高频谐振放大器
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高频电子线路谐振功率放大器
小( vCE(sat)) ，管耗小，放大器的效率高。
② 考虑结电容、分布电容等影响，实际波形如 vA 虚线所示，管子动态管耗增大，丁类功放效率受限。
2. 戊类放大器 为了克服这个缺点，在开关
工作的基础上采用一个特殊设计
的集电极，保证 vCE 为最小值的 一段期间内，才有集电极电流流
通。
2.1.3 倍频器
ωc —— 载波频率
v Vm cos t—— 调制信号电压， 为调制频率
VCC 一定，放大器性能随 Re 的变化特性。 2. 特性
Re 的增加势必将引起 Vcm 增大( Vcm Re Ic1m)
Re↑→Vcm↑→vCEmin↓→放大器欠压→过压→ iC 由接近 余弦变化的电流脉冲转变为中间有凹陷的脉冲波。
据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。
Vcm = ReIc1m Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 PC = PD－Po
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1. 电路组成
ZL —— 外接负载，呈阻抗性，用 CL 与 RL 串联等 效电路表示。
Lr 和 Cr ——匹配网络，与 ZL 组成并联谐振回路。 调节 Cr 使回路谐振在输入信号频率。
VBB——基极偏置电压，设置在功率管的截止区， 以实现丙类工作。
2. 集电极电流 ic
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
1. 丁类简介 (1) 电路 Tr 次级两绕组相同，极性相反。 T1 和 T2 特性配对，为同型管。 (2) 原理
若 vi 足够大，则 vi ＞ 0时，T1 饱和导通，T2 截止，
vA1 VCC vCE(sat)
vi ＜ 0，T2 饱和导通，T1 截止，
vA2 vCE(sat)
② 考虑结电容、分布电容等影响，实际波形如 vA 虚线所示，管子动态管耗增大，丁类功放效率受限。
2. 戊类放大器 为了克服这个缺点，在开关
工作的基础上采用一个特殊设计
的集电极，保证 vCE 为最小值的 一段期间内，才有集电极电流流
通。
2.1.3 倍频器
ωc —— 载波频率
v Vm cos t—— 调制信号电压， 为调制频率
VCC 一定，放大器性能随 Re 的变化特性。 2. 特性
Re 的增加势必将引起 Vcm 增大( Vcm Re Ic1m)
Re↑→Vcm↑→vCEmin↓→放大器欠压→过压→ iC 由接近 余弦变化的电流脉冲转变为中间有凹陷的脉冲波。
据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。
Vcm = ReIc1m Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 PC = PD－Po
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1. 电路组成
ZL —— 外接负载，呈阻抗性，用 CL 与 RL 串联等 效电路表示。
Lr 和 Cr ——匹配网络，与 ZL 组成并联谐振回路。 调节 Cr 使回路谐振在输入信号频率。
VBB——基极偏置电压，设置在功率管的截止区， 以实现丙类工作。
2. 集电极电流 ic
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
1. 丁类简介 (1) 电路 Tr 次级两绕组相同，极性相反。 T1 和 T2 特性配对，为同型管。 (2) 原理
若 vi 足够大，则 vi ＞ 0时，T1 饱和导通，T2 截止，
vA1 VCC vCE(sat)
vi ＜ 0，T2 饱和导通，T1 截止，
vA2 vCE(sat)
高频谐振功率放大器的基本工作原理
高频谐振功率放大器的基本工作原理高频谐振功率放大器是一种常用于无线通信和射频系统中的放大器，其基本工作原理是通过谐振电路和功率放大器的相互配合来实现信号的放大。
本文将介绍高频谐振功率放大器的基本构成和工作原理。
一、高频谐振功率放大器的构成高频谐振功率放大器主要由三个部分组成：输入谐振电路、功率放大电路和输出谐振电路。
输入谐振电路是用来接收输入信号并将其滤波、匹配到功率放大器的。
它通常由电容和电感组成的谐振回路构成，能够选择性地传输特定频率的信号。
功率放大电路是用来放大输入信号的。
它通常采用晶体管或管子放大器等器件，通过输入电压的调节来实现信号的放大，同时也可以调节放大器的增益和输出功率。
输出谐振电路是用来匹配和传输已放大的信号到输出负载的。
它通常也由谐振回路组成，能够将功率放大后的信号传输到负载上。
二、高频谐振功率放大器的工作原理高频谐振功率放大器的工作原理基于谐振电路的特性和功率放大器的线性放大特性。
首先，输入信号经过输入谐振电路后，可以选择性地通过特定频率的谐振回路，其他频率的信号会被滤波掉。
这样就能保证只有特定频率的信号能够进入功率放大器进行放大。
然后，经过谐振回路的输入信号进入功率放大电路。
功率放大电路通常采用线性放大器，其输入电压的大小决定了输出信号的放大倍数。
通过调节输入电压的大小，就可以实现对输出信号的放大程度的控制。
最后，放大后的信号经过输出谐振电路，并传输到输出负载上。
输出谐振回路起到了匹配和传输的作用，能够将功率放大后的信号有效地传输给负载。
三、高频谐振功率放大器的优势高频谐振功率放大器具有以下优势：1. 高效性：通过谐振电路的匹配和能量传输，以及功率放大器的线性放大特性，高频谐振功率放大器能够实现高效率的信号放大，提高系统的整体效能。
