高频电子线路复习总结课件

1、第第 4 章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路概述概述 调制与解调：调制与解调： 用调制的信号控制高频信号某个物理（幅度、用调制的信号控制高频信号某个物理（幅度、频率、相位）实现频率变换的过程称为调制；频率、相位）实现频率变换的过程称为调制；解调是调制的逆过程解调是调制的逆过程 . .2. 2. 地位：地位：通讯系统的基本电路。通讯系统的基本电路。调制本质是实现频谱线性搬移。调制本质是实现频谱线性搬移。4.本章内容本章内容 原理原理 4.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型( (调制、解调、混频调制、解调、混频) )电路实现电路实现4.2 乘法器电路乘法器电路4.

2、3 混频电路混频电路4.4 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路用用频频谱谱搬搬移移电电路路的的重重要要应应 相移法：相移法：乘法器、乘法器、90 相移器、相加器组成相移器、相加器组成乘法器乘法器I I： ) )t t c co os s( ( ) )t t c co os s( ( V VV VA A2 21 1t tc co os s t tc co os s V VV VA A( (t t) )v vc cc cc cmm mmMMc cc cmm mmMMO O1 1乘法器乘法器:)(2OtvttVVAttVVAccmmMccmmMsinsin)2cos()2cos( )cos()co

3、s(21cccmmMttVVA 两式相减或相加两式相减或相加4.2 相乘器电路相乘器电路功能功能: :实现频谱搬移。实现频谱搬移。 实现：利用实现：利用非线性器件。非线性器件。 1.1.非线性器件的非线性器件的相乘相乘作用及其特性作用及其特性( (时变参量分析时变参量分析) )； 本节内容：本节内容：2.2.双差分对平衡调制器和模拟相乘器；双差分对平衡调制器和模拟相乘器；3.3.大动态范围平衡调制器大动态范围平衡调制器AD630；4.4.二极管双平衡混频器。二极管双平衡混频器。21, qpqp 消除无用组合频率分量的措施消除无用组合频率分量的措施： (1) 器件特性：器件特性：选有平方律特性的

4、器件选有平方律特性的器件( (如场效应管如场效应管) )； (2) 电路：电路：组成对称平衡电路，抵消部分组合分量；组成对称平衡电路，抵消部分组合分量； (3) 输入电压上：输入电压上：限制输入信号限制输入信号v2 2大小，使非线性器件处大小，使非线性器件处于于线性时变线性时变状态，组合分量最小。状态，组合分量最小。 (4-2-5) ( p ，q = 0，1，2。)其中，只有其中，只有 p = 1，q = 1 的和频或差频的和频或差频 ( 1,1 ) 是是有用的，而其它组合频率分量都是无用的。有用的，而其它组合频率分量都是无用的。21 三、半导体器件的线性时变模型三、半导体器件的线性时变模型1

5、. 二极管二极管 二极管，当二极管，当 足够大，轮流工作在管子足够大，轮流工作在管子tVv1m11cos 的导通区和截止区时，管子的导通区和截止区时，管子导通特性的非线性相对单向导通特性的非线性相对单向导电性来说是次要的，其伏导电性来说是次要的，其伏安特性可用自安特性可用自原点转折的两原点转折的两段折线逼近段折线逼近，导通区折线的，导通区折线的斜率斜率 ， 相应的相应的增量电导特性在增量电导特性在 v 0 区域内区域内为一水平线。为一水平线。 )/1(D0Rg 若设若设 VQ = 0，（即无直流分量）则在，（即无直流分量）则在 v1 作用下，作用下， 为为半周余弦脉冲半周余弦脉冲序列序列， )

6、()(010tIvI 为矩形脉冲序列为矩形脉冲序列。 )()(1tgvg 现引入现引入 代表高度为代表高度为 1 的单向周期性方波，的单向周期性方波，)(11tK 称为称为单向开关函数单向开关函数，它的，它的傅里傅里叶级数叶级数展开式展开式仅含奇数项，无仅含奇数项，无偶数项，偶数项，为为 tttK11113cos32cos221)( 111)12cos()12(2)1(21nntnn (4-2-12)则则 和和 可分别表示为可分别表示为)(0tI)(tg)(0tI)()(111D10tKvgvI )(tg)()(11D1tKgvg 因此，当因此，当 v1 足够大，足够大， v2 足够小时，足够

7、小时，通过二极管电流通过二极管电流)()()()(1121D20tKvvgvtgtIi 由此由此，可画，可画出二极管的等效电路出二极管的等效电路如图。如图。 在这种工作状态下，可进一步在这种工作状态下，可进一步减少减少 中中p 为偶数为偶数的众多组合频率分量，无用分量大的众多组合频率分量，无用分量大大减少，滤波更易。大减少，滤波更易。 21, pqp 二极管用受二极管用受 v1(t) 控制的开关等效控制的开关等效是线性时变工作状态是线性时变工作状态的的一个特例一个特例，它可进一步减少组合频率分量。，它可进一步减少组合频率分量。 管子的导通与截止仅由管子的导通与截止仅由 v1 控制控制而不受而不

8、受 v2 影响时，线性时变工作状影响时，线性时变工作状态便转换为态便转换为开关状态开关状态。 2. 差分对管差分对管 分析分析：特性特性 输入，偏置电流输入，偏置电流源源 I0 受信号受信号 v2 控制，且控制，且有有 ，A 和和 B 为为常数常数，则差分对则差分对管就能工作在线性时变状管就能工作在线性时变状态。态。 tVv11m1cos 20BvAI )V2v(Iiii10TC2C1th 特点特点：由多个非线性器件组成的：由多个非线性器件组成的平衡式电路平衡式电路，v1 和和 v2 分别加在不同的输入端，实现分别加在不同的输入端，实现 f(v1) 和和 f(v2) 相乘的特性。相乘的特性。将

