL1533pF15 pFC4R2110 kEGEDC615 pFL3C8C7533 pF533 pF50 (b)C1C2C3L2 圖圖 3 32 高頻功放實(shí)際線路高頻功放實(shí)際線路(a) 50 MHz

33、諧振功放電路諧振功放電路; (b) 175 MHz諧振功放電路諧振功放電路 3.5 高頻功放、功率合成與射頻高頻功放、功率合成與射頻模塊放大器模塊放大器 3.5.1 D類高頻功率放大器類高頻功率放大器 1. 電流開關(guān)型電流開關(guān)型D類放大器類放大器 圖圖3 32是電流開關(guān)型是電流開關(guān)型D類放大器的原理線路和波形類放大器的原理線路和波形圖，圖， 線路通過高頻變壓器線路通過高頻變壓器T1, 使晶體管使晶體管V1、 V2獲得反向的獲得反向的方波激勵(lì)電壓。方波激勵(lì)電壓。CALRLT2ic1ic2V1V20T1ic1t0(b)ic2t0(c)uce1t0(d )ucesuce2t0(e)ucesuAt0(

34、 f )UMUM uces 3/2 /2/2 3/2(a)Ec 圖圖 3 32 電流開關(guān)型電流開關(guān)型D類放大器類放大器 的線路和波形的線路和波形 ccescesmcescesmEuuUtdutuU)(2cos)(122 由此可得由此可得)()(2)(2cesccesmcmcescescmuEuUUuuEU 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有效值為集電極回路兩端的高頻電壓峰值集電極回路兩端的高頻電壓峰值脈動(dòng)電壓的平均值：脈動(dòng)電壓的平均值：)uE(22UUcesccmceff（334）（333）3-32ccescLcocEuERIEP)(220 V1(V2)的集電極電流為振

35、幅等于的集電極電流為振幅等于Ic0的矩形的矩形, 它的基頻分量它的基頻分量振幅等于振幅等于(2/)Ic0。 V1、 V2的的ic1、 ic2中的基頻分量電流在集中的基頻分量電流在集電極回路阻抗電極回路阻抗RL(考慮了負(fù)載考慮了負(fù)載RL的反射電阻的反射電阻)兩端產(chǎn)生的基頻兩端產(chǎn)生的基頻電壓振幅為電壓振幅為LcocmRIU)2(將式將式(3 32)代入代入式式(3 35) 得得輸出功率為輸出功率為 (3 37) (3 36) (3 35)電源輸入功電源輸入功率為率為 (3 38) （332）)(cesccmuEU)(222cescLLcmcouERRUI2221)(221cescLLcmuERRU

36、PcescescLcuuERPPP)(2210集電極損耗功率為集電極損耗功率為 (3 40) (3 39) 2 電壓開關(guān)型電壓開關(guān)型D類放大器類放大器 圖圖3 33為一互補(bǔ)電壓開關(guān)型為一互補(bǔ)電壓開關(guān)型D類功放的線路及電流電壓波類功放的線路及電流電壓波形。形。 兩個(gè)同型兩個(gè)同型(NPN)管串聯(lián)管串聯(lián), 集電極加有恒定的直流電壓集電極加有恒定的直流電壓Ec。 %100%10001ccescEuEPP2221)(221cescLLcmuERRUPccescLcocEuERIEP)(220iLL0C0RLEcS(b)uce2 2 電壓開關(guān)型電壓開關(guān)型D類放大器類放大器 圖圖3 33為一互補(bǔ)電壓開關(guān)型為

37、一互補(bǔ)電壓開關(guān)型D類功放的線路及電流電壓波類功放的線路及電流電壓波形。形。 兩個(gè)同型兩個(gè)同型(NPN)管串聯(lián)管串聯(lián), 集電極加有恒定的直流電壓集電極加有恒定的直流電壓Ec。 uce2 tEc02iL t0ic1 t0ic1maxic2 t0(c)圖圖 3 33 電壓開關(guān)型電壓開關(guān)型D類功放的線路及波形類功放的線路及波形 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), 所以兩所以兩管的直流電流和負(fù)載電流分別為管的直流電流和負(fù)載電流分別為maxcccoc0maxcLmaxccoiE1IEPiIi1I兩管的直流輸入功率為兩管的直流輸入功率為 負(fù)載上的基波電壓負(fù)載上

