高频第3章高频谐振放大器

1、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 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。线电设备中的高频小信号。 RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)53.1.1 高频小信号谐振放大器的工

2、作原理高频小信号谐振放大器的工作原理RL2LC5V(b)431 图 3 1 高频小信号谐振放大器 (a) 实际线路; (b) 交流等效电路 RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)53.1.2 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 图图3 2(a)是晶体管在高频运用时的混是晶体管在高频运用时的混等效电路等效电路,它反映了它反映了晶体管中的物理过程晶体管中的物理过程, 也是分析晶体管高频时的基本等效电路。也是分析晶体管高频时的基本等效电路。rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)CUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbe

3、Uce.RL2LC5V(b)431rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)CUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.bburebbmfebbmbbuoebbierCjCjYrCjgYrCjgrCjCjYrCjCjY1111 (3 1)(3 2) (3 3) (3 4) 在忽略在忽略rbe及满足及满足CC的条件下的条件下, Y参数与混参数与混参参数之间的关系为数之间的关系为RL2LC5V(b)431 由图由图3 2可以得到晶体管可以得到晶体管Y参数等效电路的参数等效电路的Y参参数方程数方程coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3 5a) (3 5

4、b) 图图 3 2 晶体三极管等效电路晶体三极管等效电路 (a) 混混等效电路等效电路; (b) Y参数等效电路参数等效电路 2 放大器的性能参数放大器的性能参数由图由图3 3可得可得cLcbSSbUYIUYII(3 6a) ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.图图 3 3 图图3 1高频小信号放大器的高频小信号放大器的 高频等效电路高频等效电路 (3 6b) (3) 输出导纳输出导纳 YoieSfereoeIccoYYYYYUIYS0 (3 9) LoefebcYYYUUK(1) 电压放大倍数电压放大倍数K(2) 输入导纳输入导纳Yi (3 7) (3

5、8)cLcbSSbUYIUYIIcoebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3 6a) (3 6b) (3 5a) (3 5b) LoerefeiebbiYYYYYUIY (4) 通频带通频带B 0.707与矩形系数与矩形系数K 0.1 通频带通频带B 0.707为为 LoQfB707. 0(3 10) 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 反向传输导纳反向传输导纳Yre引入的输入导纳引入的输入导纳, 记为记为Yir。忽略忽略r bb的影响的影响 , 则则ureeebCmfeCjYrUIgY1.bburebbmferCj1CjYrCj1

6、gY由由得得rbbUbe.CgmUbe.Ycebeceb(a)CUbe.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.LoerefeirYYYYYLoerefeiebbiYYYYYUIY将将Yoe归入负载中归入负载中, 并考虑并考虑谐振频率谐振频率0附近情况附近情况, )21 (0LLLoeQjGYY (3 11) 则则 LoerefeirYYYYY在式在式中中ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.)21 ()21 (0000LLmuLLmuirQjGgCjQjGgCjY021jQRZpuremfeCjYgYRL2LC5V(b)431irieL

7、oerefeiebbiYYYYYYYUIY)21 (00LLmuirQjGgCjYISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.irieLoerefeiebbiYYYYYYYUIYN2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)CbV2. 提高放大器稳定性的方法提高放大器稳定性的方法4231XXXX 是利用中和电容是利用中和电容Cn的中和电路。的中和电路。 为了抵消为了抵消Yre的反馈的反馈, 从集电极回路取一与从集电极回路取一与 反相的电压反相的电压 , 通过通过Cn反馈到反馈到输入端。根据电桥平衡有输入端。根据电桥平衡有cb21cb21n20cb010n0CNNCL

8、LCLjCj1LjCj1cUnU则中和条件为则中和条件为 (3 12) 4231XXXXL1L2Uc.CnUo.EcV2(b)V1 图 3 5 中和电路(a) 原理电路; (b) 某收音机实际电路V1V2YSYLYi YieYo YobYfbYrbYib 3 6 共发共发共基电路共基电路失配法：增大总回路导纳，使输出电路失配。失配法：增大总回路导纳，使输出电路失配。DR3R1R4R2G2G1S EcuoCSRSV 图图 3 7 双栅场效应管调谐放大器双栅场效应管调谐放大器 相当于两个场效应管作共源相当于两个场效应管作共源共栅级联。共栅级联。3.1.4多级谐振放大器多级谐振放大器 1多级单调谐放

