高頻電子線路第3章高頻諧振放大器課件

第3章高頻諧振放大器

高頻小信號(hào)放大器高頻功率放大器的原理與特性高頻功放的高頻效應(yīng)高頻功率放大器的實(shí)際線路D類高頻功放和高頻功率合成器簡介2023/7/241一、高頻小信號(hào)放大器

1、概述功能：不失真地放大高頻小信號(hào)和選頻濾波?！靶⌒盘?hào)”的含義：使放大器工作在線性放大區(qū)(屬于A類或甲類放大器)。小信號(hào)放大器的分類：(1)窄帶放大器和寬帶放大器窄帶放大器：放大的是窄帶信號(hào)，相對(duì)帶寬千分之幾。負(fù)載為并聯(lián)諧振回路、耦合回路或其它諧振回路，負(fù)載的功能是阻抗變換和選頻濾波。所以這種放大器又稱為高頻小信號(hào)諧振放大器。寬帶放大器：指需要放大多個(gè)高頻信號(hào)，或者中心頻率要隨時(shí)改變的高頻小信號(hào)放大器，它的負(fù)載為電阻、高頻變壓器或傳輸線變壓器。2023/7/242分立元件：用作窄帶放大器，工作頻率較高，但調(diào)整困難；集成放大器：用作寬帶放大器，增益高，性能穩(wěn)定，但噪聲性能要差一些。主要要求：①增益要高：接收機(jī)中頻放大器需要電壓增益80dB~100dB，需要多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)才能實(shí)現(xiàn)；②頻率選擇性要好：選擇性描述的是放大器選擇有用信號(hào)、抑制無用信號(hào)的能力，衡量選擇性好壞的參數(shù)是放大器的帶寬和矩形系數(shù)；③工作穩(wěn)定可靠：包括放大器的溫度穩(wěn)定性、受電源電壓等外界因素的影響要小、不產(chǎn)生任何自激；④接收機(jī)前級(jí)放大器：要求內(nèi)部噪聲要小。本章主要講分立元件高頻小信號(hào)諧振放大器。(2)分立元件和集成放大器2023/7/2432、工作原理直流偏置：直流偏置和低頻電路完全一樣。只不過基極和發(fā)射極高頻旁路電容Cb和Ce的電容值比低頻電路要小得多。2023/7/244交流等效電路：去掉直流偏置電路。高頻旁路電容Cb和Ce交流短路；直流電源對(duì)地交流短路；放大器的負(fù)載：是一個(gè)抽頭并聯(lián)諧振回路，對(duì)信號(hào)頻率ω0諧振，完成阻抗匹配和選頻濾波的功能。工作狀態(tài)：放大器工作在A(甲)類狀態(tài)。2023/7/2453、性能分析對(duì)晶體管的要求：特征頻率fT要高、β要高、噪聲系數(shù)要低。晶體管的高頻等效電路：包括混π等效電路和Y參數(shù)等效電路。晶體管混π等效電路：混π等效電路能全面反映雙極晶體管在高頻運(yùn)用時(shí)物理過程，也是分析晶體管高頻應(yīng)用時(shí)的基本等效電路。寬帶放大器通常采用混π等效電路來分析。：發(fā)射結(jié)電容；：集電結(jié)電容；：晶體管的跨導(dǎo)。2023/7/246晶體管Y參數(shù)等效電路：由混π等效電路導(dǎo)出，比混π等效電路使用方便，僅適合分析窄帶放大器。Yoe：基極和發(fā)射極交流短路時(shí)輸出導(dǎo)納；Yie：集電極和發(fā)射極交流短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；Yfe：集電極和發(fā)射極交流短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；Yre：基極和發(fā)射極交流短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納。Y參數(shù)等效電路的參數(shù)方程：2023/7/247說明：Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，而且還與工作頻率有關(guān)。只有當(dāng)放大器工作在窄帶時(shí)Y參數(shù)可以近似看作常數(shù)。Y參數(shù)和混π參數(shù)關(guān)系：Y參數(shù)實(shí)際應(yīng)用中的近似:2023/7/248放大器的性能參數(shù)：忽略管子內(nèi)部的反饋，即令Yre=0，這時(shí)放大器的電流、電壓關(guān)系為Y'L：代表負(fù)載等效到晶體管ce兩端的等效導(dǎo)納。根據(jù)上述關(guān)系可以計(jì)算放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入導(dǎo)納、輸出導(dǎo)納以及通頻帶和矩形系數(shù)。2023/7/249通頻帶B