9、将 代入差模特性，差分对管输出差值代入差模特性，差分对管输出差值电流为电流为 20BvAI )2(th)(T12C2C1VvBvAiii T1m1/VVx )cos2(th11tx 11112)12cos()(2nntnx ttntxxn1111112d)12cos()cos2th(21)( 令令是是 (2n 1) 次谐波分量的次谐波分量的分解系数分解系数。不同。不同 x1 值时，值时， 1(x1)、 3(x1)、 5(x1) 的值列于的值列于表表4-2-1。所以。所以 当当 x1 很大很大(x1 10, ,即即 V1m 260 mV)时，时， 趋于趋于周期性方波周期性方波，如图如图(a)，可

10、近似用，可近似用图图(b)双向开关函数双向开关函数 表示，即表示，即 1111210)12cos()(2)2(th)(nntnxAkTqvAtI 111121)12cos()(2)2(th)(nntnxBkTqvBtg )2(th)(T12C2C1VvBvAiii 2110)()(vvgvI 与二极管电路比较，利用两管的平衡抵消原理，差分与二极管电路比较，利用两管的平衡抵消原理，差分对管的输出电流中减少了直流分量与对管的输出电流中减少了直流分量与 p 为偶数为偶数的众多组合的众多组合分量。分量。)cos2(th11tx ) t(K12)cos2(th11tx )(12tK 相应的相应的付氏级数

11、付氏级数为：为： 1n11n1112t) 1n2cos() 1n2(4) 1(t3cos34tcos4) t(K1n11n11t) 1n2cos() 1n2(2) 1(1) t(K2比较二极管电路比较二极管电路 优点：双差分对电路无直流分量，幅度加倍。优点：双差分对电路无直流分量，幅度加倍。(1)线性时变器件适宜构成频谱搬移电路的原因线性时变器件适宜构成频谱搬移电路的原因线性时变器件输出电流中存在众多组合频率分量，线性时变器件输出电流中存在众多组合频率分量，但但无无用用分量均远离有用分量，易于滤波。分量均远离有用分量，易于滤波。 ( (2) ) 两种非线器件实现线性时变工作比较两种非线器件实现

12、线性时变工作比较 二极管二极管差分对管差分对管 组组 成成单个非线性器件单个非线性器件多个非线性器件（差分对管）多个非线性器件（差分对管）组成平衡式电路组成平衡式电路 特特 点点信号加在同一器信号加在同一器件输入端件输入端 信号加在不同器件输入端信号加在不同器件输入端 v2 幅度受限幅度受限v2 幅度不受限，（线性）幅度不受限，（线性）输出电流输出电流无无 q = 1，p为偶为偶数组合频率分量数组合频率分量同左，且无平均分量同左，且无平均分量 小结：小结：非线性器件构成相乘器电路的两种模式：非线性器件构成相乘器电路的两种模式： (1) v1 和和 v2 直接相乘。须采取平衡、反馈等措施消除无直

13、接相乘。须采取平衡、反馈等措施消除无用的高阶相乘项，并扩展两输入信号电压的动态范围用的高阶相乘项，并扩展两输入信号电压的动态范围。 应用于频谱搬移电路，信号处理电路。应用于频谱搬移电路，信号处理电路。例：例：对数反对对数反对数相乘器、数相乘器、双差分对模拟相乘器双差分对模拟相乘器。 (2) 将将 v2 与经非线性变换的与经非线性变换的 v1 相乘。用于频谱搬移电路，相乘。用于频谱搬移电路，例：双差分对平衡调制器，大动态范围平衡调制器，二极管例：双差分对平衡调制器，大动态范围平衡调制器，二极管环形混频器环形混频器。 一、电路组成一、电路组成 三端口：三端口： R输入口，输入口，vS=Vsmcos

14、 ct；L本振口本振口， vL=VLmcos Lt；I输出口，输出口，RL 为为负载电阻负载电阻，取出中频信号。，取出中频信号。Tr1、Tr2 : :宽频带变压器，宽频带变压器，中心抽头，初、次级匝数比中心抽头，初、次级匝数比为为 1: :1。D1 D4 四只二极管四只二极管。若若VLm Vsm，则各二极，则各二极管均工作在受管均工作在受 vL 控制的控制的开关状态。开关状态。 二、工作原理二、工作原理(1)vL 正半周，正半周，D2、D3 导通，导通，D1、D4 截止。截止。由等效电路，由等效电路，上、下两回路的上、下两回路的方程方程为：为：0)(0)(L23LD3SL32LD2S Riiv

15、RivRiivRivi2i3(1)(2)(1)(2)，消去，消去vL DLS3222RRvii 相应的开关函数为相应的开关函数为 K1( Lt)K1( Lt) DLS3222RRvii 同理同理可求可求 vL 负半周时负半周时的情况的情况( (开关函数开关函数为为 K1( Lt ) K1( Lt - ) DLS4122RRvii(2)vL 负半周，负半周，D2、D3 截止，截止，D1、D4 导通。导通。所以，通过所以，通过 RL 的总电流为的总电流为( (正负半周电流方向不同，所以有负号正负半周电流方向不同，所以有负号) )()(3241Oiiiii K1( Lt ) K1( Lt)DLS22

