高频谐振放大器(1)
高频谐振放大器
(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
高频 谐振功率放大器
高频谐振功率放大器实验121180166 赵琛1、实验目的1.进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。
2.掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。
3.掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。
二、实验使用仪器1. 丙类谐振功率放大器实验板2. 200MH泰克双踪示波器3. FLUKE万用表4. 高频信号源5. 扫频频谱仪（安泰信）6 . 高频毫伏表三、实验基本原理与电路1.高频谐振功率放大器原理电路高频谐振功率放大器是一种能量转换器件，它可以将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。
高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，其作用是放大信号，使之达到足够的功率输出，以满足天线发射和其它负载的要求。
高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。
放大器电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。
如甲类功放的θ＝180，效率η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。
谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。
高频谐振功率放大器原理电路如图3-1。
图中U b为输入交流信号，E B是基极偏置电压，调整E B，改变放大器的导通角，以改变放大器工作的类型。
E C是集电极电源电压。
集电极外接LC并联振荡回路的功用是作放大器负载。
放大器工作时，晶体管的电流、电压波形及其对应关系如图3-1所示。
晶体管转移特性如图3.2中虚线所示。
由于输入信号较大，可用折线近似转移特性，如图中实线所示。
图中'B U 为管子导通电压，g m为特征斜率（跨导）。
图3-1 高频谐振功率放大器的工作原理设输入电压为一余弦电压，即u b =U bm cos ωt 则管子基极、发射极间电压u BE 为u BE =E B +u b =E B +U bm cos ωt在丙类工作时，E B <'B U ，在这种偏置条件下，集电极电流iC 为余弦脉冲，其最大值为i Cmax ，电流流通的相角为2θ，通常称θ为集电极电流的通角，丙类工作时，θ<π/2 。
实验一---高频小信号谐振放大器
实验一高频小信号谐振放大器一、实验目的1．高频小信号谐振放大器的工作原理及电路构成和电路元器件的作用。
2．了解高频小信号的质量指标和谐振放大器的性能。
3．掌握L,C参数对谐振频率的影响。
4．分析单调谐回路放大器的质量指标，测量电压增益，测量功率增益；测量放大器的频率。
二、预习要求1．复习什么是高频小信号放大器工作原理〔中心频率及频谱宽度范围〕？2．复习什么是谐振放大器？3．这类放大器，按负载性质可分为：_谐振放大器,_非谐振放大器。
三、实验内容1．参照电路原理图1-1连线。
2．图1-1为一单调谐回路中频放大器，已知回路电容和回路电感，计算工作频率f〔谐振〕，计算方法及计算结果写入实验报告，具体见实验报告要求。
3．放置观测点时，选择菜单“Markers”—〉“Mark Voltage/Level”。
图1-1 小信号谐振放大器4.在“Analysis Setup”选项卡中设定：参数，AC=100mV、V OFF =0V，Vampl=300mV，freq=10MegHz。
V2参数DC=12V。
V1在AC Sweep中设定参数：①在AC Sweep Type中选 Decade。
②在Sweep Parameters 中选pts/Decade为20、Stort Fred为10k、End Fred为500MEG。
③AC Sweep Type中选 Output Voltoge为V(A)、1/V为V、Lntervat为10。
15. 观察瞬态分析的波形输出及频谱是否合理，不合理注意电路是否连接正确。
四、实验报告1．根据输入信号的幅度和频率，测出输出信号的幅度和频率，完成表1-1。
表1-1幅度〔mV〕频率〔MHz〕输入信号 300 10M输出信号10M2．做出输入信号和输出信号的频域波形〔根据图形输出〕；3．分析单调谐回路谐振放大器的质量指标：（1）计算电压增益；（2）计算电路的谐振频率〔写出公式并求出〕，并于仿真结果比较；（3）计算放大器的通频带。
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3章 高频谐振放大器
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
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
第1章 高频小信号谐振放大器答案(1)