0.707與矩形系數(shù)K

0.1:電壓放大倍數(shù)K：輸入導(dǎo)納Yi:輸出導(dǎo)納Yo:放大器的五個(gè)性能參數(shù)：2023/7/24104.高頻諧振放大器的穩(wěn)定性放大器不穩(wěn)定的原因：集電結(jié)電容Cb'c引入的電流反饋。也可以用Yre解釋。放大器不穩(wěn)定的表現(xiàn)：電流反饋如果在某個(gè)頻率點(diǎn)上滿足正反饋的相位和幅度條件，就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。在輸入導(dǎo)納Yi中，反饋表現(xiàn)為Yre引入的輸入導(dǎo)納Yir：△ω<0：Yir的電導(dǎo)為負(fù)，形成正反饋，會(huì)引起放大器不穩(wěn)定。2023/7/2411內(nèi)部反饋對(duì)放大器頻率特性的影響：2023/7/2412提高放大器穩(wěn)定性的方法：①選擇Yre小的晶體管：這是解決問題的最根本的方法；②中和法：人為地在輸出、輸入端引入一個(gè)附加的負(fù)反饋電路，來抵消Yre的正反饋，附加的反饋電路稱為中和電路。利用中和電容Cn的中和電路：為了抵消Yre的反饋,，從集電極回路取一與Uc反相的電壓Un，通過Cn反饋到輸入端。根據(jù)電橋平衡原理有2023/7/2413實(shí)際中和電路：用Cb'c來表示晶體管的反饋是一種近似，因此中和電路的效果是有限的，用的比較少，一般用在收音機(jī)電路中，如下圖。2023/7/2414③ 失配法：從輸入導(dǎo)納Yi的關(guān)系式可以看出，要降低Yre對(duì)輸入端的影響，可以通過增加負(fù)載導(dǎo)納來實(shí)現(xiàn)。但這意味著負(fù)載和晶體管的輸出導(dǎo)納不匹配，因此這種方法稱為失配法。下圖的共發(fā)—共基電路可以用失配法解釋：V2的輸入導(dǎo)納很大，意味著V1的負(fù)載導(dǎo)納很大。2023/7/2415雙柵極場效應(yīng)管放大器提高穩(wěn)定性的原理也可以用失配法解釋。雙柵極場效應(yīng)管放大器可以看作是共源-共柵兩個(gè)場效應(yīng)管的級(jí)聯(lián)，共柵放大器具有較大的輸入導(dǎo)納。2023/7/2416外部寄生反饋引起的不穩(wěn)定性：外部寄生反饋是以電磁耦合的方式出現(xiàn)。電磁干擾的耦合途徑：①電容性耦合：由導(dǎo)線與導(dǎo)線間、導(dǎo)線與器件間、器件與器件間的分布電容實(shí)現(xiàn)信號(hào)由后級(jí)耦合到前級(jí)；②電感耦合：由導(dǎo)線與導(dǎo)線間、導(dǎo)線與器件間、器件與器件間的互感實(shí)現(xiàn)信號(hào)由后級(jí)到前級(jí)的不必要耦合；③公共電阻耦合：后級(jí)信號(hào)通過公共導(dǎo)線或電阻實(shí)現(xiàn)信號(hào)由后級(jí)到前級(jí)的耦合；④輻射耦合：后級(jí)電路通過電磁輻射的方式耦合到前級(jí)。解決的辦法：①每一級(jí)電路就近多點(diǎn)接地；②對(duì)高輻射元件進(jìn)行屏蔽；③在每一級(jí)的直流供電處加去耦濾波電容。2023/7/24175.多級(jí)諧振放大器多級(jí)單調(diào)諧放大器：假設(shè)有n個(gè)單回路調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)，且各級(jí)電壓放大倍數(shù)分別為K01、K02、…、K0n，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?？