16、RRv K2( Lt) DLS22RRv i1i双平衡混频器输出电流中仅包含双平衡混频器输出电流中仅包含 (p L c)的组合频的组合频率分量，率分量，( (p 为为奇数奇数) )，抵消了，抵消了 L、 c和和 P 为为偶数偶数，q 1 的的众多频率组合。若令众多频率组合。若令 I = L c 则通过的中频电流为：则通过的中频电流为： iI = cos( L c)tDLsm24RRV 三、混频损耗三、混频损耗 定义：定义：在最大功率传输条件下，输入信号功率在最大功率传输条件下，输入信号功率 PS对输对输出中频功率出中频功率 PI 的的比值比值，其单位用，其单位用分贝分贝表示。分贝数越大，表示。

17、分贝数越大，混频损耗越大输出中频信号的能力越差。混频损耗越大输出中频信号的能力越差。ISclg10PPL (1)(1)考虑变压器和二极管损耗，考虑变压器和二极管损耗，Lc 约为约为(6 8)dB；工；工作频率增高时，结电容和变压器分布参数的影响，作频率增高时，结电容和变压器分布参数的影响，Lc 将相将相应增大。应增大。(2)(2)工作条件：本振口功率足够大工作条件：本振口功率足够大( (二极管开关工作二极管开关工作) )，而输入口功率须远小于本振功率。否则而输入口功率须远小于本振功率。否则Lc 均将增大。均将增大。若用作双边带调制电路，由于变压器的低频响应差，若用作双边带调制电路，由于变压器的

18、低频响应差，则：则： I 端：端：调制信号调制信号 v R 端：端：载波信号载波信号 vc L 端：端：双边带信号输出。双边带信号输出。1.1 功率电子线路概述功率电子线路概述 作用：作用：高效地实现能量变换和控制。高效地实现能量变换和控制。 种类：种类： (1) 功率放大电路功率放大电路特点：放大特点：放大用途：通信、音像等电子设备。用途：通信、音像等电子设备。 (2) 电源变换电路电源变换电路特点：能量变换特点：能量变换用途：电源设备、电子系统、工业控制等。用途：电源设备、电子系统、工业控制等。Po 一定，一定， C 越越高，高，PD越越小小PC 小，小， 既可选既可选 PCM 小的小的管

19、子，以降低费用，也节省能源。管子，以降低费用，也节省能源。3. 失真小。失真小。尽管尽管功率增益功率增益也是重要的性能指标，但也是重要的性能指标，但安全、高效安全、高效和和小小失真失真更重要，前者可增加前置级弥补。更重要，前者可增加前置级弥补。 二、功率管的运用特点二、功率管的运用特点1. 功率管的运用状态功率管的运用状态 根据根据功率管功率管在一个信号周期内导通时间的不同，在一个信号周期内导通时间的不同，功率管功率管运用状态运用状态可分为可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。等多种。 (1) 甲类：功率管在甲类：功率管在一个一个周期内导通周期内导通 ， c = (2)

20、 乙类：功率管仅在乙类：功率管仅在半个半个周期内导通，周期内导通， c = /2 (3) 甲乙类：管子在甲乙类：管子在大于半个大于半个周期小于一个周期内导通，周期小于一个周期内导通， /2 c 。(4) 丙类：功率管丙类：功率管小于半个小于半个周期内导通，周期内导通， c /2。 功率管运用状态功率管运用状态通常靠选择通常靠选择静态工作点静态工作点来实现。来实现。 假设假设集电极瞬时电流和电压集电极瞬时电流和电压分别为分别为 iC 和和 vCE，则，则 PC 为为 2oCECCd21tviP 讨论：讨论：若减少若减少 PC，则要减少，则要减少 iC vCE 方法方法 1：由由甲类甲类甲乙类甲乙

21、类乙类乙类丙类丙类，即减小管子在，即减小管子在信号周期内的导通信号周期内的导通(增大增大 iC = 0) 的时间。的时间。 方方法法 2：管子运用于开关状态管子运用于开关状态 ( (又称丁类又称丁类) )，即一周期内即一周期内半饱和半截止半饱和半截止。 饱和时，饱和时，vCE vCE (sat) 很小很小 PC 很小；很小； 截止时，截止时，iC 很小，很小，iC vCE 也很小也很小 PC 很小。很小。 二、二次击穿二、二次击穿除除 PCM、ICM 和和V(BR)CEO 满足安全工作条件外，要保证满足安全工作条件外，要保证功率管安全工作，还要求不发生功率管安全工作，还要求不发生二次击穿二次击

22、穿。 二次击穿二次击穿 (Secondary Breakdown)：当集当集-射反向电压超过射反向电压超过 V(BR)CEO，会引起击穿，但只要外，会引起击穿，但只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压小电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压小于于V(BR)CEO 后，管子可恢复正常工作；后，管子可恢复正常工作；如上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅如上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，即为速减小，集电极电流迅速增大的现象，即为二次击穿二次击穿。 后果：后果：过热点的晶体熔化，集射间形成低阻通道，引过热点的晶体熔

