第2章 高頻選頻放大器-下課件

第二章高頻選頻放大器通信工程22.5丙類高頻諧振放大器作用：在通信發(fā)射機中，用于對高頻已調波信號進行功率放大,然后經(jīng)天線將其輻射到空間技術指標輸出功率效率非線性失真32.5丙類高頻諧振放大器主要特點：丙類工作狀態(tài)導通角在一個周期內集電極電流導通時間的一半丙類－42.5丙類高頻諧振放大器采用LC諧振回路

濾除丙類工作時產(chǎn)生的眾多高次諧波分量實現(xiàn)阻抗匹配丙類工作效率高52.5丙類高頻諧振放大器－工作原理假設輸入信號是大信號(可達1～2V)，為單一角頻率余弦波,輸出選頻回路調諧在輸入信號的相同頻率上丙類諧振放大器原理框圖62.5丙類高頻諧振放大器－工作原理甲、乙、丙類三種工作狀態(tài)下的轉移特性分析

為了實現(xiàn)丙類工作基極偏量電壓UBB應設置在功率管的截止區(qū)。7丙類狀態(tài)下的轉移特性集電極電流是一串周期重復的脈沖序列，脈沖寬度小于半個周期。折線近似分析法：功率放大電路是大信號工作,而在大信號工作時必須考慮晶體管的非線性特性,這樣將使分析比較復雜。為簡化分析,可以將晶體管特性曲線理想化,即用一條或幾條直線組成折線來代替。82.5丙類高頻諧振放大器－工作原理iC的傅里葉級數(shù)展開:—n次諧波的分解系數(shù)假設LC諧振回路具有理想濾波特性，也即諧振回路調諧于基波，對基波呈現(xiàn)大的阻抗，而對其他分量呈現(xiàn)的阻抗很小。92.5丙類高頻諧振放大器－性能分析假設：諧振回路具有較好濾波特性。各諧波電壓相對基波電壓很小，可忽略不計。諧振電阻：直流功率：輸出功率：其中損耗功率：集電極效率：集電極電源電壓利用系數(shù)：因此導通角決定了10電流分解系數(shù)α(θ)與波形系數(shù)g1(θ)112.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析前提：假設一：諧振回路具有理想濾波特性，其上只能產(chǎn)生基波分量或具有良好濾波特性，可只考慮基波分量假設二：功率管的特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其高頻效應可忽略。動態(tài)線在輸入信號激勵下，晶體管輸出特性曲線上，不同時刻uCE、ic對應點的軌跡特點稱動態(tài)線，或交流負載線，采用折線分析時動態(tài)線為直線122.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析A點：

C點：

B點：132.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析當A2點處于臨界區(qū)稱為臨界(Critical)狀態(tài)當A1點處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)當A3點處于飽和區(qū)稱為過壓（Overvoltage）狀態(tài)142.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析2.A1欠壓區(qū)，ic為余弦脈沖，脈沖高度隨Vcm增大略有減小。3.A3過壓區(qū)，ic為中間凹陷的脈沖波，隨著Vcm增大脈沖波的凹陷加深，高度減小。思考題：在過壓區(qū)為什么會出現(xiàn)凹陷？解：當vBE向vBEmax增大，vCE向著vCEmin減小時，對應的動態(tài)點先到達臨界點(圖中E點)，ic值最大，而后進入飽和區(qū)，ic值減小，出現(xiàn)凹陷。直到A3點，ic值達到最小。1.A2臨界狀態(tài)。152.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析在A沒有進入飽和區(qū)時，動態(tài)特性曲線斜率為負載特性一定，放大器性能隨

變化的特性。162.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析改變，相當于改變動態(tài)特性的斜率k欠壓過壓臨界172.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析182.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析諧振功放的負載特性曲線

ReRe隨著Re的逐漸增大,動態(tài)線的斜率逐漸減小,由欠壓狀態(tài)進入臨界狀態(tài),再進入過壓狀態(tài)。在臨界狀態(tài)時,輸出功率Po最大,集電極效率ηc接近最大,為最佳工作狀態(tài)。2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析例：某諧振頻率放大器的動態(tài)線如圖所示，試回答并計算以下各選項：(1)此時功放工作于何種狀態(tài)？寫出A，B，C三點坐標,畫出ic的波形。(2)計算和。(3)若要求功率放大器的效率最大，應如何調整？2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析(1)A，B，C三點坐標：ABC動態(tài)線：由動態(tài)線知正好達到臨界飽和線，故工作在臨界狀態(tài)，ic的波形如圖。A(3,2)B(Vcc-Vcmcos,0)C(33,0)從圖中可知放大器哪些量？2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析由圖可知：由和可求得2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析(3)弱過壓狀態(tài)效率最大（但輸出功率下降）,可略微Re↑,或VCC↓,VBB↑232.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析調制特性集電極調制基極調制2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析集電極調制：集電極調制特性曲線只有在過壓狀態(tài)，VCC對Vcm有較大的控制作用。這個特性是晶體管集電極調幅的理論依據(jù)。工作在過壓區(qū)(近似線性)Vcc2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析基極調制特性：Re，VCC，Vbm一定，VBB變化Vbm一定，VBB由負值向正值方向增大時，集電極電流脈沖不僅寬度增大，而且還因Vbemax增加而使其高度增大，因而Ic1，Ic0增大，結果使Vcemin減小，放大器由欠壓進入過壓，但在進入過壓的過程中，隨著iC的凹陷加深。Ic1，Ic0增大十分緩慢，可近似認為不變。VBB增大基極調制特性曲線VBB工作在欠壓區(qū)2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析放大特性VBB

