第3章 高频谐振放大器3课件

第3章高频谐振放大器

3.1高频小信号放大器（重点）

3.2高频功率放大器的原理和特性（重点）

3.3高频功率放大器的高频效应（自学）

3.4高频功率放大器的实际线路（重点）

3.5高效功放与功率合成3.1高频小信号放大器

分类：窄带放大器—选频网络作负载（重点）功用：一般用在无线电接收设备中，放大高频小信号抑制干扰信号接收装置：微伏～毫伏含有干扰宽带放大器—高频变压器或传输线变压器作负载晶体管工作区：线性区放大器工作状态：A（甲）类高频谐振小信号放大器按谐振回路区分：单调谐放大器、双调谐放大器和参差调谐放大器。按晶体管连接方法区分：共基极、共集电极、共发射极放大器等。本章主要讨论共发射极单调谐放大器主要要求：增益要高、频率选择性要好、工作要稳定可靠与低放区别：高放用谐振回路作负载

3.1.1实际线路和工作原理

实际线路：交流等效电路：晶体管和回路部分连接：

1）阻抗匹配；

2）减小晶体管输出电阻对回路影响（Q值）；

3）减小晶体管极间电容对回路影响（谐振频率）；3.1.2放大器性能分析1．晶体管的高频等效电路（1）混合π型等效电路

从模拟晶体管的物理机构出发，用集中参数元件Ｒ、Ｃ和受控源来表示管内的复杂关系。ｒbb′：基区体电阻,约１５Ω～５０ΩRce：集电极—发射极电阻,几十千欧以上Cb’e：发射结电容,约10皮法到几百皮法Cb’c：集电结电容,约几个皮法gm

：晶体管跨导,几十毫西门子以下rb’e：发射结电阻Re折合到基极回路的等效电阻,约几十欧到几千欧优点：（1）各元件参数物理意义明确（2）在较宽的频带内元件值基本上与频率无关应用：适合于分析宽频带高频小信号放大器缺点：随器件不同而有不少差别,分析和测量不方便缺点优点：导出的表达式具有普遍意义,分析和测量方便。缺点：网络参数与频率有关。应用：适合分析窄频带高频小信号谐振放大器

从测量和使用的角度出发,把晶体管作为一个有源线性双端口网络,用一组网络参数构成其等效电路。（2）Y参数等效电路Y参数方程：忽略rb′e，且Cπ»Cμ时,Y参数与混Π参数之间的关系：——前向传输导纳，反映晶体管的放大能力——反向传输导纳，晶体管的内部反馈——晶体管的输入导纳——晶体管的输出导纳晶体管等效电路3.高频小信号放大器的性能参数输出导纳Yo：电压放大倍数K：输入导纳Yi：通频带B

0.707：矩形系数：K

0.1=9.95在谐振频率ω0附近：

3.1.3高频谐振放大器的稳定性1．放大器的稳定性分析——Ｙre的存在，输出信号反馈到输入端忽略r

bb′的影响——Cu的存在,是谐振放大器自激的根源Yir为一电容的电导为负，是正反馈的电导为正，是负反馈引起放大器不稳定

2.提高放大器稳定性的方法方法一：选择小的管子方法二：从电路上消除晶体管的反作用：中和法、失配法（1）中和法用中和电容Cn来抵消Cb′c的影响根据电桥平衡：得中和条件：某收音机实际电路：问题：中和电容只能在某一频率点起到完全中和作用受温度变化因素的影响

应用较少（2）失配法

通过增加负载导纳，进而增大总回路导纳，使输出电路失配，输出电压相应减小，对输入端的影响也就减小。常用失配法电路（共发—共基电路）：特点：利用牺牲增益来换取电路的稳定YS较小，YL较大，失配发射装置：3.2高频功率放大器的原理和特性

功用：无线电发射机中，放大高频信号，

高效输出大功率为目的

分类：窄带功放———谐振回路为负载，丙类（C类），效率高晶体管工作延伸到非线性区（重点介绍）输出功率范围：毫瓦级~千瓦、兆瓦采用的有源器件：电子管——几百瓦以上

晶体管、大功率场效应管——几百瓦以下——可采用功率合成技术来增大输出功率与低放比较：高频功放——C类、工作频率高、带宽窄，效率高采用谐振回路作负载低频功放——A、B、AB类，工作频率低，带宽宽，效率低

采用电阻、变压器作负载高频谐振功率放大器

宽带功放———传输线变压器为负载，甲类（A类）输入信号：为几百毫伏～几伏

原理线路：3.2.1工作原理放大电路输入回路输出回路零、负值、较小正值常采用自给偏压或零偏输入信号：

基极回路电压：1．电流、电压波形集电极电压：时：输出电压：

C（丙）类因为：集电极直流输入功率P0：集电极输出功率P1：集电极损耗功率Pc：

2．高频功放的能量关系集电极效率η：

A类B类C类（电源供给的直流能量转换为高频交流输出）

高频功放的功率放大倍数为

用dB表示为忽略实际存在的容性电流，激励功率为激励功率（信号源提供）：——转化为发射节和基区的损耗—加激励信号并接负载阻抗时:ic～uce,ube1．高频功放的动特性