23、化，集射间形成低阻通道，引起起vCE下降，下降，iC 剧增剧增，损坏功率管，且不可逆。，损坏功率管，且不可逆。 发生条件：发生条件：它在高压低电流时发生，相应的功率称为它在高压低电流时发生，相应的功率称为二次击穿耐量二次击穿耐量 PSB。 计及二次击穿时功率管的安全工作区计及二次击穿时功率管的安全工作区1.2 功放的电路组成和工作特性功放的电路组成和工作特性1.2.1 从一个例子讲起从一个例子讲起 分析法分析法 应应 用用 等效电路法等效电路法 小信号小信号 图解法图解法 大信号大信号 幂级数法幂级数法 频率变换频率变换 时变参量法时变参量法 混频混频电子线路分析方法电子线路分析方法 3. P

24、D (直流功率直流功率)、PL (负载功率负载功率) 、 PC (管耗管耗)cmcmCQCEQCCEoCcmcmCQCEQLCoLCQCCCCC2oDdddIVIVtivPIVIVtRiPIVtiVP2121212121222PL 和和 PC 均由均由直流直流和和交流交流两部分合成。例如：两部分合成。例如： PL中中:直流功率直流功率)(CCCEQDCQCEQVVPIV212，交流功率交流功率 4221DCQCEQcmcmoPIVIVP %25Domax PP 4. 讨论：讨论：(1) 电路组成上电路组成上 甲类功放甲类功放Cmax = 25% PD 中，输出的信号功率中，输出的信号功率Po仅

25、占仅占1/4，PD/2 消耗在消耗在 RL上。上。提高提高 Cmax 的办法：的办法： 降低降低 Q 合理选择管子的运用状态合理选择管子的运用状态( (乙类或甲乙类乙类或甲乙类) )减小管子的静态损耗。减小管子的静态损耗。 消除消除 RL 上的直流功率上的直流功率改进管外电路，使之不消改进管外电路，使之不消耗直流功率。耗直流功率。(2) 工作特性上工作特性上 VCC 一定、且一定、且 Q 在负载线中点时，欲提高输出信号功在负载线中点时，欲提高输出信号功率，需增大率，需增大 Icm（减小（减小 RL），但必须），但必须同时增大激励电流。同时增大激励电流。(1)RL 减小，负载线斜率改变，减小了集

26、电极电压振幅，减小，负载线斜率改变，减小了集电极电压振幅，使使 Po 减小；减小；(2) ICQ增大，使增大，使 PD 增大，增大，C 降低。降低。5. 结论结论(1) 在电路组成上，须采用避免管外电路无谓在电路组成上，须采用避免管外电路无谓消耗直流功率的结构。消耗直流功率的结构。(2) 在工作特性上，输出负载，输入激励和静态工作在工作特性上，输出负载，输入激励和静态工作点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者必须有点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者必须有一个最佳配置。一个最佳配置。1.2.2 甲类、乙类功放的电路组成及功率性能甲类、乙类功放的电路组成及功率性能 一、甲类变压器耦合功

27、放一、甲类变压器耦合功放1. 电路电路(1) 输入端输入端 RB偏置电阻偏置电阻CB旁路电容旁路电容Tr1耦合变压器耦合变压器(2) 输出端输出端 Tr2耦合变压器，对耦合变压器，对交流，交流，Tr2起阻抗变换作用起阻抗变换作用。二、乙类推挽功率放大器二、乙类推挽功率放大器 乙类工作时，为在负载上合成完整的正弦波，必须采乙类工作时，为在负载上合成完整的正弦波，必须采用两管轮流导通的用两管轮流导通的推挽推挽 (Push-Pull) 电路。电路。实现方案：实现方案：(1) 变压器耦合推挽功放变压器耦合推挽功放(2) 乙类互补推挽功放乙类互补推挽功放1. 变压器耦合功放变压器耦合功放 Tr1：输入变

28、压器输入变压器，利用次级绕组的中心抽头将，利用次级绕组的中心抽头将 vi (t) 分分成两个幅值相等，极性相反的激励电压成两个幅值相等，极性相反的激励电压vi1= vi2 ，分别加在，分别加在两管的基两管的基射极之间，实现两管轮流导通。射极之间，实现两管轮流导通。 Tr2：输出变压器：输出变压器，隔断，隔断 iC1 和和 iC2 到负载到负载的平均分量，并的平均分量，并利用初级绕组的中心抽头将利用初级绕组的中心抽头将 iC1 和和 iC2 中的基波分量在中的基波分量在 RL 中中叠加，输出正弦波。叠加，输出正弦波。T1 和和 T2：特性配对、相同导电类型的：特性配对、相同导电类型的 NPN 功

29、率管。功率管。(2) 工作原理工作原理vi1(t) 0 时，时， T1 通通( (忽略射结压降忽略射结压降) )； vi2(t) 0， T2 止，止，iC1 处于正半周的半个正弦波；处于正半周的半个正弦波； vi2(t) 0 时，时， T2 通；通； vi1(t) 0， T1 止，止，iC2 处于负半处于负半周的半个正弦波。周的半个正弦波。 iC1 和和 iC2 中的基波中的基波分量在分量在 RL 中叠加，中叠加，输出完整正弦波。输出完整正弦波。 2. 互补推挽电路互补推挽电路(1) 电路特点电路特点 T1 与与 T2：功率管互补配对功率管互补配对(2) 工作原理工作原理vi(t) 0 时，时

30、，T1 管管 (NPN型型) 导通导通( (忽略射结压降忽略射结压降) )，T2管管 (PNP型型) 截止，截止，iC1( iE1) 为正半周的半为正半周的半个正弦波；个正弦波；vi(t) 0，T1 通，负载线通，负载线 AQ 过过 Q 点，斜率为点，斜率为1/RL ；Vi 0，T2 通，负载线通，负载线 A Q 过过 Q 点，斜率为点，斜率为1/RL 。 一般性能分析一般性能分析在在 0 t 时，时，iC2 0 iC1 Icmsint t 2 时，时，iC1 0 iC2 Icmsint集射极间电压：集射极间电压：VCE1 = VCC Vcmsint，VCE2 = VCC Vcmsint通过通

