第3章 高频谐振放大器
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第3章 高频谐振放大器
YreY fe YS Yie
(3 ─ 9)
Uc
第3章 高频谐振放大器
(4) 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1
通频带B 0.707：
B0.707
fo QL
(3 ─ 10)
矩形系数K 0.1 =9.95
第3章 高频谐振放大器
3.1.3高频谐振放大器的稳定性
1． 放大器的稳定性（stability）
a
n
(3 ─ 13)
1 1 2
2 n / 2
(3 ─ 14)
a (1 )
(3 ─ 15)
第3章 高频谐振放大器
2. 多级双调谐放大器: 各级采用同样的双调谐回路， 选择临界耦合状态。其归一化频率特性：
a (1
n
4
4
)
n / 2
(3 ─ 16)
3. 参差调谐放大器 参差调谐放大器： 单调谐回路和双调谐回 路组成的参差调谐放大器，其各级频率不同。 获得大带宽和更好的频率特性。
(3 ─ 5b)
第3章 高频谐振放大器
2． 放大器的性能参数
放大器的高频等效电路：信号源IS表示，内导 纳由YS表示，负载由Y`L表示。 令Yre =0, 可得：
I b I S YS U b (3 ─ 6a) I c YL U c
(3 ─ 6b)
第3章 高频谐振放大器
高低频功率放大器的异同点：
相同点：都要求输出功率大，效率高。 不同点：工作频率和相对带宽不同，故负载和工作 状态也不相同。 无线通信系统的基本组成
第3章 高频谐振放大器
3.2.1工作原理
高频功率放大器的原理线路：由晶体管、 谐振
高频谐振放大器
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
(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
第3章 高频谐振放大器
3.1.4多级谐振放大器 1．多级单调谐放大器 多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中 心频率。
K0 K01K02 K0n
(3 ─ 13) (3 ─ 14) (3 ─ 15)
a
1 1
2
a n (1 2 ) n / 2
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
N ∶N 3.2.1工作原理 U 一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路, 除 R′ R R 电源和偏置电路外, 由晶体管、 谐振回路和输入回路三 部分组成的。 i
1 2 CC B L L
V ui
c
ube Eb U b cos ωt
＋ CB (a) ic 2
－ ＋ ib V ＋ ube － uce － uc C ＋ L R
3
1 Rb1 V C 2 L 3 Ce 4 RL 5
5 2 L 4 1 RL
V
C
Rb2
C b Re
(a)
(b)
图 3 -1 高频小信号谐振放大器 (a) 实际线路; (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
b ＋ . Ube Yie e － (b) 晶体三极管Y参数等效电路 . YreUce . YfeUbe ＋ . Yoe U ce － e c
甲类功率放大电路
0
ic 2
u ()
ic 2
t ic 2
ub
t
＋EC
0 ＋EC
0 ＋i
RL 0
L
Eb
＋ Ui －
V1
ic 1
＋ Ui －
第3章 高频谐振放大器(第6次课)
(集电极损耗功率, Pc变为耗散在晶 体管集电结中的热能)
④ P1 1 Ic1 Uc 1 (集电极效率)
P 0 2大器
3.3 高频功率放大器的原理与特性
3.3.1 高频功率放大器的工作原理(10/11)
波形系数： Ic1 1( )
转变为交流输出功率
直流电源提供功率
以热能消耗在集电极(耗散功率)
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
3.3 高频功率放大器的原理与特性
3.3.1 高频功率放大器的工作原理(1/11)
①输入回路 ②晶体管
③谐振回路
采用平面工艺制造的 NPN 高 频 大 功 率 晶 体 管 ， 能承受高电压和大电流。
第3章 高频谐振放大器
3.3 高频功率放大器的原理与特性
3.3.1 高频功率放大器的工作原理(9/11) 2)高频功放的能量关系