第1章 高频小信号谐振放大器1.1给定串联谐振回路的0 1.5MHz f =，0100pF C =，谐振时电阻5R =Ω，试求0Q 和0L 。
又若信号源电压振幅1mV ms U =，求谐振时回路中的电流0I 以及回路上的电感电压振幅Lom U 和电容电压振幅Com U 。
解：（1）串联谐振回路的品质因数为061200112122 1.510100105Q C R ωπ-==≈⨯⨯⨯⨯⨯根据0f =有：40212221200111.125810(H)113μH (2)100104 1.510L C f ππ--==≈⨯=⨯⨯⨯⨯ （2）谐振时回路中的电流为010.2(mA)5ms U I R === 回路上的电感电压振幅为02121212(mV)Lom ms U Q U ==⨯=回路上的电容电压振幅为02121212(mV)Com ms U Q U =-=-⨯=-1.2在图题1.2所示电路中，信号源频率01MHz f =，信号源电压振幅0.1V ms U =，回路空载Q 值为100，r 是回路损耗电阻。
将1－1端短路，电容C 调至100pF 时回路谐振。
如将1－1端开路后再串接一阻抗x Z （由电阻x R 与电容x C 串联），则回路失谐；C 调至200pF 时重新谐振，这时回路有载Q 值为50。
试求电感L 、未知阻抗x Z 。
图题1.2xZ u解：（1）空载时的电路图如图(a)所示。
(a) 空载时的电路 (b)有载时的电路u u根据0f =42122120112.53310(H)253μH (2)10010410L C f ππ--==≈⨯=⨯⨯⨯ 根据00011L Q C r rωω==有： 6120101115.92()21010010100r C Q ωπ-==≈Ω⨯⨯⨯⨯（2）有载时的电路图如图(b)所示。
空载时，1100pF C C ==时回路谐振，则0f =00100LQ rω==；有载时，2200pF C C ==时回路谐振，则0f =050L xLQ r R ω==+。
实验一 高频小信号谐振放大器
实验一高频小信号谐振放大器一、实验目的1、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算。
2、掌握信号源内阻及负载对谐振回路Q值的影响。
3、掌握高频小信号放大器动态范围的测试方法。
二、实验内容1、调测小信号放大器的静态工作状态。
2、用示波器观察放大器输出与偏置及回路并联电阻的关系。
3、观察放大器输出波形与谐振回路的关系。
4、调测放大器的幅频特性。
5、观察放大器的动态范围。
三、基本原理图1-1高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。
其实验单元电路如图1-1高频小信号谐振放大器二部分组成。
它不仅对高频小信号放大，而且还有一定的选频作用。
本实验中输入信号的频率fs=10MHz。
R67、R68和设计电阻决定晶体管的静态工作点。
根据表1.1的实测数据，分析设计电阻Re对静态工作点的影响。
拨码开关S8改变设计电阻，从而改变放大器的增益。
根据实测的表1.2的数据分析射极电阻对放大器的增益的影响。
拨码开关S7改变并联在谐振回路上的电阻，即改变回路Q值，从而改变放大器的增益和通频带。
根据实测表1.3的数据分析回路Q值对放大器增益和通频带的影响。
四、实验步骤单调谐回路谐振放大器单元电路实验：熟悉实验板电路和各元件的作用，正确接通实验箱电源，将短路块J211置于下划线处，接通本模块电源。
1、静态测量根据表1.1，依次将拨码开关S8的4，3，2分别置于“ON”，以改变射极电阻值的大小，使射极电阻依次取500Ω，1kΩ，2kΩ。
开关S7全部置于断开状态。
用短路环连通J27C.D.L，依据表1.1测量对应三极管的静态工作点，根据Vce判断三极管是否工作在放大区。
判断准则时Vce>Vbe且Vbe>Von（Von为是三极管门限电压）时三极管工作放大区。
注意：测量电流时应将短路块J27断开，用直流电流表接在J27C.D.L两端，记录对应Ic值。
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Y参数方程
在忽略rbe
及满Cb足'e Cb'c
Y参数与混Π参数之间的关系为 ：
I时b ， YieU b YreUc
I Y U Y U Yie
Yoe Yfe
jCb'e
c
fe b
oe c
1 jCb'e
jCb'c gm
rbb
j
说明：
Cb'erbb gm
① Y参数与工作频率有关，是频率的复 函数。
2. 分类： ①非选频的高频集成放大器，主要用于某些不需要选频功能的设备中，通常 以电阻或宽带高频变压器作负载; ②选频放大器，用于需要有选频功能的场合，如接收机的中放就是它的典型 应用。 集成选频放大器，如晶体滤波器、 陶瓷滤波器或声表面波滤波器等。
集成选频放大器只适用于固定频率的选频放大器， 图3-10。
忽略管子内部的
反馈，即Y re =0。
交流等效电路
由右边电 路可知
•
•
Uc
Y fe Yoe
Ub YL'
•
高频等效电路
KV
U
•
c
Ub
Yfe Yoe YL'
13/109
(3) 电压放大倍数K0
K U0 Ub
Uc
Yfe Ub Yoe YL
.