9、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多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心频率。均为信号的中心频率。nKKKK002010 (3 13) 211a(3 14) 2/2)1 (nna(3 15) 2011IIffQ2Q2第二章中第二章中单振荡回路的归一化单振荡回路的归一化频率特性频率特性级放大器通级放大器通频带：频带：BWn=2f 0.7= 7 . 0n100n1BW12Qf12 换句话说换句话说, 如多级放大器的频带确定以后如多级放大器的频带确定以后, 级数越多级数越多, 则要则要求其中每一级放大器的频带越宽。所以求其中每一级放大器的频带越宽。所以, 增益和通频带的矛

10、盾增益和通频带的矛盾是一个严重的问题是一个严重的问题, 特别是对于要求高增益宽频带的放大器来特别是对于要求高增益宽频带的放大器来说说, 这个问题更为突出。这一特性与低频多级放大器相同。这个问题更为突出。这一特性与低频多级放大器相同。 例例2.2某中频放大器的通频带为某中频放大器的通频带为MHz, 现采用两级或三级现采用两级或三级相同的单调谐放大器相同的单调谐放大器, 两种情况下对每一级放大器的通频带要两种情况下对每一级放大器的通频带要求各是多少？求各是多少？ 解解: 根据式（根据式（2321）, 当当n=2时时, 因为因为67 . 021210612BWBW所以所以, 要求每一级带宽要求每一级

11、带宽Z62167 . 0H103 . 912106BW同理同理, 当时当时, 要求每一级带宽要求每一级带宽ZHBW63167 . 0108 .1112106 根据矩形系数定义根据矩形系数定义, 当当0.1时可求得时可求得:ennQffBW011 . 01 . 011002所以所以, 级单调谐放级单调谐放大器的矩形系数大器的矩形系数121100111 . 01 . 0nnnnnBWBWK2/2)1 (nna2. 多级双调谐放大器多级双调谐放大器2/4)41 (nna(3 16)表表3-2 多级双调谐放大器的带宽和矩形系数多级双调谐放大器的带宽和矩形系数3. 参差调谐放大器参差调谐放大器 图图3

12、8是采用单调谐回路是采用单调谐回路和双调谐回路组成的参差调谐和双调谐回路组成的参差调谐放大器的频率特性。放大器的频率特性。C2C1AGCG2G1DVSEcC3图图 3 9电视机高频放大器的简化电路电视机高频放大器的简化电路 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高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成放大器一种是非选频的高频集成放大器, 主主要用于某些不需要选频功能的设备中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通常以电阻或宽带高频变压器作负载变压器作负载; 另一种是选频放大器另一种是选频放大器, 用于需要有选频功能的用于需要有选频功能的场合场合,

13、 如接收机的中放就是它的典型应用。图如接收机的中放就是它的典型应用。图3 10(a)中中, 集集中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面。中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面。 图图3 10(b)是另是另一种接法。一种接法。(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 图图 3 11示出了示出了Mini Circuits公司生产的一集成公司生产的一集成放大器放大器MRA8的应用电路，的应用电路， MRA8是硅单片放大器是硅单片放大器, 其其主要指标见表主要指标见表3 3。 A2C2L1L2A1C1MRA8ui5050uoC3R1R222

14、0 14W220 14W15MRA8C4图图 3 11 集成选频放大器应用举例集成选频放大器应用举例 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 高频功率放大器的主要功用是放大高频信号高频功率放大器的主要功用是放大高频信号, 并并且以高效输出大功率为目的且以高效输出大功率为目的, 它主要应用于各种无线电它主要应用于各种无线电发射机中。发射机中。 3.2.1工作原理工作原理 ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV图图 3 12 晶体管高频功率放晶体管高频功率放大器的原理线路大器的原理线路 图图3 12是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路是一个采用晶体管的高频

15、功率放大器的原理线路, 除电除电源和偏置电路外源和偏置电路外, 它是由晶体管、它是由晶体管、 谐振回路和输入回路三部分组谐振回路和输入回路三部分组成的。成的。RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)51电流、电流、 电压波形电压波形tUEubbbecostUubbcos则由图则由图3 12得基极回路电压为得基极回路电压为(3 17) 周期性脉冲可以分解成直流、周期性脉冲可以分解成直流、 基波基波(信号频率分量信号频率分量)和各次谐波分量和各次谐波分量, 即即 tnItIIicnccoccoscos1(3 18) 设输入信号为设输入信号为ucCRLuceubeubEbEcu ()ibic

