高频第二章2.0——授课老师贾志成ppt课件.ppt

第二章谐振功率放大器 2 1谐振功率放大器的工作原理 2 2谐振功率放大器的性能特点 2 3谐振功率放大电路 2 4高频功率放大器 2 0小信号谐振放大器 一 学时安排授课14学时实验4学时1 谐振功率放大器的工作原理2学时2 谐振功率放大器的性能特点4学时3 谐振功率放大电路4学时4 高频功率放大器2学时5 习题课2学时6 高频小信号谐振放大器实验2学时7 丙类高频功率放大器实验2学时 二 授课方式 课堂教学方法为主三 重点 难点1 重点讨论谐振电路的频率特性 难点 接入系数 2 谐振功率放大器的三个工作状态 欠压 临界和过压状态 3 重点讨论四个电压量对放大器性能的影响谐振功率放大器直流馈电电路及滤波匹配网络的分析与设计 四 教学内容及要求要求学生了解谐振电路的频率特性及谐振放大器的工作原理 掌握谐振放大器的性能特点 特别是对谐振放大器的三种工作状态要有清楚的认识 掌握四个电压量对谐振功率放大器的影响 了解谐振放大器的直流馈电方式 掌握滤波匹配网络的设计方法 了解高频功率放大器设计的基本步骤 五 教学方法首先补充有关谐振电路的内容 在此基础上引出小信号谐振放大器的工作原理 丙类谐振功率放大器的原理 而后 重点讨论谐振功率放大器的性能特点 工作状态以及谐振功率放大器的直流馈电方式 滤波匹配网络设计 最后简单介绍高频放大器的设计步骤 用2学时时间上习题讨论课 并安排4学时实验 用以加深巩固本章课堂教学内容 第2章谐振功率放大器 摘要 谐振功率放大器是一种用谐振网络作为匹配电路的功率放大器 一般丙类工作 主要应用在无线电发射机中 用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大 为了进一步提高效率也可采用开关方式工作 本章重点讨论丙类工作的谐振功率放大器 也对其它工作状态的谐振功率放大器作简要的介绍 2 0 1高频振荡回路一 简单振荡回路振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路 只有一个回路的振荡回路称为简单振荡回路或单振荡回路 简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最大或最小值的特性称为谐振特性 这个特定频率称为谐振频率 简单振荡回路具有谐振特性和频率选择作用 这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因 2 0小信号谐振放大器 1 串联谐振回路图2 0 1串联谐振回路及其特性 R 电感线圈L中的损耗电阻其值较小 可以忽略 C 电容 当信号频率为 时 其串联阻抗为 1 当时 回路呈容性 2 当时 回路呈感性 3 当时 回路呈电阻性 其值最小 r L C 此时 电路发生串联谐振 串联谐振角频率为 2 0 1 若在串联谐振电路两端加一等幅信号 谐振时流过电路的电流最大 设在任意频率下的电流为 则 式中 称为回路的品质因数 是指回路没有外加负载时的值 称为空载Q值或Q0 当回路有外加负载时 品质因数要用有负载QL来表示 其中的电阻R应为考虑负载后的总损耗电阻 图2 0 2串联谐振回路的谐振曲线和电流 电压关系解得回路通频带 2 并联谐振回路串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻 如恒压源 的情况或低阻抗电路 如微波电路 当频率不是非常高时 并联谐振回路应用最广 图2 0 3并联谐振回路及等效电路 阻抗特性 辐角特性 并联谐振频率当Q 1时 回路在谐振时的阻抗最大为 电阻R0 R0为等效到回路两端的并联谐振电阻 通频带 图2 0 4几个常见抽头谐振回路 二 抽头并联谐振回路图2 0 4是几种常用的抽头谐振回路 采用抽头回路 可以通过改变抽头位置或电容分压比来实现回路与信号源的阻抗匹配 