第三章高频谐振放大器

1、第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器第第3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 3.1 高频小信号放大器高频小信号放大器 3.2 高频功率放大器的原理和特性高频功率放大器的原理和特性 3.3 高频功率放大器的高频效应高频功率放大器的高频效应 3.4 高频功率放大器的实际线路高频功率放大器的实际线路 3.5 高频功放、高频功放、 功率合成与射频模块放大器功率合成与射频模块放大器 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器3.1 高频小信号放大器高频小信号放大器 高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线电设备中高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号。的高频小信号。

2、 高频小信号放大器的特点高频小信号放大器的特点: : 频率较高频率较高 中心频率一般在几百中心频率一般在几百kHzkHz到几百到几百MHzMHz，频带，频带宽度在几宽度在几kHzkHz到几十到几十MHzMHz 小信号小信号 信号较小故工作在线性范围内信号较小故工作在线性范围内( (甲类放大甲类放大器器) )第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fo fs = fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器高频小信号放大器的分类高频小信号放大器的分类按所用的器件：按所用的器件：晶体管（晶体管（BJT)

3、、场效应管（、场效应管（FET)、集成电路（、集成电路（IC)按频带宽度：窄带放大器和宽带放大器按频带宽度：窄带放大器和宽带放大器窄带放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有阻窄带放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有阻抗变换、滤波和选频的作用。抗变换、滤波和选频的作用。按电路形式：单级放大器和级联放大器按电路形式：单级放大器和级联放大器第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器对高频小信号放大器的主要要求：对高频小信号放大器的主要要求：（1 1）增益高，通常靠多级放大器实现）增益高，通常靠多级放大器实现 （2 2）频率选择性好（通频带窄，矩形系数接近）频率选择性好（通频带窄，矩形系数接近

4、1 1）从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑从各种不同频率的信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为制干扰信号的能力称为放大器的选择性放大器的选择性。放大器的通频带和矩形系数是衡量选择性的两个重要参数。放大器所放放大器的通频带和矩形系数是衡量选择性的两个重要参数。放大器所放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定谱宽度，所以放大的一般都是已调制的信号，已调制的信号都包含一定谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。大器必须有一定的通频带，让必要的信号频谱分量通过放大器。 （3 3）工作稳定可靠；）工作稳定可

5、靠； （4 4）噪声低。）噪声低。在多级放大器中，第一级的噪声对整个放大器的在多级放大器中，第一级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。 以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性以上这些要求，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论。定主次，进行分析和讨论。 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5 图 3 1 高频小信号谐振放大器

6、 (a) 实际线路; 3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理高频小信号谐振放大器的工作原理 Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，决定为偏置电阻，决定工作点，工作点， Cb、Ce对高频旁路对高频旁路 C、L组成组成L、C谐振回路谐振回路 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器RL2LC5V(b)431 图 3 1 高频小信号谐振放大器 (b) 交流等效电路 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器3.1.2 放大器性能分析放大器性能分析1 晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路图3 2(a)是晶体管在高频运用时的混等效电路,它反映了晶体管中的物理过程, 也是分析晶体管高频时的基本等效

7、电路。 rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)C 图 3 2 晶体三极管等效电路 (a) 混等效电路; 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce. 图 3 2 晶体三极管等效电路 (b) Y参数等效电路第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器由图3-3可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程:coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3 5a) (3 5b) ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.图 3 3 高频小信号放大器的高频等效电路 导导纳纳称称为为输输出出短

8、短路路时时的的输输入入0cVbbieVIy传传输输导导纳纳称称为为输输出出短短路路时时的的正正向向0cVbcfeVIy传传输输导导纳纳称称为为输输入入短短路路时时的的反反向向0bVcbreVIy导导纳纳称称为为输输入入短短路路时时的的输输出出0bVccoeVIy第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 2 放大器的性能参数放大器的性能参数 忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 由图3 3可得cLcbSSbUYIUYII(3 6a) ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.图 3 3 图3 1高频小信号放大器的 高频等效电路 (3 6b) 第第3 3章章

