第三章高频谐振放大器.ppt

1、第3章 高频谐振放大器,3.1 高频小信号谐振放大器 3.2 低噪声小信号放大器的设计 3.3 高频功率放大器的原理与特性 3.4 高频功放的高频效应 3.5 高频功率放大器的实际线路 3.6 功率放大器线性化技术 3.7 高效功放、功率合成与射频模块放大器,2,功用：放大高频小信号，以便作进一步的变换和处理。所谓“小信号”，主要是强调输入信号电平较低，放大器工作在它的线性范围。 分类： 按频带宽度分为窄带放大器（各种选频电路做负载，如并联谐振回路）和宽带放大器（无选频作用的负载电路，如高频变压器）。 按有源器件可以分为以分立元件为主的高频放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。,3.1 高频

2、小信号谐振放大器,3,接收机中的高频小信号放大器,射频前端（RF Front-end）电路：双工器、高频放大器、本地振荡器、混频器、中频放大器。 高频放大器和中频放大器是小信号放大器。 具有低通传输特性的负反馈控制系统自动增益控制（AGC）。,接收机结构与频谱搬移,例：窄带放大器 负载是谐振回路或者声表面波滤波器等。,6,高频小信号放大器的要求,工作频率高。目前广泛使用的GSM数字移动通信系统的手机中，为900MHz和1800MHz（ 1900MHz ）。 增益要高。单级20dB左右。 频率选择性好。放大器的频带宽度和矩形系数是衡量选择性的两个重要参数。 工作稳定可靠。这要求放大器的性能应尽可

3、能地不受温度、 电源电压等外界因素变化的影响，不产生任何自激。 噪声系数小。放大器本身的噪声越低，接收微弱信号的能力就越强。,7,3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理,直流偏置电路与低频放大器的电路相同。 电容Cb、 Ce对高频旁路，其电容值较小。 抽头谐振回路作为放大器负载，完成阻抗匹配和选频滤波功能。 放大器工作在A(甲)类状态。,8,3.1.2 放大器性能分析,晶体三极管混等效电路,混等效电路反映了晶体管中的物理过程。 直接用混等效电路分析放大器性能时很不方便，常采用Y参数等效电路。,1 晶体管的高频等效电路,9,9,晶体三极管Y参数等效电路,Y参数通常可以用仪器测出。 晶体管的手

4、册或数据单上也会给出这些参数量。,10,Y参数与混参数之间的关系,Y参数不仅与静态工作点的电压、电流值有关，而且与工作频率有关，是频率的复函数。 当放大器工作在窄带时，Y参数变化不大，可以将Y参数看作常数。,11,11,例1：单管单调谐放大器, 集电极负载为LC并联谐振回路 采用了部分接入方式和变压器耦合方式,12,12,部分接入方式和变压器耦合方式: a）减小管子输出阻抗对LC谐振回路的影响 b）减小负载阻抗对LC谐振回路的影响,13,13,+ u31 -,+ v21 -,画出交流小信号等效电路,负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数,晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数,

5、14,14,+ v54 -,+ v31 -,+ v21 -,出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即yre=0。,15,15,把晶体管集电极回路和负载 折合到振荡回路两端,YL,+ u54 -,+ u31 -,p1yfevbe,+ v31 -,LC谐振回路本身损耗,16,16,17,17,p1yfevbe,+ v31 -,18,18,谐振时：,输出回路传输匹配，则可得最大功率增益。,匹配：,19,19,2. 放大器的性能参数,高频小信号放大器的高频等效电路,20,20,由以上方程，可得出高频小信号放大器的主要性能指标： （1）电压放大倍数 （2）输入导纳 （3）输出导纳 （4）通频带与矩形系

6、数,反向传输导纳引起的输入导纳,反向传输导纳引起的输出导纳,单调谐回路,21,1. 放大器的输入导纳,3.1.3 高频谐振放大器的稳定性,稳定性分析：由于晶体管集基间电容 (混网络中)的反馈，也就是通过Y参数等效电路中反向传输导纳 的反馈，使放大器存在着工作不稳定的问题。,记反向传输导纳引入的输入导纳为：,22,如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后(假定耦合方式是全部接入)。,2. 自激振荡的产生 (以输入导纳的影响为例),放大器等效输入端回路,实际电路中，,23,所谓“谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，