2. 稳定性：谐振回路能够选择性地传输特定频率的信号，并且能够稳定地工作在谐振状态下，使得输出信号的幅度和频率更加稳定。
3. 可调性：通过调节输入信号的电压，可以实现对输出信号的放大倍数和功率的可调。
第4章高频谐振功率放大器
若保持Po不变，将ηC提高到80％ ，则
Pc′= PE′Po=Po/ηC′－Po=4/0.8－4=5－4=1W △ Pc =Pc － Pc′= 3.67－1=2.67W △Ic0 = Ic0 －Ic0′= 6.67/20 －5/20 = 0.083（A）=83mA
4.2.3 工作状态分析
一、动态特性分析：
其中0(θ)、1(θ) 、…、n (θ)为谐波分解系数；另 定义1=Ic1m/Ic0= 1(θ) / 0(θ)为波形系数，随减小 而增大。
0 , 1 , 2 , 3
1 /0 = 1
0.5
1
0.4
0
2.0
0.3
0.2
1.0
0.1
3
2
0
-0.05 10 30 50 70 90 110 130 150 170
目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输 特点：高频、大信号、非线性工作 要求：输出功率大、转换效率高
分析方法：折线法近似分析
联想对比：
高频功率放大器和低频功率放大器的共同 特点都是输出功率大和效率高。
功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源 供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力 即为功率放大器的效率。
临界饱和线斜
如图，对应于临界状态的 动特性曲线CAD，则有
率记为：SC
ic C UBE=UBB+Uim
iC max ScuCE min Sc (UCC Uc1m )
根据转移特性，又有
A UCC D
uCE
0
B
UBE=UBB
iC max gm (uBE max U D ) gm (U BB U im U D )
谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处
Pc′= PE′Po=Po/ηC′－Po=4/0.8－4=5－4=1W △ Pc =Pc － Pc′= 3.67－1=2.67W △Ic0 = Ic0 －Ic0′= 6.67/20 －5/20 = 0.083（A）=83mA
4.2.3 工作状态分析
一、动态特性分析：
其中0(θ)、1(θ) 、…、n (θ)为谐波分解系数；另 定义1=Ic1m/Ic0= 1(θ) / 0(θ)为波形系数，随减小 而增大。
0 , 1 , 2 , 3
1 /0 = 1
0.5
1
0.4
0
2.0
0.3
0.2
1.0
0.1
3
2
0
-0.05 10 30 50 70 90 110 130 150 170
目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输 特点：高频、大信号、非线性工作 要求：输出功率大、转换效率高
分析方法：折线法近似分析
联想对比：
高频功率放大器和低频功率放大器的共同 特点都是输出功率大和效率高。
功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源 供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力 即为功率放大器的效率。
临界饱和线斜
如图，对应于临界状态的 动特性曲线CAD，则有
率记为：SC
ic C UBE=UBB+Uim
iC max ScuCE min Sc (UCC Uc1m )
根据转移特性，又有
A UCC D
uCE
0
B
UBE=UBB
iC max gm (uBE max U D ) gm (U BB U im U D )
谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处
高频谐振功率放大器的工作原理
高频谐振功率放大器的工作原理
嘿，咱今儿来唠唠高频谐振功率放大器的工作原理哈！这玩意儿就好比是一场音乐会，晶体管就是那个舞台上的明星主唱。
在这个音乐会里呀，信号源就像是给主唱提供的歌曲，它把要表演的内容送过来。
而直流电源呢，就像是给主唱提供能量的大力水手菠菜，让晶体管有足够的力气放声歌唱。
然后呢，晶体管这个主唱呀，会根据信号源的指示，该大声唱的时候大声唱，该小声哼的时候小声哼。
这时候，谐振回路就登场啦！它就像是一个超级厉害的调音师，能把主唱的声音调得特别好听，把那些不和谐的音给过滤掉，只留下最精彩的部分。
你说这谐振回路神奇不神奇？它能让放大器输出的功率更大，效率更高呢！就好像一个魔法盒子，把普通的声音变得超级有魅力。
那它是怎么做到的呢？嘿嘿，这就像是在一个大合唱里，大家一起发声，但只有某个特定频率的声音最响亮，其他的声音都被弱化了。
谐振回路就是能抓住那个最关键的频率，让它闪闪发光。
而且哦，高频谐振功率放大器还有个特点，就是它能让信号变得特别强。
这就好比是把一个小小的火苗，变成了熊熊大火，照亮整个舞台！想想看，原本很微弱的信号，经过它这么一处理，变得超级强大，能传到很远很远的地方去。
咱再想想，如果没有高频谐振功率放大器，那很多信号不就传不远啦？那不就像在一个大雾天里说话，别人都听不清嘛！有了它，信号就能清清楚楚地传出去，多棒呀！
所以说呀，高频谐振功率放大器可真是个了不起的东西！它就像一个幕后英雄，默默地工作着，让我们的通信、广播等等变得更加精彩。
你说它是不是很厉害呢？咱可得好好感谢它为我们带来的便利呀！。
第3章 高频谐振放大器
26
3.电流波形与工作原理
输入信号为: 基极回路电压为:
ub U b cos t uBE U BB U b cos t
uBE U BB时, T 截止,ic 0; uBE U BB时, T 导通,ic由特性给出.