9、 高频谐振放大器高频谐振放大器coebfeccrebiebUYUYIUYUYIcLcbSSbUYIUYII =，得cLcoebfeUYUYUY电压放大倍数fecbceLYUKUYY 由得， 代入，得fecbceLYUUYY )(bLoerefebiebUYYYYUYI输入导纳LoerefeiebbiYYYYYUIY第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器coebfeccrebiebUYUYIUYUYIcLcbSSbUYIUYII =，得bSscrebieUYIUYUY又 ，得：0sIrebcSieYUUYY 将代入，得：coeciesrefecUYUYYYYIieSfereoeIccoYY

10、YYYUIYS0输出导纳第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器(3) 输出导纳YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0 (3 9)LoerefeiebbiLoefebcYYYYYUIYYYYUUK(1) 电压放大倍数K(2) 输入导纳Yi (3 7) (3 8) 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 3.1.3高频谐振放大器的稳定性高频谐振放大器的稳定性 1 放大器的稳定性放大器的稳定性 反向传输导纳Yre引入的输入导纳, 记为Yir。 忽略 r bb的影响, 则由式(3 3)、 (3 4)有 将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率0附近情况, 有 (4) 通频带B 0.

11、707与矩形系数K 0.1 通频带B 0.707为 LoQfB707. 0(3 10) uremfeCjYgY第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率0附近情况, 有)21 ()21 ()21 (00000LLmuLLmuirLLLLoeQjGgCjQjGgCjYQjGCYY (3 11) 则 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器是是不不稳稳定定的的原原因因。生生，的的存存在在会会导导致致自自激激的的产产在在实实际际中中r re ey yfereiieieiroeLy yYyyYyYirFFYgjbgF改变了回路的改变了回路的QL值值, , bF

12、引起回路失谐。引起回路失谐。自激产生的原因自激产生的原因第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 gs L C yie Yir YS Yi gF是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负是频率的函数，在某些频率上可能为负值，即呈负电导性，使回路的总电导减小，电导性，使回路的总电导减小，QL增加，通频带减小，增增加，通频带减小，增益也因损耗的减少而增加，即负电导益也因损耗的减少而增加，即负电导gF供给回路能量，出现供给回路能量，出现正反馈。当正反馈。当gF = gs + gie（回路原有电导）则回路总电导（回路原有电导）则回路总电导g = 0，QL ，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状

13、态。，放大器失去放大性能，处于自激振荡工作状态。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 2. 提高放大器稳定性的方法提高放大器稳定性的方法 是利用中和电容Cn的中和电路。 为了抵消Yre的反馈, 从集电极回路取一与 反相的电压 , 通过Cn反馈到输入端。根据电桥平衡有cbcbnncbCNNCLLCLjCjLjCj212120010011cUnU则中和条件为 (3 12) 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器由于由于y yrere的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大的存在，晶体管是一个双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向

14、化。器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。单向化的方法有：单向化的方法有：中和法中和法 消除消除y yrere的反馈的反馈失配法失配法 使使G GL L或或g gs s的数值增大，因而使输入或输出回的数值增大，因而使输入或输出回路与晶体管失去匹配。路与晶体管失去匹配。中和法中和法: : 外加一个电容抵消正反馈电容的作用外加一个电容抵消正反馈电容的作用. . 失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；失配法：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配； 晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。晶体管输出端负载不与晶体管的输出阻抗匹配。 即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性即以牺牲电压增益来换取放大器的稳定性

15、2.2.提高放大器稳定性的方法提高放大器稳定性的方法第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 电桥平衡时，电桥平衡时，CDCD两端的回路电压两端的回路电压 不会反映到不会反映到ABAB两端两端, ,即对应两边阻抗之比相等。即对应两边阻抗之比相等。(1) (1) 中和法：中和法： 在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用在放大器线路中插入一个外加的反馈电路，使它的作用恰好和晶体管的内反馈互相抵消。恰好和晶体管的内反馈互相抵消。 具体线路：具体线路： AL1L2BCbcCNVi+ BAViCN+VoCbcCDL1L20VNCCLL11cb21cb21cb21NCNNCLLC第第3 3章