①P1 ②P0
P1
1 2
I c1U c
1 2
I
2 c1
RL
1 2
U
2 c
RL
(输出功率)
P0 Ic0UCC (集电极电源供给的直流输入功率)
③Pc Pc P0 P1
不 到 UCC ， 因为导通
角小于。
谐振功率放大器的近似分析方法
第3章 高频谐振放大器
3.3 高频功率放大器的原理与特性
3.3.2 高频谐振功率放大器的工作状态(6/14)
动态特性曲线的画法
ube Ub cost U BB
A
uce UCC -Uc cost
ic S (ube U BZ )
3.3.2 高频谐振功率放大器的工作状态(9/14) 2) 高频功放的工作状态 当UBB、Ub、UCC不变，Uc由小变大，动态点左移。 ① 欠压状态 ② 临界状态 ③ 过压状态
3高频谐振放大器
=· · rb’e
Cb’e
ree
e º
rbb ' 基极体电阻
C b'c 集电结势垒电容
C b'e 发射结扩散电容
gmub’e
rb 'c 集电结电阻，可以忽略
rb 'e 发射结电阻
rb'e 260 IE
高频电子线路
晶体管的混合∏型等效电路
rbb' Cb'e
Cb'c
ub'e rb'e
rb'c gm ub’e rce
高频电子线路
单调谐回路谐振放大器
通频带：
AV
Avo
1 2
（ 2Q2Qf ）
0
f0
令： 1
得：
BW0.7
2f0.7
f0 QL
高频电子线路
单调谐回路谐振放大器
矩形系数：
令：
1 0.1
1 2
得：
2f0.1
99 f0 QL
K0.12 2 ff0 0..7 1 999.95
高频电子线路
单调谐回路谐振放大器
gΣ=p12goe+p22gie+g0=174μS
Av0
p1p2 yf g
e
23
34 2 15
高频电子线路
课堂练习
解： 2）回路电容Ｃ
C 2f102L55pF
C C p 1 2 co ep 2 2 C ie5p 2F
34 2 15
高频电子线路
课堂练习
解： 3）等效品质因数QL
QL
0C
g
21
4）通频带2△f0.7
高频电子线路
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
(高频电子线路)第三章高频谐振放大器
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发展历程及现状
发展历程
高频谐振放大器经历了从真空管到晶体管再到集成电路的发展历程，不断向着更高频率、更大带宽、更低噪声的 方向发展。
现状
目前，高频谐振放大器已经实现了高度集成化和数字化，采用先进的微波集成电路技术和数字信号处理技术，实 现了高性能、高可靠性、低功耗等目标。同时，随着5G等新一代通信技术的快速发展，高频谐振放大器面临着更 高的挑战和机遇。
设计输入输出匹配网络
根据晶体管的输入输出阻抗，设计合 适的匹配网络，以实现最大功率传输 和最小噪声系数。
仿真与优化
利用仿真软件对设计进行仿真验证 ，并根据仿真结果进行优化调整， 以满足设计要求。
版图设计与后仿真
完成电路版图设计，并进行后仿真 验证，确保实际电路性能与仿真结 果一致。
案例分析：成功与失败经验分享
04
高频谐振放大器仿真与测试 技术
仿真软件介绍及使用技巧
ADS仿真软件
ADS（Advanced Design System）是一款广泛应用于射频、微波和高速数字电路设计的EDA工具，具 有强大的仿真功能和丰富的元件库。使用ADS进行高频谐振放大器仿真时，需要掌握基本的电路搭建、 元件参数设置、仿真控制设置等技巧。
成功案例
某高频谐振放大器设计成功实现了高增益、低噪声和良好的稳定性。关键在于 精心选择了合适的晶体管，并设计了优化的偏置电路和输入输出匹配网络。
失败案例
另一款高频谐振放大器设计在实际测试中出现了自激振荡现象。分析原因发现， 是设计中未充分考虑稳定性因素，导致在某些频率下产生了正反馈。改进措施 包括增加稳定措施和调整匹配网络参数等。
02
高频谐振放大器电路分析
3、高频谐振放大器解析
第二版:P129 3-1 3-4
3.1.4 高频谐振放大器的稳定性
一、谐振放大器稳定性分析
在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待, 但是实际上三极管的高频小信号模型是双向传输的。
二、 提高放大器稳定性的方法
（1）选择高频性能好的三极管。 通常Cbc (即C)越小越好。
（2）中和法。在晶体管外部接一个中和电容CN来抵消内部反馈有害 的影响。
二、直流通路 三、交流通路
3.1.3 放大电路性能分析
一、 晶体管的高频Y参数等效电路