16、V图图3-13 集电极电流的波形集电极电流的波形) 1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1 (cossin)()cos1 (cossinmax2max1maxmax10maxmax0nainnnnniIaiiIaiiIncccncccccc (3 19b) (3 19a) (3 19c) 0()、 1()、 n()分别称为余弦脉冲的直流、分别称为余弦脉冲的直流、 基波、基波、 n次谐波的分解系数次谐波的分解系数, 数值见附录。数值见附录。 图图3-14 C类高频功放的电流、电压波形类高频功放的电流、电压波形ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV

17、 2 高频功放的能量关系高频功放的能量关系 在集电极电路中在集电极电路中, 谐振回路得到的高频功率谐振回路得到的高频功率(高频高频一周的平均功率一周的平均功率)即输出功率即输出功率P1为为LcLccRURIUIPc22112121211(3 22) 集电极电源供给的直流输入功率集电极电源供给的直流输入功率P0为为ccEIP00(3 23)直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损耗功率损耗功率Pc, 即即10PPPc(3 24) Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。变为耗散在晶体管集电结中的热能。 定义集电极效定义集电极效率率为为 21210

18、101ccccEUIIPP(3 25) 由式由式(3 24)、 (3 25)可以得到输出功率可以得到输出功率P1和集电极损和集电极损耗功率耗功率Pc之间的关系为之间的关系为111cPP(3 26) 基极电路中，设其基波基极电路中，设其基波电流振幅为电流振幅为I b1, 且与且与ub同相同相(忽略实际存在的容性电流忽略实际存在的容性电流), 则激励功率为则激励功率为称为波形系数，称为波形系数，称为集电极电压利用系数。称为集电极电压利用系数。bbdUIP121 (3 27) ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV10PPPc(3 24) 基极电路中，设其基波基极电路中，设其基波电流振

19、幅为电流振幅为I b1, 且与且与ub同相同相(忽略实际存在的容性电流忽略实际存在的容性电流), 则激励功率为则激励功率为bbdUIP121 (3 27) ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicVbbdUIP121 (3 27) 高频功放的功率放大倍数为高频功放的功率放大倍数为 dpPPK1(3 28) 用用dB表示为表示为)(101dBPPLgKdp (3 29) 21210101ccccEUIIPP 3.2.2 高频谐振功率放大器的工作状态高频谐振功率放大器的工作状态 1 高频功放的动特性高频功放的动特性 动特性是指当加上激励信号及接上负载阻抗时动特性是指当加上激励信号及接上负

20、载阻抗时, 晶体管集电极电流晶体管集电极电流ic与电极电压与电极电压(ube或或uce)的关系曲的关系曲线线, 它在它在icuce或或icube坐标系统中是一条曲线。坐标系统中是一条曲线。ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV图图 3-16 高频功放的动特性高频功放的动特性2 高频功放的工作高频功放的工作状态状态 高频谐振功高频谐振功率放大器根据集电率放大器根据集电极电流是否进入饱极电流是否进入饱和区可以分为欠压、和区可以分为欠压、 临界和过压三种状临界和过压三种状态态图图 3-16 高频功放的动特性高频功放的动特性图图 3-17 过压状态的过压状态的ic波形波形 例例3-2 某

21、高频功放工作在临界状态，某高频功放工作在临界状态， 通角通角70,输出功率输出功率为为3W，Ec24V， Eb0.5 V， 所用高频功率管的临界饱和线所用高频功率管的临界饱和线斜率斜率Sc0.33A/V， 转移特性曲线斜率转移特性曲线斜率S0.8A/V，Eb=0.65V，管，管子能安全工作。试计算：子能安全工作。试计算： P0、 Ub以及负载阻抗的大小。以及负载阻抗的大小。例例3-1 某高频功放工作在临界状态，某高频功放工作在临界状态， 通角通角70,输出功率输出功率为为3W，Ec24V， Eb0.5 V， 所用高频功率管的临界饱和所用高频功率管的临界饱和线斜率线斜率Sc0.33A/V， 转移

