第三章高頻諧振放大器

第三章高頻諧振放大器第1頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1高頻小信號放大器

高頻小信號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。

高頻小信號放大器的特點:①頻率較高中心頻率一般在幾百kHz到幾百MHz，頻帶寬度在幾kHz到幾十MHz②小信號信號較小故工作在線性范圍內(nèi)(甲類放大器)第2頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻小信號放大器的分類按所用的器件：晶體管（BJT)、場效應(yīng)管（FET)、集成電路（IC)

按頻帶寬度：窄帶放大器和寬帶放大器窄帶放大器是采用諧振回路作負(fù)載的放大器，具有阻抗變換、濾波和選頻的作用。按電路形式：單級放大器和級聯(lián)放大器

第4頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月對高頻小信號放大器的主要要求：（1）增益高，通?？慷嗉壏糯笃鲗崿F(xiàn)（2）頻率選擇性好（通頻帶窄，矩形系數(shù)接近1）從各種不同頻率的信號的總和（有用的和有害的）中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性。放大器的通頻帶和矩形系數(shù)是衡量選擇性的兩個重要參數(shù)。放大器所放大的一般都是已調(diào)制的信號，已調(diào)制的信號都包含一定譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，讓必要的信號頻譜分量通過放大器。（3）工作穩(wěn)定可靠；（4）噪聲低。在多級放大器中，第一級的噪聲對整個放大器的噪聲起決定作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小。

以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應(yīng)根據(jù)需要決定主次，進(jìn)行分析和討論。第5頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖3─1高頻小信號諧振放大器(a)實際線路;3.1.1高頻小信號諧振放大器的工作原理

Rb1、Rb2、Re為偏置電阻，決定工作點，Cb、Ce對高頻旁路

C、L組成L、C諧振回路

第6頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─1高頻小信號諧振放大器(b)交流等效電路第7頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2放大器性能分析

1．晶體管的高頻等效電路

圖3─2(a)是晶體管在高頻運用時的混Π等效電路,它反映了晶體管中的物理過程,也是分析晶體管高頻時的基本等效電路。

圖3─2晶體三極管等效電路(a)混Π等效電路;第8頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖3─2晶體三極管等效電路(b)Y參數(shù)等效電路第9頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖3-3可以得到晶體管Y參數(shù)等效電路的Y參數(shù)方程:(3─5a)(3─5b)圖3─3高頻小信號放大器的高頻等效電路第10頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．放大器的性能參數(shù)

忽略管子內(nèi)部的反饋,即令Yre=0,由圖3─3可得(3─6a)圖3─3圖3─1高頻小信號放大器的高頻等效電路(3─6b)第11頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月①②③④②=④，得電壓放大倍數(shù)⑤由⑤得，代入①，得輸入導(dǎo)納第12頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月①②③④①=③，得又，得：⑥將⑥代入②，得：輸出導(dǎo)納第13頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)輸出導(dǎo)納Yo(3─9)(1)電壓放大倍數(shù)K(2)輸入導(dǎo)納Yi(3─7)(3─8)第14頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.1.3高頻諧振放大器的穩(wěn)定性1．放大器的穩(wěn)定性反向傳輸導(dǎo)納Yre引入的輸入導(dǎo)納,記為Yir。忽略

r

bb′的影響,則由式(3─3)、(3─4)有將Yoe歸入負(fù)載中,并考慮諧振頻率ω0附近情況,有(4)通頻帶B

0.707與矩形系數(shù)K

0.1

通頻帶B

0.707為(3─10)第15頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月將Yoe歸入負(fù)載中,并考慮諧振頻率ω0附近情況,有(3─11)則第16頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月gF改變了回路的QL值,bF引起回路失諧。自激產(chǎn)生的原因第17頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

gF是頻率的函數(shù)，在某些頻率上可能為負(fù)值，即呈負(fù)電導(dǎo)性，使回路的總電導(dǎo)減小，QL增加，通頻帶減小，增益也因損耗的減少而增加，即負(fù)電導(dǎo)gF供給回路能量，出現(xiàn)正反饋。當(dāng)gF=gs+gie（回路原有電導(dǎo)）則回路總電導(dǎo)g=0，QL