7、只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。,此时，如果g= gs+ gie1 + gF 0，即整个回路的能量消耗为零，回路中储存的能量恒定，在电感与电容之间相互转换，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。,（自激振荡）,24,如果反馈电导为负值，那么g= gs+gie1+gF= 0 可能存在，即发生自激振荡现象。,3.自激产生的原因(以输入导纳的影响为例),反馈电导随频率变化 的关系曲线,若g= gs+ gie1 + gF 0，回路中的等幅振荡得以维持，而不需外加激励。,引起自激,25,放大器的频率特性,25,反馈电导随频率变化，呈现负值（等

8、效为给电路提供能量），使电路增益增大，体现为正反馈；其呈现正值使电路增益减小，体现为负反馈。,g= gs+ gie1 + gF 0,反馈电导对增益和谐振曲线的影响。,26,26,提高放大器稳定性的方法 从晶体管本身考虑：减小反向传输导纳 ，也就是选择 小的管子； 从电路上考虑：消除晶体管的反向作用，使它单项化，具体方法有中和法和失配法。,27,27,中和法,结论： 固定的中和电容只能在某一个频率点上起到完全的中和作用，对其他频率只能有部分中和作用； 考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响，则中和电路的效果是很有限的。,中和电容,电桥等效电路,原理：在晶体管的输出端与输入端引入一个附加的外部

9、反馈电路来抵消晶体管内部参数的反馈作用。,28,28,失配法,原理：增大负载导纳，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。可见，失配法是用牺牲增益来换取电路的稳定。,共基电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内部反馈减弱，稳定性大大提高。 共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍很大，而共基电路虽然电流增益接近于1，但电压增益较大，所以二者级联后，互相补偿，电压增益和电流增益均较大。,共发-共基级联电路,29,29,外部反馈引起的不稳定性,放大器外部的寄生反馈均

10、是以电磁耦合的方式出现，电磁干扰的耦合途径主要有： 电容性耦合； 点感性耦合； 公共电阻耦合； 辐射耦合。 接地是控制干扰的重要方法 就近多点接地； 接地线尽量加粗。,30,噪声系数低； 功率增益高； 动态范围大； 带宽大； 工作稳定。,3.2 低噪声小信号放大器的设计,对接收机前端的小信号放大器的基本要求：,低噪声放大器设计与一般小信号放大器设计的区别：,一般小信号放大器为了获得高的功率增益，其每一级都是按照功率匹配原则进行设计； 低噪声放大器为了获得小的噪声系数，其第一级进行最佳噪声匹配，后级进行功率匹配。,31,低噪声放大器设计要点：,选择低噪声半导体器件； 确定低噪声工作点； 选择合适

11、的电路形式； 满足信号源阻抗与放大器的噪声匹配。,32,3.2.1 半导体器件及其工作点选择,器件选择的原则见下图。 工作点选择的原则 1）第一级的工作点应根据最小噪声系数的要求来选取； 2）第二级的工作点应从最佳增益的条件来考虑，同时应兼顾噪声； 3）各级放大器工作点的选取还应考虑到晶体管放大器的工作稳定性。,33,3.2.2 放大器噪声匹配网络的设计,功率匹配是指信号源阻抗与负载阻抗匹配，以使放大器获得最大的功率输出； 噪声匹配是指信号源阻抗与最佳源阻抗匹配，以使放大器获得最佳的噪声性能。,由图可见，满足噪声匹配的信号源内阻随着工作点、工作频率的变化而变化，且该内阻不等于功率匹配时的内阻。

12、,34,噪声匹配网络,噪声匹配网络牺牲了增益，同时获得了最小噪声系数。,适合于源电阻很小,适合于微弱信号,适合于微弱信号,适合于源电阻很小,35,3.2.3 电容、电感选择,电感：高Q值电感； 电容：电容器质量常用损耗角衡量，小电容常用云母和瓷介电容器，大电容常用钽电解电容。,3.2.4 其他,印制板应具有损耗小、易于加工、性质稳定的特点，材料的物理和电器性能均匀（介电常数、厚度）。,36,3.3 高频功率放大器的原理与特性,功能：放大高频信号，并且以高效输出大功率为目的，它主要应用于各种无线电发射机中。 本质：在输入高频信号控制下，将电源直流功率转换为高频功率。 在发射机中的位置：,高频功放