38、的基波電壓UL等于等于uce2方波方波脈沖中的基波電壓分量。脈沖中的基波電壓分量。 對(duì)對(duì)uce2分解可分解可得得ic1 t0ic1maxic2 t0uce2 tEc02iL t0max0max021212sin1ccLLLLccLLLccLiEIURPPiEIUPEttdEU負(fù)載上的功率為負(fù)載上的功率為 可見可見 此時(shí)匹配的負(fù)載電阻為此時(shí)匹配的負(fù)載電阻為 ic1 t0ic1maxic2 t0max0maxmax11cccoccLccoiEIEPiIiI 3.5.2 功率合成器功率合成器 功率合成器功率合成器, 就是采用多個(gè)高頻晶體管就是采用多個(gè)高頻晶體管, 使它們產(chǎn)使它們產(chǎn)生的高頻功率在一個(gè)公

39、共負(fù)載上相加。生的高頻功率在一個(gè)公共負(fù)載上相加。 圖圖3 34是常是常用的一種功率合成器組成方框圖。用的一種功率合成器組成方框圖。 基本單元信號(hào)源負(fù)載放大器混合電路 圖圖 3 34功率合成器組成功率合成器組成 RTABRLRT1RAABRBU1.RSES.(a)T1T2 圖圖 3 35 同相功率合成器同相功率合成器(a) 交流等效電路交流等效電路; (b) B信號(hào)源開路時(shí)的等效電路信號(hào)源開路時(shí)的等效電路 由由3dB耦合器原理可知耦合器原理可知, 當(dāng)兩晶體管輸入電阻相當(dāng)兩晶體管輸入電阻相等時(shí)等時(shí), 則兩管輸入電壓與耦合器輸入電壓相等則兩管輸入電壓與耦合器輸入電壓相等 SBATBARRRRUUU4

40、2211 在晶體管的輸出端在晶體管的輸出端, 當(dāng)兩管正常工作時(shí)當(dāng)兩管正常工作時(shí), 兩管輸出兩管輸出相同的電壓相同的電壓, 即即 且且 , 但由于負(fù)載上但由于負(fù)載上的電流加倍的電流加倍, 故負(fù)載上得到的功率是兩管輸出功率之故負(fù)載上得到的功率是兩管輸出功率之和和, 即即BAUULBAUUU112)2(21PIUPcALRBEB.RAEA.UA.UA /2.UB 0.RLUA /2.(b) 圖圖 3 35 同相功率合成器同相功率合成器(a) 交流等效電路交流等效電路; (b) B信號(hào)源開路時(shí)的等效電路信號(hào)源開路時(shí)的等效電路 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), 由于流過負(fù)載的電流只有原來的一由于流過負(fù)載的電流只有原來的一半

41、半, 功率減小為原來的功率減小為原來的1/4, 而而A管輸出的另一半功率正好消管輸出的另一半功率正好消 耗在平衡電阻耗在平衡電阻RT上上, 即有即有0UBLTRPPPPL412111 圖圖3 36是反相功率合成器的原理線路。是反相功率合成器的原理線路。 輸入輸入和輸出端也各加有和輸出端也各加有3 dB耦合器作分配和合并電路。耦合器作分配和合并電路。 圖圖 3 37 是一反相功率合成器的實(shí)際線路。是一反相功率合成器的實(shí)際線路。 它它工作于工作于1.5 MHz, 輸出功率輸出功率100 W。 R1T2RTB A V1AT1RT1RES.BV2 圖圖 3 36 反相功率合成器的原理線路反相功率合成器

42、的原理線路 R275 T8T7T5T6Ze18.5Zc18.5V13DA73DA736 VV2T1T2T3圖圖 3 37 100 W反相功率合成器的實(shí)際線路反相功率合成器的實(shí)際線路3.6 高頻集成功率放大器簡介高頻集成功率放大器簡介隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些集成高頻功率放大器件。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些集成高頻功率放大器件。這些功放器件體積小，可靠性高，外接元件少，輸出功率一般在這些功放器件體積小，可靠性高，外接元件少，輸出功率一般在幾瓦至十幾瓦之間。如日本三菱公司的幾瓦至十幾瓦之間。如日本三菱公司的M57704系列、系列、 美國美國Motorola公司的公司的MHW系列便是其中