正向传输导
YreU纳c YieU b
Yfe
Y feU b
1
gm jCb'erbb
YoeU c
输入导
纳
Yie
1
jCb'e jCb'erbb
反向传输导
纳
Yre
jCb'c 1 jCb'erbb
可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程：
三、 中和法与失配法比较
中和法： 优点：简单，增益高 缺点：① 只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 ② 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。 ③ 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参 数变化没有改善效果。
失配法： 优点：①性能稳定，能改善各种参数变化的影响； ②频带宽，适合宽带放大，适于波段工作； ③生产过程中无需调整，适于大量生产。 缺点：增益低。
U c
KV
U c U b
Yfe Yoe YL
3. 电压放大倍数K
K
U 0 U b
Yre= 0
3.
电压放大倍数K
U c
Y feU b Yoe YL
3.1.4 高频谐振放大器的稳定性
一、谐振放大器稳定性分析
在前面对小信号谐振放大器的分析中把三极管当成单向化器件对待, 但是实际上三极管的高频小信号模型是双向传输的。
二、 提高放大器稳定性的方法
（1）选择高频性能好的三极管。 通常Cbc (即C)越小越好。
（2）中和法。在晶体管外部接一个中和电容CN来抵消内部反馈有害 的影响。
二、直流通路 三、交流通路
3.1.3 放大电路性能分析
一、 晶体管的高频Y参数等效电路
正向传输导
YreU纳c YieU b
Yfe
Y feU b
1
gm jCb'erbb
YoeU c
输入导
纳
Yie
1
jCb'e jCb'erbb
反向传输导
纳
Yre
jCb'c 1 jCb'erbb
可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程：
三、 中和法与失配法比较
中和法： 优点：简单，增益高 缺点：① 只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 ② 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。 ③ 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参 数变化没有改善效果。
失配法： 优点：①性能稳定，能改善各种参数变化的影响； ②频带宽，适合宽带放大，适于波段工作； ③生产过程中无需调整，适于大量生产。 缺点：增益低。
U c
KV
U c U b
Yfe Yoe YL
3. 电压放大倍数K
K
U 0 U b
Yre= 0
3.
电压放大倍数K
U c
Y feU b Yoe YL
高频电路第3章 高频谐振放大器
K 0Σ = K 01K 02 ⋅ ⋅ ⋅ K 0 n
(3 ─ 13) (3 ─ 14) (3 ─ 15)
a=
1 1+ξ
2
a n = (1 + ξ 2 ) − n / 2
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
2. 多级双调谐放大器 多级双调谐放大器
a = (1 +
n
ξ4
4
) −n / 2
第3章 高频谐振放大器
ic － ＋ ib u (ω) ub V ＋ ube － uce － uc C ＋ L R
Eb
Ec
图 3 ─ 12 晶体管高频功率放大器的原理线路
第3章 高频谐振放大器
1．电流、 电压波形 ．电流、 电压波形 设输入信号为
ub = U b cos ωt
则由图3 ─ 12得基极回路电压为
的容性电流), 则激励功率为
第3章 高频谐振放大器
1 Pd = I b1U b 2 高频功放的功率放大倍数为
P Kp = 1 Pd
(3 ─ 27)
(3 ─ 28) (3 ─ 29)
用dB表示为
K p = 10 Lg P 1 ( dB ) Pd
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
3.2.2 高频谐振功率放大器的工作状态 高频谐振功率放大器的工作状态 1． 高频功放的动特性 ． 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与电极电压(ube或uce)的关系曲线, 它 在ic～uce或ic～ube坐标系统中是一条曲线。 2． 高频功放的工作状态 ． 高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入饱 和区可以分为欠压、 临界和过压三种状态
