1、第一章 選頻放大器電子科技大學 電子工程學院 電子科技大學 2第1章 選頻放大器要點 諧振電路串并聯諧振回路的主要特性兩種諧振回路的阻抗互換及抽頭變換了解雙調諧耦合諧振回路諧振放大器高頻小信號諧振放大器的基本要求晶體管高頻小信號等效電路模型和參數調諧回路放大器及其級聯功率放大器諧振功率放大器的原理諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的種類、電路構成及匹配網絡1-3 高頻諧振功率放大器 主要內容：基本工作原理折線近似分析方法動態特性饋電線路匹配網絡重點：分析集總參數的高頻諧振功率放大器 電子科技大學 31-3 什么是高頻諧振功率放大器？ 電子科技大學 4高頻諧振功率放大器在無線電發送設備中扮

2、演重要角要保證足夠遠的傳輸距離，就必須要有足夠大的發射功率。高頻諧振功率放大器包括：緩沖放大器、中間放大器、推挽放大器以及末級功率放大器1、高頻功放用途：1-3 高頻諧振功率放大器特點 電子科技大學 52、電路工作特點及要求（與低頻功放相比）：1）負載非阻性，而是諧振回路構成的選頻網絡輸入 輸出應設計匹配網絡！2）導通角小于90度，晶體管工作在丙類提高效率。3）要求：輸出功率大，效率高！4）晶體管一般工作在高電壓、大電流的極限工作狀態， 電路設計應該充分考慮功放管的安全問題！5）分析法：由于放大器處于非線性工作狀態，高頻小 信號諧振放大器的一套線性模型在這里已完全不能 用，只能用圖解法或折線近

3、似分析法來分析功率放大器。1-3 高頻諧振功率放大器特點 電子科技大學 6圖解法或折線近似分析法要求：高頻諧振功率放大器工作頻率滿足：從而因此，可用晶體管的靜態特性可作為高頻諧振功率放大器理論分析的基礎折線近似分析法：用折線來表示電子器件的特性曲線。大信號工作條件下高頻功放折線近似為理想化特性曲線的原理：射頻功放的分析方法例：3DA21型晶體管的靜態特性曲線VBZ理想化晶體管的導通電壓或稱截止電壓。gc 正向傳輸特性的斜率VBZ在飽和區，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關。該斜線稱為飽和臨界線在放大區，根據理想化原理，集電極電流與集電極電壓無關。那么，各條特性曲線均為平行于 Uc

4、e軸的水平線。1-3 高頻諧振功率放大器特點 電子科技大學 9高頻功放與低頻功放的區別表工作頻率 相對帶寬 工作狀態負載效率低頻功放 低（20Hz-30KHz） 寬甲類、推挽乙類無調諧負載阻性低高頻功放高（一個工作頻率 ） 窄 丙類選頻網絡高1-3 高頻諧振功率放大器 電子科技大學 103、射頻功率放大器的主要技術指標：效率、輸出功率、諧波、雜散波抑制。VCEOICMPCM功率放大器晶體管的工作區域1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 1）功率能夠輸出比較大的功率，這是它作為“功率放大器”最為基本的要求。 電子科技大學 11固態器件與電真空器件功率量級比較圖1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 2

5、）效率效率是功率放大器的生命。 電子科技大學 12晶體管放大器工作狀態的分類：（1）定義導通角：晶體管在信號一個周期內流通角度的一半，稱為導通角：（2）工作狀態分類：甲類：乙類：丙類：甲乙類：1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 2）效率 電子科技大學 甲、乙、丙三種狀態時的晶體管集電極電流波形 電子科技大學 14定義集電極效率: 越小，集電極效率 越高。 從20提高到75(丙類)，則 增大了12倍。 電源提供的功率：Pdc集電極耗散功率：Pc輸出的交流功率：P0能量守恒： 3）諧波、雜散波 這是衡量功率放大器失真水平的重要指標，越小越好。1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 電子科技大學 152

6、）效率當效率很低時：直流功率大部分消耗在晶體管上！發熱嚴重時燒壞功放管！功放必須進行安全保護設計！1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 電子科技大學 16VCEOICMPCM功放管的保護：1、不能空載上電。2、熱設計。加散熱器。3、加駐波檢測與保護電路。4、射頻MOS功放管要設計上下 電時序電路（先后上下電要求）功放管必須工作在安全區！1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 電子科技大學 17射頻功放與散熱措施1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 電子科技大學 18射頻功放與散熱措施1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 1-3 高頻諧振功率放大器性能指標 3）諧波、雜散波指標這是衡量功率放大器失真水平的