31、过 RL 的电流：的电流：tIiiiiisincmC2C1EE1L2相应产生的电压：相应产生的电压：tVvsincmLRL 上的上的输出功率输出功率：PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正负电源正负电源总的直流功率：总的直流功率： PD = PD1 PD2 = 2VCCI平均平均 = 2VCCIcm/ 若充分激励：若充分激励：与与 RL 相匹配的输入激励相匹配的输入激励( (不出现饱和不出现饱和失真的最大激励失真的最大激励) )。 令令VCE(sat) = 0，ICEO = 0，则，则Vcm = VCC，Icm = VCC/RL相应相应 Po 和和 PD 达到最大，达到

32、最大，即即L2CCcmcmomax2 2RVIVP omaxL2CCL2CCcmCCDmax4)2(422PRVRVIVP 乙类功放的最大集电极效率乙类功放的最大集电极效率%5 .784Cmax 比甲类比甲类功放功放高高 若激励不足若激励不足 Vcm减小，引入减小，引入电源电压利用系数电源电压利用系数 (ksai)表示表示Vcm的减的减小程度小程度。 定义定义 = Vcm/VCC 442222121DoomaxLCC2LCCCCcmCCDomax2LCC22Lcm2oC PPPRVRVVIVPPRVRVP集电极管耗：集电极管耗：omax2omax2oDC2C1)212()4(212/ )(PP

33、PPPP 分析：分析：当输入激励由大减小，即当输入激励由大减小，即 减小时，减小时，Po、PD、C 均均单调减小，而单调减小，而 PC1 和和 PC2 的变化非单调，的变化非单调，时最大时最大，其，其值值636. 02 omaxomax2max2Cmax1C2 . 02PPPP 功放性能随功放性能随 变化的特性：变化的特性： 小时，小时，PD 、Po 、 C 小；小； 接近接近 1 时，时，PD 、Po 、 C大。大。(1) PC 非单调变化，非单调变化，两两头小，中间大。头小，中间大。(2) PD 随随 ( (激励激励) )线性线性增大，与甲类增大，与甲类( (不变不变) )不同。不同。即在

34、效率最高时，输出功率也最大，但最大的管耗，为0.2倍的最大输出功率。并不是效率最高，只有管耗不是单调的。(3) 管安全管安全由由2LCC2o2 RVP 增大增大 VCC，减小，减小 RL，且输入充分激励，输出功率将增，且输入充分激励，输出功率将增大，但最后受到下列大，但最后受到下列安全工作条件的限制安全工作条件的限制： CMICCCEmax2Vv (BR)CEOVLCCcmCmaxRVIi PC1max PC2max 0.2Pomax PCM CMmaxoCM(BR)CEOCMCCmaxo54121PPIVIVP取其中的小值取其中的小值 检查二次击穿。检查二次击穿。1.3 乙类推挽功率放大电路

35、乙类推挽功率放大电路 从原理电路到实用电路，还需解决如下等问题：从原理电路到实用电路，还需解决如下等问题：(1) 交越失真交越失真加偏置电路加偏置电路(2) 双电源双电源单电源供电单电源供电(3) 互补管难配互补管难配准互补推挽电路准互补推挽电路(4) 安全安全过载保护过载保护(5) 充分激励充分激励输入激励电路输入激励电路一、交越失真和偏置电路一、交越失真和偏置电路1. 交越失真交越失真（Crossover Distortion） (1) 定义定义 在零偏置条件下，考虑到导通电压的影响，输出电压在零偏置条件下，考虑到导通电压的影响，输出电压波形在衔接处出现的失真，称波形在衔接处出现的失真，称

36、交越失真交越失真。乙类推挽电路时，两管的合成传输特性乙类推挽电路时，两管的合成传输特性(2) 解决途径解决途径 输入端两管适当正偏，使其工作在输入端两管适当正偏，使其工作在甲乙类甲乙类。 由传输特性可见：只要由传输特性可见：只要 VBB 取值合适，上下两路传输特取值合适，上下两路传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，性起始段的弯曲部分就可相互补偿，合成传输特性趋近于直合成传输特性趋近于直线线，在输入正弦电压激励下，得到不失真的输出电压。，在输入正弦电压激励下，得到不失真的输出电压。 (3) 常用电路常用电路 二极管偏置电路二极管偏置电路 vBE 倍增电路倍增电路 2. 二极管偏置电路二极管偏置

37、电路 电路电路(IC中偏置二极管通常由三极管取代，如图中偏置二极管通常由三极管取代，如图 (b)(c)：问题：问题：偏置电路是否影响输入信号偏置电路是否影响输入信号 vi (t) 的传输的传输 解答：解答：二极管正向交流电阻很小，可认为二极管正向交流电阻很小，可认为交流短路交流短路。 3. vBE 倍增电路倍增电路(1) 偏置电路：偏置电路：由由 T3、R1、R2 组组成，且由电流源成，且由电流源 IR 激励，为互补功激励，为互补功率管率管 T1、T2 提供提供偏置电压偏置电压 VBB。T3、R1 构成构成电压并联电压并联负反馈电负反馈电路，反馈电路的电阻很小，几乎不路，反馈电路的电阻很小，几