高频电子线路 第三章 高频谐振放大器
图3-10(a)中, 集中选频滤波器接于宽带集成放大 器的后面。 图3-10(b)是另一种接法。
图3-8 参差调谐放大器的频率特性 ﹙ａ﹚单、双回路特性；﹙ｂ﹚总特性V G2 D源自G1C2SC3
C1
AGC Ec
图 3-9 电视机高频放大器的简化电路
宽带 放大器
集中 滤波器
(a)
前置 放大器
集中 滤波器
图3-2(a)是晶体管在高频运用时的混π等效电路,
它反映了晶体管中的物理过程, 也是分析晶体管高频时 的基本等效电路。
14
Rb1
2
V
L
RL
C
3
5
Rb2
Cb Re
Ce
(a)
V C
3 5
2
L
RL
4 1
(b)
图 3-1 (a) 实际线路; (b) 交流等效电路
在忽略rb′e及满足Cπ»Cμ的条件下, Y参数与混π参数 之间的关系为
2. 多级双调谐放大器 an (1 4 )n / 2
4
3. 参差调谐放大器
(3-16)
图3-8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的 参差调谐放大器的频率特性。图3-9示出了一彩色 电视机高频头的调谐放大器的简化电路。
3.1.5 高频集成放大器
高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成 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; 另一种是选放大器, 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。
ic －
＋
u ()
ib V ＋
uce
ub
ube － －
uc CL
＋
R
Eb
图3-8 参差调谐放大器的频率特性 ﹙ａ﹚单、双回路特性；﹙ｂ﹚总特性V G2 D源自G1C2SC3
C1
AGC Ec
图 3-9 电视机高频放大器的简化电路
宽带 放大器
集中 滤波器
(a)
前置 放大器
集中 滤波器
图3-2(a)是晶体管在高频运用时的混π等效电路,
它反映了晶体管中的物理过程, 也是分析晶体管高频时 的基本等效电路。
14
Rb1
2
V
L
RL
C
3
5
Rb2
Cb Re
Ce
(a)
V C
3 5
2
L
RL
4 1
(b)
图 3-1 (a) 实际线路; (b) 交流等效电路
在忽略rb′e及满足Cπ»Cμ的条件下, Y参数与混π参数 之间的关系为
2. 多级双调谐放大器 an (1 4 )n / 2
4
3. 参差调谐放大器
(3-16)
图3-8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的 参差调谐放大器的频率特性。图3-9示出了一彩色 电视机高频头的调谐放大器的简化电路。
3.1.5 高频集成放大器
高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成 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; 另一种是选放大器, 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。
ic －
＋
u ()
ib V ＋
uce
ub
ube － －
uc CL
＋
R
Eb
第三章高频谐振放大器
ubeEbU bmcost uceE cU cmcos t
1 Pd 2 Ib1Ub
高频功放的功率放大倍数为
Kp
P1 Pd
用dB表示为
Kp
10lgP1 Pd
(dB)
也称为功率增益。
3. 高频谐振功率放大器的动特性 ◆近似分析方法
集电极负载
非谐振功放 纯电阻
丙类谐振功放 谐振回路，含电抗元件
求功率性能
图解法
准静态分析法
要点
求负载线
求动态线
① 谐振回路滤波特性理想，即尽管集电极、基极 电流为脉冲波，但两回路只产生基波(余弦)电压，其 他分量的电压均可忽略。有
KU U bc yoyefeYL
.
.
Ys
U b Y ie Y re U c
2)输入导纳Yi
Yi U I bb yieyyoreeyYf eL
3)输出导纳Yo Y0 U I cc I S0 yoeYysreyyfiee 4)通频带B0.707与矩形系数K0.1
B0.70 7 fo/QL
.