27
28
集电极电流为周期性余弦脉冲,通角为 , 2 , 此余弦脉冲可按付氏级数进行分解:
20
作业:
P129 3-4 P129 3-7
思考题：
P129 3-1 P129 3-6
21
一.概述:
3.2高频功率放大器
1.功能:对高频信号进行功率放大(高效率输出大功率) a:推动强放 b:功率经天线辐射 c:高频加热 2.机理:
有源器件控制 电源供给直流能量
P0
高频交流功率
P 1
3.特点:a:大信号工作（>0.5V，1-2V） b:有源器件工作在非线性状态
1 1 ( P22 gie ) P 2 Q00 L 1
GL
1 2 1 ) ( (0.08) 2 *1.7 *10 3 ) 194us 0.3 100* 2 * 465*103 *560*10 6 Y fe 32*103 K0 66 6 6 194*10 290*10 GL g oe (
4
3.放大器高频等效电路
1)晶体管Y参数等效电路(下图所示)选
I b , I c 为因变量,U b ,U c 为自变量,由此可以对应下图, 写出相应方程: I b Yie U b Yre U c I c Y fe U b Yoe Ub － (b) Y ie . Y Uc re . Yfe U b Yoe
3.电流波形与工作原理
输入信号为: 基极回路电压为:
ub U b cos t uBE U BB U b cos t
uBE U BB时, T 截止,ic 0; uBE U BB时, T 导通,ic由特性给出.
27
28
集电极电流为周期性余弦脉冲,通角为 , 2 , 此余弦脉冲可按付氏级数进行分解:
20
作业:
P129 3-4 P129 3-7
思考题：
P129 3-1 P129 3-6
21
一.概述:
3.2高频功率放大器
1.功能:对高频信号进行功率放大(高效率输出大功率) a:推动强放 b:功率经天线辐射 c:高频加热 2.机理:
有源器件控制 电源供给直流能量
P0
高频交流功率
P 1
3.特点:a:大信号工作（>0.5V，1-2V） b:有源器件工作在非线性状态
1 1 ( P22 gie ) P 2 Q00 L 1
GL
1 2 1 ) ( (0.08) 2 *1.7 *10 3 ) 194us 0.3 100* 2 * 465*103 *560*10 6 Y fe 32*103 K0 66 6 6 194*10 290*10 GL g oe (
4
3.放大器高频等效电路
1)晶体管Y参数等效电路(下图所示)选
I b , I c 为因变量,U b ,U c 为自变量,由此可以对应下图, 写出相应方程: I b Yie U b Yre U c I c Y fe U b Yoe Ub － (b) Y ie . Y Uc re . Yfe U b Yoe
高频小信号谐振放大器
放大器在放大信号的同时也会放大噪声，因此需 要考虑其噪声系数，以确保信号质量。
动态范围
动态范围是指放大器能够处理的信号幅度范围， 高频小信号谐振放大器的动态范围通常较小。
稳定性分析
稳定性
01
高频小信号谐振放大器的稳定性是一个重要指标，需要分析其
在不同工作条件下的稳定性表现。
稳定性因素
02
影响高频小信号谐振放大器稳定性的因素包括温度、电源电压、
材料选择
选用具有低温度系数的元件和材料，提高放大器 的热稳定性。
05
实际应用与案例分析
无线通信系统中的应用
无线通信系统中的信号传输需要经过 多个中继站，而每个中继站都离不开 高频小信号谐振放大器的应用。
在无线通信系统中，高频小信号谐振 放大器主要应用于基站、中继站和移 动终端等设备中，是实现无线通信的 关键元件之一。
在雷达系统中，高频小信号谐振放大器主要应用于发射机和接收机中，是实现雷达 探测的关键元件之一。
卫星通信系统中的应用
卫星通信系统由于其覆盖范围广、传输距离远等特点，被 广泛应用于国际通信、军事通信等领域，而高频小信号谐 振放大器在其中也发挥了重要的作用。
高频小信号谐振放大器能够将卫星接收到的微弱信号进行 放大，提高信号的传输质量和距离，保证卫星通信系统的 稳定性和可靠性。
应用场景
01
02
03
通信系统
用于接收微弱的高频信号， 如无线电广播、卫星通信 等。
雷达系统
用于检测和跟踪目标，如 军事雷达、气象雷达等。
导航系统
用于接收和放大GPS等导 航信号，实现精确定位。
02
谐振放大器的基本结构
输入和输出匹配网络
输入匹配网络
动态范围
动态范围是指放大器能够处理的信号幅度范围， 高频小信号谐振放大器的动态范围通常较小。
稳定性分析
稳定性
01
高频小信号谐振放大器的稳定性是一个重要指标，需要分析其
在不同工作条件下的稳定性表现。
稳定性因素
02
影响高频小信号谐振放大器稳定性的因素包括温度、电源电压、
材料选择
选用具有低温度系数的元件和材料，提高放大器 的热稳定性。
05
实际应用与案例分析
无线通信系统中的应用
无线通信系统中的信号传输需要经过 多个中继站，而每个中继站都离不开 高频小信号谐振放大器的应用。
在无线通信系统中，高频小信号谐振 放大器主要应用于基站、中继站和移 动终端等设备中，是实现无线通信的 关键元件之一。
在雷达系统中，高频小信号谐振放大器主要应用于发射机和接收机中，是实现雷达 探测的关键元件之一。
卫星通信系统中的应用