或者进行阻抗变换 对于抽头谐振回路 除了回路的基本参数 Q和R0外 还增加了一个可以调节的因子 接入系数p 定义 与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压的同性质总电抗之比 也可以用电压来表示 式中VT 总电压 V 与外电路相接的电压 接入系数 抽头系数 又称为电压比或变比 对于图 a 无互感时 有互感时紧耦合线圈 对于图 b 对于图 c 对于图 d 对于图 e 除了阻抗需要折合外 有时信号源也需要折合 对于电压源 对于电流源 对于信号源进行折合时的变比是p而不是p2 图2 0 5电流源的折合 三 耦合谐振回路 双调谐回路图2 0 6两种常见的耦合回路及其等效电路 a 互感耦合电路 b 电容耦合电路图 c 为图 a 的等效电路 d 为 b 的等效电路 1 耦合系数k定义 耦合阻抗 与初次级中和XM同性质两电抗的几何平均值之比 即图 a 图 b 2 耦合因子设1 当A 1时 称为临界耦合 临界耦合系数2 当A 1时 过耦合 k k0 特性曲线出现双峰 3 当A 1时 欠耦合 k k0 曲线较尖 峰值小 注 与单回路的阻抗特性比 耦合回路特性顶部平缓 宽度要大 而且在频带之外 曲线下降也更陡峭 从回路对临近无用信号频率的抑制来看 性能也更好 3 通频带 图2 0 7耦合回路的频率特性 一 对高频小信号放大器的主要要求1 增益要求高 用于各种接收机中的中频放大器 其电压放大倍数可达104 105 电压的增益为80 100dB 通常要靠多级放大器才能实现 2 频率选择性要好 3 工作稳定可靠 这要求放大器的性能尽可能地不受温度 电源电压等外界因素变化的影响 不产生任何自激 此外 在放大微弱信号的接收机前级放大器中 还要求放大器内部噪声要小 因为放大器本身的噪声越低 接收微弱信号的能力越强 2 0 2高频小信号放大器 图2 0 8高频小信号谐振放大器 a 实际线路 b 交流等效电路 二 高频小信号谐振放大器的工作原理直流偏置与低频放大器完全相同 只是Cb Ce对高频旁路 其值比低频中小得多 b 为交流通路 当 0时 抽头谐振回路谐振 完成阻抗匹配和选频滤波功能 由于输入的是高频小信号放大器工作在甲类状态 三 放大器的的性能1 晶体管的高频等效电路图2 0 9 a 混 参数等效电路 b Y参数等效电路1 参数说明图2 0 9晶体管的高频等效电路 列端口电流方程 Yie 输出端交流短路时的输入导纳 Yoe 输入端交流短路时的输出导纳 Yfe 输出端交流短路时的正向传输导纳 Yre 输入端交流短路时的反向传输导纳 在忽略及满足的条件下 Y参数与 参数的关系为 注 Y参数不仅与静态工作点的电压 电流值有关 而且与工作频率有关 是频率的复函数 当放大器工作在窄带时 Y参数变化不大 可以将Y参数看作常数 高频小信号谐振放大器一般是工作在窄带 晶体管可以用Y参数等效 其Y参数方程为 2 晶体管的高频特性 参数 截止频率定义 下降到低频电流放大系数的倍时 所对应的频率称为的截止频率 特征频率fT定义 下降到1时 所对应的频率称为的特征频率fT a 当时 b 当f f 时 最高振荡频率fmax定义 晶体管的功率增益AP 1时 所对应的频率称为最高振荡频率fmax fmax表示一个晶体管所能适用的最高极限频率 在此频率 晶体管已不可能得到功率放大 显然 与f的关系式 2 放大器的性能参数图2 0 11为图2 0 10的高频小信号参数等效电路 图中包括谐振回路的导纳和负载电阻RL的等效导纳 忽略管子内部的反馈 令Yre 0 基极输入为电流源Is Ys为电流源内电导 图2 0 10高频小信号谐振放大器 a 实际线路 b 交流等效电路 1 电压放大倍数Au 图2 0 11高频小信号放大器的高频等效电路 2 输入导纳Yi 3 输出导纳Yo 4 通频带B0 707式中L为回路电感 C 为回路的总电容 包括回路本身的电容以及Yoe等效到回路中呈