傠妷悍糯蟊稊?shù)：2023/7/2418多級(jí)雙調(diào)諧放大器：設(shè)有n級(jí)雙調(diào)諧放大器級(jí)聯(lián)，均工作在臨界耦合狀態(tài)。假設(shè)各級(jí)電壓放大倍數(shù)分別為K01、K02、…、K0n，多級(jí)單調(diào)諧放大器諧振頻率相同,均為信號(hào)的中心頻率。2023/7/2419兩種級(jí)聯(lián)諧振放大器性能比較：(1)多級(jí)單調(diào)諧放大器：隨著n的增加，總帶寬減少，矩形系數(shù)得到改善(降低)。(2)多級(jí)雙調(diào)諧放大器：隨著n的增加，總帶寬減少，矩形系數(shù)得到改善(降低)。2023/7/2420參差調(diào)諧放大器：由多級(jí)具有不同頻率特性的調(diào)諧放大器構(gòu)成的參差調(diào)諧放大器在改善矩形系數(shù)的同時(shí)，還可以獲得較大的帶寬，在電視接收機(jī)的高頻放大器中廣泛應(yīng)用。2023/7/2421電視機(jī)高頻放大器的簡化電路：基于參差原理的寬帶放大器。輸入回路：單調(diào)諧(諧振于信號(hào)頻率)；輸出回路：雙調(diào)諧(工作在過耦合狀態(tài)，諧振于信號(hào)頻率)；雙柵極：提高穩(wěn)定性。2023/7/2422舉例：一中頻放大器電路如圖所示。已知諧振頻率f0=10.7MHz。線圈空載品質(zhì)因數(shù)Q0=100，晶體管經(jīng)中和后的Y參數(shù)(在工作頻率上)為：回路電容C=50pF，中頻變壓器的接入系數(shù)設(shè)后級(jí)晶體管Y參數(shù)與上相同。求：回路有載品質(zhì)因數(shù)QL和3dB帶寬B0.7；放大器的電壓增益；中和電容值(設(shè)Cb’c=2.67pF)。2023/7/2423，解：(1)回路總諧振電阻包括回路空載諧振電阻、晶體管輸出電阻和后級(jí)輸入電阻等效到回路中的電阻?；芈房傠娙荩夯芈冯娙荨⒕w管輸出電容和后級(jí)晶體管輸入電容等效到回路兩端的電容：2023/7/2424(2)計(jì)算電壓增益：(3)中和電容為：有載品質(zhì)因數(shù)為：3dB帶寬為：2023/7/2425二、高頻功率放大器的原理和特性1.概述主要功能：放大高頻信號(hào)、高效率地得到大的輸出功率。無線電發(fā)射機(jī)中，經(jīng)過調(diào)制的高頻信號(hào)只有通過功率放大才能送到天線輻射出去。性能參數(shù)：衡量高頻功放的性能指標(biāo)是輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。輸出功率：發(fā)射機(jī)需要的輸出功率范圍：1mW~100kW。 雙極晶體管和場效應(yīng)管：低于幾百瓦； 電子管：高于幾百瓦。轉(zhuǎn)換效率：高頻功放實(shí)質(zhì)上是將電源直流功率轉(zhuǎn)換成高頻功率的過程。轉(zhuǎn)換效率就是反映直流功率轉(zhuǎn)換成高頻功率的效率。最高可達(dá)80%。2023/7/2426工作狀態(tài)：為了提高轉(zhuǎn)換效率，高頻功率放大器大多工作在C(丙)類狀態(tài)。 A(甲)類：ηmax=50%，放大器一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。B(乙)類：ηmax=78.5%，放大器有一半時(shí)間處于導(dǎo)通狀態(tài)。C(丙)類：ηmax>78.50%，放大器有一少半時(shí)間處于導(dǎo)通狀態(tài)。