卫星通信系统由于其覆盖范围广、传输距离远等特点，被 广泛应用于国际通信、军事通信等领域，而高频小信号谐 振放大器在其中也发挥了重要的作用。
高频小信号谐振放大器能够将卫星接收到的微弱信号进行 放大，提高信号的传输质量和距离，保证卫星通信系统的 稳定性和可靠性。
应用场景
01
02
03
通信系统
用于接收微弱的高频信号， 如无线电广播、卫星通信 等。
雷达系统
用于检测和跟踪目标，如 军事雷达、气象雷达等。
导航系统
用于接收和放大GPS等导 航信号，实现精确定位。
02
谐振放大器的基本结构
输入和输出匹配网络
输入匹配网络
高频谐振放大器
f0
f
第3章 高频谐振放大器
压增益： 电 压增益：源自K 0Σ = K 01K 02 ⋅ ⋅ ⋅ K 0 n
通频带（前提是每级具有相同的通频带） 通频带（前提是每级具有相同的通频带）
BW n =
2
1/ n
− 1 BW 0 .7 =
2
1/ n
f0 −1 Qe
因此，级数越多，放大器的增益越高，但通频带却变窄了。 因此，级数越多，放大器的增益越高，但通频带却变窄了。
ɺ Ib yie = ɺ Ub
输出导纳Y 输出导纳 oe
ɺ U c =0
ɺ Ib yre = ɺ Uc
正向传输导纳Y 正向传输导纳 fe
ɺ U b =0
ɺ Ic y oe = ɺ Uc
ɺ U b =0
ɺ Ic y fe = ɺ Ub
ɺ U c =0
第3章 高频谐振放大器
Π参数与Y参数的关系 rbb′ Cµ b′ b ＋ . . Ube Cπ gmUbe ′ ′ －
4 RL 5
Rb2
C b Re
实际线路
V
C
L12 p1 = L13
L45 p2 = L13
(b)
交流等效电路
第3章 高频谐振放大器
3.1.2 放大器性能分析 1.晶体管的高频等效电路:Π参数
rbb′ b ＋ . Ube ′ － e Cπ
b′
Cµ . gmUbe ′
c Yce e
第3章 高频谐振放大器
无论电台的功率有多大，在距电台一公里处的谐波场强不得 大于50μv/m。在一般情况下，假如任一谐波的辐射功率不超过 25mW，即可认为满足上述要求。
第3章 高频谐振放大器
高频功率放大器与低频功率放大器的异同： 高频功率放大器与低频功率放大器的异同： 同：二者都要求高效率和高功率输出 异：工作频率和相对宽度不同，故低频功放采用阻性负载，高 频功放采用选频网络作为负载回路；二者工作状态不同，低频 功放一般工作在甲类、乙类或甲乙类，高频功放一般工作在丙 类、丁类等 不同工作状态时放大器的特点 工作状态 半导通角 甲类 乙类 丙类 丁类 180° 90 ° <90° 开关状态 理想效率 50% 78.5% > 78.5% 90%~100% 负载 电阻 推挽\回路 推挽 回路 回路 应用 低频 低频\高频 低频 高频 高频
高频谐振功率放大器
偏置电路优化
设计合适的偏置电路，以稳定放大器 的工作状态，提高其可靠性。
散热设计优化
根据实际散热需求，设计合理的散热 结构和散热方式，以提高放大器的可 靠性。
自动校准与补偿
利用自动校准和补偿技术，对放大器 的性能进行实时监测和调整，以提高 其稳定性和可靠性。
05
高频谐振功率放大器的 应用实例
在通信系统中的应用
放大器设计的基本原则
高效性
放大器应具有高效率，以减少能源消耗和散 热需求。
线性度
放大器应保持信号的线性放大，避免非线性 失真。
稳定性
放大器应具有稳定的性能，避免自激振荡和 失真。
可靠性
放大器应具有较高的可靠性和稳定性，以满 足长期使用需求。
放大器设计的步骤与方法
确定技术指标
根据应用需求，确定放大器的技术指标，如 输出功率、工作频率、带宽等。
分析放大器在不同频率下的稳定性表现，通常通 过测试不同频率下的增益和相位变化来评估。
温度稳定性
分析放大器在不同温度下的稳定性表现，通常通 过测试不同温度下的增益和相位变化来评估。
3
电源稳定性
分析放大器在不同电源电压下的稳定性表现，通 常通过测试不同电源电压下的增益和相位变化来 评估。
04
高频谐振功率放大器的 设计与优化
输入级是放大器的起始部分， 负责接收微弱的高频信号并将 其放大。
输入级通常采用晶体管或场效 应管等有源器件，通过小信号 放大来提高信号的幅度。
输入级的电路设计需考虑信号 源内阻、输入信号的幅度和频 率等参数，以确保信号能够有 效地传递到输出级。
输出级
输出级是放大器的末级，负责将经过放大的高频信号输出。
01
02
高频谐振功率放大器与小信号放大器的相同点
高频谐振功率放大器与小信号放大器的相同点
高频谐振功率放大器和小信号放大器虽然在应用场合和功能上有所不同，但在一些方面却有相同点。
首先，两者都是将输入信号进行放大并传递到输出端的电路。
只是小信号放大器主要用来放大弱信号，是一种线性放大器，而高频谐振功率放大器主要用来放大高频信号，是一种非线性放大器。
其次，两者都需要选取合适的放大管。
小信号放大器要求放大管具有线性放大特性，而高频谐振功率放大器要求放大管具有良好的高频特性和高功率承受能力。
另外，两者都需要进行匹配电路的设计和调试。
小信号放大器需要进行输入输出阻抗匹配，使得输入阻抗与信号源匹配，输出阻抗与负载匹配；而高频谐振功率放大器需要进行谐振电路的设计及调试，使得放大器在输出端能够提供最大功率，并且避免谐振频率偏移以及频带扩展。
最后，两者都需要进行稳定性的分析和优化。