7、重要指標，越小越好 電子科技大學 191-3-1 高頻諧振功率放大器的基本工作原理 1、分析條件：1-3-1 高頻諧振功率放大器的基本工作原理 電子科技大學 20其中 2、高頻功放基本電路：回路諧振電阻因為VBB為略正、零或負電壓，就需輸入交流信號有較大幅度的Vb才可將管子打通。所以丙類功放是在大信號輸入時工作的。其中VBB為晶體管發射結偏置電壓：可正可負！1-3-1 高頻諧振功率放大器的基本工作原理 工程實踐1-3-1 高頻諧振功率放大器的基本工作原理 高頻功放諧振回路對信號基頻以及各次諧波的諧振阻抗工作頻率近似等于諧振回路的諧振頻率 1-3-1 高頻諧振功率放大器的基本工作原理 設QL =

8、 10，則有：即可近似為對二次以上諧波短路！1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 243、高頻功放基本工作原理：ic其中VBB為晶體管發射結偏置電壓：可正可負！1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 25VBB設置與晶體管工作狀態放大器沒有顯著的電流，工作于丙類。 因為晶體管僅在部分時間內有電流流通，大部分時間內是無集電極電流的，集電極耗散功率等于集電極電壓與集電極電流之乘積，因而大部分時間是無集電極耗散功率的。集電極效率:丙類的工作效率可提高到75%！1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 261）輸入輸出回路方程：ic單音激勵信號 輸入回路方程

9、輸出回路方程 最大2）晶體管的轉移特性曲線與集電極輸出電流波形：1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 27甲、 乙、 丙類三種工作狀態下的轉移特性分析 1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 28脈沖電流 的周期與輸入信號的周期是相同的，可分解成無數多個正弦波之和：1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 29icic1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 30高頻諧振功放的激勵電壓與集電極電流1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 31高頻諧振功放的電壓電流波形圖1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 32諧

10、振回路對 呈現阻抗 ，對 ， ，可近似認為短路(阻抗近似為零)。 由于諧振回路的選頻作用，集電極的交流輸出電壓仍是與輸入電壓相同的正弦波，相位相反。于是其中從而3）高頻諧振功放電路分析：1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 33電源輸入的直流功率(平均功率) 交流輸出功率 集電極耗散功率 1-3-1 高頻諧振功率放大器工作原理 電子科技大學 34定義波形系數 定義電壓利用系數 集電極效率 1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 電子科技大學 35基本思想：用折線來代替實際特性曲線。 例：3DA21型晶體管的靜態特性曲線VBZ理想化晶體管的導通電壓或稱截止電壓。gc 正向傳

11、輸特性的斜率VBZ在飽和區，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關。該斜線稱為飽和臨界線在放大區，根據理想化原理，集電極電流與集電極電壓無關。那么，各條特性曲線均為平行于 Uce軸的水平線。1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 轉移特性曲線輸出特性曲線1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 轉移特性曲線輸出特性曲線劃分高頻功放三種工作狀態：欠壓：特點：iCmax在臨界飽和線的右方交流輸出電壓較低；過壓：特點：iCmax在臨界飽和線的左方(飽和區)交流輸出電壓較高；臨界：特點：iCmax在臨界飽和線上。1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 1-3-2 高頻諧振功率

12、放大器折線近似分析法 1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 電子科技大學 40將高頻諧振功率放大器的實際特性曲線用折線來代替后，我們就可以用解析的方法分析放大器的工作過程 輸入、輸出回路的電壓回路方程輸入激勵電壓 由轉移特性曲線折線近似 1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 電子科技大學 41定義導通角 為一個周期內導通角度的12，那么 將 代入 得 1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 電子科技大學 42當 時，集電極電流最大 即 從而1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 電子科技大學 43尖頂余弦電流脈沖用傅里葉級數展開其中稱為尖頂余弦電流分解系數1-3-2