，放大器失去放大性能，處于自激振蕩工作狀態(tài)。第18頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月2.提高放大器穩(wěn)定性的方法

是利用中和電容Cn的中和電路。為了抵消Yre的反饋,從集電極回路取一與反相的電壓,通過Cn反饋到輸入端。根據(jù)電橋平衡有則中和條件為(3─12)第20頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于yre的存在，晶體管是一個雙向的器件，增強放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。單向化的方法有：⑴中和法消除yre的反饋⑵失配法使GL或gs的數(shù)值增大，因而使輸入或輸出回路與晶體管失去匹配。中和法:外加一個電容抵消正反饋電容的作用.失配法：信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配；晶體管輸出端負(fù)載不與晶體管的輸出阻抗匹配。即以犧牲電壓增益來換取放大器的穩(wěn)定性2.提高放大器穩(wěn)定性的方法第21頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月電橋平衡時，CD兩端的回路電壓不會反映到AB兩端,即對應(yīng)兩邊阻抗之比相等。(1)中和法：在放大器線路中插入一個外加的反饋電路，使它的作用恰好和晶體管的內(nèi)反饋互相抵消。具體線路：

第22頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─5中和電路(a)原理電路;第23頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─5中和電路(b)某收音機實際電路第24頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月使Yi=yie，即使后項

0，則必須加大Y

L

晶體管實現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法一般采用共發(fā)一共基級聯(lián)放大。則

信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負(fù)載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。(2)失配法

第25頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─6共發(fā)—共基電路第26頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─7雙柵場效應(yīng)管調(diào)諧放大器

第27頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3.中和法與失配法比較中和法：優(yōu)點：簡單，增益高缺點：①只能在一個頻率上完全中和，不適合寬帶②因為晶體管離散性大，實際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。③采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變化沒有改善效果。失配法：優(yōu)點：①性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；②頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；③生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。缺點：增益低。第28頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.1.4多級諧振放大器1．多級單調(diào)諧放大器

多級單調(diào)諧放大器的諧振頻率相同,均為信號的中心頻率。(3─13)(3─14)(3─15)第29頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.多級雙調(diào)諧放大器

(3─16)3.參差調(diào)諧放大器

圖3─8是采用單調(diào)諧回路和雙調(diào)諧回路組成的參差調(diào)諧放大器的頻率特性。圖3─9示出了一彩色電視機高頻頭的調(diào)諧放大器的簡化電路。

第31頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.1.5高頻集成放大器高頻集成放大器有兩類:一種是非選頻的高頻集成放大器,主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變壓器作負(fù)載;另一種是選放大器,用于需要有選頻功能的場合,如接收機的中放就是它的典型應(yīng)用。

圖3─10(a)中,集中選頻濾波器接于寬帶集成放大器的后面。圖3─10(b)是另一種接法。第32頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─9電視機高頻放大器的簡化電路

第34頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─10集中選頻放大器組成框圖第35頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─11示出了MiniCircuits公司生產(chǎn)的一集成放大器MRA8的應(yīng)用電路，MRA8是硅單片放大器,其主要指標(biāo)見表3─3。圖3─11集成選頻放大器應(yīng)用舉例

第37頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月本節(jié)小結(jié)一、高頻小信號放大器是通常分為諧振放大器和非諧振放大器，諧振放大器的負(fù)載為串、并聯(lián)諧振回路或耦合回路。二、小信號諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇性兩個質(zhì)量指標(biāo)來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實際幅頻特性接近理想幅頻特性的程度，矩形系數(shù)越接近于1，則諧振放大器的選擇性愈好。第38頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月三、高頻小信號放大器由于信號小，可以認(rèn)為它工作在管子的線性范圍內(nèi)，常采用有源線性四端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。Y參數(shù)等效電路和混合

等效電路是描述晶體管工作的重要模型。

Y參數(shù)與混合參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系，Y參數(shù)不僅與靜態(tài)工作點有關(guān)，而且是工作頻率的函數(shù)。四、單級單調(diào)諧放大器是小信號放大器的基本電路，其電壓增益主要決定于管子的參數(shù)、信號源和負(fù)載，為了提高電壓增益，諧振回路與信號源和負(fù)載的連接常采用部分接入方式。第39頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