UC
p1 p2
.
U0
p 1
Y'L
p 2 p N12 N 1 13
(1) 混Π等效电路
c b
e
注意：C 和 rbb'在高频运用时不利！
C : 可能会引起放大器自激。
r :共基电路中引起高频负反馈，降低晶体管电流放大倍数。
bb'
6/109
1． 晶体管的高频等效电路 (2)Y参数等效电路
+
ube
-
c
b
阻抗R：U=IR
导纳Y （或G） ：I=YU e
+
uce
-
Y参 数 方
图 3-12 晶体管高频功率放大器的原理线路
常采用平面工艺 制造的NPN高频大功率晶 体管，它能承受高电压和 大电流。
如何保证工作在C类？
33/109
3. 集中选频放大器组成框图 （1）
注意的问题：使集成放大器与集中滤波器之间实现 阻抗匹配。
（2）
在滤波器之前加一前置放大器，以补偿滤波器的衰减。
34/109
3.2 高频功率放大器的原理与特性
1、主要功用
是放大高频信号，并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。
2、输出功率
便携式发射机：毫瓦级； 无线电广播电台：几十千瓦， 甚至兆瓦级。
3、效率
A(甲)类状态（ηmax= 50%）; B(乙)类状态（η max＝78.5％）； C(丙)类状态，高频功率放大器多工作在此状态。
高频功率管内部结构
35/109
高频功率管内部结构
36/109
高频功率管外部结构
(a)和(b)为四引线结构， 其中两条引线为发射极(宜接成 共发组态)或基极(宜接成共基 组态)，目的是减小输入和输出 公共极端点上的引线电感。
K0
U0 Ub
p1p2Yfe
(p12goe p22gie
g0)
15/109
2. 放大器的性能参数 (3) 电压放大倍数
•
KV
U
•
c
Ub
Y fe Yoe YL'
K0
U0 Ub
p1p2Yfe (p12goe p22gie
g0)
(4)
通频带 B0.707
fo QL
其中：
fo 1/(2π LC ) QL 1/(0Lg )
输入回路 晶体管
典型高频小信号谐振放大器实际线路
放大器组成 ①输入回路 ②晶体管 ③输出回路
由输入变压器构成，隔离信号源与放大器间的直流联系， 能耦合交流信号，同时还能实现阻抗的匹配与变换。 是放大器的核心，电流控制和放大作用。 LC并联谐振回路，输出变压器 及负载YL
5/109
二、放大器性能分析 1． 晶体管的高频等效电路
K U0 p2Yfe Ub p1(Yoe YL )
p N45 N 2
13
Y'L
1 p12
(G0
jC
1 jL
p22YL )
令 YL Yie
对应谐振
阻抗R0
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(3‘) 电压放大倍数K0
K U0
p1p2Yfe
Ub
谐振时放大器电压增益:
(p12Yoe
p
Y2
2 ie
g0
jC
1) jL
按频带宽度 ②分类
按有源器件
窄带放大器 宽带放大器
以分立元件为主的高频放大器 以集成电路为主的集中选频放大器
③ 对高频小信号放大器的主要要求
2/109
3.1 高频小信号放大器
① 功用 ②分类
③ 主要要求 ☆ 增益要高，也就是放大量要大。 ☆ 频率选择性要好。频带宽度和矩形系数。 ☆ 工作稳定可靠。 ☆ 接收机前级放大器内部噪声要小。
28/109
2. 提高放大器稳定性的方法
中和法的应用
某收音机实际电路
29/109
2. 提高放大器稳定性的方法
（2）失配法
输入导纳：
Yi
Ib Ub
Yie
YreYfe Yoe YL
YL Yib
Yie
（共基电路输入导纳较大！）
30/109
2. 提高放大器稳定性的方法
