高頻諧振放大器

1、高頻諧振放大器1第1頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四3.1 高頻小信號(hào)放大器放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)，以便作進(jìn)一步的變換和處理。 功用分類按頻帶寬度按有源器件窄帶放大器寬帶放大器以分立元件為主的高頻放大器以集成電路為主的集中選頻放大器 對高頻小信號(hào)放大器的主要要求2第2頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四 主要要求 增益要高，也就是放大量要大。 頻率選擇性要好。頻帶寬度和矩形系數(shù)。 工作穩(wěn)定可靠。 接收機(jī)前級(jí)放大器內(nèi)部噪聲要小。 3.1 高頻小信號(hào)放大器因?yàn)榉糯笃鞅旧淼脑肼曉降停邮瘴⑷跣盘?hào)的能力就越強(qiáng)。 功用分類3第3頁，共109頁

2、，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四典型高頻小信號(hào)諧振放大器實(shí)際線路（1）直流偏置電路4第4頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四典型高頻小信號(hào)諧振放大器實(shí)際線路（2）高頻交流等效電路放大器組成輸入回路晶體管輸出回路LC并聯(lián)諧振回路，輸出變壓器 及負(fù)載YL由輸入變壓器構(gòu)成，隔離信號(hào)源與放大器間的直流聯(lián)系，能耦合交流信號(hào)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配與變換。是放大器的核心，電流控制和放大作用。輸入回路晶體管輸出回路5第5頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四二、放大器性能分析1 晶體管的高頻等效電路(1) 混等效電路注意：: 可能會(huì)引起放大器自激。

3、:共基電路中引起高頻負(fù)反饋，降低晶體管電流放大倍數(shù)。和在高頻運(yùn)用時(shí)不利！bce6第6頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四+ube-+uce-1 晶體管的高頻等效電路(2)Y參數(shù)等效電路Y參數(shù)方程代表晶體管正向傳輸能力。代表晶體管內(nèi)部反饋?zhàn)饔?。bce阻抗R：U=IR 導(dǎo)納Y （或G） ：I=YU7第7頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四(3)Y參數(shù)方程1. 晶體管的高頻等效電路(2)Y參數(shù)等效電路輸入導(dǎo)納：輸出導(dǎo)納：正向傳輸導(dǎo)納：反向傳輸導(dǎo)納：近似于gm跨導(dǎo)或電導(dǎo)8第8頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四在忽略 及滿足 時(shí)，

4、Y參數(shù)與混參數(shù)之間的關(guān)系為 ：二、放大器性能分析Y參數(shù)方程 Y參數(shù)與工作頻率有關(guān)，是頻率的復(fù)函數(shù)。 當(dāng)放大器工作在窄帶時(shí)，Y參數(shù)變化不大，可將Y參數(shù)看作常數(shù)。說明： Y re的反饋，使放大器存在著工作不穩(wěn)定的問題。9第9頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四二、放大器性能分析2. 放大器的性能參數(shù)(1) 輸入導(dǎo)納Yi(2) 輸出導(dǎo)納Yo(3) 電壓放大倍數(shù)K(4) 通頻帶B0.707(5)矩形系數(shù)Kr0.110第10頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四(1) 輸入導(dǎo)納2. 放大器的性能參數(shù)第一項(xiàng)為晶體管內(nèi)部參數(shù)；第二項(xiàng)是反向傳輸導(dǎo)納Yre引入的。電

5、流源的內(nèi)導(dǎo)納信號(hào)源電流源負(fù)載導(dǎo)納11第11頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四(1) 輸入導(dǎo)納(2) 輸出導(dǎo)納2. 放大器的性能參數(shù)第一項(xiàng)為晶體管內(nèi)部參數(shù)；第二項(xiàng)是反向傳輸導(dǎo)納Yre引入的。12第12頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四高頻等效電路2. 放大器的性能參數(shù)交流等效電路 忽略管子內(nèi)部的反饋，即Y re =0。(3) 電壓放大倍數(shù)KV由右邊電路可知13第13頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四 (3) 電壓放大倍數(shù)K0令對應(yīng)諧振阻抗R014第14頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四(3)