16、章 高频谐振放大器高频谐振放大器N2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV 图 3 5 中和电路 (a) 原理电路; 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器L1L2Uc.CnUo.EcV2(b)V1 图 3 5 中和电路 (b) 某收音机实际电路第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器LoerefeieiYyyyyYsiefereoe0yyyyyYiesyyierefeoe0yyyyY BG1 Yg Y0 yiyie YL 失配 BG2 复合管 使使Yi = yie，即使后项，即使后项0，则必须加大，则必须加大Y LoeLyy晶体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一晶

17、体管实现单向比，只与管子本身参数有关，失配法一般采用共发一共基级联放大。般采用共发一共基级联放大。则则信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配，晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。本级晶体管的输出阻抗匹配。原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也原理：由于阻抗不匹配，输出电压减小，反馈到输入电路的影响也随之减小。使增益下降，提高稳定性。随之减小。使增益下降，提高稳定性。(2) 失配法失配法 ieiyY 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器V1V2YSYLYi YieYo YobYfbYrbYib 图 3

18、6 共发共基电路第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器DR3R1R4R2G2G1S EcuoCSRSV 图 3 7 双栅场效应管调谐放大器 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器3. 中和法与失配法比较中和法与失配法比较中和法：中和法：优点：简单，增益高优点：简单，增益高缺点：缺点： 只能在一个频率上完全中和，不适合宽带只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。生产。 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。化没有改善效果。失配法

19、：失配法：优点：优点： 性能稳定，能改善各种参数变化的影响；性能稳定，能改善各种参数变化的影响； 频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；频带宽，适合宽带放大，适于波段工作； 生产过程中无需调整，适于大量生产。生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。缺点：增益低。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 3.1.4多级谐振放大器多级谐振放大器 1多级单调谐放大器多级单调谐放大器 多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心频率。 nKKKK002010 (3 13) 211a(3 14) 2/2)1 (nna(3 15) 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器第第3 3章章

20、高频谐振放大器高频谐振放大器 2. 多级双调谐放大器多级双调谐放大器 2/4)41 (nna(3 16) 3. 参差调谐放大器参差调谐放大器 图3 8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调谐放大器的频率特性。图3 9示出了一彩色电视机高频头的调谐放大器的简化电路。 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 3.1.5 高频集成放大器高频集成放大器 高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成放大器, 主要用于某些不需要选频功能的设备中, 通常以电阻或宽带高频变压器作负载; 另一种是选放大器, 用于需要有选频功能的场合, 如接收机的中放就是它的典型应用。 图3 10(a)中, 集中选频滤

21、波器接于宽带集成放大 器的后面。 图3 10(b)是另一种接法。 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器C2C1AGCG2G1DVSEcC3 图 3 9电视机高频放大器的简化电路 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器(a)(b)前 置放大器集 中滤波器宽 带放大器宽 带放大器集 中滤波器图3 10 集中选频放大器组成框图第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 图 3 11示出了Mini Circuits公司生产的一集成放大器MRA8的应用电路， MRA8是硅单片放大器, 其主要指标见表3

22、 3。 A2C2L1L2A1C1MRA8ui5050uoC3R1R2220 14W220 14W15MRA8C4图 3 11 集成选频放大器应用举例 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器本本 节节 小小 结结一、高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐一、高频小信号放大器是通常分为谐振放大器和非谐振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合振放大器，谐振放大器的负载为串、并联谐振回路或耦合回路。回路。 二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择二、小信号谐振放大器的选频性能可由通频带和选择性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以衡量实际幅频特性两个质量指标来衡量。用矩形系数可以