38、乎不影响输入信号的传输。影响输入信号的传输。 (2) 倍增原理倍增原理 )1(21BE3BB212BBBE3RRVVRRRVV 式中，式中，VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS)上式表明：偏置电路提供的偏置电压上式表明：偏置电路提供的偏置电压 VBB 是是 VBE3 的倍的倍增值，且其值受增值，且其值受 R1 和和 R2 控制，故称为控制，故称为 VBE 倍增电路倍增电路。(3) 热补偿：热补偿： ICQ VBE3 VBB ICQ 二、单电源供电的互补推挽电路二、单电源供电的互补推挽电路( (OTL) ) 1. 电路特点电路特点(1) 单电源供电单电源供电(

39、2) 负载串接大容量隔直电容负载串接大容量隔直电容 CL。VCC 与两管串接，若两管特性与两管串接，若两管特性配对，则配对，则 VO = VCC/2，CL 等效为等效为电电压等于压等于 VCC/2 的直流电源的直流电源。2. 工作原理工作原理 T1 管的直流供电电压：管的直流供电电压：VCC VO = VCC/2， T2 的供电的供电电压：电压：0 VO = VCC/2。单单电源供电电路等效为电源供电电路等效为 VCC/2 和和 VCC/2 的的双双电源供电源供电电路。电电路。三、准互补推挽电路三、准互补推挽电路 1. 问题的提出：问题的提出：互补互补要求两功率管特性要求两功率管特性配对配对，

40、难实现。，难实现。 2. 解决办法：解决办法：采用复合管取代互补管，构成采用复合管取代互补管，构成准互补推挽电路准互补推挽电路。 3. 电路电路 复合管复合管 T1、T2 等效为等效为 NPN 型管；型管；T3与与 T4 等效为等效为 PNP 型管。型管。 其中，其中，T1、T3 为小功率管，它们之为小功率管，它们之间是间是互补的互补的，T2、T4 为大功率管，它们为大功率管，它们是是同型同型，便于特性配对，故称为，便于特性配对，故称为准互补准互补推挽电路推挽电路。 R1，R2(几百几百 )减小复合管的反向饱和电流。减小复合管的反向饱和电流。 四、保护电路四、保护电路1.1.必要性：必要性：实

41、际可能发生负载短路，电流迅速增大等实际可能发生负载短路，电流迅速增大等异常现象，异常现象，造成功率管损坏。为造成功率管损坏。为安全，安全，应有应有过流，过压、过流，过压、过热保护。过热保护。2. 过流保护电路过流保护电路 (1) 电路：电路：T1、T2 ：保护：保护管，管，R1、R2 ：取样电阻。：取样电阻。(2) 原理原理 ：以保护管以保护管 T1 为例为例正常时正常时，VR1 VBE1(on)，T1导通，分流导通，分流 i1 , 限制限制 T3 管的输出电流，起到了限流保护作用。管的输出电流，起到了限流保护作用。T2 对对 T4 的限流保护作用同上。的限流保护作用同上。 五、输入激励电路五

42、、输入激励电路1. 必要性必要性 互补功放互补功放, 功率管为射随器，功率管为射随器，Av 1。若要求输出最大。若要求输出最大信号功率，则要求激励级提供振幅接近电源电压的推动电信号功率，则要求激励级提供振幅接近电源电压的推动电压压( (单电源为单电源为1/2VCC) )。2. 电路电路 T3 : 输入激励级，输入激励级， T3 的直流负载的直流负载R( (忽略忽略T1 T2基流基流) ) ，直流负载线为图直流负载线为图。3. 输出振幅输出振幅 交流负载交流负载r R/ri R，则交流负载线如图，则交流负载线如图，输出信号电压振幅，输出信号电压振幅可接近可接近 VCC/2。4. 改进电路改进电路

43、 (1) 电流源电流源构成有源负载放大器，直流电阻小，交流电构成有源负载放大器，直流电阻小，交流电阻大。阻大。(2) 采用采用自举电路自举电路 工作原理：工作原理：Av 1 ，故，故 vB vO vC，通过，通过 R2 的交流电流的交流电流 i 0，因而从因而从 B 点向虚线框看进去的点向虚线框看进去的交交流电阻流电阻 (vB/i) 很大，很大，趋于无穷趋于无穷，T3 的交流负载电阻便近似等于的交流负载电阻便近似等于 T1( (或或 T2) ) 电路的输入电阻。电路的输入电阻。第第 2 章章 谐振功率放大器谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理2.2 谐振功率放

44、大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点2.3 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路谐振功放：谐振功放：一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。 特点：特点：负载匹配网络为谐振系统。负载匹配网络为谐振系统。应用状态：应用状态：丙类（或丁类、乙类）丙类（或丁类、乙类）用途：用途：对载波或已调波进行功率放大对载波或已调波进行功率放大 本章内容：本章内容：工作原理、性能分析、工作原理、性能分析、电路电路 种类：种类：丙类谐振功放丙类谐振功放 丁类、戊类谐振功放丁类、戊类谐振功放 倍频器倍频器 2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理2.1.1 丙