五、由于晶體管內(nèi)部存在反向傳輸導(dǎo)納Yre，使晶體管成為雙向器件，在一定頻率下使回路的總電導(dǎo)為零，這時放大器會產(chǎn)生自激。為了克服自激常采用“中和法”和“失配法”使晶體管單向化。保持放大器穩(wěn)定工作所允許的電壓增益稱為穩(wěn)定電壓增益，用(Avo)s表示，(Avo)s只考慮了內(nèi)部反饋，未考慮外部其他原因引起的反饋。

第40頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2高頻功率放大器的原理和特性

一、高頻功放的作用及特性1、使用諧振功率放大器的目的

放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足夠大的發(fā)射功率。音頻放大器聲音話筒載波振蕩器高頻放大器振幅調(diào)制器2、功率信號放大器使用中需要解決的兩個問題：①高效率輸出②高功率輸出聯(lián)想對比：諧振功率放大器與高頻小信號諧振放大器；諧振功率放大器與低頻功率放大器；第41頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3、諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：①放大的信號均為高頻信號②放大器的負(fù)載均為諧振回路。不同之處：①激勵信號幅度大小不同；②放大器工作點不同；③晶體管動態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號諧振放大器波形圖第42頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月小信號諧振放大器波形圖2

c是在一周期內(nèi)的集電極電流流通角，因此，c可稱為半導(dǎo)通角或截止角(意即t=

c時，電流被截止)。為方便起見，以后將c簡稱為通角

2

c第43頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月諧振功率放大器波形圖2

c第44頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月共同之處:都要求輸出功率大和效率高。功率放大器實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率4、高頻功率放大器與低頻功率放大器的異同之處不同之處：①工作頻率和相對頻帶寬度不同；②放大器的負(fù)載不同；③放大器的工作狀態(tài)不同。第45頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月5、工作狀態(tài)：功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路第46頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號,其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(

c＜90

)，為了不失真的放大信號，它的負(fù)載必須是諧振回路。非諧振功率放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負(fù)載。諧振功率放大器的分析方法：圖解法，解析法第47頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月1、原理電路諧振功率放大器的基本電路(1)晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。(2)諧振回路LC是晶體管的負(fù)載(3)基極為負(fù)偏壓，電路工作在丙類工作狀態(tài)(思考一：why?)外部電路關(guān)系式：一、諧振功率放大器的工作原理設(shè)輸入信號為第48頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線必須強調(diào)指出：集電極電流ic雖然是脈沖狀，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。第49頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月放大器的負(fù)載為并聯(lián)諧振回路(思考二：why?)

，其諧振頻率ω0等于信號頻率ω時，回路對ω呈現(xiàn)一大的諧振阻抗RL，在基波分量上產(chǎn)生電壓，對遠(yuǎn)離ω的直流和諧波分量2ω、3ω呈現(xiàn)很小的阻抗，因而輸出很小，幾乎為零。周期性脈沖可以分解成直流、基波(信號頻率分量)和各次諧波分量,即第50頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月諧振功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系（a）2、電流與電壓波形：第51頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月(b)tw或電壓電流oVBZVCCV－BBVbmVcmvbEmaxqiCicmaxciCvCEvBEvCEmin1.iC與vBE同相，與vCE反相；2.iC脈沖最大時，vCE最??；3.導(dǎo)通角和vCEmin越小，Pc越小；vCE第52頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系第53頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3、高頻功放的能量關(guān)系

功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈ァＳ幸徊糠止β室詿崮艿男问较脑诩姌O上，成為集電極耗散功率。為了表示晶體管放大器的轉(zhuǎn)換能力引入集電極效率ηcP0=直流電源供給的直流功率；P1=交流輸出信號功率；Pc=集電極耗散功率；根據(jù)能量守衡定理：故集電極效率：第54頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可以得出以下兩點結(jié)論：2）由式可知如果維持晶體管的集電極耗散功率Pc不超過規(guī)定值，那么提高集電極效率

c，將使交流輸出功率P1大為增加。諧振功率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。1)設(shè)法盡量降低集電極耗散功率Pc，則集電極效率

