第4章高频功放

1、 在谐振功率放大电路中，其三种工作状态应由VCC、VBB、Uim、Ucm四个参量决定，其中任一量的变化都会改变A点所处的位置，使工作状态发生相应的变化。6所示。4.3.4谐振功率放大器的分析方法及解题指导 一、谐振功放的分析方法在分析计算谐振功放电路各指标时，需要一定的思路和方法。通过总结归纳发现，应在理解谐振功放工作状态图4.3.2的基础上，以IC0=iCM0()和Ic1m=iCM1()为桥梁，进而找出已知量和未知量之间的关系。为了使初学者更快地掌握分析和计算的方法，在此不妨给出各量之间的量化关系：值得注意的是，由于过压状态为凹顶脉冲，不能用尖顶脉冲分解系数进行计算，为此我们只能对过压状态采

2、取定性分析。二、谐振功放的解题指导在掌握上述关系和计算式的基础上，根据题目所给条件，对照各量之间的量化关系逐步求出未知量。例4.3.1 某谐振功放晶体管的饱和临界线斜率gcr=0.5s，Uth=0.6V。电源电压VCC=24V，VBB= -0.2V。输入信号振幅Uim=2V，输出回路谐振电阻Rp=50，输出功率Po=2W。试求：(1) 集电极电流最大值、输出电压振幅、集电极效率；(2) 判断放大器工作于什么状态？解：(1) 本题虽给出gcr，但未指明是临界状态，故不能使用iCM = gcr (VCC-Uc1m)来计算iCM和Uc1m。由于cos= (Uth+VBB)/Uim= (0.6+0.2

3、)/2=0.4，得=66.4o，查表0(66.4o)=0.241，1(66.4o)=0.421；并由Po=Rp/2得Ic1m=0.2828A。故iCM =Ic1m/1(66.4o)=671.7mA，Uc1m= Ic1mRp=14.14V，PVcc=VCCIC0=VCCiCM0(66.4o)=3.885W，c=Po/PVcc=51.5%。 (2) 说明放大器的工作状态，可以Uc1m=14.14V，iCM =671.7mA为前提，利用临界状态时的iCM=gcr(VCC-Uc1m)来判断。即假设iCM=671.7mA时对应于临界状态的=VCC-iCM/gcr =22.66V，因Uc1m RL的条件，

4、并表明通过某一工作频率处的滤波匹配网络后，可将原来的低阻抗RL 变换成高阻抗Ri。（2）高阻抗 低阻抗变换网络如果外接负载电阻RL比较大，而放大器要求的负载电阻Ri较小时，可采用图4.4.7 (a)所示的电路形式。仿照上述推导过程，将图4.4.7 (a)中的X1、RL并联形式等效为图 (b)的串联形式，并在回路谐振时，有= 0、且。由式（4.4.1）可知等效后有 （4.4.7）进而得 （4.4.8）由式（4.4.2）的得，即 （4.4.9）由式（4.4.2）的，可推之 ，即 （4.4.10） 显然，此电路一方面可在谐振频率处减小待变换电阻RL的等效值，另一方面上两式也必须满足Ri RL的条件。

5、 例4.4.1 已知某电阻性负载为10 ，请设计并画出一个匹配网络，使该负载在20MHz时转换为50 。解：由题意可知欲使负载增大，应采用从低阻抗向高阻抗的变换电路。如果X1表示容抗，X2表示感抗，则所设计的电路如图4.4.8所示，该实际电路对滤除高频有利（属于低通型）。由（4.4.5）、（4.4.6）两式得：=20，则有；=25，则有。 故所设计出来的倒L型匹配网络的电感和电容值分别为0.16 H和318 pF。 2）T型和型匹配网络由于L型匹配网络阻抗变换前后的电阻相差1+倍，若在实际中要求的变换倍数并不高，这将势必造成回路Q值过小，使滤波性能很差。为了克服上述矛盾，可采用型和T型匹配网络

