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(jī)中，用于對高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大,然后經(jīng)天線將其輻射到空間技術(shù)指標(biāo)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(diǎn)：丙類工作狀態(tài)導(dǎo)通角在一個(gè)周期內(nèi)集電極電流導(dǎo)通時(shí)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(shí)產(chǎn)生的眾多高次諧波分量實(shí)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(shè)輸入信號(hào)是大信號(hào)(可達(dá)1～2V)，為單一角頻率余弦波,輸出選頻回路調(diào)諧在輸入信號(hào)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(zhuǎn)移特性分析

為了實(shí)現(xiàn)丙類工作基極偏量電壓UBB應(yīng)設(shè)置在功率管的截止區(qū)。7丙類狀態(tài)下的轉(zhuǎn)移特性集電極電流是一串周期重復(fù)的脈沖序列，脈沖寬度小于半個(gè)周期。折線近似分析法：功率放大電路是大信號(hào)工作,而在大信號(hào)工作時(shí)必須考慮晶體管的非線性特性,這樣將使分析比較復(fù)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(jí)數(shù)展開:—n次諧波的分解系數(shù)假設(shè)LC諧振回路具有理想濾波特性，也即諧振回路調(diào)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(shè)：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(jì)。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(dǎo)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(shè)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(shè)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(yīng)可忽略。動(dòng)態(tài)線在輸入信號(hào)激勵(lì)下，晶體管輸出特性曲線上，不同時(shí)刻uCE、ic對應(yīng)點(diǎn)的軌跡特點(diǎn)稱動(dòng)態(tài)線，或交流負(fù)載線，采用折線分析時(shí)動(dòng)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(diǎn)：

C點(diǎn)：

B點(diǎn)：132.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析當(dāng)A2點(diǎn)處于臨界區(qū)稱為臨界(Critical)狀態(tài)當(dāng)A1點(diǎn)處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)當(dāng)A3點(diǎn)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(huì)出現(xiàn)凹陷？解：當(dāng)vBE向vBEmax增大，vCE向著vCEmin減小時(shí)，對應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)先到達(dá)臨界點(diǎn)(圖中E點(diǎn))，ic值最大，而后進(jìn)入飽和區(qū)，ic值減小，出現(xiàn)凹陷。直到A3點(diǎn)，ic值達(dá)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(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，動(dòng)態(tài)特性曲線斜率為負(fù)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(dāng)于改變動(dòng)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(fù)載特性曲線

ReRe隨著Re的逐漸增大,動(dòng)態(tài)線的斜率逐漸減小,由欠壓狀態(tài)進(jìn)入臨界狀態(tài),再進(jìn)入過壓狀態(tài)。在臨界狀態(tài)時(shí),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(dòng)態(tài)線如圖所示，試回答并計(jì)算以下各選項(xiàng)：(1)此時(shí)功放工作于何種狀態(tài)？寫出A，B，C三點(diǎn)坐標(biāo),畫出ic的波形。(2)計(jì)算和。(3)若要求功率放大器的效率最大，應(yīng)如何調(diào)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(diǎn)坐標(biāo)：ABC動(dòng)態(tài)線：由動(dòng)態(tài)線知正好達(dá)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(diào)制特性集電極調(diào)制基極調(diào)制2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析集電極調(diào)制：集電極調(diào)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(gè)特性是晶體管集電極調(diào)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(diào)制特性：Re，VCC，Vbm一定，VBB變化Vbm一定，VBB由負(fù)值向正值方向增大時(shí)，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(jié)果使Vcemin減小，放大器由欠壓進(jìn)入過壓，但在進(jìn)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(rèn)為不變。VBB增大基極調(diào)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(shí)，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(jié)果使Vcemin減小，放大器由欠壓進(jìn)入過壓，但在進(jìn)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(rèn)為不變。2.5丙類高頻諧振放大器－工作狀態(tài)分析當(dāng)諧振功率放大器作為線性放大器，用來放大振幅按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的調(diào)幅信號(hào)時(shí)，為了使輸出信號(hào)Vcm反映輸入信號(hào)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(dāng)諧振功率放大器作振幅限幅器時(shí)(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(hào)時(shí)，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(gè)丙類諧振功放，設(shè)計(jì)工作在臨界狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)實(shí)際電路的PO和c均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)如何調(diào)整？已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調(diào)整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調(diào)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(luò)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(luò)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(hào)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(hào)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(hào)時(shí),自給偏壓電路的偏置為零。隨著輸入信號(hào)的逐漸增大,晶體管的偏置電壓向負(fù)值方向增大。由此可見,乙類功放不能采用自給偏壓方式?；鶚O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(fù)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(cuò)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(gè)兩級(jí)功放，分析時(shí)可以一級(jí)一級(jí)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(jí)放大器的基極回路：輸入的交流信號(hào)將流過直流電源，應(yīng)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(yīng)加隔直電容CB1。第一級(jí)放大器的集電極回路：輸出的交流將流過直流電源VCC，應(yīng)加扼流圈LC1；加上扼流圈后，交流沒有道路，故還應(yīng)增加一旁路電容CC1。392.5丙類高頻諧振放大器－電路第二級(jí)放大器的基極回路：沒有直流道路，加一扼流圈LB2第二級(jí)放大器的集電極回路：輸出的交流將流過直流電源，應(yīng)加扼流圈LC2及濾波電容CC2；此時(shí)，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(luò)功能：變換負(fù)載阻抗－