自然會提高。這樣，在給定P0時，晶體管的交流輸出功率P1就會增大；第55頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月如何減小集電極耗散功率Pc可見使ic在vCE最低的時候才能通過，那么，集電極耗散功率自然會大為減小。晶體管集電極平均耗散功率：故：要想獲得高的集電極效率，諧振功率放大器的集電極電流應(yīng)該是脈沖狀。導(dǎo)通角小于180，處于丙類工作狀態(tài)。諧振功率放大器工作在丙類工作狀態(tài)時

c＜90

，集電極余弦電流脈沖可分解為傅里葉級數(shù)：第56頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月直流功率：輸出交流功率：Vc-----回路兩端的基頻電壓Ic1-----基頻電流RL------回路的諧振電阻放大器的集電極效率：集電極電壓利用系數(shù):為通角

c的函數(shù)；

c越小γ越大波形系數(shù):第57頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

越大(即Vcm越大或vcEmin越小)

c越小,效率

c越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率

c的途徑為：1、減小

c角；2、使LC回路諧振在信號的基頻上，即ic的最大值應(yīng)對應(yīng)vcE的最小值。vCE第58頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月若將尖頂脈沖分解為傅里葉級數(shù)由傅里葉級數(shù)的求系數(shù)法得其中：尖頂脈沖的分解系數(shù)第59頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月尖頂脈沖的分解系數(shù)當(dāng)

c≈120

時，Ic1/icmax達(dá)到最大值。在Icmax與負(fù)載阻抗Rp為某定值的情況下，輸出功率將達(dá)到最大值。這樣看來，取

c=120

應(yīng)該是最佳通角了。但此時放大器處于甲級工作狀態(tài)效率太低。右圖可見：第60頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月尖頂脈沖的分解系數(shù)：－波形系數(shù)由曲線可知：極端情況

c=0時，此時

=1，

c可達(dá)100%因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取70

左右。由于第61頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月(3─27)高頻功放的功率放大倍數(shù)為(3─28)用dB表示為(3─29)第62頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月故諧振功率放大器的工作特點：·放大高頻大信號,屬于非線性工作狀態(tài)；·基極偏置為負(fù)值,半通角

c＜90

，即丙類工作狀態(tài)；·電流脈沖是尖頂余弦脈沖；·負(fù)載為LC諧振回路。第64頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻功放的分析方法

由于高頻功率放大器通常工作于丙類，屬于非線性電路，因此不能用線性等效電路來分析。圖解法——利用電子器件的特性曲線來對其工作狀態(tài)進(jìn)行計算優(yōu)點：從客觀實際出發(fā)，計算結(jié)果比較準(zhǔn)確缺點：對工作狀態(tài)的分析不方便，步驟繁雜折線近似法——用折線段來表示電子器件的特性曲線，將電子器件的特性曲線用某些近似解析式來表示優(yōu)點：物理概念清楚，分析工作狀態(tài)方便缺點：計算準(zhǔn)確度較低二、高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)第65頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

折線法所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進(jìn)行分析和計算的方法。工程上都采用近似估算和實驗調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進(jìn)行分析和計算。折線法就是常用的一種分析法。對諧振功率放大器進(jìn)行分析計算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量Ic0和基頻分量Icm1。二、高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)第66頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月折線分析法的主要步驟：1、測出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線ic~vBE及輸出特性曲線ic~vCE，并將這兩組曲線作理想折線化處理。2、作出動態(tài)特性曲線。3、根據(jù)激勵電壓vb的大小在已知理想特性曲線上畫出對應(yīng)電流脈沖ic和輸出電壓vc的波形。4、求出ic的各次諧波分量Ic0、Ic1、Ic2……由給定的負(fù)載諧振阻抗的大小，即可求得放大器的輸出電壓、輸出功率、直流供給功率、效率等指標(biāo)。第67頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體管實際特性和理想折線根據(jù)理想化原理晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性可用交橫軸于VBZ的一條直線來表示(VBZ為發(fā)射結(jié)開啟電壓)。由上圖可見，根據(jù)理想化原理，在放大區(qū),集電極電流只受基極電壓的控制,與集電極電壓無關(guān);在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。

晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線第68頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極電流是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種：1)欠壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流在臨界線的右方，交流輸出電壓較低且變化較大。2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高且變化不大。3)臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點，集電極最大點電流正好落在臨界線上。第69頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月1.高頻功放的動特性晶體管的靜態(tài)特性是在集電極電路內(nèi)沒有負(fù)載阻抗的條件下獲得的。如，維持基極電壓vBE不變，改變集電極電壓vCE

，就可求出ic–vCE靜態(tài)特性曲線族。如果集電極電路有負(fù)載阻抗，則當(dāng)改變vBE使ic變化時，由于負(fù)載上有電壓降，就必然同時引起vCE的變化。第70頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗RL、激勵電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個參量決定的。如果VCC、VBB、vb3個參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻RL決定。此時，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨RL而變化的特性，就叫做放大器的負(fù)載特性。

所謂動態(tài)特性是和靜態(tài)特性相對應(yīng)而言的，在考慮了負(fù)載的作用后，所獲得的vCE、vBE與ic的關(guān)系曲線就叫做動態(tài)特性。第71頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)線作法：A、B、C為三點連線為動特性曲線，⑴取A、Q兩點；⑵連AQ，交橫軸于B點。

(3)取C點，連接BC兩點。特殊點說明⑴A點：＝0，確定A點。vBE達(dá)到最大，vCE達(dá)到最小，iC達(dá)到最大；⑵Q點：＝90，vCE＝VCC確定Q點，Q點是個假想點，虛擬電流IQ

連接AQ,確定B點。ic–vCE坐標(biāo)平面上的動態(tài)特性曲線的作法與相應(yīng)的ic波形

vCE=VCC–Vcmcos

tvBE=VBB+Vbmcos

tvBE=VBB第72頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月vBE=VBB+Vbmcos

t

vCE=VCC–Vcmcos

t(3)C點:確定C點.A、B、C三點連線即為動特性曲線。第73頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月在VCC、VBB、vb為一定，只變化放大器的負(fù)載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性。電壓、電流隨負(fù)載變化波形

在負(fù)載電阻RL由小至大變化時，負(fù)載線的斜率由小變大，如圖中1

2

3。不同的負(fù)載，放大器的工作狀態(tài)是不同的,所得的ic波形、輸出交流電壓幅值、功率、效率也是不一樣的。2.欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)第74頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月2.欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)①欠壓狀態(tài):B點以右的區(qū)域。在欠壓區(qū)至臨界點的范圍內(nèi)，根據(jù)Vc=RLIc1，放大器的交流輸出電壓在欠壓區(qū)內(nèi)必隨負(fù)載電阻RL的增大而增大，其輸出功率、效率的變化也將如此。②臨界狀態(tài):負(fù)載線和vbmax正好相交于臨界線的拐點。放大器工作在臨界狀態(tài)時，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。根據(jù)集電極是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種:第75頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月③過壓狀態(tài)電壓、電流隨負(fù)載變化波形過壓狀態(tài)放大器的負(fù)載較大，如動態(tài)線3就是這種情況。動態(tài)線穿過臨界點C后，電流沿臨界線下降，因此集電極電流ic呈下凹頂狀，過壓愈重，則ic波頂下凹愈厲害，嚴(yán)重時，ic波形可分裂為兩部分。根據(jù)傅里葉級數(shù)對ic波形分解可知，波形下凹的ic，其基波分量Ic1會下降，下凹愈深，則Ic0、Ic1的下降也就愈激烈因此放大器的輸出功率和效率也要減小。第76頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。第77頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月過壓狀態(tài)的優(yōu)點是，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時，效率可達(dá)最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。第78頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月臨界狀態(tài)的特點是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機的末級常設(shè)計成這種狀態(tài)，在計算諧振功率放大器時，也常以此狀態(tài)為例。掌握負(fù)載特性，對分析集電極調(diào)幅電路、基極調(diào)幅電路的工作原理，對實際調(diào)整諧振功率放大器的工作狀態(tài)和指標(biāo)是很有幫助的。第79頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月三、高頻功放的外部特性調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負(fù)載RL；改變供電電壓VCC；改變偏壓VBB；改變激勵Vb。

