高频电子线路(李春生)

复习与提问,什么是“动态线”，动态线斜率的含义是什么？过压状态中，集电极电流的波形有什么特点？如何改变LC谐振回路，使丙类工作放大器从欠压区进入过压区？如何改变输入信号，是丙类工作放大器从欠压区进入过压区？如何改变基极偏置电压，是丙类工作放大器从欠压区进入过压区？如何改变集电极电压，是丙类工作放大器从欠压区进入过压区？,第9次课,直流馈电线路与匹配网络匹配网络传输线变压器功率合成集成高频功率放大器件,3.2.3直流馈电线路与匹配网络1.直流馈电线路在高频功放的输入回路和输出回路应分别加上合适的直流偏压,有关的直流馈电线路可分为串联馈电和并联馈电两种基本电路形式。uBE=UBB+UbmcostuCE=UCC-Ucmcost。,图3.2.11集电极馈电线路(a)串联馈电；(b)并联馈电,(1)集电极馈电线路。图3.2.11给出了集电极馈电线路的两种基本形式。,串联馈电方式优点:Lc和Cc处于高频地电位,它们对地的分布电容不会影响回路的谐振频率.缺点:电容器C的动片不能直接接地,安装调整不方便。并联馈电方式缺点：由于Lc和Cc1不处于高频地电位,它们对地的分布电容直接影响回路的谐振频率。优点：回路处于直流地电位,L、C元件可接地,故安装调整方便。,(2)基极馈电线路。基极馈电也有串馈与并馈两种形式。但对于丙类谐振功放,通常采用自给偏压方式。乙类功放不能采用自给偏压方式。,图3.2.12谐振功放的基极偏置电路,2.匹配网络为了使谐振功放的输入端能够从信号源或前级功放得到有效的功率,输出端能够向负载输出不失真的最大功率或满足后级功放的要求,在谐振功放的输入和输出端必须加上匹配网络。匹配网络的作用是在所要求的信号频带内进行有效的阻抗变换(根据实际需要使功放工作在临界点、过压区或欠压区),并充分滤除无用的杂散信号。第1章已介绍了几种基本LC选频匹配网络,具体应用时为了产生良好的选频匹配效果,常采用多节匹配网络级联的方式。,为了衡量输出匹配网络上的功率损耗，可以定义回路效率为,（3.2.15）,其中，PL、Po分别是负载上得到的功率和功放的输出功率,例3.4分析图例3.4所示工作频率为175MHz的两级谐振功率放大电路的组成及元器件参数。Pi=1W,Po=12W,Rs=50,RL=50。Po1=4W,UCC=13.5V。,图例3.4,3DA21A和3DA22A,工作在临界状态,饱和压降分别为1V和1.5V。,3DA21A和3DA22A的输入阻抗分别为R2=7和R4=5,故RsR2,R1R4,R2RL,即不满足匹配条件,T型选频匹配网络：C1、C2、L1C3、C4、L2倒L型选频匹配网络：C5、L3、C6三个选频匹配网络在175MHz工作频率点的输入阻抗分别是R1、R3和R5。且有R1=RS=50,R3=R1=20,R5=R2=6。,高频大功率晶体管在高频段时：功放管的输入电容可以忽略，仅考虑输入电阻即可；而输出电阻很大，可以忽略，只需要考虑输出电容。其中第一级输入匹配网络是T型，可直接采用第1章例1.4所得结果确定其中三个电抗元件值。,设Q25，由式（1.1.39）、（1.1.40）、（1.1.41）可求得,第一级与第二级之间的级间匹配网络虽然也采用T型网络，但由于要考虑第一级放大器输出电容的影响，故不能直接采用例1.4所得结果。第二级输出匹配网络同样要考虑第二级放大器输出电容的影响，所以也不能直接采用倒L型匹配网络的公式。有关级间和输出匹配网络的公式推导较复杂，故此处不再讨论。,3DA21A与3DA22A的输出电容分别是36pF和80pF。结果为C323.3pF，C420.7pF，L20.023H，C518.2pF，L30.071H，C623.9pF。,以上计算未考虑晶体管参数的分散性和分布参数的影响。C1C6均采用可变电容器,其最大容量应为计算值的23倍。通过实验调整,最后确定匹配网络元件的精确值。