3.2.2高频谐振功率放大器的工作状态ube=Eb’——Bube最小——C：——A2．高频功放的工作状态

——当Ｕc增加时，根据动态曲线经过的区分为三种状态

:欠压临界过压①欠压状态Ucm

较小时：动态曲线经过放大区、截止区。②临界状态Ucm

较大：动态曲线经过临界点、放大区、截止区

③

过压状态Ucm

很大：动态曲线经过饱和区、放大区、截止区。RL增加①晶体管工作在放大区、截止区输出功率Ｐ1增加直流输入功率P0基本不变效率随Uc增加集电极电压利用不充分欠压状态:②ic为余弦脉冲③Uc增加时,Ｉc0，Ic1基本不变

临界状态：①晶体管工作在临界饱和区、截止、放大④效率随Uc增加③输出功率Ｐ1最大②Ｉc1较大，Uc较大①晶体管工作在截止、放大、饱和区③Ｉc0，Ic1减小④输出功率Ｐ1下降⑤直流输入功率P0下降⑥效率随Uc增加到最大，再下降过压状态②ic为凹陷余弦脉冲（1）临界状态Ｐ1最大，效率较大——最佳工作状态

高频功放一般工作在此状态（2）临界状态时的负载电阻称为临界电阻RLcr结论：3.2.3高频功放的外部特性

放大器的性能随放大器的外部参数（RL、Ub、Eb、Ec）变化的特性。1．高频功放的负载特性只改变负载电阻RL,高频功放电流、电压、功率、效率η变化的特性。

临界状态：P1最大，η较高高频功放一般工作在此状态过压状态：恒压源特性欠压状态：恒流源特性

只改变Ub时，放大器电流、电压、功率的变化特性。2．高频功放的振幅特性1）基极调制特性

只改变Eb时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。欠压状态工作时，在Eb上叠加较小的调制信号时，输出信号的振幅将随调制信号变化3.高频功放的调制特性基本思想：改变某一电极的直流电压来改变高频信号的振幅调制原理：2）集电极调制特性

只改变Ec时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。调制原理：过状态工作时，在Ec上叠加较小的调制信号时，输出信号的振幅将随调制信号的规律变化4.高频功放的调谐特性

功放的外部电流Ic0、Ic1和电压Uc等随回路电容C的变化特性谐振时，ZL最大，Ic0、Ic1最小，Uc最大（指示放大器调谐）失谐时，集电极损耗Pc迅速增加，高频功放应保持在谐振状态。设谐振时功放工作在弱过压状态

3.4高频功率放大器的实际线路分类：集电极馈电线路、基极馈电线路功能：（1）提供集电极和基极直流偏置电压（2）保证集电极和基极电流的直流和基波分量有各自的

通路；使高频信号不要流过直流电源，减少损耗。旁路电容——大电容，通高频，阻低频

0.01~0.1uF（对于短波）扼流圈——大电感，阻高频，通低频几十~几百微亨（对于短波）3.4.1直流馈电线路

（1）串联馈电线路1.集电极馈电线路优点：谐振回路通过旁路电容直接接地，馈电支路分布电容不影响回路，适合工作在频率较高的情况构成：晶体管、电源、谐振回路串联连接uce=Ec-uc缺点：回路处于直流高电位，不直接接地，安装不方便（2）并联馈电线路构成：晶体管、电源、谐振回路并联连接优点：回路一端处于直流地电位，回路L、C元件一端可以接地，安装方便uce=Ec-uc缺点：馈电支路与谐振回路并联，分布电容使回路总电容增大，适合于频率较低的场合基极的负偏压是外加的——固定偏压（用的较少）基极的负偏压是基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生——自给偏压

（用的较多）

2．基极馈电线路基极自给偏压：

包括：串联、并联两种形式发射极自给偏压零偏压基极组合偏压发射极自给偏压：

3.4.2输出匹配网络特点：(1)阻抗匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大

(2)抑制工作频率范围以外的不需要频率,即有良好的滤波作用

(3)要适应多波段工作

常用的输出线路：并联谐振回路、LC匹配网络、耦合回路并联谐振回路：多用于前级、中间级放大器LC匹配网络：用于甚高频或大功率输出级常见的LC匹配网络：L型T型Π型

对于L-I型网络有：

适用于负载电阻Rp>RLcr对于L-Π型网络有：适用于负载电阻Rs<RLcr形式：双端口网络1.LC匹配网络（滤波器型匹配网络）功能：频率选择、阻抗匹配一超短波输出放大器的实际电路，工作于固定频率π型：调谐、阻抗匹配

一短波发射机的输出放大器，采用互感耦合回路作输出电路,多波段工作

2．耦合回路互感M阻抗变换1：4阻抗变换器消除天线输入阻抗中的容抗

50MHz的晶体管谐振功率放大电路,向50Ω外接负载提供25W功率,功率增益达7dB3.4.3高频功放的实际线路举例II型集电极串馈基极零偏T型负载信号源175MHz谐振功放电路实际线路负载T型网络II型网络串馈并馈信号源3.5高效功放与功率合成高频功放的主要要求：高效率、大功率

提高效率方面：（1）开关型功放——D类、E类、S类（2）采用特殊电路设计技术设计功放的负载回路——F类、

G类、H类提高功率方面：（1）高频大功率晶体管、电子管（2）功率合成技术——针对宽带功放3.5.1D类高频功率放大器

D类功放提高效率的基本思想：使ic导通期间，uce为零或很小，晶体管工作在开关状态C类功放提高效率的基本思想：减小集电极电流的导通角，ic只在uce为最小值附近时流通，减小了集电极损耗

C（丙）类分类：电流开关型——集电极电流为理想方波电压开关型——集电极电压为理想方波1.电流开关型D类放大器正弦波或方波，必须足够大uc峰值：uc有