為了進(jìn)一步提高效率，近年來出現(xiàn)了如D類、E類和S類等開關(guān)型高頻諧振功放，本章主要介紹C類高頻諧振功放。負(fù)載：和低頻功放相比，高頻功放的相對(duì)帶寬比較低，故高頻功放用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載，以完成阻抗匹配和濾波功能，所以高頻功放稱為諧振功率放大器。高頻諧振功放的分析方法：對(duì)于C類高頻諧振功放，由于雙極晶體管(或場效應(yīng)管或電子管)工作在高頻、大信號(hào)非線性狀態(tài)，將采用近似地方法分析。2023/7/24272.工作原理電路特點(diǎn)：由晶體管、諧振回路和輸入回路組成。①晶體管：采用平面工藝制造的高頻大功率NPN管，有較高的特征頻率，能承受高電壓和高電流，為保證在C類工作，基極偏置應(yīng)使晶體管靜態(tài)時(shí)工作在截止區(qū)，因此基極偏壓為負(fù)電壓；2023/7/2428②諧振回路：功能是阻抗匹配和選頻濾波。一方面從集電極高頻脈沖電流中取出基波分量，得到不失真的輸出電壓；另一方面通過阻抗變換實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，使高頻功放以高效率輸出大功率。③輸入激勵(lì)信號(hào)：大信號(hào)，一般在0.5V以上，可達(dá)1~2V。2023/7/2429基極和發(fā)射極電流：假設(shè)激勵(lì)信號(hào)為單一頻率的余弦波，則基極電流和集電極電流為周期性的高頻余弦脈沖。

2023/7/2430三類功放與通角的關(guān)系：電流流通角θ(簡稱通角)：當(dāng)ωt=θ，晶體管由放大器區(qū)進(jìn)入截止區(qū)，這個(gè)最小的正θ值稱為電流流通角，簡稱通角。2023/7/2431集電極電流分析：集電極電流波形是周期性余弦脈沖，可以利用傅里葉級(jí)數(shù)分解成直流、基波(信號(hào)頻率分量)和各次諧波分量說明：α0(θ)、α1(θ)和αn(θ)分別稱為余弦脈沖的直流、基波、n次諧波分解系數(shù)?？梢圆楸?西電版或本章課件附有表格)。2023/7/2432基極電流分析：基極電流波形也是周期性余弦脈沖，分解方法同集電極電流相同，分解系數(shù)與集電極的完全相同。2023/7/2433輸出電壓和集電極電壓：由于并聯(lián)諧振回路諧振于激勵(lì)信號(hào)頻率ω，因此回路對(duì)基波分量呈現(xiàn)大的諧振阻抗RL，對(duì)直流和其他諧波分量呈現(xiàn)的阻抗近似為零，所以并聯(lián)諧振回路輸出電壓由Ic1產(chǎn)生。2023/7/2434高頻諧振功率放大器的電流波形關(guān)系：2023/7/2435高頻諧振功率放大器的電壓波形關(guān)系：2023/7/2436高頻功放的主要性能參數(shù)：