22、特性曲线斜率转移特性曲线斜率S0.8A/V，Eb=0.65V，管子能安全工作。试计算：管子能安全工作。试计算： P0、 Ub以及负载阻抗的大小。以及负载阻抗的大小。 0 00 cecececcuuuSi解临界状态的标志就是解临界状态的标志就是icmax值正值正好处于放大区向饱和区过渡的临界好处于放大区向饱和区过渡的临界线上。临界饱和线的斜率为线上。临界饱和线的斜率为Sc， 则则临界线可表示为临界线可表示为图图3-18所示是工作在临界状态时的理想动特性。根据所示是工作在临界状态时的理想动特性。根据此图可以求出临界时电压利用系数此图可以求出临界时电压利用系数、 最大电流最大电流ic max以及以及

23、与输出功率与输出功率P1的关系。此时有的关系。此时有ic max=Scuce min=Sc(EcUc)=Sc(1)Ec所以所以ccmaxc1ESi上面两式联立起来，上面两式联立起来， 可得可得c1max ccc11)(2121EiUIP0)(22c1c12ESP另外，另外， 输出功率输出功率P1可以表示为可以表示为图图 3-18 临界状态参数计算临界状态参数计算921. 024436. 033. 032415 . 0)(2412122c1c1ESP A626. 0A24)921. 01 (33. 0)1 ()(cccmincmaxcESUESuSiccceA158. 0253. 063. 0)

24、(0max cc0iIA273. 0436. 063. 0)(1max cc1iIW79. 324158. 0cc00EIPW79. 0379. 310cPPP%7979. 3301PP因此因此或者或者 81273. 024921. 0c1cc1cLcrIEIUR至于此时所需激励电压至于此时所需激励电压Ub、基极偏置电压、基极偏置电压Eb可以从晶体管的转移特性曲线进行求解。转可以从晶体管的转移特性曲线进行求解。转移特性曲线如图移特性曲线如图 3-19 所示，计算如下：所示，计算如下：)cos1 (cosbbbcmaxbemaxUUUSiEubV19. 18 . 0)342. 01 (626.

25、0)cos1 (cmaxbSiUV24. 0342. 019. 165. 0cosbbbUEE%8073. 1921. 05 . 0212101CCII与题目中的要与题目中的要求不符求不符 3.2.3 高频功放的外部特性高频功放的外部特性 高频功放是工作于非线性状态的放大器高频功放是工作于非线性状态的放大器, 同时也可同时也可 以看成是一高频功率发生器以看成是一高频功率发生器(在外部激励下的发生器在外部激励下的发生器)。 1高频功放的负载特性高频功放的负载特性 负载特性是指只改变负载电阻负载特性是指只改变负载电阻RL, 高频功放电流、高频功放电流、 电电压、压、 功率及效率功率及效率变化的特性

26、。变化的特性。 图图 3 18(b)是根据图是根据图3 18(a)而得到的功率、而得到的功率、 效率效率曲线。曲线。ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV图图 3-20 高频功高频功放的负载特性放的负载特性2高频功放的振幅特性高频功放的振幅特性 高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅Ub 时时, 放大器电流、放大器电流、 电压、电压、 功率及效率的变化特性。功率及效率的变化特性。ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV图图 3-21 高频功放的振幅特性高频功放的振幅特性3. 高频功放的调制特性高频功放的调制特性1) 基极调制特

27、性基极调制特性ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicVtUEubbbecos2) 集电极调制特性集电极调制特性 ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV4. 高频功放的调谐特性高频功放的调谐特性 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 3.4.1 直流馈电线路直流馈电线路 直流馈电线路包括集电极和基极馈电线路。下面直流馈电线路包括集电极和基极馈电线路。下面结合集电极馈电线路和基极馈电线路说明结合集电极馈电线路和基极馈电线路说明Cb、 Lb的应的应用方法。用方法。 图图3 25是集电极馈电线路的两

28、种形式是集电极馈电线路的两种形式: 串联馈串联馈电线路和并联馈电线路。电线路和并联馈电线路。 图图 3 25(b) 中晶体管、中晶体管、 电电源、源、 谐振回路三者是并联连接的谐振回路三者是并联连接的, 故称为并联馈电线故称为并联馈电线路。路。 图图 3 27 集电极馈电线路两种形式集电极馈电线路两种形式 (a) 串联馈电串联馈电; (b) 并联馈电并联馈电ccceuEucCbEUcLbUUcCbEU 2基极馈电线路基极馈电线路 基极馈电线路也有串联和并联两种形式。基极馈电线路也有串联和并联两种形式。 图图3 26示出了示出了几种基极馈电形式几种基极馈电形式, 基极的负偏压既可以是外加的基极的