小信号放大器主要考虑稳定性的提高，避免自激振荡等不稳定因素，而高频谐振功率放大器除了考虑自激振荡之外，还要考虑放大管的热稳定性，防止热失真和失真激发放大器的自激振荡等。
第三章高频谐振放大器概述
高频电子线路
二、放大器性能分析 1．晶体管的高频等效电路
晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：
物理模型等效电路：混合 p 参数等效电路。
网络参数等效电路： Y 参数等效电路。
混合π型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发，用 集中参数元件r，C和受控源表示晶体管内的复杂关系。
Y参数等效电路是从测量和使用的角度出发，把晶体管 看作一个有源线性四端网络，用一组网络参数来构成 其等效电路
9
高频电子线路
b I b + U b
e
图（a）
I c
+
c +
I b
U b
YreU c
Yie
I c
Yoe
U c
e
-
Y feU b
+ U
c
-
图（b）
图 (a)将共发接法的晶体管等效为有源线性四端网络。图
b和 I c为其对应电流。以 b， c 表示晶体管输入和输出电压， 中U I U
对高频小信号放大器的主要要求是：
⑴增益要高。 ⑵频率选择性要好。 ⑶噪声系数NF要小。 ⑷工作稳定可靠。
4
高频电子线路
第一节 高频小信号放大器
一、高频小信号放大器的工作原理
3
1
4
5
UCC
RL
2
Rb1
V
2
C
L
3
5
1
Rb 2
4
Cb Re
Ce
高频小信号谐振放大器实际线路
高频小信号谐振放大器交流等效电路 5
2
高频电子线路
第一节 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线 电设备中的高频小信号，以便作进一步的变换和 处理。
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放大器 谐振回路 负载
(实际电路和交流等效电路)
Rb1 、Rb2是基极直流分压偏置电阻， cb、 ce是高频旁路电容，比低频值要小， 具有抽头的Lc并联回路作为VT管的集电 极负载， 部分接入的目的是为了保证通频带和选 择性的要求， ui由变压器耦合到VT管的基极， u0靠变压器或电感线圈耦合。 二.放大器性能分析 1.高频Y参数等效电路
矩形系数kr0.1= B0.1/B0.707 一般情况下 kr0.1>1,理想情况下 kr0.1=1为 矩形, kr0.1越小,选择性越好,单级谐振放大 器的 kr0.1= 9.96 讨论; ku↑→ g∑↓→ (1) RL’↑表明带负载能力差;所以用p2 接入系数改善带负载能力。 (2) QL ↑→B0.707↓说明放大倍数和通
折线法:目的是简化分析过程,给出明确的 物理概念,为实验调整提供指导性 数据。 要求: (1) 输入信号幅度大 (2) 高Q回路,输出对基波之外的衰减 大,即能量集中在基波上, (波形图) 当 ube= UBB ’ 时， cos ω t= cos θ , U BB U BB cosθ = Ub ic=Ico+Ic1 cosω t+Ic2cos2ω t+……
Yfe= | Yfe| e j φ fe Yre —输入端交流短路时的反向传输导纳, Yre= | Yre| e j φ re
Y参数可以用仪器测出: Ic I | Uce=0 Yie= Yoe= | Ube=0 U ce U I Ic Yfe= | Uce=0 Yre= | Ube=0 U U be
饱和区: ub使工作在AD段, ic出现凹陷, 为凹陷脉冲, (2) 动态输出特性 (曲线图) ube= UBB + Ubcosω t uce= Ucc- Uccosω t 动特性曲线—交流负载线 可能有三种 即ABC、A’BC、A”BC 饱和区：uc使工作在A’B~A”B 间，Icmax 下降，并出现凹陷, 截止区： uc使工作在BC段，ic=0
YfeUi + Yoe YL Uo -
Uo= -YfeUi/(Yoe+YL) Yi= Yie+YreUo/ Ui= Yie- YreYfe/(Yoe+YL) 当 Ys+ Yi= 0时, 电路自激振荡 有 Ys+ Yie- YreYfe/(Yoe+YL)= 0 即 (Ys+ Yie) (Yoe+YL)/ YreYfe= 1 由此导出最大稳定放大倍数 kuy Y fe kuy= 0.6 当 ku≤ kuy, Yre 放大电路能稳定工作。
Yre
§ 3.2 高频功率放大器 定义:谐振回路作为匹配网络的功放。 用在发射机末级 要求: (1) 输出功率po要大, (2)转换效率η c 要高, 目前几百瓦以上的高频功放主要器 件用电子管;几百瓦以下的采用晶体 管或场效应管,另外,为了提高效率, 高频功放管工作在丙类(c类)工作状 态,即θ < 90°,理论上η c =100%
(3)电容的折合 coe’= p12 coe cL’= p22 cL 1 所以 g∑= goe’+ gL’+ go 其中go= Q0 c∑= coe’+ cL’+ c 1 f0 = 2 Lc QL = 1/ ρ g∑ 电压放大倍数 ku= Uo/ Ui= p1 p2Yfe/g∑ 输入导纳 Yi= Yie 输出导纳 Yo ≈ Yoe 通频带B0.707= fo/QL
B0.707大,选择性不好,信噪比低;