23、衡量实际幅频特性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于性接近理想幅频特性的程度，矩形系数越接近于1，则谐，则谐振放大器的选择性愈好。振放大器的选择性愈好。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工三、高频小信号放大器由于信号小，可以认为它工作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行作在管子的线性范围内，常采用有源线性四端网络进行分析。分析。Y参数等效电路和混合参数等效电路和混合 等效电路是描述晶体管工等效电路是描述晶体管工作的重要模型。作的重要模型。Y参数与混合参数与混合 参数有对应关系，参数有对应关系，Y参数不仅与静态参数不仅与静态工作点

24、有关，而且是工作频率的函数。工作点有关，而且是工作频率的函数。 四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，四、单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载，为了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采了提高电压增益，谐振回路与信号源和负载的连接常采用部分接入方式。用部分接入方式。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 五、由于晶体管内部存在反向传输导纳五、由于晶体管内部存在反向传输导纳Yre，使晶体，使晶体管成为双向器件，在一定频率下使回路的总电导为零，这管成为双向器件，在一定频率下使回路

25、的总电导为零，这时放大器会产生自激。时放大器会产生自激。为了克服自激常采用为了克服自激常采用“中和法中和法”和和“失配法失配法”使晶体使晶体管单向化。保持放大器稳定工作所允许的电压增益称为稳管单向化。保持放大器稳定工作所允许的电压增益称为稳定电压增益，用定电压增益，用(Avo)s表示，表示，(Avo)s只考虑了内部反馈，只考虑了内部反馈，未考虑外部其他原因引起的反馈。未考虑外部其他原因引起的反馈。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器3.2 高频功率放大器的原理和特性高频功率放大器的原理和特性 一、高频功放的作用及特性一、高频功放的作用及特性 1、使用谐振功率放大器的目的、使用谐振功率放

26、大器的目的放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。音音 频频放大器放大器声音话话 筒筒载载 波波振荡器振荡器高高 频频放大器放大器振振 幅幅调制器调制器2、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题：、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题：高效率输出高效率输出高功率输出高功率输出联想对比：联想对比：谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；谐振功率放大器与低频功率放大器；谐振功率放大器与低频功率放大器；第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处、谐振功率放大器

27、与小信号谐振放大器的异同之处相同之处：相同之处：放大的信号均为高频信号放大的信号均为高频信号 放大器的负载均为谐振回路。放大器的负载均为谐振回路。不同之处：不同之处：激励信号幅度大小不同；激励信号幅度大小不同； 放大器工作点不同；放大器工作点不同； 晶体管动态范围不同。晶体管动态范围不同。 ic VBE t o o ic tVBZ 谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 ic Q VBE t o o ic tt 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器ic Q uBEBEe t o o ic t 小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 2

28、c是在一周期内的集电极电流流通角，因此，c可称为半导通角或截止角(意即t=c时，电流被截止)。为方便起见，以后将c简称为通角 2c第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 ic vBEE t o o ic t VBZ 谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图2c第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器共同之处共同之处:都要求输出功率大和效率高。都要求输出功率大和效率高。 功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。放大器的效率。功率放

29、大器的主要技术指标是输出功率与效率功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处不同之处：不同之处：工作频率和相对频带宽度不同；工作频率和相对频带宽度不同；放大器的负载不同；放大器的负载不同；放大器的工作状态不同。放大器的工作状态不同。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器5、工作状态：、工作状态： 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。谐振功率

30、放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其工作状其工作状态通常选为丙类工作状态态通常选为丙类工作状态( c90 )，为了不失真的放大信，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。号，它的负载必须是谐振回路。非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽带高频非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态

31、；宽带高频功率放大器以宽带传输在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。线为负载。谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器1、原理电路、原理电路谐振功率放大器的基本电路谐振功率放大器的基本电路(1)晶体管的作用是在将供电电晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。的过程中起开关控制作用。(2)谐振回路谐振回路LC是晶体管的负载是晶体管的负载(3)基极为负偏压，电路工作在基极为负偏压，电路工作在丙类工作状态丙类工作状态(思考一：思考一：w