.
Y fe U b Y oe U c
P 11 2Ic1Uc1 2Ic21RL1 2U RL c2
集电极电源供给的直流输入功率P0为 P0 Ic0Ec
直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损
耗功率PC，即
Pc P0P1
PC变为耗散在晶体管集电结中的热能。定义集电极效率为
P1 1Ic1Uc 1 P0 2Ic0 Ec 2
基极电路中，信号源供给的功率为高频功放的激励功率
出的电压为 u o u c Ic 1 R L c o st U c m c o s t
按图规定的电压方向，集电极电压为
1 Pd 2 Ib1Ub
高频功放的功率放大倍数为
Kp
P1 Pd
用dB表示为
Kp
10lgP1 Pd
(dB)
也称为功率增益。
3. 高频谐振功率放大器的动特性 ◆近似分析方法
集电极负载
非谐振功放 纯电阻
丙类谐振功放 谐振回路，含电抗元件
求功率性能
图解法
准静态分析法
要点
求负载线
求动态线
① 谐振回路滤波特性理想，即尽管集电极、基极 电流为脉冲波，但两回路只产生基波(余弦)电压，其 他分量的电压均可忽略。有
KU U bc yoyefeYL
.
.
Ys
U b Y ie Y re U c
2)输入导纳Yi
Yi U I bb yieyyoreeyYf eL
3)输出导纳Yo Y0 U I cc I S0 yoeYysreyyfiee 4)通频带B0.707与矩形系数K0.1
B0.70 7 fo/QL
.
.
Y fe U b Y oe U c
P 11 2Ic1Uc1 2Ic21RL1 2U RL c2
集电极电源供给的直流输入功率P0为 P0 Ic0Ec
直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损
耗功率PC，即
Pc P0P1
PC变为耗散在晶体管集电结中的热能。定义集电极效率为
P1 1Ic1Uc 1 P0 2Ic0 Ec 2
基极电路中，信号源供给的功率为高频功放的激励功率
出的电压为 u o u c Ic 1 R L c o st U c m c o s t
按图规定的电压方向，集电极电压为
第3章 高频谐振放大器
c
rb`e
e
rce
g bc jCbc yo g ce jCbc rbb g m 1 rbb gbe jCbe rbb
其中：gb`e是b`、e间的电导，其它依此类推。
浙江海洋学院 陈庭勋
高频电子线路
第3章 高频谐振放大器
晶体管高频小信号等效电路与参数
由能量守恒可以得到： PE Po Pc
Po Po c PE Po Pc
iC
功率管耗散功率 ic
提高效率的途径： 往脉冲工 作状态靠近。
VBZ VBB cos c Vbm
-VBB
i/v
VCC
vc
ic
ωt
-θc
+θc
O
VBZ
vB vb
VBZ O -VBB
（通角）
导通角小于180°。
VCC Rb
1
L2
T + Vo C L1 + Vi2 YL
C T Rb
2
L1
N
L2
N2
RL
交流等效
Re Ce
Cb
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陈庭勋
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第3章 高频谐振放大器
高频小信号放大器的分析
网络参数等效电路
I1
I2
+ +
最常用的有h 参数、y 参数、z 参数
采用y 参数较为方便计算
v1
-
v2
-
I yi 1 V 1
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第3章 高频谐振放大器
单调谐回路谐振放大器
• 谐振放大器电压增益Av推导
匝数比： p N1 1 N 等效导纳。
高频电子线路第3章高频谐振放大器
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2021/1/4
高频电子线路第3章高频谐振放大器
• 双栅极场效应管放大器提高稳定性的原理也可以用失配法 解释。
• 双栅极场效应管放大器可以看作是共源-共栅两个场效应 管的级联，共栅放大器具有较大的输入导纳。
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高频电子线路第3章高频谐振放大器
•外部寄生反馈引起的不稳定性：外部寄生反馈是以电磁耦合 的方式出现。
•△ω<0：Yir的电导为负，形成正反馈，会引起放大器不稳定。