29、负偏压既可以是外加的, 也可以由基也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生。极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生。 ReCbVCbVR1R2ECbLbV(a)(b)(c) 图图 3 28 基极馈电线路的几种形式基极馈电线路的几种形式 3.4.2 输出匹配网络输出匹配网络 该双端口网络应具有这样的几个特点该双端口网络应具有这样的几个特点: (1) 以保证放大器传输到负载的功率最大以保证放大器传输到负载的功率最大, 即起到阻抗即起到阻抗匹配的作用匹配的作用; (2) 抑制工作频率范围以外的不需要频率抑制工作频率范围以外的不需要频率, 即有良好的即有良好的滤波作用滤波作用; (3) 大多数

30、发射机为波段工作大多数发射机为波段工作 。 R2R1(a)(b)(c) 图图 3 29几种常见的几种常见的LC匹配匹配 (a) L型型; (b) T型型; (c) 型型1. LC匹配网络匹配网络 图图3 27是几种常用的是几种常用的LC匹配网络。匹配网络。 对于对于L I型网络有型网络有 图图 3 28L型匹配网络型匹配网络 (a) L-I型网络型网络222222)(PPPPPPPPPPPPSSXRXRjXRXRjXRjXRjXRpppspsXRQXQQXRQR222111 对于对于L-型网络有型网络有ssspspRXQXQQXRQR2221)1 (3 33a) (3 33b) (3 33c)

31、 图图 3 28L型匹配网络型匹配网络 (b) L-型网络型网络 图图3 30是一超短波输出放大器的实际电路是一超短波输出放大器的实际电路, 它工它工作于固定频率。作于固定频率。 3DA21CCbVC1L1L2C222.5 V图图 3 30 一超短波输出放大器的实际电路一超短波输出放大器的实际电路 2 耦合回路耦合回路 图图3 30是一短波发射机的输出放大器，是一短波发射机的输出放大器， 它采用互它采用互感耦合回路作输出电路感耦合回路作输出电路, 多波段工作。多波段工作。 V1CbC1L1L2C2KL324 VM 图图3 31 短波输出放大器的实际线路短波输出放大器的实际线路 3.4.3 高频

32、功放的实际线路举例高频功放的实际线路举例 图图3 32(a)是工作频率为是工作频率为50 MHz的晶体管谐振功率放大电的晶体管谐振功率放大电路路, 它向它向50 外接负载提供外接负载提供25W功率功率, 功率增益达功率增益达7 dB。 VL2Ec13.5 VLbC1C214150pF50 90400 pFL1L332250 pF32250 pFC3C450 (a)C5VR1100k50 530 pFL1533pF15 pFC4R2110 kEGEDC615 pFL3C8C7533 pF533 pF50 (b)C1C2C3L2 图图 3 32 高频功放实际线路高频功放实际线路(a) 50 MHz

33、谐振功放电路谐振功放电路; (b) 175 MHz谐振功放电路谐振功放电路 3.5 高频功放、功率合成与射频高频功放、功率合成与射频模块放大器模块放大器 3.5.1 D类高频功率放大器类高频功率放大器 1. 电流开关型电流开关型D类放大器类放大器 图图3 32是电流开关型是电流开关型D类放大器的原理线路和波形类放大器的原理线路和波形图，图， 线路通过高频变压器线路通过高频变压器T1, 使晶体管使晶体管V1、 V2获得反向的获得反向的方波激励电压。方波激励电压。CALRLT2ic1ic2V1V20T1ic1t0(b)ic2t0(c)uce1t0(d )ucesuce2t0(e)ucesuAt0(

34、 f )UMUM uces 3/2 /2/2 3/2(a)Ec 图图 3 32 电流开关型电流开关型D类放大器类放大器 的线路和波形的线路和波形 ccescesmcescesmEuuUtdutuU)(2cos)(122 由此可得由此可得)()(2)(2cesccesmcmcescescmuEuUUuuEU 集电极回路两端的高频电压有效值为集电极回路两端的高频电压有效值为集电极回路两端的高频电压峰值集电极回路两端的高频电压峰值脉动电压的平均值：脉动电压的平均值：)uE(22UUcesccmceff（334）（333）3-32ccescLcocEuERIEP)(220 V1(V2)的集电极电流为振