13、 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 電子科技大學 44尖頂余弦脈沖電流分解系數圖倍頻器：2倍頻器、3倍頻器的設計要求？1-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 對任一導通角，總有一個尖余弦電流分解系數最大，例如當放大器用作倍頻器時，要注意選取合適的導通角，例如 電子科技大學 451-3-2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法 當 時 ，即乙類放大器無奇次諧波功率放大器最佳導通能角 電子科技大學 46集電極效率越高越小越大最大無交流功率輸出最大小 效率最低最大兼顧功率和效率，最佳導通角一般取 左右輸出功率1-3-3 高頻諧振功率放大器動態特性 電子科技大學 47考慮負載反作用后，輸入信號隨時間

14、變化時，工作點移動的軌跡稱為放大器的負載特性，又稱為負載線。靜態轉移特性： 不變， 變化， 的特性。靜態輸出特性： 不變， 變化， 的特性。靜態輸入特性： 不變， 的特性。當某些參數變化時，負載線的斜率、位置與斜率大小都會發生變化，這種特性稱為動態特性。1-3-3 動態特性負載特性 電子科技大學 48負載特性 ： ， ， 保持不變時，諧振回路的諧振電阻 (等效負載)變化時，負載線的變化情況。 負載線的作法晶體管的折線化方程1-3-3 動態特性負載特性 電子科技大學 49截距 斜率 相交于A點1-3-3 動態特性負載特性 電子科技大學 50Q點為轉移特性中斜率為 折線的延長線與 坐標位置相交的點

15、。 虛擬工作點電流 在丙類工作狀態時， 實際上并不存在，僅是用來確定Q的位置。令 ,找到另一點A，連接AQ即為負載線1-3-3 動態特性負載特性 電子科技大學 51高頻諧振功放的負載線建立由Rp和VCC 、VBB、Vb所表示的輸出動態負載曲線。（Ic與Uce的關系曲線。）vceicVoAVCCQVcm1vcemingdV0 1-3-3 高頻諧振功放的動態特性1、動態負載線建立由Rp和VCC 、VBB、Vb所表示的輸出動態負載曲線。（Ic與Uce的關系曲線。）vceicVoAVCCQVcm1vcemingdV01、動態負載線B 1-3-3 高頻諧振功放的動態特性建立由Rp和VCC 、VBB、Vb

16、所表示的輸出動態負載曲線。（Ic與Uce的關系曲線。）vceicVoAVCCQVcm1vcemingdV01、動態負載線B甲類與低頻放大器負載線的斜率公式一致偏離1800，即非甲類工作時，負載線的斜率變化。 1-3-3 高頻諧振功放的動態特性建立由Rp和VCC 、VBB、Vb所表示的輸出動態負載曲線。（Ic與Uce的關系曲線。）vceicVoAVCCQVcm1vcemingdV01、動態負載線B當RP 時， 1-3-3 高頻諧振功放的動態特性一、負載特性vBEiC-VBBVBZvbeiCgCVbmvbemaxiCmaxvceiCVCCQvceminVcesgdvbemax過壓區臨界區欠壓區vb

17、emaxA1A5A3A4A2V0V0V0 1-3-3 高頻諧振功放的動態特性一、負載特性欠壓過壓0臨界Rp欠壓過壓0臨界Rp欠壓、過壓、臨界三種工作狀態的特點：欠壓：恒流，Vcm變化，Po較小，c低，Pc較大；過壓：恒壓，Icm1變化，Po較小，c可達最高；臨界：Po最大，c較高；最佳工作狀態發射機末級中間放大級恒流源恒壓源 1-3-3 高頻諧振功放的動態特性1-3-3 動態特性 電子科技大學 58負載變化與負載線變化關系1-3-3 動態特性 電子科技大學 59A1 A2尖頂余弦脈沖欠壓工作狀態A2尖頂余弦脈沖臨界工作狀態電流波形出現凹坑過壓工作狀態A2 A3由于諧功放的負載是諧振回路，具有良

18、好的選頻能力，諧振回路兩瑞的電壓是連續的正弦波形，到達A4后， 電壓進一步下降，直到達 ，完成連續的正弦波形。出現凹坑的原因注意，如負載是真正的電阻，則電流波形不可能出現凹坑。1-3-3 動態特性 電子科技大學 60A1 A2尖頂余弦脈沖欠壓工作狀態較小基本不變（ 不變）負載線為雙折線欠壓狀態增加不變不變不變基本保持不變恒流源工作狀態 電流是尖頂余弦電流脈沖1-3-3 動態特性 電子科技大學 61A2尖頂余弦脈沖臨界工作狀態較大基本與欠壓狀態的 一樣負載線為雙折線臨界狀態 最大， 較高，是最佳工作狀態。一般作為發射機末級。1-3-3 動態特性 電子科技大學 62電流波形出現凹坑過壓工作狀態A2