改變VBE第80頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)改變RL，但Vb、VCC、VBB不變當(dāng)負(fù)載電阻RL由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨界狀態(tài)時輸出功率最大。負(fù)載特性曲線1.高頻功放的負(fù)載特性第81頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月VCC變化時對工作狀態(tài)的影響在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流的振幅將隨VCC的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。改變VCC，但Rp、Vb、VBB不變當(dāng)集電極供電電壓VCC由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。2.高頻功放的集電極調(diào)制特性第82頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月改變VCC對工作狀態(tài)的影響(高頻功放的集電極調(diào)制特性)第83頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月Vb變化，但VCC、VBB、RL不變或VBB變化，但VCC、Vb、RL不變這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因為無論是Vb還是VBB的變化，其結(jié)果都是引起vBE的變化。由vBE=VBB+Vbcos

t

vBEmax=VBB+Vb當(dāng)VBB或Vb由小到大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。3.高頻功放的振幅特性&高頻功放的基極調(diào)制特性第84頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月在過壓區(qū)中輸出電壓隨VCC改變而變化的特性為集電極調(diào)幅的實現(xiàn)提供依據(jù)；因為在集電極調(diào)幅電路中是依靠改變VCC來實現(xiàn)調(diào)幅過程的。改變VCC時，其工作狀態(tài)和電流、功率的變化如上圖所示。1.改變VCC對工作狀態(tài)的影響各極電壓對工作狀態(tài)的影響VCC由小

大時，對應(yīng)工作狀態(tài)由過壓

臨界

欠壓。第85頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月Vb變化時電流、功率的變化2.改變vb對工作狀態(tài)的影響當(dāng)vb由小到大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓

臨界

過壓。第86頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月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,同時也可以看成是一高頻功率發(fā)生器(在外部激勵下的發(fā)生器)。

1．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RL,高頻功放電流、電壓、功率及效率η變化的特性。圖3─18(b)是根據(jù)圖3─18(a)而得到的功率、效率曲線。

2．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信號振幅Ub時,放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。第87頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第88頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第89頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.高頻功放的調(diào)制特性1)基極調(diào)制特性2)集電極調(diào)制特性4.高頻功放的調(diào)諧特性

第90頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3高頻功率放大器的高頻效應(yīng)

1.少數(shù)載流子的渡越時間效應(yīng)

晶體管本質(zhì)上是電荷控制器件。

2.非線性電抗效應(yīng)功放管中存在集電結(jié)電容,這個電容是隨集電結(jié)電壓Ube變化的非線性勢壘電容。(3─30)3.發(fā)射極引線電感的影響

(3─31)第91頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第92頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.飽和壓降的影響

晶體管工作于高頻時,實驗發(fā)現(xiàn)其飽和壓降隨頻率提高而加大。第93頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.4高頻功率放大器的實際線路

3.4.1直流饋電線路

直流饋電線路包括集電極和基極饋電線路。下面結(jié)合集電極饋電線路和基極饋電線路說明Cb、Lb的應(yīng)用方法。圖3─25是集電極饋電線路的兩種形式:串聯(lián)饋電線路和并聯(lián)饋電線路。圖3─25(b)中晶體管、電源、諧振回路三者是并聯(lián)連接的,故稱為并聯(lián)饋電線路。第94頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─25集電極饋電線路兩種形式(a)串聯(lián)饋電;(b)并聯(lián)饋電根據(jù)直流電源連接方式的不同，集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。1.集電極饋電電路第95頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)串饋電路指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者首尾相接的一種直流饋電電路。CB、LB為低通濾波電路，既阻止電源VCC中的高頻成分影響放大器的工作，又避免高頻信號在LC負(fù)載回路以外不必要的損耗。CB、LB的選取原則為

LB＞10回路阻抗1/

CB＜1/10

回路阻抗(2)并饋電路指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路。如圖LB為高頻扼流圈，Cb1為高頻旁路電容，CB為隔直流通高頻電容，