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高频电子线路第3章高频谐振放大器
•内部反馈对放大器频率特性的影响：
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高频电子线路第3章高频谐振放大器
• 提高放大器稳定性的方法：
• ① 选择Yre小的晶体管：这是解决问题的最根本的方法； • ② 中和法：人为地在输出、输入端引入一个附加的负反馈电
最高可达80%。
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高频电子线路第3章高频谐振放大器
• 工作状态：为了提高转换效率，高频功率放大器大多工作在 C(丙)类状态。
• A(甲)类：ηmax=50%，放大器一直处于导通状态。 • B(乙)类：ηmax=78.5%，放大器有一半时间处于导通状态。 • C(丙)类：ηmax>78.50%，放大器有一少半时间处于导通状态。 • 为了进一步提高效率，近年来出现了如D类、E类和S类等 开关型高频谐振功放， 本章主要介绍C类高频谐振功放。
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高频电子线路第3章高频谐振放大器
•(2) 分立元件和集成放大器
• 分立元件：用作窄带放大器，工作频率较高，但调整困难； • 集成放大器：用作宽带放大器，增益高，性能稳定，但噪声性 能要差一些。 • 主要要求： • ① 增益要高：接收机中频放大器需要电压增益80dB~100dB， 需要多级放大器级联才能实现； • ② 频率选择性要好：选择性描述的是放大器选择有用信号、 抑制无用信号的能力，衡量选择性好坏的参数是放大器的带宽 和矩形系数； • ③ 工作稳定可靠：包括放大器的温度稳定性、受电源电压等 外界因素的影响要小、不产生任何自激； • ④ 接收机前级放大器：要求内部噪声要小。
第三章高频谐振放大器
（2）u=UCCOSωCt+UΩCOSωΩt,UΩ很小，满足线性时变条件，输出回路谐振在ωC上；
（3）u=U1COSω1t+ U2COSω2t,且ω2>>ω1,U1很小,满足线性时变条件,输出回路谐振在
(ω2-ω1)上。
解5-8
5－9场效应管的静态转移特性如图所示
题5-9图
式中，uGS=EGS+U1COSω1t＋U2COSω2t;若U1很小，满足线性时变条件。
每级带宽为3313344400220334224010134243kk288kk144f42qf882ff22f424bfb88002720log0027314db2992210112104???????????????????????????????????????????????????????????????????????10khz当偏离中心频率时根据谐振特性有
从上面可以看出：
直流分量是由i的表达式中的常数项和2次项产生
各频率的基频分量是由i的表达式中的1次和3次项产生
各频率的3次谐波分量和组合系数之和等于3的组合频率分量是由i的表达式中的3次项产生
5－2若非线性器件的伏安特性幂级数表示i=a0+a1u+a2u2,式中a0、a1、+a2是不为零的常数，信号u是频率为150 kHz和200 kHz的两个正弦波，问电流中能否出现 50 kHz和 350 kHz的频率成分？为什么？
（4）fo1>f02=f03不能振荡，因为在任何频率下，L3C3回路和L2C2回路都呈相同性质，不可能满足相位条件。
4－4试检查图示的振荡器线路，有哪些错误？并加以改正。
题4-4图
解4-4 改正过的电路图如下
4－5将图示的几个互感耦合振荡器交流通路改画为实际线路，并注明互感的同名端。
（3）u=U1COSω1t+ U2COSω2t,且ω2>>ω1,U1很小,满足线性时变条件,输出回路谐振在
(ω2-ω1)上。
解5-8
5－9场效应管的静态转移特性如图所示
题5-9图
式中，uGS=EGS+U1COSω1t＋U2COSω2t;若U1很小，满足线性时变条件。
每级带宽为3313344400220334224010134243kk288kk144f42qf882ff22f424bfb88002720log0027314db2992210112104???????????????????????????????????????????????????????????????????????10khz当偏离中心频率时根据谐振特性有
从上面可以看出：
直流分量是由i的表达式中的常数项和2次项产生
各频率的基频分量是由i的表达式中的1次和3次项产生
各频率的3次谐波分量和组合系数之和等于3的组合频率分量是由i的表达式中的3次项产生