19、 A3負載線為三折線最大下降過壓狀態增加不變電流波形出現凹坑下降凹坑愈深愈小基本不變( 不斷增加)1-3-3 動態特性 電子科技大學 63RP變化對集電極余弦脈沖的影響1-3-3 動態特性 電子科技大學 64RP對工作狀態的影響1-3-4調制特性VCC的影響 電子科技大學 65 的影響不變不變不變不變不變不變不變負載線斜率 不變或1-3-4 調制特性VCC的影響 電子科技大學 66VCC對負載線的影響1-3-4 調制特性VCC的影響 電子科技大學 67增加Q點右移欠壓電流幾乎恒定不變減小Q點左移過壓電流隨過壓程度的加強而下降電流波形出現凹坑越小凹坑越深下降過壓增加與 的關系基本是線性的增加振幅

20、調制電路與調制信號成線性關系1-3-4調制特性VCC的影響 電子科技大學 68VCC對工作狀態的影響1-3-4調制特性集電極調幅 電子科技大學 69集電極調幅1-3-4調制特性集電極調幅 電子科技大學 70調制信號與集電極電壓 串接過壓區成線性關系獲得最大調幅指數高頻諧功放工作于臨界工作點時對應的集電極電壓缺點：需要調制信號源提供較大的功率。集電極調幅1-3-4調制特性VBB的影響 電子科技大學 71增加增加下降增加增加下降下降虛擬工作點電流下降虛擬工作點向上平移，狀態從欠壓到臨界，甚至到達過壓工作狀態。的影響1-3-4調制特性VBB的影響 電子科技大學 72過壓區臨界區欠壓區VBB對負載情況

21、的影響1-3-4調制特性VBB的影響 電子科技大學 73VBB對工作狀態的影響1-3-4調制特性VBB的影響 電子科技大學 74欠壓區減小減小過壓區電流脈沖出現凹坑增加增加基本不變與變化趨勢一致1-3-4調制特性基極調幅 電子科技大學 75基極調幅1-3-4調制特性基極調幅 電子科技大學 76欠壓狀態不變線性增加與基本成線性關系基極調幅優點：不要求 調制源提供大的功率。1-3-5高頻諧振功率放大器的放大特性 電子科技大學 77增加增加減小增加增加不變減小減小1-3-5高頻諧振功率放大器的放大特性 電子科技大學 78Vb對負載線及工作狀態的影響高頻諧振功率放大器例題講解 電子科技大學 79【例2

22、.3】設計一個用3DAl硅高頻三極管做成的諧振功率放大器，工作頻率f0=2MHz，輸出功率Po=2W，VCC=24V，查得3DAl的參數如下：fT=70MHz，AP13dB，ICM=750mA，PCM1W，10，VCES1.5V。ICM為晶體管允許的最大集電極電流，PCM為允許的最大集電極耗散功率，VCES為飽和壓降。 請計算其他參數。高頻諧振功率放大器例題講解 電子科技大學 80高頻諧振功率放大器例題講解 電子科技大學 81高頻諧振功率放大器例題講解 電子科技大學 821-3-6 高頻諧振功率放大器饋電線路 電子科技大學 83饋電原則：高頻諧振功率放大器工作在丙類，它的饋電線路除了保證集電極

23、合適的工作電壓外，還要保證基極偏置。交流等效電路還要考慮到負載是諧振回路，交流分量必須通過諧振回路,以獲得交流信號的放大。諧振功放工作在大電流狀態，為減少功耗，外電路應對直流近似短路，但又不能對交流短路。外電路為保證輸出波形不失真，對交流諧波應近似短路。 2.2.4 高頻諧振功放的饋電線路1、諧振功放的組成直流饋電和各種不同用途的輸入輸出端電路2、管外電路輸入電路（基極經外電路到發射極的電路）輸出電路（從功率三極管集電極經外電路到發射極的電路）3、組成規律集電極基極4、集電極電路對不同頻率 信號的等效電路5、阻隔元件的作用Ic0,Ic1,IcnIb0,Ib1,Ibn1-3-6高頻諧振功率放大器