,电路中四个高扼圈的电感量为1H左右,其中两个作为基极直流偏置的组成元件,另外两个在集电极并馈电路中对iC中的各次谐波分量起阻挡作用,并为集电极直流电源提供通路。高频旁路电容C7和C9的值均为0.05F,穿心电容C8和C10为1500pF,它们使高次谐波分量短路接地。,一般来说,在400MHz以下的甚高频(VHF)段,匹配网络通常采用第1章介绍的集总参数LC元件组成,而在400MHz以上的超高频(UHF)段,则需使用分布参数的微带线组成匹配网络,或使用微带线和LC元件混合组成。,微带线又称微带传输线,是用介质材料把单根带状导体与接地金属板隔离而构成的,图3.2.13给出了结构示意图和符号。微带线的电性能,如特性阻抗、带内波长、损耗和功率容量等,与绝缘基板的介电系数、基板厚度H和带状导体宽度W有关。实际使用时,微带线是采用双面敷铜板,在上面作出各种图形,构成电感、电容等各种微带元件,从而组成谐振电路、滤波器以及阻抗变换器等的。,宽带高频功率放大电路采用非调谐宽带网络作为匹配网络,能在很宽的频带范围内获得线性放大。常用的宽带匹配网络是传输线变压器,它可使功放的最高频率扩展到几百兆赫甚至上千兆赫,并能同时覆盖几个倍频程的频带宽度。由于无选频滤波性能,故宽带高频功放只能工作在非线性失真较小的甲类或乙类状态,效率较低。所以,宽带高频功放是以牺牲效率来换取工作频带的加宽。,3.3宽带高频功率放大电路与功率合成电路,3.3.1传输线变压器1.宽频带特性普通变压器上、下限频率的扩展方法是相互制约的。为了扩展下限频率,就需要增大初级线圈电感量,使其在低频段也能取得较大的输入阻抗,如采用高导磁率的高频磁芯和增加初级线圈的匝数,但这样做将使变压器的漏感和分布电容增大,降低了上限频率；为了扩展上限频率,就需要减小漏感和分布电容,减小高频功耗,如采用低导磁率的高频磁芯和减少线圈的匝数,但这样做又会使下限频率提高。,图3.3.111传输线变压器结构示意图及等效电路(a)结构图；(b)、(c)、(d)等效电路,图3.3.241阻抗变换器,图3.3.3宽带高频功率放大电路,3.3.2功率合成利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大,然后设法将各个功放的输出信号相加,这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。,图3.3.4功率合成器原理图,在VHF和UHF频段,已经出现了一些集成高频功率放大器件。这些功放器件体积小,可靠性高,外接元件少,输出功率一般在几瓦至十几瓦之间。日本三菱公司的M57704系列、美国Motorola公司的MHW系列便是其中的代表产品。表3.4.1列出了Motorola公司集成高频功率放大器MHW系列中部分型号的电特性参数。图3.4.1给出了其中一种型号的外形图。,3.4集成高频功率放大电路及应用简,图3.4.1MHW105外形图,MHW系列中有些型号是专为便携式射频应用而设计的,可用于移动通信系统中的功率放大,也可用于工商业便携式射频仪器。使用前,需调整控制电压,使输出功率达到规定值。在使用时,需在外电路中加入功率自动控制电路,使输出功率保持恒定,同时也可保证集成电路安全工作,避免损坏。控制电压与效率、工作频率也有一定的关系。,厚膜电路：指的是电路的制造工艺,是指在陶瓷基片上采用部分半导体工艺集成分立元件、裸芯片、金属连线等，一般其电阻是印刷在基片上，通过激光调节其阻值的一种电路封装形式,阻值精度可达0.5%.一般用于微波和航天领域。1）基板材料：96%氧化铝或氧化铍陶瓷2）导体材料：银、钯、铂等合金，最新也有铜3）电阻浆料：一般为钌酸盐系列4）典型工艺：CAD-制版-印刷-烘干-烧结-电阻修正-引脚安装-测试5）名字来由：电阻和导体膜厚一般超过10微米，相对溅射等工艺所成电路的膜厚了一些，故称厚膜。当然，现在的工艺印刷电阻的膜厚也有小于10微米的了。厚膜工艺就是把专用的集成电路芯片与相关的电容、电阻元件都集成在一个基板上，在其外