13、在发射机中的功能,38,3.3 高频功率放大器的原理与特性,输出功率范围：小到便携式发射机的毫瓦级，大到无线电广播电台的几十千瓦， 甚至兆瓦级。 分类：C、D、E、F、G、H类（低频功放一般工作在A、B、AB类）。 与低频功放的区别：高频功放工作频率高、相对频带窄，低频功放工作频率低、相对频带宽。 要求：输出功率大、效率高。,高频功放在发射机中的功能,40,3.3.1 高频功率放大器的工作原理,晶体管高频功率放大器的原理线路,采用负偏置：减小无用功耗，提高效率； 采用变压器耦合：阻抗匹配，减小负载电阻R对谐振回路的影响； 采用电感部分接入：减小晶体管输出电阻对谐振回路的影响。,41,工作过程,

14、在晶体管负偏置，输入信号为大信号的条件下：晶体管在输入信号的正半周的部分时间内导通，在输入信号的其他时间内截止；基级电流和集电极电流为高频脉冲信号；集电极电流流过具有选频作用的并联谐振回路后，产生了与输入信号同频的集电极电压信号。,42,1 电流、 电压波形,集电极电流为余弦脉冲,集电极电流导通时间的一半称为通角,43,集电极电流：,式中：,44,输出电压的产生：,集电极电流频谱,并联谐振回路的阻抗特性,输出电压频谱,45,C类高频功放的电流、电压波形,46,2 高频功放的能量关系,输出功率：,直流输入功率：,集电极损耗功率：,集电极效率：,式中：,47,图 3-15 、0()、1()、2()

15、、3()与的关系,48,讨论：,效率上限,2. 输出功率与集电极损耗功率的关系,当损耗功率一定时，效率越高，输出功率越大,49,提高C类功率放大器的效率,提高电压利用系数,提高RL的值,减小值，效率变高，但是输出功率减小。为保持输出功率不变，需增大激励信号，势必增加前级负担。一般来说 按如下取值：,提高波形系数,50,高频功放的功率增益,高频功放的功率放大倍数为：,用dB表示为：,也称为功率增益，通常高频功放的功率增益为1030dB。,51,1. 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，晶体管集电极电流ic与发射结电压或集电结电压(ube或uce)的关系曲线，它在icuce

16、或icube坐标系统中是一条曲线。 2. 高频功放的工作状态 欠压状态 临界状态 过压状态,3.3.2 高频谐振功率放大器的工作状态,52,1. 高频功放的动特性,53,高频功放的工作状态,欠压状态,临界状态,过压状态,54,RL变化对集电极余弦脉冲的影响,55,56,57,58,3.3.3 高频功放的外部特性,负载特性 振幅特性 调制特性 基极调制特性 集电极调制特性 调谐特性,高频功放的外部特性是指放大器的性能随放大器的外部参数变化的规律，外部参数主要包括放大器的负载RL、激励电压Ub、偏置电压UBB和UCC 。外部特性也包括负载在调谐过程中的调谐特性。,59,1. 高频功放的负载特性,负

17、载特性是指只改变负载电阻RL，高频功放电流、电压、功率及效率变化的特性。,60,电流、电压随负载而变化,61,电流、电压随负载而变化,62,电流、电压随负载而变化,63,功率、效率随负载而变化,64,图 3-20 高频功放的负载特性,输出功率最大，效率较高,交流恒压源,交流恒流源,65,2. 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Ub时，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。在放大某些振幅变化的高频信号时，必须了解它的振幅特性。,66,在欠压状态下：,在过压状态下：,67,高频功放的振幅特性,放大等幅信号,放大振幅变化的信号,68,3. 高频功放的调制特性,在高频功放中

18、，有时希望用改变它的某一电极直流电压来改变高频信号的振幅，从而实现振幅调制的目的。高频功放的调制特性分为基极调制特性和集电极调制特性。,1) 基极调制特性 基极调制特性是指仅改变UBB时，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。由于基极回路的电压uBE= UBB +Ub cost, UBB和Ub决定了放大器的uBEmax，因此，改变UBB的情况与改变Ub的情况类似，不同的是UBB可能为负。下图给出了高频功放的基极调制特性。,69,基极调制特性,70,2) 集电极调制特性 集电极调制特性是指仅改变UCC，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。在UBB、 Ub及RL不变时，动特性曲线将随UCC的