32、hy?)外部电路关系式：外部电路关系式：cos(0)cos(0)BEBBbBBCECCcCCvVVtVvVVtV一、谐振功率放大器的工作原理一、谐振功率放大器的工作原理ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV设输入信号为设输入信号为tVubbcos第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线必须强调指出：必须强调指出：集电极电流集电极电流ic虽然是脉虽然是脉冲状，但由于谐振回路冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。能得到正弦波形的输出。 转移 特性 ic VBZ o 理想化 ic max

33、 ic t o c +c o c +c Vbm Vbm vBE vc VBB t coscosBBBBbBBBBbUUUtUUU第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 放大器的负载为并联谐振回路放大器的负载为并联谐振回路(思考二思考二：why?) ，其谐振频率，其谐振频率0 0等于信号频率等于信号频率时，回路对时，回路对呈现一大的谐振阻抗呈现一大的谐振阻抗R RL L，在，在基波分量上产生电压，对远离基波分量上产生电压，对远离的直流和谐波分量的直流和谐波分量22、33呈现很小的阻抗，因而输出很小，几乎为零。呈现很小的阻抗，因而输出很小，几乎为零。周期性脉冲可以分解成直流、 基波(信号频率

34、分量)和各次谐波分量, 即 tnItItIIicncccoccos2coscos21的方向）注意c1i(coscoscostUEuEutURtIRiuuccoccecLcLcco第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器51 VBZ VBB t VCC t t t vBE ib ic vCE Vcm Vcm vb 谐振功率放大器中各部分谐振功率放大器中各部分电压与电流的关系电压与电流的关系cCCCEvVv（a a）2、电流与电压波形：、电流与电压波形：ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器(b)t或电压电流oVBZVCCVBBVbmV

35、cmvbE maxiCic maxciCvCEvBEvCE min1. iC 与与vBE同相，与同相，与vCE反相；反相；2. iC 脉冲最大时，脉冲最大时，vCE最小；最小；3. 导通角和导通角和vCEmin越小，越小，Pc越小；越小；tVVbmBBBEcosvtVVcmCCCEcosvdtTPTCECc01vivCE第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 t 或电压 电流 VBZ o ic max vcE min ic c VCE Vcm VCC ic vc VBE max 2 VBB vBE Vbm vb 232 25(b) 高频功率放大器中各部高频功率放大器中各部分电压与电流的关

36、系分电压与电流的关系第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器3、高频功放的能量关系、高频功放的能量关系 功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。信号功率输出去。 有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。为了表示晶体管放大器的转换能力引入集电极耗散功率。为了表示晶体管放大器的转换能力引入集电极效率电极效率cP0=直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；P

37、1=交流输出信号功率；交流输出信号功率；Pc=集电极耗散功率；集电极耗散功率；根据能量守衡定理：根据能量守衡定理：故集电极效率：故集电极效率：1101ccPPPPP第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器由上式可以得出以下两点结论：由上式可以得出以下两点结论：2） 由式由式11cccPP可知可知如果维持晶体管的集电极耗散功率如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值，不超过规定值，那么提高集电极效率那么提高集电极效率 c，将使交流输出功率，将使交流输出功率P1大为增加。大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。率

38、的。1) 设法尽量降低集电极耗散功率设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则集电极效率，则集电极效率 自自然会提高。这样，在给定然会提高。这样，在给定P0时，晶体管的交流输出功率时，晶体管的交流输出功率P1就会增大；就会增大；第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率Pc可见使可见使ic在在vCE最低的时候才能通过，那么，集电极耗散最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小。功率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率：dtvTTCEc01i故：故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极要想获得高的集电极效率

39、，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于电流应该是脉冲状。导通角小于180 ，处于丙类工作，处于丙类工作状状态。态。谐振功率放大器工作在丙类工作状态时谐振功率放大器工作在丙类工作状态时 c90 ，集电，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器直流功率：直流功率：输出交流功率：输出交流功率：Vc - 回路两端的基频电压回路两端的基频电压 Ic1 - 基频电流基频电流RL - 回路的谐振电阻回路的谐振电阻 放大器的集电极效率：放大器的集电