6、電壓放大倍數(shù)K0諧振時(shí)放大器電壓增益:15第15頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2. 放大器的性能參數(shù)(4) 通頻帶其中：(3) 電壓放大倍數(shù)考慮內(nèi)參數(shù)16第16頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四(4) 通頻帶(5)矩形系數(shù)單調(diào)諧回路放大器，故:Kr0.1=9.95(3) 電壓放大倍數(shù)2. 放大器的性能參數(shù)17第17頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四三、多級(jí)諧振放大器 在應(yīng)用時(shí)，多級(jí)放大器滿足增益及頻率選擇性等方面的要求。1多級(jí)單調(diào)諧放大器（2）設(shè)各級(jí)諧振時(shí)的電壓放大倍數(shù)為K01、 K02、 、 K0n，則總的電壓

7、放大倍數(shù)：（1）各級(jí)放大器的諧振頻率相同；單級(jí)放大器歸一化頻率特性（3）設(shè)多級(jí)放大器各回路的帶寬及Q值相同，即相同，多級(jí)放大器歸一化頻率特性18第18頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四1多級(jí)單調(diào)諧放大器隨著n的增加，總帶寬將減小，矩形系數(shù)有所改善。多級(jí)放大器頻率特性：通頻帶：矩形系數(shù)：19第19頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2. 多級(jí)雙調(diào)諧放大器采用多級(jí)雙調(diào)諧放大器可以改善放大器的頻率選擇性。設(shè)各級(jí)均采用同樣的雙回路，并選擇臨界耦合。單級(jí)雙調(diào)諧回路歸一化頻率特性多級(jí)雙調(diào)諧回路歸一化頻率特性20第20頁，共109頁，2022年，5月20日，

8、18點(diǎn)35分，星期四2. 多級(jí)雙調(diào)諧放大器21第21頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四(b) 總特性3. 參差調(diào)諧放大器 目的是增加放大器總的帶寬，同時(shí)又得到邊沿較陡峭的頻率特性。(a) 單、 雙回路特性 多級(jí)參差調(diào)諧放大器，就是各級(jí)的調(diào)諧回路和調(diào)諧頻率都彼此不同。 雙回路單回路22第22頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四3. 參差調(diào)諧放大器圖 3-9 電視機(jī)高頻放大器的簡化電路 輸入電路： 采用單調(diào)諧回路.輸出電路： 采用雙調(diào)諧回路.23第23頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四四、高頻諧振放大器的穩(wěn)定性1. 放大器

9、的穩(wěn)定性諧振放大器中存在不穩(wěn)定性問題。因?yàn)榫w管 的反饋，使放大器引起自激！放大器輸入導(dǎo)納：忽略 的影響24第24頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四1放大器的穩(wěn)定性分析當(dāng)0時(shí)，0時(shí), 0 Yir的電導(dǎo)為正，是負(fù)反饋;四、高頻諧振放大器的穩(wěn)定性25第25頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四+-ui2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納Yre。從電路上消除晶體管的反向作用，使它單向化。（1）中和法中和法失配法26第26頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法根據(jù)電橋平衡：中

10、和條件：（1）中和法27第27頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法中和法的局限性：中和電容Cn只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用，對其它頻率只能有部分中和作用。如果再考慮到分布參數(shù)的作用和溫度變化等因素的影響，則中和電路的效果是很有限的。中和法應(yīng)用較少，一般用在某些收音機(jī)電路中。28第28頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四某收音機(jī)實(shí)際電路2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法中和法的應(yīng)用29第29頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法（2）失配法輸入導(dǎo)納：（共基電路輸入導(dǎo)納較

11、大?。?0第30頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2. 提高放大器穩(wěn)定性的方法（2）失配法 通過增大負(fù)載導(dǎo)納，進(jìn)而增大總回路導(dǎo)納，使輸出電路失配，輸出電壓相應(yīng)減小，對輸入端的影響也就減小。因此，失配法是用犧牲增益來換取電路的穩(wěn)定。31第31頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四四、高頻諧振放大器的穩(wěn)定性考慮外部反饋引起的不穩(wěn)定性！電磁干擾的耦合途徑：（1）電容性耦合（2）電感性耦合（3）公共電阻耦合（4）輻射耦合接地問題：是控制干擾的重要方法。32第32頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四五、高頻集成放大器1 . 優(yōu)點(diǎn)：

12、線路簡單、 性能穩(wěn)定可靠、 調(diào)整方便等， 應(yīng)用越來越廣泛。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; 2. 分類：選頻放大器，用于需要有選頻功能的場合，如接收機(jī)的中放就是它的典型應(yīng)用。 集成選頻放大器，如晶體濾波器、 陶瓷濾波器或聲表面波濾波器等。 集成選頻放大器只適用于固定頻率的選頻放大器， 圖3-10。33第33頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四3. 集中選頻放大器組成框圖 注意的問題：使集成放大器與集中濾波器之間實(shí)現(xiàn) 阻抗匹配。在濾波器之前加一前置放大器，以補(bǔ)償濾波器的衰減。（1）（2）34第34頁，共109頁