35、幅等于的集电极电流为振幅等于Ic0的矩形的矩形, 它的基频分量它的基频分量振幅等于振幅等于(2/)Ic0。 V1、 V2的的ic1、 ic2中的基频分量电流在集中的基频分量电流在集电极回路阻抗电极回路阻抗RL(考虑了负载考虑了负载RL的反射电阻的反射电阻)两端产生的基频两端产生的基频电压振幅为电压振幅为LcocmRIU)2(将式将式(3 32)代入代入式式(3 35) 得得输出功率为输出功率为 (3 37) (3 36) (3 35)电源输入功电源输入功率为率为 (3 38) （332）)(cesccmuEU)(222cescLLcmcouERRUI2221)(221cescLLcmuERRU

36、PcescescLcuuERPPP)(2210集电极损耗功率为集电极损耗功率为 (3 40) (3 39) 2 电压开关型电压开关型D类放大器类放大器 图图3 33为一互补电压开关型为一互补电压开关型D类功放的线路及电流电压波类功放的线路及电流电压波形。形。 两个同型两个同型(NPN)管串联管串联, 集电极加有恒定的直流电压集电极加有恒定的直流电压Ec。 %100%10001ccescEuEPP2221)(221cescLLcmuERRUPccescLcocEuERIEP)(220iLL0C0RLEcS(b)uce2 2 电压开关型电压开关型D类放大器类放大器 图图3 33为一互补电压开关型为

37、一互补电压开关型D类功放的线路及电流电压波类功放的线路及电流电压波形。形。 两个同型两个同型(NPN)管串联管串联, 集电极加有恒定的直流电压集电极加有恒定的直流电压Ec。 uce2 tEc02iL t0ic1 t0ic1maxic2 t0(c)图图 3 33 电压开关型电压开关型D类功放的线路及波形类功放的线路及波形 由图可见由图可见, 因因ic1、ic2都是半波余弦脉冲都是半波余弦脉冲(=90), 所以两所以两管的直流电流和负载电流分别为管的直流电流和负载电流分别为maxcccoc0maxcLmaxccoiE1IEPiIi1I两管的直流输入功率为两管的直流输入功率为 负载上的基波电压负载上

38、的基波电压UL等于等于uce2方波方波脉冲中的基波电压分量。脉冲中的基波电压分量。 对对uce2分解可分解可得得ic1 t0ic1maxic2 t0uce2 tEc02iL t0max0max021212sin1ccLLLLccLLLccLiEIURPPiEIUPEttdEU负载上的功率为负载上的功率为 可见可见 此时匹配的负载电阻为此时匹配的负载电阻为 ic1 t0ic1maxic2 t0max0maxmax11cccoccLccoiEIEPiIiI 3.5.2 功率合成器功率合成器 功率合成器功率合成器, 就是采用多个高频晶体管就是采用多个高频晶体管, 使它们产使它们产生的高频功率在一个公

39、共负载上相加。生的高频功率在一个公共负载上相加。 图图3 34是常是常用的一种功率合成器组成方框图。用的一种功率合成器组成方框图。 基本单元信号源负载放大器混合电路 图图 3 34功率合成器组成功率合成器组成 RTABRLRT1RAABRBU1.RSES.(a)T1T2 图图 3 35 同相功率合成器同相功率合成器(a) 交流等效电路交流等效电路; (b) B信号源开路时的等效电路信号源开路时的等效电路 由由3dB耦合器原理可知耦合器原理可知, 当两晶体管输入电阻相当两晶体管输入电阻相等时等时, 则两管输入电压与耦合器输入电压相等则两管输入电压与耦合器输入电压相等 SBATBARRRRUUU4

40、2211 在晶体管的输出端在晶体管的输出端, 当两管正常工作时当两管正常工作时, 两管输出两管输出相同的电压相同的电压, 即即 且且 , 但由于负载上但由于负载上的电流加倍的电流加倍, 故负载上得到的功率是两管输出功率之故负载上得到的功率是两管输出功率之和和, 即即BAUULBAUUU112)2(21PIUPcALRBEB.RAEA.UA.UA /2.UB 0.RLUA /2.(b) 图图 3 35 同相功率合成器同相功率合成器(a) 交流等效电路交流等效电路; (b) B信号源开路时的等效电路信号源开路时的等效电路 当当 时时, 由于流过负载的电流只有原来的一由于流过负载的电流只有原来的一半