45、类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器1. 电路组成电路组成 ZL 外接负载外接负载，呈阻，呈阻抗性，用抗性，用 CL 与与 RL 串联等效串联等效电路表示。电路表示。Lr 和和 Cr 匹配网匹配网络络，与，与 ZL 组成并联谐振组成并联谐振回路。调节回路。调节 Cr 使回路谐使回路谐振在输入信号频率。振在输入信号频率。 VBB基极偏置电压基极偏置电压，使功率管，使功率管Q点设在截止区，以点设在截止区，以实现丙类工作。实现丙类工作。2. 集电极电流集电极电流 iC 输入输入 tVtvsbmbcos)( tVVtvVvsbmBBbBBBEcos)( 据据由静态转移特性由静态转移特性 (iC vBE)

46、，得集电极，得集电极电流电流 iC 波形：波形：脉宽小于半个周期的脉脉宽小于半个周期的脉冲序列冲序列。付里叶级数展开：。付里叶级数展开： tItIIisc2msc1m0CCcos2cos 为为平均分量、基波分量平均分量、基波分量和和各次谐波分量各次谐波分量之和之和。3. 输出电压输出电压 vo (1) 对基波分量：对基波分量：阻抗最大，为谐振电阻阻抗最大，为谐振电阻Re ( (谐振回路谐振回路调谐在输入信号频率上，因而对调谐在输入信号频率上，因而对 iC中的基波分量呈现的阻抗中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻最大，且为纯电阻) )；在高在高 Q 回路中，其值回路中，其值 Re 近似为近似为

47、LtrL2r20eRCLRLR 式中，式中，LrLrtCCCCC 回路总电容回路总电容 trs0/1CL 回路谐振角频率回路谐振角频率Lr0e/ RLQ 回路有载品质因数回路有载品质因数 (2) 对非基波分量，对非基波分量，阻抗很小（阻抗很小（谐振回路对谐振回路对 iC 中的其中的其它分量呈现的），产生的电压均可忽略。它分量呈现的），产生的电压均可忽略。既然仅有由既然仅有由基波分量产生的电压基波分量产生的电压vc输出，负载获得的输出，负载获得的信号功率信号功率不失真不失真。 可见：可见：丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器谐振回路谐振回路的功能：的功能： (1) 选频：选频：利用谐振回路的选频

48、作用，可将失真的集电利用谐振回路的选频作用，可将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出电压。极电流脉冲变换为不失真的输出电压。 (2) 阻抗匹配：阻抗匹配：调节调节 Lr 和和 Cr ，谐振回路将含有电抗分，谐振回路将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻量的外接负载变换为谐振电阻 Re，并阻抗匹配。，并阻抗匹配。 对直流和基波分量阻抗较大，对其他谐波分量阻抗较小 所以，谐振功所以，谐振功率放大器中，谐振率放大器中，谐振回路起到回路起到选频选频和和匹匹配负载配负载的双重作用。的双重作用。 4. 功率特性分析功率特性分析 (1) 丙类功放的问题丙类功放的问题 若提高若提高 C，管子导通角，管子导通

49、角 c 应继续减小；但引起应继续减小；但引起 iC 中基波分中基波分量量 Icm1 减小，导致输出功率减小。减小，导致输出功率减小。 (2) 解决方法解决方法 VBB 负向增大负向增大( c减小减小)同同时，提高输入激励电压时，提高输入激励电压 Vbm，以维持输出功率不变。但需以维持输出功率不变。但需警惕管射结反向击穿。警惕管射结反向击穿。 为进一步提高效率，可采用开关工作的为进一步提高效率，可采用开关工作的丁类、戊类丁类、戊类谐谐振功率放大器。振功率放大器。3. 实现办法实现办法 (1) 三极管倍频器三极管倍频器 倍频次数不能太高，一般为倍频次数不能太高，一般为二倍或三倍频二倍或三倍频。原因

50、：原因： 效率。效率。集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随着着 n 的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输出功的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输出功率和效率就会过低。率和效率就会过低。 滤波。滤波。谐振回路需滤除高于谐振回路需滤除高于 n 和低于和低于n 的各次分量。的各次分量。低于低于 n 的分量幅度较大，滤除较难。倍频次数越高，对谐的分量幅度较大，滤除较难。倍频次数越高，对谐振回路提出的滤波要求越苛刻，不易实现。振回路提出的滤波要求越苛刻，不易实现。 (2) 变容二极管、阶跃二极管变容二极管、阶跃二极管构成构成参量倍频器参量倍频器，适用于

51、，适用于倍频次数较高时。倍频次数较高时。 2.2 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点2.2.1 近似分析方法近似分析方法非谐振功放非谐振功放丙类丙类谐振功放谐振功放集电极负载集电极负载纯电阻纯电阻谐振回路，含电抗元件谐振回路，含电抗元件求求功率性能功率性能图解法图解法准静态分析法准静态分析法要要 点点求负载线求负载线求动态线求动态线 1. 使用条件使用条件两假设两假设 (1) 谐振回路滤波特性理想谐振回路滤波特性理想，即尽管集电极、基极电流，即尽管集电极、基极电流为脉冲波，但两回路只产生基波（余弦）电压，其它分量为脉冲波，但两回路只产生基波（余弦）电压，其它分量的电压均可忽略。的

52、电压均可忽略。有：有：四、四个特性在调试中的应用四、四个特性在调试中的应用 在调试谐振功放时，上述在调试谐振功放时，上述四个特性四个特性十分有用。十分有用。 例如，例如，一丙类谐振功放，设计在临界状态，若制作出一丙类谐振功放，设计在临界状态，若制作出后，后，Po 和和 C 均不能达到要求，则应如何进行调整。均不能达到要求，则应如何进行调整。 Po 达不到要求，表明放大器达不到要求，表明放大器没在临界没在临界。若增大。若增大 Re 能使能使 Po 增大，增大，则根据负载特性，断定放大器工作则根据负载特性，断定放大器工作在在欠压状态欠压状态，此时分别增大，此时分别增大 Re、Vbm 和和 VBB