LB、Cb1、CB的選取原則與串饋電路基本相同。第96頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月饋電線路的基本組成原則1）其直流通路應(yīng)如圖（a）所示。2）其基波分量的交流通路應(yīng)如圖（b）所示。如原理圖所示：3）其諧波分量的交流通路應(yīng)如圖（c）所示。輸出回路為例集電極電路對各頻率成分電流的等效電路第97頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月2．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。圖3─26示出了幾種基極饋電形式,基極的負(fù)偏壓既可以是外加的,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。第98頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖3─26基極饋電線路的幾種形式第99頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月例改正圖3-28（a）線路中的錯誤，不得改變饋電形式，重新畫出正確的線路。

題意分析：這是一個兩級功放，分析時可以一級一級的考慮，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。第100頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入的交流信號流過直流電源，應(yīng)加扼流圈和濾波電容

直流電源被輸入互感耦合回路的電感短路，應(yīng)加隔直電容輸出的交流將流過直流電源，應(yīng)加扼流圈；加上扼流圈后，交流沒有通路，故還應(yīng)加一旁路電容。

沒有直流通路，加一扼流圈

輸出的交流將流過直流電源，應(yīng)加扼流圈及濾波電容直流電源將被輸出回路的電感短路，加隔直電容。

第101頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.4.2輸出匹配網(wǎng)絡(luò)該雙端口網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有這樣的幾個特點:(1)以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大,即起到阻抗匹配的作用;(2)抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率,即有良好的濾波作用;(3)大多數(shù)發(fā)射機為波段工作。

1.LC匹配網(wǎng)絡(luò)

圖3─27是幾種常用的LC匹配網(wǎng)絡(luò)。第102頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─27幾種常見的LC匹配(a)L型;(b)T型;(c)Π型第103頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月對于L—I型網(wǎng)絡(luò)有(3─32a)(3─32b)(3─32c)第104頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月對于L-Π型網(wǎng)絡(luò)有(3─33a)(3─33b)(3─33c)第105頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─28L型匹配網(wǎng)絡(luò)(a)L-I型網(wǎng)絡(luò);(b)L-Π型網(wǎng)絡(luò)第106頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─29是一超短波輸出放大器的實際電路,它工作于固定頻率。圖3─29一超短波輸出放大器的實際電路第107頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．耦合回路

圖3─30是一短波發(fā)射機的輸出放大器，它采用互感耦合回路作輸出電路,多波段工作。圖3─30短波輸出放大器的實際線路第108頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3高頻功放的實際線路舉例圖3─31(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。第109頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─31高頻功放實際線路(a)50MHz諧振功放電路;(b)175MHz諧振功放電路第110頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.5高頻功放、功率合成與射頻

模塊放大器

3.5.1D類高頻功率放大器1.電流開關(guān)型D類放大器圖3─32是電流開關(guān)型D類放大器的原理線路和波形圖，線路通過高頻變壓器T1,使晶體管V1、V2獲得反向的方波激勵電壓。第111頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可得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為第112頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─32電流開關(guān)型D類放大器的線路和波形第113頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

V1(V2)的集電極電流為振幅等于Ic0的矩形,它的基頻分量振幅等于(2/π)Ic0。V1、V2的ic1、ic2中的基頻分量電流在集電極回路阻抗R’L(考慮了負(fù)載RL的反射電阻)兩端產(chǎn)生的基頻電壓振幅為將式(3─35)代入式(3─37),得輸出功率為輸入功率為(3─39)(3─38)(3─37)第114頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月集電極損耗功率為(3─42)

(3─41)(3─40)

2．電壓開關(guān)型D類放大器

圖3─33為一互補電壓開關(guān)型D類功放的線路及電流電壓波形。兩個同型(NPN)管串聯(lián),集電極加有恒定的直流電壓Ec。第115頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第116頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3─33電壓開關(guān)型D類功放的線路及波形第117頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖可見,因ic1、ic2都是半波余弦脈沖(θ=90°),所以兩管的直流電壓和負(fù)載電流分別為兩管的直流輸入功率為負(fù)載上的基波電壓UL等于uce2方波脈沖中的基波電壓分量。對