（2）失配法
通过增大负载导纳，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。
(1)
Yi
Ib U b
Yie
YreYfe Yoe YL
(2)
Ic
U Y U b
Y0
Ic Uc
YfeUb +YoeUc
re c
is 0
Y0
Ic Uc
is 0
Yoe
第一项为晶体管内部参数；
YreYfe YS Yie
Y Y s
ie
第二项是反向传输导纳Yre引入的。
12/109
2. 放大器的性能参数 (3) 电压放大倍数KV
(c) 和 (d) 为 两 线 结 构 ， 金 属 底座为基极或发射极，宜接成共 基组态或共发组态。
在器件手册中，指定用作线性功率放大器的高频功率 管不宜丙类工作，否则放大器功率增益将偏低。
37/109
3.2
4、高频功放与低频功 放的区别
高频功率放大器的原理与特性
共同点都要求输出功率大和效率高，但二者的工作频率和 相对频带宽度相差很大，因此存在着本质的区别。
工作频率 相对频宽
负载
高频功放 很高。几百KHz
~ 几百MHz, 甚至 几万MHz.
低频功放 低。一般在20 Hz ~ 20 KHz.
很窄 一般采用选频网络
宽 不能采用调谐负载，
而要用电阻、 变压器等 非调谐负载。
5、分析方法 近似条件下进行，折线分析法。
38/109
一、工作原理
电路组成： ①输入回路 ②谐振回路 ③晶体管
因为放大器本身的噪声越低，接收微弱信号的能力就越强。
3/109
一、电路结构和工作原理
（1）直流偏置电路
典型高频小信号谐振放大器实际线路
Rb1、Rb2：基极分压式偏置电阻； Re：射极负反馈偏置电阻，稳定静态工作点； Cb、Ce：高频旁路电容。
4/109
一、电路结构和工作原理
（2）高频交流等效电路 输出回路
1
j0Cn
j0L1
1
j0Cbc
j0 L2
中和条件：
Cn
L1 L2
Cbc
N1 N2
Cbc
27/109
2. 提高放大器稳定性的方法
中和法的局限性：
①中和电容Cn只能在某一个频率点起到完全中
和的作用，对其它频率只能有部分中和作用。 ②如果再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。 ③中和法应用较少，一般用在某些收音机电路中。
Yi
Ib Ub
Yie
YreYfe Yoe YL
Yie
Yir
25/109
2. 提高放大器稳定性的方法 ①从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳Yre。 ②从电路上消除晶体管的反向作用，使它单向化。
（1）中和法
+ ui-
中和法 失配法
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2. 提高放大器稳定性的方法
（1）中和法
根据电桥平衡：
单级放大器归一化频率特性
1 12
（3）设多级放大器各回路的带宽及Q值相同，即α相同，
多级放大器归一化频率特性
n (1 2)n/2
18/109
1．多级单调谐放大器
多级放大器频率特性：
通频带： Bn
21/ n
1
f0 QL
n (1 2 )n/2
矩形系数： K0.1
1001/ n 1 21/ n 1
i i b
正向传输导纳：
c
Y u Y u ie
fe
be uce 0 近似于gm跨导或电导
be uce 0
输出导纳：
Yoe
i2 u ce
ube 0
反向传输导纳：
Yre
ib u ce
ube 0
注意：以上短路参数为晶体管本身的参数，只与晶体管的特征有关，
与外电路无关，又称为内参数。
8/109
二、放大器性能分析
C p12Coe C p22Cie