B0.707小,选择性好,但信号易被切割。 中波 9 kHz，电视 8 MHz，调频 200 kHz 3.选择性 kr0.1 kr0.1= 1为矩形,选择性最好, kr0.1越大,选择性越差。 4.稳定性 kuy (Yre≠ 0,的影响) 不产生自激振荡 Y fe kuy= 0.6 ≥ ku
+ Ube -
Ib
Ic
+ Uce
Ib + Ube -
YreUce
Yie
பைடு நூலகம்YfeUbe Yoe
Ic
+
Uce -
-
Yie—输出端交流短路时的输入导纳, Yie= gie+ jω cie Y0e—输入端交流短路时的输出导纳, Yoe= goe+ jω coe Yfe —输出端交流短路时的正向传输导纳, 因为它不能用器件等效,所以表达式为
三.高频谐振放大器的稳定性 1.起因: Yre≠ 0, 即极间电容cb’c的反馈, 影响: (1) 轻者使放大器幅频特性变坏, 产生畸变(不对称,前沿变陡,后沿 没变,如图所示) (2) 重者产生自激振荡,即使没有外加 输入,放大器也会有输出,带来了 不稳定。
Ib + Ui Ys
YreUo Yie
例: UBB’=0.8v, gc=1.4s, UBB=-0.66v, Ub=5.65v, 求Ico、 Ic1 解：cosθ =(UBB’- UBB)/Ub= 0.258 θ = 75⁰ Icmax = gc Ub (1- cosθ )=5.866 A
查表α 1(75⁰)=0.455 α 0(75⁰)=0.269 Ico= Icmax α 0(75⁰)= 1.58 A Ic1 = Icmax α 1(75⁰)= 2.67 A
b
be
b
ce
Ib= Yie Ube+ Yre Uce Ic= Yfe Ube+ Yoe Uce
模拟电路中混合π 参数等效电路:
rbb’ Ube rb’e cb’c gmUb’e cb’e rce Uce
可见 gm ≈ Yfe 由上看出,Y参数是复数,除与静态值有关外, 还与工作频率有关, 高频小信号谐振放大器中的等效： (1) 晶体管工作在线性区; (2)工作频带窄, Y参数变化不大,可视为常数。
例：谐振功放晶体管的理想化转移特性的斜率 gc= 1A/v, UBB’= 0.5v，已知UBB= 0.2v, Ub= 1v, 作出ube((t)、ic(t)的波形， 求出 和Icmax， 当Ub减少到0.5v时，说明 增加还是减少了？ 画出ube(t)、ic(t)波形。
二.高频谐振功率放大器的工作状态 1.高频功放的动特性 定义:输入加激励,输出加负载时,集电极 ic与ube或ic与uce的关系曲线。 动态线：ic与ube—动态转移特性， ic与uce—动态输出特性。 (1)动态转移特性 (曲线图) 截止区:ub使工作在BC段, ic=0 放大区: ub使工作在AB段, Icmax = gc Ub (1- cosθ )
第三章 高频谐振放大器
§ 3.1 高频小信号放大器 分为 窄带放大器:负载具有选频特性,—高频 小信号谐振放大器 宽带放大器:负载为高频变压器, 特点: (1)高频小信号:输入信号幅度小,放大 器工作在线性区; (2)Lc并联回路作为负载:具有选频、 阻抗变换作用。
要求: (1) 放大器数要大(ku) , 要达104~105, 靠多级放大实现; (2)频率选择性要好(B0.707或kr0.1),以 抑制无用信号; (3)稳定性要高(kuy),放大器的性能不 受外界环境影响,内部噪声要小,不 产生自激。 一.电路组成和工作原理
(1) 让ξ ↑→Uc↑→RL ↑→意味着带负载 能力不强, (2)让γ ↑→θ ↓→α 1(θ )↓→Ic1↓→po↓ 可见η c与po存在矛盾,在65°<θ <75° 范围里, η c与po兼顾最佳。 在基极回路: 1 pb= 2Ib1Ub 功率放大倍数 kp= po/ pb 功率增益 kp= 10lg po/ pb (dB) 由于丙类工作状态,高频功放比低频功放 放大倍数低,通常在100倍以下。
效率 η c = po / pd= 1- pc / pd 1 1 U c = = γ (θ )ξ
2 0 U CC
2
γ —波形系数, γ = α 1(θ ) / α 0(θ ), γ 、α 1(θ )、α 0(θ )可同查一表。 ξ —集电极电压利用系数, ξ ≤1, θ =180⁰, γ =1, η c ≤50% , θ = 90⁰, γ =1.57, η c ≤78.5% , θ ≤ 15⁰,γ =2, η c ≤100% , 提高η c 的途径:
2.实际电路分析和性能参数 (前交流等效电路、 Y参数等效电路、 抽头折合等效电路) 忽略管子内部反馈，即Yre ≈0 p1= U12/U13 p2= U45/U13 (1)电源的折合 Is = YfeUi Is’ = p1 Is = p1 YfeUi Uo= p2 U0 ’ (2)电导的折合 goe’= p12 goe gL’= p22 gL gL=1/RL
如：一放大器|Yre| =50us， |Yfe| = 50ms， ku= 60, Y fe kuy= 0.6 Y = 19 re kuy< ku 所以放大器工作不稳定。 2.提高放大器稳定性的措施 (1)减小Yre,即选Yre小的晶体管; (2)从电路上采用共发—共基电路(失配法) 共基电路Yi2大,即YL1大,使Uo1减小,从而 使YreUo1影响减小,但同时ku也减小, 从上叙述可看出在共发电路负载端并一 电阻也能达到上述目的。