一定，Vbm增大時，集電極電流脈沖不僅寬度增大，而且還因Vbemax增加而使其高度增大，因而Ic1、Ic0增大，結果使Vcemin減小，放大器由欠壓進入過壓，但在進入過壓的過程中，隨著iC的凹陷加深。Ic1、Ic0增大十分緩慢，可近似認為不變。2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析當諧振功率放大器作為線性放大器，用來放大振幅按調制信號規(guī)律變化的調幅信號時，為了使輸出信號Vcm反映輸入信號振幅Vbm變化，放大器工作在欠壓區(qū)2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析當諧振功率放大器作振幅限幅器時(Amplitude

Limiter)。將振幅Vbm在較大范圍變化變換為振幅恒定的輸出信號時，放大器必須工作在過壓狀態(tài)2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析課后思考題：一個丙類諧振功放，設計工作在臨界狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)實際電路的PO和c均未達到設計要求，應如何調整？已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調整方法所得到的輸出功率Po是否相同？為什么？2.5丙類高頻諧振放大器－電路直流饋電電路高頻功放的輸入回路和輸出回路應分別加上合適的直流偏壓基極偏置電路集電極饋電線路集電極電流iC中的直流分量IC0只流過集電極直流電源VCC(即：對直流而言，VCC應直接加至晶體管c、e兩端)，以便直流電源提供的直流功率全部交給晶體管；諧振回路兩端僅有基波分量壓降(即：對基波而言，回路應直接接到晶體c,e兩端)，以便把變換后的交流功率傳送給回路負載；外電路對高次諧波分量icn呈現(xiàn)短路，以免產(chǎn)生附加損耗。2.5丙類高頻諧振放大器－電路集電極饋電線路組成原則說明(a)直流通路；(b)基波通路；(c)高次諧波通路VCC基極饋電線路組成原則說明

(a)直流通路；(b)基波通路VBB342.5丙類高頻諧振放大器－電路集電極直流饋電電路串饋（SeriesSupply）:直流電源，濾波匹配網(wǎng)絡和功率管在電路上形式為串接方式。并饋（ParallelSupply):直流電源，濾波匹配網(wǎng)絡和功率管在電路上形式為并接方式。但無論哪種電路形式,直流偏壓與交流電壓總是串聯(lián)疊加的352.5丙類高頻諧振放大器－電路集電極直流饋電電路串饋在信號頻率上，高頻扼流圈LC感抗很大，近似開路。旁路電容CC容抗很小，接近短路。并為高次諧波提供短路通道,阻止其流過直流電源,以免高次諧波影響直流電源的穩(wěn)壓性能。并饋在信號頻率上，CC1(隔直電容)，CC2(旁路電容)容抗很小，接近短路。LC感抗很大。接近開路。362.5丙類高頻諧振放大器－電路基極饋電線路常用的偏置電路在無輸入信號時,自給偏壓電路的偏置為零。隨著輸入信號的逐漸增大,晶體管的偏置電壓向負值方向增大。由此可見,乙類功放不能采用自給偏壓方式。基極組合偏壓基極自偏置零偏壓(自偏壓)發(fā)射極自偏壓對于丙類諧振功放,通常采用自給偏壓方式形成負偏壓372.5丙類高頻諧振放大器－電路例：改正下圖所示線路中的錯誤，不得改變饋電形式，重新畫出正確的線路。解分析：這是一個兩級功放，分析時可以一級一級地考慮，且要分別考慮輸入回路，輸出回路是否滿足交流要有交流通路直流要有直流通路，而且交流不能流過直流電源的原則。382.5丙類高頻諧振放大器－電路第一級放大器的基極回路：輸入的交流信號將流過直流電源，應加扼流圈和濾波電容CB2；直流電源VBB被輸入互感耦合回路的電感短路，應加隔直電容CB1。第一級放大器的集電極回路：輸出的交流將流過直流電源VCC，應加扼流圈LC1；加上扼流圈后，交流沒有道路，故還應增加一旁路電容CC1。392.5丙類高頻諧振放大器－電路第二級放大器的基極回路：沒有直流道路，加一扼流圈LB2第二級放大器的集電極回路：輸出的交流將流過直流電源，應加扼流圈LC2及濾波電容CC2；此時，直流電源將被輸出回路的電感短路，加隔直電容CC3.402.5丙類高頻諧振放大器－電路412.5丙類高頻諧振放大器－電路輸出匹配網(wǎng)絡功能：變換負載阻抗－