53、或同时或两两增大均可或同时或两两增大均可使放大器使放大器由欠压由欠压进入进入临界临界。 若若增大增大 Re，Po 减小减小，放大器实际工作在，放大器实际工作在过压状态过压状态，可，可增大增大 VCC（同时，适当（同时，适当增大增大 Re 或或 Vbm 或或 VBB），需），需注意管注意管子安全子安全。 实际上放大器的工作状态除了改变实际上放大器的工作状态除了改变 Re 外还可以根据外还可以根据实际情况通过改变实际情况通过改变 VCC、Vbm、VBB 来判断，不过改变来判断，不过改变 Re 较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频率上。

54、率上。 2.3 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 谐振功放管外电路：谐振功放管外电路： (1)直流馈电电路直流馈电电路 (2)滤波匹配网络滤波匹配网络2.3.1 直流馈电电路直流馈电电路 考虑因素：滤波匹配网络安装方便；考虑因素：滤波匹配网络安装方便；馈电电路馈电电路(Power Supply Circuit) 对滤波匹配网络的影响。对滤波匹配网络的影响。直流馈电电路分为直流馈电电路分为 并馈并馈串馈串馈1. 串馈与并馈串馈与并馈(3) 自给偏置电路的作用：自给偏置电路的作用： 用于载波功放，可以在输入信号振幅变化时起到自用于载波功放，可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅的作用

55、。动稳定输出电压振幅的作用。 用于正弦波振荡器，可以稳定振荡幅度。用于正弦波振荡器，可以稳定振荡幅度。 若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工作，造成输出信号失真，应当避免。作，造成输出信号失真，应当避免。2.3.2 滤波匹配网络滤波匹配网络 1. 位置：位置：对交流通路而言，滤波匹配网络对交流通路而言，滤波匹配网络(Filter-Matched Network)介于功率管介于功率管 T 和外接负载和外接负载 RL 之间。之间。2. 对滤波匹配网络的要求对滤波匹配网络的要求(1) 变换变换将外接负载将外接负载 RL 变换为放大管所要求的负变换为放大

56、管所要求的负载载 Re，以保证放大器高效率地输出所需功率。，以保证放大器高效率地输出所需功率。 (2) 滤波滤波充分滤除不需充分滤除不需要的高次谐波分量，以保证在外要的高次谐波分量，以保证在外接负载上输出所需基波功率接负载上输出所需基波功率( (在在倍频器中为所需的倍频功率倍频器中为所需的倍频功率) )。谐波抑制度谐波抑制度Hn：工程上表示滤波性能好坏的参数。：工程上表示滤波性能好坏的参数。设设 IL1m 和和 ILnm 分别为通过外接负载分别为通过外接负载电流电流中中基波基波和和 n 次谐波次谐波分量的振幅，相应的基波和分量的振幅，相应的基波和 n 次谐波次谐波功率功率分别为分别为 PL 和

57、和 PLn，则对，则对 n 次谐波的次谐波的谐波抑制度谐波抑制度定义为定义为L1mmLLLlg20lg10IIPPHnnn 4. 串、并联阻抗转换公式串、并联阻抗转换公式 若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路等效转换，根据等效转换，根据等效原理等效原理，令两者的，令两者的端导纳相等端导纳相等，即即 ssppj1j11XRXR 由此得由此得(1) 串转并公式串转并公式 )1(2ess2s2spQRRXRR ssps2e2ss2s2sp)1(XRRXQRXXRX (2) 并转串公式并转串公式 2eps1QRR ppssXRRX (3) 说明说

58、明 式中式中，ppsseXRRXQ Xp 和和 Xs 为实数为实数 电容：电容： XC 1 电感：电感： XL = L 上述各式表明上述各式表明，Qe 取定后，取定后，Rp 和和 Rs，Xp 和和 Xs 之间之间可以相互转换。转换前后的电抗性质不变可以相互转换。转换前后的电抗性质不变( ( Xs 和和 Xp 有相有相同的正负号同的正负号) )。 概概 述述一、一、 与与功放比较功放比较( (从能量角度从能量角度) ) 1. 功率放大器：将直流电源提供的直流能量转换为按功率放大器：将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。信号规律变化的交变能量。 特点：被动地，需输入信号控制特点：

59、被动地，需输入信号控制2. 正弦波振荡器正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)：将直流能量转换将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。为频率和振幅特定的正弦交变能量。 特点：特点：自动地，自动地，勿需输入信号控制勿需输入信号控制二、正弦波振荡器的应用二、正弦波振荡器的应用 1. 作信号源（作信号源（本章将讨论本章将讨论） 载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机 正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统 要求：要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。振荡频率和振幅的准确性和稳

60、定性。 2. 正弦交变能源（本章不讨论）正弦交变能源（本章不讨论） 用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的 要求：要求：功率足够大，高效。功率足够大，高效。三、三、分类分类( (按组成原理按组成原理) ) 1. 反馈振荡器：利用正反馈原理构成，应用广泛。反馈振荡器：利用正反馈原理构成，应用广泛。2. 负阻振荡器：利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产负阻振荡器：利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡。工作于微波段。生等幅自由振荡。工作于微波段。3. 等幅持续振荡的条件等幅持续振荡的条件 (1) 刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长刚通电时，须经历