19、变化左右平移，当 UCC由大到小变化时，功放的工作状态由欠压工作状态到临界，再进入到过压状态，集电极电流ic从一完整的余弦脉冲变化到凹顶脉冲。因此，放大器的集电极调制特性曲线可如下图所示。,71,集电极调制特性,72,要实现振幅调制，就必须使高频信号振幅Uc与直流电压(UBB或UCC)成线性关系(或近似线性)，因此在基极调制特性中，则应选择在欠压状态工作; 在集电极调制特性中，应选择在过压状态工作。在直流电压UBB(或UCC)上叠加一个较小的信号(调制信号)，并使放大器工作在选定的工作状态，则输出信号的振幅将会随调制信号的规律变化，从而完成振幅调制，使功放和调制一次完成，通常称为高电平调制。,

20、73,4 高频功放的调谐特性 在前面所说的高频功放的各种特性时，都认为其负载回路处于谐振状态，因而呈现为一电阻RL，但在实际使用时需要进行调谐，这是通过改变回路元件(一般是回路电容)来实现的。功放的外部电流Ic0、Ic1和电压Uc等随回路电容C的变化特性称为调谐特性，利用这种特性可以指示放大器是否调谐。 当回路失谐时，不论是容性失谐还是感性失谐，阻抗ZL的模值要减小，而且会出现一幅角，工作状态将发生变化。设谐振时功放工作在弱过压状态，当回路失谐后，由于阻抗ZL的模值减小，根据负载特性可知，功放的工作状态将向临界及欠压状态变化，此时Ic0和Ic1要增大，而Uc将下降，如图3-24 所示。,74,

21、图 3-24 高频功放的调谐特性,可以利用Ic0或Ic1最小，或者利用Uc最大来指示放大器的调谐。通常因Ic0变化明显，又只用直流电流表，故采用Ic0指示调谐的较多。,75,应该指出，回路失谐时直流输入功率P0=Ic0UCC随Ic0的增加而增加，而输出功率P1=(UcIc1cos)/2将主要因cos因子而下降，因此失谐后集电极功耗Pc将迅速增加。这表明高频功放必须经常保持在谐振状态。调谐过程中失谐状态的时间要尽可能短，调谐动作要迅速，以防止晶体管因过热而损坏，为防止调谐时损坏晶体管，在调谐时可降低UCC或减小激励电压。,76,3.4 高频功放的高频效应,3.4.1 少数载流子的渡越时间效应,少

22、数载流子在基区扩散而到达集电极需要一定的时间，称此时间为载流子渡越时间。,晶体管低频工作时，渡越时间远小于信号周期，各级电流与外加电压一一对应。 高频工作时，渡越时间可以与信号周期相比较，各级电流并不取决于此刻的外加电压。,在晶体管的中频区和高频区，功率增益大约按每倍频程6dB的规律下降。,77,3.4.2 非线性电抗效应,功放管中的集电结电容是随集电结电压变化的非线性势垒电容。此电容一方面可能引起功放自激，另一方面会在输出端形成一个输出电容。,3.4.3 发射极引线电感的影响,在共发组态的功放中，此电感形成输入输出之间的负反馈，从而降低增益。,78,3.4.4 饱和压降的影响,晶体管工作于高

23、频时，实验发现其饱和压降随频率提高而加大。在同一电流处，高频饱和压降大于低频饱和压降。,解释：晶体管的饱和压降由结电压和集电区体电阻上压降两部分组成。高频工作时，体电阻的趋肤效应显著，电流流通的有效截面积减小，体电阻上压降变大，使得高频时的饱和压降变大。,饱和压降变大导致临界电压利用系数减小，使得功放的效率降低，输出功率减小。,79,直流馈电线路 集电极馈电线路 基极馈电线路 输出匹配网络 LC匹配网络 耦合回路 推挽连接线路 高频功放的实际线路举例,3.5 高频功率放大器的实际线路,80,3.5.1 直流馈电线路,1 集电极馈电线路,串联馈电：晶体管、谐振回路和电源三者串联连接。,并联馈电：

24、晶体管、谐振回路和电源三者并联连接。,串馈优点：电源UCC、高频扼流圈LC、高频旁路电容CC处于高频地电位，分布电容不易影响回路。,并馈优点：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。,81,集电极馈电线路两种形式 (a) 串联馈电; (b) 并联馈电,大电感，隔交通直,大电容，隔直通交,82,2 基极馈电线路,自给偏压的优点：偏压随激励变化，使各极电流受激励变化的影响减小，电路工作较稳定。,也分串馈和并馈,83,例3-2 改正下图所示线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。,84,3.5.2 输出匹配网络,高频功放的级与级之间或功放与负载之间是用输出匹配网络连