24、集電極饋電 電子科技大學 85集電極電路對不同頻率電流的等效電路1-3-6 集電極饋電串饋 電子科技大學 86串饋:電源、諧振回路、晶體管三者串聯。 1-3-6 集電極饋電串饋 串饋:電源、諧振回路、晶體管三者串聯。 直流電源的一端必須接地！1-3-6 集電極饋電串饋 1-3-6集電極饋電串饋 電子科技大學 89實際工程中電源公用，電源必須通過去耦網絡饋電。去耦網絡由 型網絡構成。射頻扼流圈RFC(Radio Frequency Choke)去耦用的大電感，理論上對直流短路，交流開路。阻止高頻電能流過公用電源內阻產生高頻能量損耗，特別是避免在名級之間由此而產生的寄生耦合。1-3-6 集電極饋電

25、并饋 電子科技大學 90 大功率高頻諧振功效的末級放大管有時使用電子管， Vcc值高達上千伏，因此諧振回路處于直流高電壓，在調整諧振回路的諧振頻率時容易觸上高壓。ABDC +VC _ +VC _1-3-6 集電極饋電 電子科技大學 91串饋或并饋僅僅是指電路的給構形式而言。對于電壓來說，無論是串饋或并饋直流電壓與交流電壓總是串聯的。對交流而言對直流而言不論內回路還是外回路都滿足方程1-3-6 高頻諧振功率放大器基極饋電 電子科技大學 92 +Vb _ +Vb _ +Vb _ABVBB如何產生？1-3-6 高頻諧振功率放大器基極饋電 電子科技大學 93自給偏壓：由串接在發射極回路或基極回路的低通

26、網絡(RC并聯回路)構成。為使諧振功放工作于丙類，基極偏置電壓一般要加上負電壓。為了供給基極負的偏置電壓，需要一組單獨的“負”電源提供偏置。1-3-6 高頻諧振功率放大器基極饋電 電子科技大學 94基極回路必須形成直流通路，為保證晶體管正常工作，一定有單方向流動的基極電流。為減小對輸人激勵電壓 的要求“零”偏壓或略微正電壓偏置(小于 )“零”偏置電壓和略微正電壓偏置電路圖高頻諧振功率放大器實際電路要求第一級基極零偏，第二級基極負偏。電路圖中有幾處錯誤？高頻諧振功率放大器電路改錯電路圖中有4處錯誤，已改如下圖。高頻諧振功率放大器電路改錯高頻諧振功放電路實例分析：1-3-7 高頻諧振功率放大器匹配

27、網絡 電子科技大學 99末級高頻諧振功率放大器的負載往往是天線，中間級(推挽級)的負載是末級功率放大器的輸入阻抗，輸入級放大器的負載則是下一級放大器的輸人阻抗。諧振功率放大器只有工作在臨界工作狀態附近，才能獲得最大的輸出功率 和較高的效率；否則，不是輸出功率很小，就是晶體管不能工作在安全狀態(電流過大、 過大等)。1-3-7 高頻諧振功率放大器匹配網絡 電子科技大學 100為保證工作在最佳狀態，任意的負載值須通過匹配網絡轉變成所需的工作在臨界狀態附近的負載電阻值。1-3-7 高頻諧振功率放大器匹配網絡 電子科技大學 101 使負載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸到負載的功率

28、最大，即它起著匹配網絡的作用。工作在臨界狀態時所需的匹配網絡抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它應有良好的濾波作用。能濾去 (對高次諧波呈現短路)。理想情況下，流過負載電阻上的電流應該只有 ( 為流過 的基波電流)。1-3-7 高頻諧振功率放大器匹配網絡 電子科技大學 102在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到負載，但同時又應盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響。定義濾波度：愈大，匹配網絡濾波效果愈好。1-3-7 高頻諧振功率放大器匹配網絡 電子科技大學 103負載電阻 上消耗的功率中間回路效率功率損耗在匹配網絡上越接近1越好匹配網絡應保證一定的通頻帶，結構要簡單，調整要方便。1-3-7 高頻諧振功率放大器輸出匹配網絡 電子科技大學 104輸出匹配網絡的調整是保證有效輻射功率的關鍵。末級輸出匹配網絡的負載是天線，為了保證有效地通信，天線應該輻射盡可能大的功率。反映到初級回胳的反映電阻為：天線回路調諧成串聯諧振狀態M改變改變1-3-7 高頻諧振功率放大器輸出匹配網絡 電子科技大學 1