41、半, 功率减小为原来的功率减小为原来的1/4, 而而A管输出的另一半功率正好消管输出的另一半功率正好消 耗在平衡电阻耗在平衡电阻RT上上, 即有即有0UBLTRPPPPL412111 图图3 36是反相功率合成器的原理线路。是反相功率合成器的原理线路。 输入输入和输出端也各加有和输出端也各加有3 dB耦合器作分配和合并电路。耦合器作分配和合并电路。 图图 3 37 是一反相功率合成器的实际线路。是一反相功率合成器的实际线路。 它它工作于工作于1.5 MHz, 输出功率输出功率100 W。 R1T2RTB A V1AT1RT1RES.BV2 图图 3 36 反相功率合成器的原理线路反相功率合成器

42、的原理线路 R275 T8T7T5T6Ze18.5Zc18.5V13DA73DA736 VV2T1T2T3图图 3 37 100 W反相功率合成器的实际线路反相功率合成器的实际线路3.6 高频集成功率放大器简介高频集成功率放大器简介随着半导体技术的发展，出现了一些集成高频功率放大器件。随着半导体技术的发展，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。如日本三菱公司的几瓦至十几瓦之间。如日本三菱公司的M57704系列、系列、 美国美国Motorola公司的公司的MHW系列便是其中

43、的代表产品。系列便是其中的代表产品。表表3-5列出了列出了Motorola公司集成高频功率放大器公司集成高频功率放大器MHW系列部系列部分型号的电特性参数。分型号的电特性参数。图图 3-39 M57704系列功放的等效电路图系列功放的等效电路图 图图3 39是一个模块式射频部件的微带线电路板。是一个模块式射频部件的微带线电路板。它由它由A、 B、 C、 D四个模块放大器级联组成。四个模块放大器级联组成。 15 V控制电压015 V跳线15 V限幅器电压输入15 V跳线15 V降压电阻器 级联电压输入24 V24 V直流和射频地信号输出24 VUFO输出输入15 VUFO输入输出UTL限幅器输入

44、输出AUF025衰减器10个装配孔信号输入ABCD图图 3 39 一个模块式射频部件的微带线电路板一个模块式射频部件的微带线电路板第第3章章 总结总结RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器高频等效电路高频等效电路RL2LC5V(b)4313.1.4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级放大器通频带：级放大器通频带：BWn=2f 0.7= 1100.702121nnfBWQ例例3.2某中频放大器的通频带为某中频放大器的通频带为MHz, 现采用两级或三级相同现采用两级或三级相同的单调谐放大器的单调谐放大器, 两种情况下

45、对每一级放大器的通频带要求各两种情况下对每一级放大器的通频带要求各是多少？是多少？ 解解: 当当n=2时时, 因为因为67 . 021210612BWBW所以所以, 要求每一级带宽要求每一级带宽Z62167 . 0H103 . 912106BW同理同理, 当时当时, 要求每一级带宽要求每一级带宽ZHBW63167 . 0108 .1112106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ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicVRL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5图图3-13 集电极电流的波形集电极电流的波形ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV)

46、 1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1 (cossin)()cos1 (cossinmax2max1maxmax10maxmax0nainnnnniIaiiIaiiIncccncccccc tnItIIicnccoccoscos1 2 高频功放的能量关系高频功放的能量关系 在集电极电路中在集电极电路中, 谐振回路得到的高频功率谐振回路得到的高频功率(高频高频一周的平均功率一周的平均功率)即输出功率即输出功率P1为为LcLccRURIUIPc22112121211(3 22) 集电极电源供给的直流输入功率集电极电源供给的直流输入功率P0为为ccEIP00(3

47、 23)直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损耗功率损耗功率Pc, 即即10PPPc(3 24)3.2.2 高频谐振功率放大器的工作状态高频谐振功率放大器的工作状态 1 高频功放的动特性高频功放的动特性 动特性是指当加上激励信号及接上负载阻抗时动特性是指当加上激励信号及接上负载阻抗时, 晶体管集电极电流晶体管集电极电流ic与电极电压与电极电压(ube或或uce)的关系曲线的关系曲线, 它在它在 icuce 或或 icube 坐标系统中是一条曲线。坐标系统中是一条曲线。图 3-16 高频功放的动特性2 高频功放的工作高频功放的工作状态状态 高频谐振功高频谐振功率放大器根据集电率放大器根据集电极电流是否进入饱极电流是否进入饱和区可以分为欠压、和区可以分为欠压、 临界和过压三种状临界和过压三种