25、接的，一般用双端口网络来实现。该双端口网络应具有这样的几个特点: (1) 保证放大器传输到负载的功率最大，即起到阻抗匹配的作用; (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) 大多数发射机为波段工作，因此双端口网络要适应波段工作的要求，改变工作频率时调谐要方便，并能在波段内保持较好的匹配和较高的效率等。常用的输出线路主要有两种类型: LC匹配网络和耦合回路。,85,1 LC匹配网络,图 3-29 几种常见的LC匹配网络 (a) L型; (b) T型; (c) 型,由L、C构成的双端口网络。由于LC元件消耗功率很小，因此可以高效地传输功率。LC匹配网络同时具有选频作用。

26、,86,对于L-I网络：,L型匹配网络按负载电阻与网络电抗的串联或并联关系，可以分为L-I网络和L-II网络。,对于L-II网络：,L-I网络适合于负载电阻大于最佳 负载电阻的情况； L-II网络适合于负载电阻小于最佳 负载电阻的情况。,87,解：负载电阻小于最佳负载电阻，应选用L-II网络。另外，串联支路用电感，并联支路用电容，有利于滤除高频分量。,88,下图是一超短波输出放大器的实际电路，它工作于固定频率。图中L1、C1、C2构成一型匹配网络，L2是为了抵消天线输入阻抗中的容抗而设置的。改变C1和C2就可以实现调谐和阻抗匹配的目的。,89,在介绍耦合回路之前，先简单介绍一下高频变压器和传输

27、线变压器的工作原理。,高频变压器耦合存在的问题,原理电路,全频等效电路,高频等效电路,低频等效电路,频响曲线,工作频率越低，电感L对等效负载的旁路作用越大，低频响应差。 当工作频率升高，电感LS与电容C发生串联谐振，输出电压急剧增加，当频率高于串联谐振频率，输出急剧下降。,增加初级线圈匝数，可以改善低频响应，但高频响应变差。,90,传输线变压器的工作原理,将两根等长的导线紧靠在一起绕在磁环上即可构成传输线变压器。,结构示意图,高频等效电路,低频等效电路,传输线变压器等效电路,传输高频信号时，分布电容与电感进行电磁能的转换，将能量传递到负载上。,传输低频信号时，分布电容和电感的储能作用差，靠互感

28、耦合将能量传递到负载上。,随着工作频率的不同，采用不同的能量传递方式，实现宽频带传输。,91,传输线变压器的应用,(a) 高频反相器; (b) 不平衡平衡变换器; (c) 14 阻抗变换器; (d) 3 分贝耦合器,92,2 耦合回路,上图所示是一短波输出放大器的实际电路。它采用互感耦合回路作输出电路，多波段工作。改变互感M可以完成阻抗匹配功能。图中只画出一个波段。由于功放管要求的匹配电阻较小，一次侧除了采用抽头回路外，还采用了1：4的传输线变压器。为了便于晶体管散热，集电极直接接地。,93,3.5.3 推挽连接线路,高频功放采用推挽线路的主要目的是提高输出功率。此外，放大调幅波时，要求线性功

29、率放大，也常采用推挽线路。,94,3.5.4 高频功放的实际线路举例,采用不同的馈电电路和匹配网络，可以构成高频功放的各种实用电路。 图3-42(a)是工作频率为50 MHz的晶体管谐振功率放大电路，它向50 外接负载提供25 W功率，功率增益达7 dB。这个放大电路基极采用零偏，集电极采用串馈，并由L2、L3、C3、 C4组成型网络。 图3-42(b) 是工作频率为175 MHz的VMOS场效应管谐振功放电路，可向50 负载提供10 W功率，效率大于60，栅极采用了C1、 C2、 C3、 L1组成的T型网络，漏极采用L2、L3、 C5、C6、 C7组成的型网络; 栅极采用并馈，漏极采用串馈。

30、,95,图 3-32 高频功放实际线路 (a) 50 MHz谐振功放电路; (b) 175 MHz谐振功放电路,96,功率回退技术 预失真线性化技术 前馈技术 负反馈技术 包络消除与恢复技术,3.6 功率放大器线性化技术,理想的功放应该是线性系统，而实际的功放总存在或多或少的非线性，从而产生失真。在某些体制的通信系统中，非线性失真所产生的干扰将会严重影响系统性能。为了降低这种干扰，需要对功放进行线性化处理。,97,1dB压缩电平,非线性情况下，输出信号的幅度和相位均是输入信号幅度的函数。,1dB压缩电平就是指实际输出电平与理想输出电平之间相差1dB时所对应的输入信号电平的大小。当输入信号电平小