5－2若非线性器件的伏安特性幂级数表示i=a0+a1u+a2u2,式中a0、a1、+a2是不为零的常数，信号u是频率为150 kHz和200 kHz的两个正弦波，问电流中能否出现 50 kHz和 350 kHz的频率成分？为什么？
（4）fo1>f02=f03不能振荡，因为在任何频率下，L3C3回路和L2C2回路都呈相同性质，不可能满足相位条件。
4－4试检查图示的振荡器线路，有哪些错误？并加以改正。
题4-4图
解4-4 改正过的电路图如下
4－5将图示的几个互感耦合振荡器交流通路改画为实际线路，并注明互感的同名端。
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
Y参数等效电路的参数方程为：
I b Yie U be Yre U ce I c Y fe U be Yoe U ce
b
Ib
(3 ─ 5a) (3 ─ 5b)
Ic
＋ . YreUce . YfeUb e Yo e . Uce － (b) Y参数等效电路
西安工程大学电子信息学院
第3章 高频谐振放大器
Байду номын сангаас
五、多级谐振放大器
1. 多级单调谐放大器
Zp
R0 1 2
多级单调谐放大器各级谐振频率相同，均为信号中心频率， 各级谐振时电压放大倍数为K01，K02，…，K0n，则放大器 总的放大倍数为：
K0 K01K02 K0n
由单振荡回路归一化频率特性（参见2-9）：
I S 0
I U c b Y Y oe fe 由（3-5b）有： U Uc c
由（3-5a、3-6a）以及Is=0，有：
(3-6b)
Y U Y U Y U I b s b ie b re c
Yo
U Yre b Uc YS Yie
b. 失配法
Yi Yie
YfeYre Yoe YL
失配法通过增加负载导纳，进而增加总回路导纳，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 见失配法使用牺牲电路增益来换取电路的稳定。 为了满足增益和稳定性的要求，失配法常用共发-共基电路
V1 V2 YfbYrb Yi≈ Yie Yo≈ Yo b － YS YL Yib
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周的平均功率)即输出功率P1为
1 1 2 1 U c2 P I c1U c I c1 RL 1 2 2 2 RL
(3 ─ 22)
集电极电源供给的直流输入功率P0为 (3─ 23) 直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极 损耗功率Pc, 即
P0 I c 0 Ec
Pc P0 P 1
(3 ─ 11)
0
0
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
2. 提高放大器稳定性的方法 是利用中和电容Cn的中和电路。 为了抵消Yre的反
馈, 从集电极回路取一与 U c反相的电压U n , 通过Cn反馈 到输入端。根据电桥平衡有
1 1 j 0 L1 j 0 L2 j 0Cbc j 0C n
的容性电流), 则激励功率为
第3章 高频谐振放大器
1 Pd I b1U b 2 高频功放的功率放大倍数为
Kp P 1 Pd
(3 ─ 27)
(3 ─ 28) (3 ─ 29)
用dB表示为
K p 10 Lg
P 1 (dB) Pd
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
3.2.2 高频谐振功率放大器的工作状态 1． 高频功放的动特性
路和输入回路三部分组成的。
第3章 高频谐振放大器
ic － ＋ ib u () ub V ＋ ube － uce － uc C ＋ L R
Eb
Ec
图 3 ─ 12 晶体管高频功率放大器的原理线路
第3章 高频谐振放大器
1．电流、 电压波形 设输入信号为
ub U b cost
则由图3 ─ 12得基极回路电压为
(a) 原理电路;
(b) 某收音机实际电路
第3章 高频谐振放大器
V1
V2 YfbYrb Yo≈ Yob － YS YL
Yi≈ Yie
Yib
图 3 ─ 6 共发—共基电路
第3章 高频谐振放大器
R1
R3
＋Ec G2 D S RS V CS uo
＋ －
R2
R4
G1
图 3 ─ 7 双栅场效应管调谐放大器
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