43、的代表產(chǎn)品。系列便是其中的代表產(chǎn)品。表表3-5列出了列出了Motorola公司集成高頻功率放大器公司集成高頻功率放大器MHW系列部系列部分型號(hào)的電特性參數(shù)。分型號(hào)的電特性參數(shù)。圖圖 3-39 M57704系列功放的等效電路圖系列功放的等效電路圖 圖圖3 39是一個(gè)模塊式射頻部件的微帶線電路板。是一個(gè)模塊式射頻部件的微帶線電路板。它由它由A、 B、 C、 D四個(gè)模塊放大器級(jí)聯(lián)組成。四個(gè)模塊放大器級(jí)聯(lián)組成。 15 V控制電壓015 V跳線15 V限幅器電壓輸入15 V跳線15 V降壓電阻器 級(jí)聯(lián)電壓輸入24 V24 V直流和射頻地信號(hào)輸出24 VUFO輸出輸入15 VUFO輸入輸出UTL限幅器輸入

44、輸出AUF025衰減器10個(gè)裝配孔信號(hào)輸入ABCD圖圖 3 39 一個(gè)模塊式射頻部件的微帶線電路板一個(gè)模塊式射頻部件的微帶線電路板第第3章章 總結(jié)總結(jié)RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5高頻小信號(hào)諧振放大器高頻小信號(hào)諧振放大器高頻等效電路高頻等效電路RL2LC5V(b)4313.1.4多級(jí)諧振放大器多級(jí)諧振放大器 1多級(jí)單調(diào)諧放大器多級(jí)單調(diào)諧放大器級(jí)放大器通頻帶：級(jí)放大器通頻帶：BWn=2f 0.7= 1100.702121nnfBWQ例例3.2某中頻放大器的通頻帶為某中頻放大器的通頻帶為MHz, 現(xiàn)采用兩級(jí)或三級(jí)相同現(xiàn)采用兩級(jí)或三級(jí)相同的單調(diào)諧放大器的單調(diào)諧放大器, 兩種情況下

45、對(duì)每一級(jí)放大器的通頻帶要求各兩種情況下對(duì)每一級(jí)放大器的通頻帶要求各是多少？是多少？ 解解: 當(dāng)當(dāng)n=2時(shí)時(shí), 因?yàn)橐驗(yàn)?7 . 021210612BWBW所以所以, 要求每一級(jí)帶寬要求每一級(jí)帶寬Z62167 . 0H103 . 912106BW同理同理, 當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí), 要求每一級(jí)帶寬要求每一級(jí)帶寬ZHBW63167 . 0108 .1112106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u(píng)cCRLuceubeubEbEcu ()ibicVRL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5圖圖3-13 集電極電流的波形集電極電流的波形ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV)

46、 1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1 (cossin)()cos1 (cossinmax2max1maxmax10maxmax0nainnnnniIaiiIaiiIncccncccccc tnItIIicnccoccoscos1 2 高頻功放的能量關(guān)系高頻功放的能量關(guān)系 在集電極電路中在集電極電路中, 諧振回路得到的高頻功率諧振回路得到的高頻功率(高頻高頻一周的平均功率一周的平均功率)即輸出功率即輸出功率P1為為LcLccRURIUIPc22112121211(3 22) 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P0為為ccEIP00(3

47、 23)直流輸入功率與集電極輸出高頻功率之差就是集電極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損耗功率Pc, 即即10PPPc(3 24)3.2.2 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) 1 高頻功放的動(dòng)特性高頻功放的動(dòng)特性 動(dòng)特性是指當(dāng)加上激勵(lì)信號(hào)及接上負(fù)載阻抗時(shí)動(dòng)特性是指當(dāng)加上激勵(lì)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與電極電壓與電極電壓(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)中是一條曲線。坐標(biāo)系統(tǒng)中是一條曲線。圖 3-16 高頻功放的動(dòng)特性2 高頻功放的工作高頻功放的工作狀態(tài)狀態(tài) 高頻諧振功高頻諧振功率放大器根據(jù)集電率放大器根據(jù)集電極電流是否進(jìn)入飽極電流是否進(jìn)入飽和區(qū)可以分為欠壓、和區(qū)可以分為欠壓、 臨界和過壓三種狀臨界和過壓三種