40、极效率：cCCVV10ccII集电极电压利用系数集电极电压利用系数:为通角为通角 c的函数；的函数； c越小越小越大越大波形系数波形系数:11001122cccccIUPPIU第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 越大越大(即即Vcm越大或越大或vcEmin越小越小) c越小越小,效率效率 c越高。因此，越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率丙类谐振功率放大器提高效率 c的途径为：的途径为：1、减小、减小 c角；角；2、使、使LC回路谐振在信号的基频上，回路谐振在信号的基频上，即即ic的最大值应对应的最大值应对应vcE的最小值。的最小值。 t 或电压 电流 VBZ o ic max v

41、cE min ic c vcE Vcm VCC ic vc vBE max 2 VBZ vB Vbm vb 232 25(b) vCE第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数ic =Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+由傅里叶级数的求系数法得由傅里叶级数的求系数法得)cos1)(1(sincoscossin2)()cos1 (sincos)()cos1 (cossin)(210ccccccnccccccccccnnnnn其中：其中：n2.01.00.20.1020406080100c10

42、180120160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数)()(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiI第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 n 2.0 1.0 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 80 100 c 1 0 180 120 160 1 0 0 1 2 3 140 尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数当当 c120 时，时，Ic1/icmax达到最大值。在达到最大值。在Ic max与与负载阻抗负载阻抗Rp为某定值的为某定值的情况下，输出功率将达情况下，输出功率将达到最大值。这样看来，到最大值。这样看来，取取

43、c=120 应该是最佳通应该是最佳通角了。但此时放大器处角了。但此时放大器处于甲级工作状态效率太于甲级工作状态效率太低。低。右图可见：右图可见：第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器n2.01.00.20.1020406080100c10180120 160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数：波形系数波形系数由曲线可知：由曲线可知：极端情况极端情况 c=0时，时，10()2()cc此时此时 =1， c可达可达100%因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取70 左右。左右。由于由于11100()11122()2cccc

44、CCcncV IPPVI10()()cc 1P但第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器bbdUIP121 (3 27) 高频功放的功率放大倍数为 dpPPK1(3 28) 用dB表示为)(101dBPPLgKdp (3 29) 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器故谐振功率放大器的工作特点：故谐振功率放大器的工作特点：放大高频大信号放大高频大信号, 属于非线性工作状态；属于非线性工作状态；基极偏置为负值基极偏置为负值,半通角半通角 c90 ，即丙类工作状态；即丙类工作状态；电流脉冲是尖顶余弦脉冲；电流脉冲是尖顶余弦脉冲；负载为负载为LC

45、谐振回路。谐振回路。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器高频功放的分析方法高频功放的分析方法 由于高频功率放大器通常工作于丙类，属于非线性电路，由于高频功率放大器通常工作于丙类，属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。因此不能用线性等效电路来分析。图解法图解法利用电子器件的特性曲线来对其工作状态进利用电子器件的特性曲线来对其工作状态进行计算行计算 优点：从客观实际出发，计算结果比较准确优点：从客观实际出发，计算结果比较准确 缺点：对工作状态的分析不方便，步骤繁杂缺点：对工作状态的分析不方便，步骤繁杂折线近似法折线近似法用折线段来表示电子器件的特性曲线，用折线段来表示电子器件的特性

46、曲线，将电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示将电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示 优点：物理概念清楚，分析工作状态方便优点：物理概念清楚，分析工作状态方便 缺点：计算准确度较低缺点：计算准确度较低二、高频谐振功率放大器的工作状态二、高频谐振功率放大器的工作状态第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器折线法折线法所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高工程上都采用近似估算和实验调整相结合