(1)高頻輸出功率P1:(2)集電極電源供給的直流輸入功率P0：(3)集電極損耗功率Pc：(4)定義集電極效率η：(6)基極激勵(lì)功率：(7)高頻功放的功率增益：(5)輸出功率與損耗功率的關(guān)系：2023/7/2437提高功率和效率的方法：①提高電壓利用系數(shù)ξ(即提高Uc)：通常是通過提高諧振回路的諧振阻抗來實(shí)現(xiàn)；②選擇合適的通角θ：功率與θ的關(guān)系由α1(θ)決定，效率η與θ的關(guān)系由波形系數(shù)γ決定。因此為了兼顧效率和輸出功率，θ取65°～75°。2023/7/24383.高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)高頻功放的動(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ic與電極電壓(ube或uce)的關(guān)系曲線,它在ic～uce或ic～ube坐標(biāo)系統(tǒng)中是一條折線AB?BC。2023/7/2439動(dòng)特性各點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算：小結(jié)：高頻功放的動(dòng)特性曲線不僅與負(fù)載電阻RL有關(guān)，還與放大器的通角θ有關(guān)；小信號(hào)放大器的動(dòng)特性曲線僅與負(fù)載電阻有關(guān)。說明：連接A、Q點(diǎn)交Uce軸于B點(diǎn)，則ABC三點(diǎn)連線即為高頻功放的動(dòng)特性曲線。如果A點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，則飽和區(qū)中的線用臨界飽和線代替。如果A點(diǎn)沒有進(jìn)入飽和區(qū)，則2023/7/2440高頻功放的工作狀態(tài)：高頻功放根據(jù)集電極電流是否進(jìn)入飽和區(qū)可以分為欠壓、臨界和過壓三種狀態(tài)。(1)欠壓狀態(tài)：晶體管在放大區(qū)和截止區(qū)變化，集電極電流ic為高頻脈沖、基本保持不變。輸出功率P1=UcIc1/2隨Uc增加而增加，P0=EcIc0不變，故效率η隨Uc增加而增加，說明集電極電壓利用的不充分，ξ<<1，A點(diǎn)處于放大區(qū)，因此稱為欠壓狀態(tài)。 2)過壓狀態(tài)：A點(diǎn)處于飽和區(qū)。由于放大器大部分時(shí)間處于飽和區(qū)，集電極余弦電流脈沖ic頂部向下凹陷，電壓利用系數(shù)ξ≈1，這種狀態(tài)稱為過壓狀態(tài)。(3)臨界狀態(tài)：A點(diǎn)正好處于臨界飽和線和放大區(qū)的交接點(diǎn)，稱為臨界狀態(tài)。這時(shí)的集電極電流仍為余弦脈沖，而且基波電流和回路電壓都最大，因此具有最大的輸出功率。這是高頻功放的最佳工作狀態(tài)，滿足這一狀態(tài)的負(fù)載電阻RL稱為臨界電阻或最佳負(fù)載電阻，用RLcr表示。2023/7/2441過壓狀態(tài)的電流波形：2023/7/2442例3-1已知某高頻諧振功放的工作頻率為10MHz。分析下列兩種情況下在臨界和過壓狀態(tài)下的輸出電流波形：解：(a)發(fā)射結(jié)電壓為余弦波臨界工作狀態(tài)：輸出電流為余弦脈沖，輸出電壓為余弦波；過壓工作狀態(tài)：輸出為凹陷的余弦脈沖，由于經(jīng)過選頻濾波，輸出電壓為余弦波。(b)發(fā)射結(jié)電壓為方波臨界工作狀態(tài)：輸出電流為方波脈沖，輸出電壓為余弦波；過壓工作狀態(tài)：輸出為凹陷的方波脈沖，由于經(jīng)過選頻濾波，輸出電壓仍為余弦波。(圖示見課本)2023/7/2443例3-2已知某高頻功放工作在臨界狀態(tài)，通角θ＝70°，輸出功率為P1=3W，Ec＝24V，所用高頻功率管的臨界飽和線斜率Sc＝0.33A/V，轉(zhuǎn)移特性曲線斜率S＝0.8A/V，Eb′=0.65V，管子能安全工作。試計(jì)算：P0、η、負(fù)載阻抗、Ub以及Eb的大小。解：臨界狀態(tài)的標(biāo)志就是icmax值正好處于放大區(qū)向飽和區(qū)過渡的臨界線上。臨界飽和線的斜率為Sc，則臨界線可表示為2023/7/2444求臨界時(shí)電壓利用系數(shù)ξcr、最大電流icmax以及與輸出功率P1的關(guān)系：考慮最大電流處2023/7/24452023/7/2446根據(jù)轉(zhuǎn)移特性計(jì)算所需激勵(lì)電壓Ub、基極偏置電壓Eb：轉(zhuǎn)移特性代表集電極電流與發(fā)射結(jié)電壓的關(guān)系曲線，可以表示為說明：這個(gè)例子概括了臨界狀態(tài)高頻諧振功放的各種公式。2023/7/24474.高頻功放的外部特性：指放大器的性能隨放大器的外部參數(shù)變化的規(guī)律。外部參數(shù)包括RL、Ub、Eb和Ec。負(fù)載特性：只改變負(fù)載電阻RL，集電極電流、電壓、功率和效率的變化情況。2023/7/2448振幅特性：只改變激勵(lì)信號(hào)振幅Ub，集電極電流、電壓、輸出功率和效率的變化特性。欠壓狀態(tài)：Ic1、Ic0和Uc隨Ub增加而增加;過壓狀態(tài)：Ub變化時(shí)，Ic1、Ic0和Uc保持不變，因而輸出功率和效率也不變。2023/7/2449調(diào)制特性：改變基極或集電極的偏置電壓，輸出高頻信號(hào)的幅度相應(yīng)改變。利用這種特性，可以實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。調(diào)制特性分為基極調(diào)制特性和集電極調(diào)制特性。如果在直流電壓Eb(或直流電壓Ec)疊加一個(gè)較小的信號(hào)(調(diào)制信號(hào))，再選擇合適的工作狀態(tài)，輸出信號(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)變化，就可以將調(diào)制和功放同時(shí)完成，通常稱為高電平調(diào)制。2023/7/2450調(diào)諧特性：諧振回路在調(diào)諧過程中性能參數(shù)的變化情況。一般是通過調(diào)整回路電容來進(jìn)行調(diào)諧的。注意：調(diào)諧時(shí)，為了防止由于輸出電壓、電流大幅度變化而損壞晶體管，可以減少Ec或減少激勵(lì)電壓。2023/7/2451三、高頻功率放大器的高頻效應(yīng)