此处RL是R∑,谐振时QL↑→RL↑→Uc↑, 而在2ω 、3ω 等处失谐, RL小,谐波电压 为0, 另θ < 90° 工作在丙类, θ 越小,ic脉冲越瘦,在ucemin附近,损耗小, 故效率得到提高。 2.能量关系 1 输出功率 po= Ic1 Uc UC 2 21 = Ic12 RL= 2 R L 2 电源功率 pd= Ico Ucc 管耗 pc = pd- po
频带是一对矛盾。 所以通过p1接入系数使ku↓,B0.707↑。
例:如图所示小信号谐振放大器,fo=300 MHz, 晶体管Y参数gie=1.5ms,cie=12pF,Yre=0, Yfe= 58∠-22 °ms, goe=0.4ms, coe=9.5pF, Qo=100, RL= 10kΩ ,L=0.8uH, p2=0.3 求:Ku、 B0.707、c
(实际电路和交流等效电路)
Rb1 、Rb2是基极直流分压偏置电阻， cb、 ce是高频旁路电容，比低频值要小， 具有抽头的Lc并联回路作为VT管的集电 极负载， 部分接入的目的是为了保证通频带和选 择性的要求， ui由变压器耦合到VT管的基极， u0靠变压器或电感线圈耦合。 二.放大器性能分析 1.高频Y参数等效电路
矩形系数kr0.1= B0.1/B0.707 一般情况下 kr0.1>1,理想情况下 kr0.1=1为 矩形, kr0.1越小,选择性越好,单级谐振放大 器的 kr0.1= 9.96 讨论; ku↑→ g∑↓→ (1) RL’↑表明带负载能力差;所以用p2 接入系数改善带负载能力。 (2) QL ↑→B0.707↓说明放大倍数和通
折线法:目的是简化分析过程,给出明确的 物理概念,为实验调整提供指导性 数据。 要求: (1) 输入信号幅度大 (2) 高Q回路,输出对基波之外的衰减 大,即能量集中在基波上, (波形图) 当 ube= UBB ’ 时， cos ω t= cos θ , U BB U BB cosθ = Ub ic=Ico+Ic1 cosω t+Ic2cos2ω t+……
Yfe= | Yfe| e j φ fe Yre —输入端交流短路时的反向传输导纳, Yre= | Yre| e j φ re
Y参数可以用仪器测出: Ic I | Uce=0 Yie= Yoe= | Ube=0 U ce U I Ic Yfe= | Uce=0 Yre= | Ube=0 U U be
饱和区: ub使工作在AD段, ic出现凹陷, 为凹陷脉冲, (2) 动态输出特性 (曲线图) ube= UBB + Ubcosω t uce= Ucc- Uccosω t 动特性曲线—交流负载线 可能有三种 即ABC、A’BC、A”BC 饱和区：uc使工作在A’B~A”B 间，Icmax 下降，并出现凹陷, 截止区： uc使工作在BC段，ic=0
YfeUi + Yoe YL Uo -
Uo= -YfeUi/(Yoe+YL) Yi= Yie+YreUo/ Ui= Yie- YreYfe/(Yoe+YL) 当 Ys+ Yi= 0时, 电路自激振荡 有 Ys+ Yie- YreYfe/(Yoe+YL)= 0 即 (Ys+ Yie) (Yoe+YL)/ YreYfe= 1 由此导出最大稳定放大倍数 kuy Y fe kuy= 0.6 当 ku≤ kuy, Yre 放大电路能稳定工作。
Yre
§ 3.2 高频功率放大器 定义:谐振回路作为匹配网络的功放。 用在发射机末级 要求: (1) 输出功率po要大, (2)转换效率η c 要高, 目前几百瓦以上的高频功放主要器 件用电子管;几百瓦以下的采用晶体 管或场效应管,另外,为了提高效率, 高频功放管工作在丙类(c类)工作状 态,即θ < 90°,理论上η c =100%
(3)电容的折合 coe’= p12 coe cL’= p22 cL 1 所以 g∑= goe’+ gL’+ go 其中go= Q0 c∑= coe’+ cL’+ c 1 f0 = 2 Lc QL = 1/ ρ g∑ 电压放大倍数 ku= Uo/ Ui= p1 p2Yfe/g∑ 输入导纳 Yi= Yie 输出导纳 Yo ≈ Yoe 通频带B0.707= fo/QL
B0.707大,选择性不好,信噪比低;
B0.707小,选择性好,但信号易被切割。 中波 9 kHz，电视 8 MHz，调频 200 kHz 3.选择性 kr0.1 kr0.1= 1为矩形,选择性最好, kr0.1越大,选择性越差。 4.稳定性 kuy (Yre≠ 0,的影响) 不产生自激振荡 Y fe kuy= 0.6 ≥ ku
+ Ube -
Ib
Ic
+ Uce
Ib + Ube -
YreUce
Yie
பைடு நூலகம்YfeUbe Yoe
Ic
+
Uce -
-
Yie—输出端交流短路时的输入导纳, Yie= gie+ jω cie Y0e—输入端交流短路时的输出导纳, Yoe= goe+ jω coe Yfe —输出端交流短路时的正向传输导纳, 因为它不能用器件等效,所以表达式为
三.高频谐振放大器的稳定性 1.起因: Yre≠ 0, 即极间电容cb’c的反馈, 影响: (1) 轻者使放大器幅频特性变坏, 产生畸变(不对称,前沿变陡,后沿 没变,如图所示) (2) 重者产生自激振荡,即使没有外加 输入,放大器也会有输出,带来了 不稳定。