47、的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。析法。对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量的直流分量Ic0和基频分量和基频分量Icm1。二、高频谐振功率放大器的工作状态二、高频谐振功率放大器的工作状态第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器折线分析法折线分析法的主要步骤：的主要步骤：1、测出晶体管的转移特性曲线、测出晶体管的转移特性曲线ic vBE及输出特性曲及输出特性曲线线ic vCE， 并将这两组曲线作理想折线化处理。并将这两组曲线作理想折线化处理。2、

48、作出动态特性曲线。、作出动态特性曲线。3、根据激励电压、根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画的大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲出对应电流脉冲ic和输出电压和输出电压vc的波形。的波形。4、求出、求出ic的各次谐波分量的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2由给定的负由给定的负载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标。率、直流供给功率、效率等指标。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 理想化折线 （虚线） ic gc 0 VBZ ic 过压区 临界线 欠压区 vBE vCE 0 (a) (

49、b) gcr vBE 晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条直线来表示的一条直线来表示(VBZ为发射结开启电压为发射结开启电压)。由上图可见，根据理想化原理，在放大区由上图可见，根据理想化原理，在放大区,集电极电流集电极电流只受基极电压的控制只受基极电压的控制,与集电极电压无关与集电极电压无关; 在饱和区，集电极在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线

50、第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极电流是在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极电流是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：1)欠压工作状态：欠压工作状态： 集电极最大点电流在临界线的右方，集电极最大点电流在临界线的右方， 交流输出电压较低且变化较大。交流输出电压较低且变化较大。2)过压工作状态：过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区， 交流输出电压较高且变化不大。交流输出电压较高且变化不大。3)临界工作状态：临界工作状态： 是欠压和过压状态的分

51、界点，是欠压和过压状态的分界点， 集电极最大点电流正好落在临界线上。集电极最大点电流正好落在临界线上。 ic 过压区 临界线 欠压区 vBE vCE 0 gcr 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器1. 高频功放的动特性高频功放的动特性 理想化折线 （虚线） ic gc 0 VBZ ic 过压区 临界线 欠压区 eb vCE 0 (a) (b) gcr vBE 晶体管的静态特性是在集电极电路内没有负载阻抗的条晶体管的静态特性是在集电极电路内没有负载阻抗的条件下获得的。如，维持基极电压件下获得的。如，维持基极电压vBE不变，改变集电极电压不变，改变集电极电压vCE ，就可求出，就可求出i

52、cvCE静态特性曲线族。如果集电极电路有负静态特性曲线族。如果集电极电路有负载阻抗，则当改变载阻抗，则当改变vBE使使ic变化时，由于负载上有电压降，就变化时，由于负载上有电压降，就必然同时引起必然同时引起vCE的变化。的变化。 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器高频放大器的工作状态是由负载阻抗高频放大器的工作状态是由负载阻抗RL、激励电压、激励电压vb、供电电压供电电压VCC、VBB等等4个参量决定的。个参量决定的。如果如果VCC、VBB、vb 3个参变量不变，则放大器的工作状个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻态就由负载电阻RL决定。此时，放大器的电流、输出电压、决定。此

53、时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随功率、效率等随RL而变化的特性，就叫做放大器的负载特而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。性。所谓动态特性是和静态特性相对应而言的，在考虑了负所谓动态特性是和静态特性相对应而言的，在考虑了负载的作用后，所获得的载的作用后，所获得的vCE、vBE与与ic的关系曲线就叫做动的关系曲线就叫做动态特性。态特性。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器动态线动态线作法作法：A、B、C为三点连为三点连线为动特性曲线，线为动特性曲线， 取取A、Q两点；两点； 连连AQ，交横轴于，交横轴于B点。点。 (3)(3)取取C C点，连接点，连接BCBC两点。两点。特殊点