高頻效應(yīng)：當(dāng)晶體管處于中頻區(qū)(0.5fβ<f<fT)甚至更高頻率時(shí)，會(huì)出現(xiàn)功率下降、效率降低、增益下降以及輸入/輸出阻抗為復(fù)阻抗等現(xiàn)象，稱為功放管的高頻效應(yīng)。1.少數(shù)載流子的渡越時(shí)間效應(yīng)

晶體管是電荷控制器件，少數(shù)載流子的注入和擴(kuò)散是信號(hào)放大的基礎(chǔ)。載流子渡越時(shí)間：少數(shù)載流子在基區(qū)擴(kuò)散而到達(dá)集電極的時(shí)間。晶體管在低頻和高頻時(shí)渡越時(shí)間的影響是不一樣的。低頻工作(信號(hào)周期大)：渡越時(shí)間小于信號(hào)周期，基區(qū)載流子分布可以跟上外加瞬時(shí)電壓的變化，晶體管各極電流僅僅與當(dāng)前輸入信號(hào)電壓有關(guān)。高頻工作(信號(hào)周期小)：渡越時(shí)間與信號(hào)周期相當(dāng)，某一時(shí)刻基區(qū)載流子分布與前一時(shí)刻信號(hào)電壓有關(guān)，因此各極電流并不取決當(dāng)前信號(hào)電壓，導(dǎo)致高頻功放性能惡化。2023/7/2452載流子渡越時(shí)間對(duì)電流波形的影響：(a)低頻；(b)高頻性能惡化的具體體現(xiàn)：集電極電流減少，輸出功率下降；通角增大，集電極效率降低。2023/7/24532.非線性電抗效應(yīng)功放管的集電結(jié)電容：就是隨集電結(jié)電壓Ube變化的非線性勢壘電容。數(shù)值可達(dá)10～200pF。影響：可以概括為兩條。(1)形成一條反饋支路，導(dǎo)致放大器不穩(wěn)定。(2)在輸出端形成一個(gè)隨Ube非線性變化的輸出電容。3.發(fā)射極引線電感的影響

發(fā)射極引線電感：

其中l(wèi)為引線長度，d為直徑。影響：高頻工作時(shí)ωLe不能忽略，在共發(fā)功放放大器中引入射極負(fù)反饋，導(dǎo)致增益降低。2023/7/24544.飽和壓降的影響