13、，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四3.2 高頻功率放大器的原理與特性是放大高頻信號(hào)，并以高效輸出大功率為目的，它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。便攜式發(fā)射機(jī)：毫瓦級(jí)； 無線電廣播電臺(tái)：幾十千瓦， 甚至兆瓦級(jí)。1、主要功用2、輸出功率3、效率A(甲)類狀態(tài)（max= 50%）; B(乙)類狀態(tài)（ max78.5）；C(丙)類狀態(tài)，高頻功率放大器多工作在此狀態(tài)。高頻功率管內(nèi)部結(jié)構(gòu)35第35頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四高頻功率管內(nèi)部結(jié)構(gòu)36第36頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四高頻功率管外部結(jié)構(gòu)(a)和(b)為四引線結(jié)構(gòu)，其中兩條

14、引線為發(fā)射極(宜接成共發(fā)組態(tài))或基極(宜接成共基組態(tài))，目的是減小輸入和輸出公共極端點(diǎn)上的引線電感。(c)和(d)為兩線結(jié)構(gòu)，金屬底座為基極或發(fā)射極，宜接成共基組態(tài)或共發(fā)組態(tài)。 在器件手冊中，指定用作線性功率放大器的高頻功率管不宜丙類工作，否則放大器功率增益將偏低。 37第37頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四工作頻率相對頻寬負(fù)載高頻功放很高。幾百KHz 幾百M(fèi)Hz, 甚至幾萬MHz.很窄一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)低頻功放低。一般在20 Hz 20 KHz.寬不能采用調(diào)諧負(fù)載， 而要用電阻、 變壓器等非調(diào)諧負(fù)載。3.2 高頻功率放大器的原理與特性5、分析方法近似條件下進(jìn)行，折線

15、分析法。4、高頻功放與低頻功放的區(qū)別共同點(diǎn)都要求輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度相差很大，因此存在著本質(zhì)的區(qū)別。38第38頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四一、工作原理圖 3-12 晶體管高頻功率放大器的原理線路 電路組成： 晶體管諧振回路輸入回路 常采用平面工藝制造的NPN高頻大功率晶體管，它能承受高電壓和大電流。 基極偏置電壓UBB應(yīng)使晶體管工作在截止區(qū)，一般為負(fù)值，即靜態(tài)時(shí)發(fā)射結(jié)為反偏。如何保證工作在C類？39第39頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四3.2 高頻功率放大器的原理與特性一、工作原理ube=UBB + Ub

16、 cost1電流、 電壓波形設(shè)輸入信號(hào)為：則基極回路電壓： 由晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性曲線可得到i c的波形，如圖:40第40頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四尖頂余弦脈沖周期性的尖頂余弦脈沖！折線化分析法41第41頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四（1）當(dāng)180時(shí)，放大器工作于A(甲)類; （2）當(dāng)0180時(shí)，為AB(甲乙)類; （3）當(dāng)90時(shí)，為B(乙)類; 動(dòng)畫當(dāng)90時(shí)，為C(丙)類。 對于高頻功放，通常90。42第42頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四一、工作原理i c= Ic0 + Ic1cost + Ic2c

17、os2t+Icn cosnt+直流基波二次諧波n次諧波ic付里葉分解：43第43頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四一、工作原理i c=Ic0+Ic1cost+Ic2cos2t+Icn cosnt+式中：余弦脈沖的分解系數(shù)：0()、1()、n() ，數(shù)值見附錄。44第44頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四一、工作原理 并聯(lián)回路諧振頻率0等于激勵(lì)信號(hào)頻率時(shí)，回路對頻率呈現(xiàn)一大的諧振阻抗RL。i c=Ic0+Ic1cost+Ic2cos2t+Icn cosnt+回路輸出電壓：集電極電壓：45第45頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分

18、，星期四UBBUCC C類高頻功放的電流、電壓波形 當(dāng)集電極回路調(diào)諧時(shí)，ubemax 、 Icmax 、 ucemin是同一時(shí)刻出現(xiàn)46第46頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四一、工作原理1電流、 電壓波形2高頻功放的能量關(guān)系P0P1PcPc變?yōu)楹纳⒃诰w管集電結(jié)中的熱能。(輸出功率)(集電極電源供給的直流輸入功率)(集電極損耗功率)(集電極效率)47第47頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四一、工作原理2高頻功放的能量關(guān)系集電極效率波形系數(shù)：集電極電壓利用系數(shù)：A類180150%B類901.5778.5%C類1.57可以更高A、B、C類放大器