Ib + Ui Ys
YreUo Yie
例: UBB’=0.8v, gc=1.4s, UBB=-0.66v, Ub=5.65v, 求Ico、 Ic1 解：cosθ =(UBB’- UBB)/Ub= 0.258 θ = 75⁰ Icmax = gc Ub (1- cosθ )=5.866 A
查表α 1(75⁰)=0.455 α 0(75⁰)=0.269 Ico= Icmax α 0(75⁰)= 1.58 A Ic1 = Icmax α 1(75⁰)= 2.67 A
b
be
b
ce
Ib= Yie Ube+ Yre Uce Ic= Yfe Ube+ Yoe Uce
模拟电路中混合π 参数等效电路:
rbb’ Ube rb’e cb’c gmUb’e cb’e rce Uce
可见 gm ≈ Yfe 由上看出,Y参数是复数,除与静态值有关外, 还与工作频率有关, 高频小信号谐振放大器中的等效： (1) 晶体管工作在线性区; (2)工作频带窄, Y参数变化不大,可视为常数。
例：谐振功放晶体管的理想化转移特性的斜率 gc= 1A/v, UBB’= 0.5v，已知UBB= 0.2v, Ub= 1v, 作出ube((t)、ic(t)的波形， 求出 和Icmax， 当Ub减少到0.5v时，说明 增加还是减少了？ 画出ube(t)、ic(t)波形。
二.高频谐振功率放大器的工作状态 1.高频功放的动特性 定义:输入加激励,输出加负载时,集电极 ic与ube或ic与uce的关系曲线。 动态线：ic与ube—动态转移特性， ic与uce—动态输出特性。 (1)动态转移特性 (曲线图) 截止区:ub使工作在BC段, ic=0 放大区: ub使工作在AB段, Icmax = gc Ub (1- cosθ )
第三章 高频谐振放大器
§ 3.1 高频小信号放大器 分为 窄带放大器:负载具有选频特性,—高频 小信号谐振放大器 宽带放大器:负载为高频变压器, 特点: (1)高频小信号:输入信号幅度小,放大 器工作在线性区; (2)Lc并联回路作为负载:具有选频、 阻抗变换作用。
要求: (1) 放大器数要大(ku) , 要达104~105, 靠多级放大实现; (2)频率选择性要好(B0.707或kr0.1),以 抑制无用信号; (3)稳定性要高(kuy),放大器的性能不 受外界环境影响,内部噪声要小,不 产生自激。 一.电路组成和工作原理
(1) 让ξ ↑→Uc↑→RL ↑→意味着带负载 能力不强, (2)让γ ↑→θ ↓→α 1(θ )↓→Ic1↓→po↓ 可见η c与po存在矛盾,在65°<θ <75° 范围里, η c与po兼顾最佳。 在基极回路: 1 pb= 2Ib1Ub 功率放大倍数 kp= po/ pb 功率增益 kp= 10lg po/ pb (dB) 由于丙类工作状态,高频功放比低频功放 放大倍数低,通常在100倍以下。
效率 η c = po / pd= 1- pc / pd 1 1 U c = = γ (θ )ξ
2 0 U CC
2
γ —波形系数, γ = α 1(θ ) / α 0(θ ), γ 、α 1(θ )、α 0(θ )可同查一表。 ξ —集电极电压利用系数, ξ ≤1, θ =180⁰, γ =1, η c ≤50% , θ = 90⁰, γ =1.57, η c ≤78.5% , θ ≤ 15⁰,γ =2, η c ≤100% , 提高η c 的途径:
2.实际电路分析和性能参数 (前交流等效电路、 Y参数等效电路、 抽头折合等效电路) 忽略管子内部反馈，即Yre ≈0 p1= U12/U13 p2= U45/U13 (1)电源的折合 Is = YfeUi Is’ = p1 Is = p1 YfeUi Uo= p2 U0 ’ (2)电导的折合 goe’= p12 goe gL’= p22 gL gL=1/RL
如：一放大器|Yre| =50us， |Yfe| = 50ms， ku= 60, Y fe kuy= 0.6 Y = 19 re kuy< ku 所以放大器工作不稳定。 2.提高放大器稳定性的措施 (1)减小Yre,即选Yre小的晶体管; (2)从电路上采用共发—共基电路(失配法) 共基电路Yi2大,即YL1大,使Uo1减小,从而 使YreUo1影响减小,但同时ku也减小, 从上叙述可看出在共发电路负载端并一 电阻也能达到上述目的。
此处RL是R∑,谐振时QL↑→RL↑→Uc↑, 而在2ω 、3ω 等处失谐, RL小,谐波电压 为0, 另θ < 90° 工作在丙类, θ 越小,ic脉冲越瘦,在ucemin附近,损耗小, 故效率得到提高。 2.能量关系 1 输出功率 po= Ic1 Uc UC 2 21 = Ic12 RL= 2 R L 2 电源功率 pd= Ico Ucc 管耗 pc = pd- po
频带是一对矛盾。 所以通过p1接入系数使ku↓,B0.707↑。
例:如图所示小信号谐振放大器,fo=300 MHz, 晶体管Y参数gie=1.5ms,cie=12pF,Yre=0, Yfe= 58∠-22 °ms, goe=0.4ms, coe=9.5pF, Qo=100, RL= 10kΩ ,L=0.8uH, p2=0.3 求:Ku、 B0.707、c