晶體管工作于高頻時(shí),飽和壓降Uces隨頻率提高而加大。影響：導(dǎo)致功放的集電極電壓利用系數(shù)減少，這樣會(huì)使輸出功率和轉(zhuǎn)換效率降低。2023/7/2455

四、高頻功率放大器的實(shí)際線路

1、直流饋電線路：包括集電極和基極饋電線路。功能：包括三個(gè)方面：① 保證集電極回路電壓uce=Ec?uc，基極回路電壓ube=Eb+ub；② 保證集電極和基極電流的直流和基波分量有各自的通路；③ 防止高頻信號(hào)流過直流電源，增加高頻功率損耗。可通過設(shè)置旁路電容Cb和高頻扼流圈Lb來實(shí)現(xiàn)上述目的。在短波波段，Cb=0.01uF~0.1uF，Lb=10uH~100uH。2023/7/2456集電極饋電線路：包括串聯(lián)和并聯(lián)饋電線路。串聯(lián)饋電線路：晶體管、諧振回路和集電極電源三者是串聯(lián)關(guān)系(圖(a))。(1)直流通路 Ec→Lb→L→晶體管→Ec(2)交流通路 發(fā)射極→Cb→諧振回路→集電極高頻扼流圈Lb：防止高頻電流流過Ec。旁路電容Cb：提供交流通路，防止高頻電流流過Ec。2023/7/2457集電極并聯(lián)饋電線路：晶體管、諧振回路和集電極電源三者是并聯(lián)關(guān)系。(圖(b))(1)直流通路 Ec→Lb→晶體管→Ec(2)交流通路 發(fā)射極→諧振回路→Cb→集電極

Cb：耦合電容，Cb1：旁路電容，Lb：高頻扼流圈。 無論何種饋電方式，均有：uce=Ec-uc2023/7/2458基極饋電線路：有四種饋電方式。(1)固定偏壓:基極直流偏壓由外部電源提供；(2)自給偏壓:由基極或發(fā)射極直流電流流過電阻產(chǎn)生；(3)組合偏壓:固定偏壓和自給偏壓兼而有之；(4)零偏壓:基極沒有偏置電壓。 自給偏壓的優(yōu)點(diǎn)是偏壓能隨激勵(lì)大小變化，電路工作穩(wěn)定。圖(a):

發(fā)射極自給偏壓；圖(b):

基極組合偏壓；圖(c):零偏壓2023/7/2459舉例：例3-2。改正圖(a)線路中的錯(cuò)誤，不得改變饋電形式，重新畫出正確的線路。2023/7/24602.輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

主要功能:(1)為了保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；(2)為了擬制工作頻率之外的無用頻率，實(shí)現(xiàn)濾波；(3)適應(yīng)發(fā)射機(jī)的波段工作。常用的匹配網(wǎng)絡(luò)有LC網(wǎng)絡(luò)和耦合回路。

LC匹配網(wǎng)絡(luò)：主要由LC元件組成，有三種形式。2023/7/2461L-I型網(wǎng)絡(luò)(負(fù)載電阻Rp與Xp并聯(lián))：L-Π型網(wǎng)絡(luò)(負(fù)載電阻Rs與Xs串聯(lián))：2023/7/2462舉例1：已知工作頻率f=5MHz，功放臨界電阻RLcr=100Ω，天線端電阻R2=10Ω。例3-3。解：屬于L-II型匹配電路。2023/7/2463舉例2：超短波輸出放大器的實(shí)際電路，它工作于固定頻率。輸出回路采用π型(C1L1C2)匹配網(wǎng)絡(luò)，其中L2為補(bǔ)償電感(補(bǔ)償天線輸入阻抗中的容抗)，Cb為耦合電容或隔直電容。調(diào)整C1C2實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和調(diào)諧。2023/7/2464耦合回路：采用互感耦合回路作為輸出電路，可以多波段工作，改變互感M可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。下圖是一短波發(fā)射機(jī)的輸出放大器，圖中只畫出一個(gè)波段。耦合回路初級(jí)線圈采用抽頭回路，并采用1:4傳輸線變壓器，原因是功放管的輸出阻抗較??；集電極接地便于晶體管散熱。2023/7/24653.推挽線路與線性高頻功放