6、，它们分别由三个电抗元件（其中两个同性、一个异性）组成，如图4.4.9所示，且可以看作是两个L型网络串接组成的。对于如图4.4.9 (a)所示的型网络而言，我们可以将其分解成右侧图所示的两个L型电路形式。其中，由、X3和RL组成图4.4.7型网络，由X1、 和组成图4.4.6型网络，图中为中间变换阻抗。对于如图4.4.9(b)所示的T型网络而言，我们同样可以将其分解成右侧图所示的两个L型电路形式。其中，由、X3和RL组成图4.4.6型网络，由X1、 和组成图4.4.7型网络，而且也为中间变换阻抗。综上可见，若恰当选择两个L型网络的Q值，就可以兼顾到滤波和阻抗匹配的要求。由于T型网络的输入端有近

7、似于串联谐振电路的特性，一般不用做功放的输出电路，常用于高频功放的级间耦合电路。例4.4.2 型滤波匹配网络如图4.4.10(a)所示。已知=50，=150，工作频率f=50MHz。试确定型网络元件的参数。解：首先将图4.4.10(a)中的L拆成L1和L2两部分后，分解成图4.4.10(b)所示的两个L型电路形式。其中，L2、C2构成高阻变低阻的L型网络，其品质因数为Q2；C1、L1构成低阻变高阻的L型网络，其品质因数为Q1。也为中间变换阻抗。现设Q2=4，则由式（4.4.7）可得中间变换阻抗2.94。因此，由式（4.4.9）和式（4.4.10）可分别求出=11.77，=37nH；=12.5，

8、=255pF。再由式（4.4.5）和式（4.4.6）分别求出=20.79，=66nH；=21，=151pF。将L1和L2合并为L，则L= L1+L2=66nH +37nH =103nH。因此，在选取Q2=4的条件下，图4.4.10(a)中的C1=151 pF、L=103nH、C2=255pF。4.4.3谐振功率放大器的实用电路图4.4.11示出一工作频率为160MHz的谐振功放，向50的外接负载提供13W功率，功率增益9dB。该电路由功放管、馈电电路和匹配电路等组成。馈电电路：基极采用自给偏置，由高频扼流圈LB中的直流电阻产生很小的负偏压VBB ；集电极采用并馈，LC为高频扼流圈，CC为旁路电

9、容。匹配电路：在放大器输入端采用C1、C2、L1构成的T型输入匹配滤波网络，调节C1、C2可使功放管的输入阻抗在工作频率上，变换为前级放大器所要求的50匹配电阻；功放输出端采用L2、C3、C4构成的L型匹配滤波网络，调节C3、C4使得50外接负载电阻在工作频率上变换为放大器所要求的匹配电阻。显然，在输入端调节C1、C2和输出端调节C3、C4的目的是实现调谐振和调匹配，体现了滤波和匹配的双重作用。例4.4.3 试画出两级谐振功放的实际电路，要求：（1）两级均采用NPN型晶体管，发射极直接接地；（2）第一级基极采用组合式偏置电路，与前级互感耦合，第二级基极采用零偏电路；（3）第一级和第二级集电极馈

10、电电路分别采用并联和串联形式；（4）两级间回路为T型网络，输出回路采用型匹配网络，负载为天线。解：此题是对前两节我们所学的直流馈电电路和滤波匹配网络相关知识的梳理和综合运用。我们知道，构成一个实际电路时应满足：交流要有交流通路，直流要有直流通路，而且交流不能流过直流电源，还应考虑分布参数的影响，否则电路将不能正常工作。依据组成电路的这一原则，我们可画出符合题意各项要求的电路，如图4.4.12所示。4.4.1 试画出一高频功率放大器的实际线路，要求：（1）采用NPN型晶体管，发射极直接接地；（2）集电极馈电电路采用并联形式，与振荡回路抽头连接；（3）基极采用串联馈电，自偏压，与前级互感耦合。4.4.2 试画出一高频功率放大器的实际线路，要求：（1）集电极采用并馈，基极采用自偏压电路，采用NPN型晶体管，发射极直接接地；（2）输出端采用型滤波匹配网络，输入端采用T型滤波匹配网络，且输入端和输出端分别外接50的阻抗。 4.4.3改正题图4.1电路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。 4.4.1解：参见题4.4.1答图。4.4.2解：正确线路参见题4.4.2答图。4.4.3解：正确线路参见题4.4.3答图。第一级放大器的基极回路：输入的交流信号将流过直流电源，应加扼流圈和滤波电容；