將RL變換為放大器所要求的負載Re選頻濾波高的傳輸效率－并聯(lián)諧振回路匹配電路-前級、中間級放大器濾波器型匹配網(wǎng)絡甚高頻和大功率輸出級LC變換網(wǎng)絡-調諧、阻抗匹配422.5丙類高頻諧振放大器－電路串并聯(lián)轉換432.5丙類高頻諧振放大器－電路L型匹配網(wǎng)絡：兩個異性電抗支路連接成“L”型結構網(wǎng)絡。目的：將RL→Re適用:等效為442.5丙類高頻諧振放大器－電路目的：將RL→Re適用:由得等效為452.5丙類高頻諧振放大器－電路例：

高頻功放工作于臨界狀態(tài)，已知工作頻率試求L型匹配網(wǎng)絡的元件數(shù)值。解L型匹配網(wǎng)絡如右圖所示：462.5丙類高頻諧振放大器－電路472.5丙類高頻諧振放大器－電路T型和型匹配網(wǎng)絡由三條電抗支路，其中兩條為同性電抗，另一條為異性電抗，構成或T型結構482.5丙類高頻諧振放大器－電路例：設諧振功率放大器的輸出功率Po=2W,集電極電源電壓VCC=24V,功放管的飽和壓降VCES=1.5V,工作頻率為50MHz，RL=50，若采用型匹配網(wǎng)絡，試估計網(wǎng)絡元件C1，C2，L的數(shù)值。解492.5丙類高頻諧振放大器－電路(若選QL1=10)2.5丙類高頻諧振放大器－電路512.5丙類高頻諧振放大器－電路例：

試畫出兩級諧振功放的實際線路，要求：（1）兩級均采用NPN型晶體管，發(fā)射極直接接地。（2）第一級基極采用組合式偏置電路，與前級互感耦合；第二級基極采用零偏電路。（3）第一級集電極饋電線路采用并聯(lián)形式，第二級集電極采用集電極饋電線路，采用串聯(lián)形式。（4）兩極間回路為T型網(wǎng)絡，輸出回路采用型匹配網(wǎng)絡，負載為天線。522.5丙類高頻諧振放大器－電路解兩級均采用NPN型晶體管，發(fā)射極直接接地2.5丙類高頻諧振放大器－電路第一級基極采用組合式偏置電路，與前級互感耦合；第二級基極采用零偏電路。2.5丙類高頻諧振放大器－電路第一級集電極饋電線路采用并聯(lián)形式，第二級集電極饋電線路，采用串聯(lián)形式2.5丙類高頻諧振放大器－電路兩極間回路為T型網(wǎng)絡，輸出回路采用型匹配網(wǎng)絡，負載為天線。2.5丙類高頻諧振放大器－電路諧振功率放大器的實用電路下圖為一工作頻率為160MHz的諧振功率放大器，它向50Ω的外接負載提供13W功率，功率增益為9dB。基極采用自給偏置，由高頻扼流圈LB的直流電阻產(chǎn)生很小的負偏壓VB集電極采用并饋，LC為高頻扼流圈，CC為旁路電容放大器輸入端采用T型匹配網(wǎng)絡，調節(jié)C1、C2，使得功率管的輸入阻抗在工作頻率上，變換為前級放大器所要求的50Ω匹配電阻。放大器輸出端采用倒L型匹配網(wǎng)絡，調節(jié)C3、C4，使負載50Ω在工作頻率上變換為功率管所要求的匹配電阻。2.5丙類高頻諧振放大器－電路工作頻率為175MHz的兩級諧振功率放大電路的組成2.6倍頻器將輸入信號頻率成整數(shù)倍增加的電路甚高頻無線電發(fā)射機或中間級降低設備的主振頻率，提高穩(wěn)定性；調相或調頻發(fā)射機，增加調制度；擴展振蕩器工作頻段；2.6倍頻器丙類倍頻器的原理電路二倍頻器的主要波形習題諧振回路品質因數(shù)Q與通頻帶和選擇性有什么關系？提高諧振回路的Q值，在電路上主要采用什么手段。小信號調諧放大器在性能上存在什么矛盾，解決該矛盾有什么途徑。影響小信號諧振放大器穩(wěn)定性的因素是什么？可采用何措施來提高穩(wěn)定性。

如圖所示電路中，電感L的銅損電阻忽略不計，Rs=30k，電感量為100uH，RL=50k。

is=1cos(2×5×105t)mA。若要求回路的有載Q為50，確定C1和C2的值，并計算輸出電壓。習題什么叫丙類放大器的最佳負載，怎樣確定最佳負載？導通角怎樣確定？與哪些因素有關？導通角變化對丙類放大器輸出功率有何影響？諧振功率放大器原先工作于臨界狀態(tài)，若等效負載電阻R突然變化，增大或減小一倍，輸出功率PO如何變化？丙類功率放大器輸出波形不失真是由于什么？諧振功率放大器電路如圖，試從饋電方式、基極偏置和濾波匹配網(wǎng)絡等方面，分析這些電路的特點。課后思考題已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調整方