19、效率比較48第48頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四3.2 高頻功率放大器的原理與特性一、工作原理2高頻功放的能量關(guān)系集電極效率：如何提高效率？ 提高電壓利用系數(shù)，即提高Uc，通常由RL來實(shí)現(xiàn)。 提高波形系數(shù)，與有關(guān)。49第49頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四為兼顧P1和，通常選 在 65 75范圍。分析:、0、1、2、3與的關(guān)系 越小，越大，效率越高，但太小時(shí)，1()將降低，輸出功率將下降。50第50頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四例題： 某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率P1=6W，集電極電源UCC

20、=24V，集電極電流直流分量Ic0=300mA，電壓利用系數(shù) 。計(jì)算直流電源提供的功率P0，功率放大器的集電極損耗功率Pc，效率 及負(fù)載電阻 RL51第51頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四二、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 動(dòng)特性：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i c與電極電壓(u be 或 uce )的關(guān)系曲線。近似分析方法非諧振功放丙類諧振功放集電極負(fù)載純電阻諧振回路，含電抗元件求功率性能圖解法準(zhǔn)靜態(tài)分析法要 點(diǎn)求負(fù)載線求動(dòng)態(tài)線52第52頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四 ( 1 ) 使用條件兩假設(shè)

21、 諧振回路濾波特性理想1 高頻功放的動(dòng)特性 功率管特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其參變量采用 ube(而不是通常的 iB) 。 53第53頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四( 2 ) 分析步驟 求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫波形； 連動(dòng)態(tài)線，畫 iC 波形；諧振功率放大器的分析二、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 ( 1 ) 使用條件兩假設(shè) 圖 諧振功率放大器的近似分析方法54第54頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四 (1)求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫波形圖 諧振功率放大器的近似分析方法 設(shè)定 UBB、Ub、UCC、Uc ，將 t 按等間隔(t = 0，

22、15， 30， ) 給定數(shù)值，由便可確定 ube 和 uce 。二、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55第55頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四(2)連動(dòng)態(tài)線，畫 iC 波形圖諧振功率放大器的近似分析方法根據(jù) uBE 和uCE 值，在輸出特性曲線上(以 uBE 為參變量)找對應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫動(dòng)態(tài)線(動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連線)，由此可確定 iC 的波形。 不到 UCC，因?yàn)閷?dǎo)通角小于 。 (1)求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫波形二、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56第56頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四動(dòng)態(tài)特性曲線的畫法( 晶體管的特性用折

23、線近似) ，A點(diǎn)。 ，C點(diǎn)。 ，Q點(diǎn)。動(dòng)畫ACQBA、B、C三點(diǎn)連線即為高頻功放的動(dòng)特性曲線。57第57頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四高頻功放的動(dòng)特性（畫電壓波形）B點(diǎn)： A點(diǎn)：( ， )C點(diǎn)： Q點(diǎn)： A、B動(dòng)態(tài)線斜率：58第58頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四高頻功放的動(dòng)特性（畫電流波形）59第59頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2 高頻功放的工作狀態(tài) 欠壓狀態(tài) 臨界狀態(tài) 過壓狀態(tài)60第60頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四當(dāng) UBB、Ub、UCC 不變， Uc 由小變大，動(dòng)態(tài)點(diǎn)左移。變??；（3）臨界狀態(tài)：有下凹（1）A、B動(dòng)態(tài)線斜率（2）靜態(tài)點(diǎn)Q位置不變！欠壓 臨界 過壓BADA3B3過壓時(shí)的動(dòng)態(tài)線！61第61頁，共109頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)35分，星期四2 高頻功放的工作狀態(tài)當(dāng) UBB、Ub、UCC 不變， Uc 由小變大，動(dòng)態(tài)點(diǎn)左移。 欠壓狀態(tài)Uc 的取值，使所對應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)均處在放大區(qū)。 臨界狀態(tài)Uc 增大，使 t = 0 所對應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn) A處在臨界點(diǎn)，iCmax 略微減小。 過壓狀態(tài)Uc 繼續(xù)增大，使 A(t = 0)動(dòng)態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)，iC 迅