功能:高頻功放在放大某些已調(diào)波信號(hào)(如調(diào)幅信號(hào)、單邊帶信號(hào))時(shí)，除了需要提高輸出功率外，還需要“線性高頻功率放大”，推挽線路就可以完成這樣的功能。推挽線路的結(jié)構(gòu)：兩個(gè)功放管VT1和VT2工作在B類狀態(tài)、交替導(dǎo)通、協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)線性功率放大。輸入端采用傳輸線變壓器實(shí)現(xiàn)阻抗變換，輸出負(fù)載為寬帶電阻，變壓器實(shí)現(xiàn)阻抗變換。2023/7/24664.高頻功放的實(shí)際線路舉例

圖(a)是工作頻率為50MHz的晶體管諧振功率放大電路，它向50Ω外接負(fù)載提供25W功率，功率增益達(dá)7dB?；鶚O采用零偏壓(Lb為高頻扼流圈)，C1C2L1組成T型匹配網(wǎng)絡(luò)，集電極采用串饋，L2L3C3C4組成π型匹配網(wǎng)絡(luò)。2023/7/2467圖(b)為175MHz的VMOS場效應(yīng)管諧振功放電路，可以向50Ω負(fù)載提供10W功率，效率大于60%，柵極采用T型網(wǎng)絡(luò)(C1C2C3L1)，漏極為π型網(wǎng)絡(luò)(L2L3C5C7C8)。柵極采用并饋偏置，漏極采用串饋偏置。2023/7/2468

五、D類高頻功放和高頻功率合成器簡介

1、D類高頻功率放大器提高高頻功率放大器效率的關(guān)鍵是降低集電極損耗功率。如果在集電極電流導(dǎo)通期間，使集電極電壓為零或者是很小的值，則能進(jìn)一步減小集電極損耗，提高集電極效率。D類高頻功放就是工作于這種開關(guān)狀態(tài)的放大器，它的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到90%以上。基本假設(shè)：通常假定集電極電壓為理想方波波形或電流為理想方波波形。激勵(lì)電壓：可以是正弦波，也可以是其他脈沖波形，但是電壓幅度必須足夠大，使晶體管迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)。D類高頻功放的分類：電流開關(guān)放大器和電壓開關(guān)放大器。2023/7/2469電流開關(guān)型D類放大器：激勵(lì)信號(hào)為方波電壓或大幅度正弦波，集電極電流波形為方波信號(hào)。兩晶體管特性相同，激勵(lì)電壓反相，交替導(dǎo)通或截止；輸出信號(hào)為正弦波，并聯(lián)諧振回路選頻(LC)。2023/7/2470電流開關(guān)型D類功放的功率與效率：集電極電壓為半余弦脈沖2023/7/2471電壓開關(guān)型D類放大器：激勵(lì)信號(hào)為方波電壓或大幅度正弦波，集電極電壓波形為方波信號(hào)。兩晶體管特性相同，但激勵(lì)電壓反相，因此交替導(dǎo)通或截止；輸出信號(hào)為正弦輸出信號(hào)，通過串聯(lián)回路(L0C0)選頻。2023/7/2472電壓開關(guān)型D類功放的功率與效率：考慮理想情況，集電極電流為半余弦脈沖，流通角為90°，因此說明：實(shí)際的效率要低于100%，主要由晶體管導(dǎo)通期間的飽和壓降和開關(guān)轉(zhuǎn)換期間(脈沖上升沿和下降沿)的損耗功率造成。2023/7/2473

2.功率合成器：所謂功率合成器，就是采用多個(gè)高頻晶體管，使它們產(chǎn)生的高頻功率在一個(gè)公共負(fù)載上相加。

功率合成器組成方框圖：晶體管放大器不帶調(diào)