54、说明特殊点说明 A点点 ： 0，确定确定A点点。vBE达到最大，达到最大，vCE达达到最小，到最小，iC达到最大；达到最大；Q点：点： 90 ， vCEVCC确定确定Q点点，Q点是个假想点，虚拟电流点是个假想点，虚拟电流IQ 连接连接AQ, 确定确定B点。点。 t O c +c vCE 斜率 ic max VCm 2c vCE min Vo IQ O ic A vBEmax= VBB+Vbm cmVbmVcgdg B VCC Q ic c vCECE坐标平面上的动态特性曲坐标平面上的动态特性曲线的作法与相应的线的作法与相应的ic c波形波形 tt vCE= VCCVcmcos tvBE= VB

55、B+Vbmcos tvBE= VBBcmCCCEbmBBBEVVvVVv第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器vBE= VBB+Vbmcos t vCE= VCCVcmcos t(3)C点:cmCCCECVVuit,0,确定C点.A、B、C三点连线即为动特性曲线。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器在在 VCC、VBB、vb为一为一定，只变化放大器的负载定，只变化放大器的负载电阻而引起的放大器输出电阻而引起的放大器输出电压、输出功率、效率的电压、输出功率、效率的变化特性称为变化特性称为负载特性负载特性。 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半导通角 t B A C D

56、 3 2 1 负载增大 VBE=vBE max VCC Q vce min Vcm 1.欠压状态 2.临界状态 3.过压状态 RL Vcm Vcm 电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形 在负载电阻在负载电阻RL由小至大由小至大变化时，负载线的斜率由小变化时，负载线的斜率由小变大，如图中变大，如图中123。不。不同的负载，放大器的工作状同的负载，放大器的工作状态是不同的态是不同的,所得的所得的ic波形、波形、输出交流电压幅值、功率、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。效率也是不一样的。2.欠压、过压、临界三种工作状态欠压、过压、临界三种工作状态第第3 3章章 高频谐振放大器高频

57、谐振放大器2.欠压、过压、临界三种工作状态欠压、过压、临界三种工作状态 欠压状态欠压状态: B点以右的区域。点以右的区域。在欠压区至临界点在欠压区至临界点 的范围内，的范围内，根据根据Vc=RLIc1，放大器的交流，放大器的交流输出电压在欠压区内必随负载输出电压在欠压区内必随负载电阻电阻RL的增大而增大，其输出的增大而增大，其输出功率、效率的变化也将如此。功率、效率的变化也将如此。 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半导通角 t B A C D 3 2 1 负载增大 vBE=vBEmax VCC Q vce min Vcm 1.欠压状态 2.临界状态 3.过压状态 Rp Vcm

58、Vcm 临界状态临界状态: 负载线和负载线和vb max正好相交于临界线的拐点。放大正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的器工作在临界状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。效率也就较大。根据集电极是否进入饱和区，根据集电极是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三将放大区的工作状态分为三种种:第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 过压状态过压状态电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形过压状态放大器的负载较过压状态放大器的负载较大，如动态线大，如动态线3就是这种情况。就是这种情况。动态线穿过临界点动态线穿过临界点C后，电流

59、后，电流沿临界线下降，因此集电极电沿临界线下降，因此集电极电流流ic呈下凹顶状，过压愈重，呈下凹顶状，过压愈重，则则ic波顶下凹愈厉害，严重时，波顶下凹愈厉害，严重时，ic波形可分裂为两部分。根据波形可分裂为两部分。根据傅里叶级数对傅里叶级数对ic波形分解可知，波形分解可知，波形下凹的波形下凹的ic，其基波分量，其基波分量Ic1会下降，下凹愈深，则会下降，下凹愈深，则Ic0、Ic1的下降也就愈激烈因此放的下降也就愈激烈因此放大器的输出功率和效率也要减大器的输出功率和效率也要减小。小。 ic ic 3 2 1 icmax 0 180 90 半导通角 t B A C D 3 2 1 负载增大 VB

60、E=vBE max VCC Q VCEmin Vcm 1.欠压状态 2.临界状态 3.过压状态 Rp Vcm Vcm 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。基极调幅，需采用这种工作状态。第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可