31、于1dB压缩电平时，可以认为输出信号与输入信号是线性关系。反之，系统将产生严重的非线性失真。,98,总谐波失真（THD）,信号通过非线性系统后，最主要的特点是将产生新的频率分量。,总谐波失真（THD）：非线性器件产生的新的频率分量的功率总和与线性频率分量处功率之比。,99,三阶互调失真,100,3.6.1 功率回退技术,降低输入信号电平，把输入功率从1dB增益压缩点回退几个dB，工作在远小于1dB增益压缩点的电平上，使放大器远离饱和区，只在线性放大区工作，从而满足线性度要求。,优点：技术简单、易实现，不需要增加任何附加设备。,缺点：以牺牲直流功耗来提高功放的线性度。,101,3.6.2 预失真

32、线性化技术,在功放前加入非线性特性与功放非线性特性正好相反的预失真器，利用预失真器的非线性抵消功放的非线性，是输出与输入呈现线性关系。,根据预失真器处理信号的形式，可以分为模拟预失真技术和数字预失真技术。,102,3.6.3 前馈技术,前馈功放没有延时，速度快，能在几个射频周期内快速测量信号的变化，能满足宽带多载波系统线性化的技术指标要求。,103,3.6.4 负反馈技术,优点：负反馈技术利用放大器输出的非线性失真信号抵消放大器自身的一部分非线性，因此，对放大器输出信号的稳定性、增益的稳定性、非线性失真以及通频带等指标都有改善作用。,缺点：负反馈技术降低了放大器的增益，且实际电路很难保证反馈网

33、络在很宽的频带内反馈信号与输入信号反相，引入的负反馈可能变成正反馈，造成放大器不稳定。,104,3.6.5 包络消除与恢复技术,优点：平均效率比较高，一般是线性功放的3到5倍，且线性度只与包络通道有关，提高线性性能比较方便。,缺点：需要补偿相位、幅度两路径的延时差。,105,3.7 高效功放、功率合成与射频模块放大器,D类高频功率放大器 1. 电流开关型 2. 电压开关型 E类高频功率放大器 功率合成器 射频模块放大器,106,3.7.1 D类高频功率放大器,1. 电流开关型D类放大器,下图是电流开关型D类放大器的原理线路和波形图，线路通过高频变压器T1，使晶体管V1、V2获得反向的方波激励电

34、压。在理想状态下，两管的集电极电流iC1和iC2为方波开关电流波形，iC1和iC2交替地流过LC谐振回路，由于LC回路对方波电流中的基频分量谐振，因而在回路两端产生基频分量的正弦电压。晶体管V1、V2的集电极电压uCE1、uCE2波形示于图(d)、(e)。由图可见，在V1(V2)导通期间的uCE1(uCE2)等于晶体管导通时的饱和压降UCES; 在V1(V2)截止期间的，uCE1(uCE2)为正弦波电压的一部分。回路线圈中点A对地的电压为如图3-33(f)的脉动电压uA，可见A点不是地电位，它不能与电源UCC直接相连，而应串入高频扼流圈Lb后，再与电源UCC相连。在A点，脉动电压的平均值应等于

35、电源电压UCC ，即,107,108,109,2. 电压开关型D类放大器,下图为一互补电压开关型D类功放的线路及电流电压波形。两个同型(NPN)管串联，集电极加有恒定的直流电压UCC。两管输入端通过高频变压器T1加有反相的大电压，当一管从导通至饱和状态时，另一管截止。负载电阻RL与L0、C0构成一高Q串联谐振回路，这个回路对激励信号频率调谐。如果忽略晶体管导通时的饱和压降，两个晶体管就可等效于图3-34(b)的单刀双掷开关。晶体管输出端的电压在零和UCC间轮流变化，如图 3-34(c)所示。在uCE2方波电压的激励下，负载RL上流过正弦波电流iL，这是因为高Q串联回路阻止了高次谐波电流流过RL(直流也被C0阻隔)的缘故。这样在RL上仍然可以得到信号频率的正弦波电压, 实现了高频放大的目的。在理想情况下，两管的集电极损耗都为零(因uCE2iC1=uCE1iC1=0)，理想的集电极效率为100%。这也可以从输入功率和输出功率计算中得出。,110,111,开关型D类放大器的主要优点是集电极效率高，输出功率大。但在工作频率很高时，随着工作频率的升高，