將RL變換為放大器所要求的負(fù)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(jí)、中間級(jí)放大器濾波器型匹配網(wǎng)絡(luò)甚高頻和大功率輸出級(jí)LC變換網(wǎng)絡(luò)-調(diào)諧、阻抗匹配422.5丙類高頻諧振放大器－電路串并聯(lián)轉(zhuǎn)換432.5丙類高頻諧振放大器－電路L型匹配網(wǎng)絡(luò)：兩個(gè)異性電抗支路連接成“L”型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。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(luò)的元件數(shù)值。解L型匹配網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(gòu)成或T型結(jié)構(gòu)482.5丙類高頻諧振放大器－電路例：設(shè)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(luò)，試估計(jì)網(wǎng)絡(luò)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(jí)諧振功放的實(shí)際線路，要求：（1）兩級(jí)均采用NPN型晶體管，發(fā)射極直接接地。（2）第一級(jí)基極采用組合式偏置電路，與前級(jí)互感耦合；第二級(jí)基極采用零偏電路。（3）第一級(jí)集電極饋電線路采用并聯(lián)形式，第二級(jí)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(luò)，輸出回路采用型匹配網(wǎng)絡(luò)，負(fù)載為天線。522.5丙類高頻諧振放大器－電路解兩級(jí)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(jí)基極采用組合式偏置電路，與前級(jí)互感耦合；第二級(jí)基極采用零偏電路。2.5丙類高頻諧振放大器－電路第一級(jí)集電極饋電線路采用并聯(lián)形式，第二級(jí)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(luò)，輸出回路采用型匹配網(wǎng)絡(luò)，負(fù)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(shí)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(fù)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(fù)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(luò)，調(diào)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(jí)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(luò)，調(diào)節(jié)C3、C4，使負(fù)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(jí)諧振功率放大電路的組成2.6倍頻器將輸入信號(hào)頻率成整數(shù)倍增加的電路甚高頻無線電發(fā)射機(jī)或中間級(jí)降低設(shè)備的主振頻率，提高穩(wěn)定性；調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機(jī)，增加調(diào)制度；擴(kuò)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(xí)題諧振回路品質(zhì)因數(shù)Q與通頻帶和選擇性有什么關(guān)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(hào)調(diào)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(hào)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(jì)，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(jì)算輸出電壓。習(xí)題什么叫丙類放大器的最佳負(fù)載，怎樣確定最佳負(fù)載？導(dǎo)通角怎樣確定？與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)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(fù)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(luò)等方面，分析這些電路的特點(diǎn)。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(diào)整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調(diào)整方