图 3 ─ 11示出了Mini Circuits公司生产的一集成放 大器MRA8的应用电路， MRA8是硅单片放大器, 其主 要指标见表3 ─ 3。
＋15 C4 220 1 W 4 L1 ui 50 C1 MRA 8 A1 C2 MRA 8 A2 C3 R1 220 1 W 4 L2 uo 50 R2
ube Eb U b cost
和各次谐波分量, 即
(3 ─ 17)
周期性脉冲可以分解成直流、 基波(信号频率分量)
ic I co I c1 cost I cn cosnt (3 ─ 18)
第3章 高频谐振放大器
I co ic max I c1 ic max I cn ic max
第3章 高频谐振放大器
将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率ω0附近情况, 有
Yoe YL CL GL (1 j 2QL
0
)
则
j 0Cu g m 0Cu g m Yir j (1 j 2QL (1 j 2QL CL ) CL )
图 3 ─ 11 集成选频放大器应用举例
第3章 高频谐振放大器
3.2 高频功率放大器的原理和特性
高频功率放大器的主要功用是放大高频信号, 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。 3.2.1工作原理 图3 ─ 12是一个采用晶体管的高频功率放大器的原 理线路, 除电源和偏置电路外, 它是由晶体管、 谐振回
fo B0.707 QL
(3 ─ 10)
3.1.3高频谐振放大器的稳定性 1． 放大器的稳定性 反向传输导纳Yre引入的输入导纳, 记为Yir。 忽略 r bb′的影响, 则由式(3 ─ 3)、 (3─ 4)有
将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率ω0附近情况, 有
Y fe g m Yre jCu
功放管中存在集电结电容, 这个电容是随集电结电
压Ube变化的非线性势垒电容。 Co 2Cc 3. 发射极引线电感的影响 (3 ─ 30) (3 ─ 31)
4l Le 0.1971(2.3Lg 0.75) 10 9 d
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
4. 饱和压降的影响
(3─ 24)
第3章 高频谐振放大器
Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。 定义集电 极效率η为 P 1 I c1 U c 1 (3 ─ 25) P 2 I c 0 Ec 2 由式(3 ─24)、 (3 ─ 25)可以得到输出功率P1和集电极 损耗功率Pc之间的关系为
Pc P 1 (3 ─ 26) 1 1 设其基波电流振幅为I b1, 且与ub同相(忽略实际存在
器的后面。 图3 ─ 10(b)是另一种接法。
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
G2 G1
V
D S C2 C3
C1
A GC Ec
图 3 ─ 9电视机高频放大器的简化电路
第3章 高频谐振放大器
宽 带 放大器 (a) 前 置 放大器 集 中 滤波器 (b)
集 中 滤波器
宽 带 放大器
图3 ─ 10 集中选频放大器组成框图
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
3. 高频功放的调制特性 1) 基极调制特性 2) 集电极调制特性 4. 高频功放的调谐特性
第3章 高频谐振放大器
3.3 高频功率放大器的高频效应
1. 少数载流子的渡越时间效应 晶体管本质上是电荷控制器件。 2. 非线性电抗效应
第3章 高频谐振放大器
3.2.3 高频功放的外部特性 高频功放是工作于非线性状态的放大器, 同时也可
以看成是一高频功率发生器(在外部激励下的发生器)。
1．高频功放的负载特性 负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η变化的特性。 图 3 ─ 18(b)是根据图3 ─ 18(a)而得到的功率、 效率 曲线。 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。
(3 ─ 5a) (3 ─ 5b)
c Yce e
第3章 高频谐振放大器
b
＋ . Ube Yie . YreUce . YfeUbe Yoe
＋ . Uce － (b)
图 3 ─ 2 晶体三极管等效电路
(a) 混Π等效电路; (b) Y参数等效电路
c
e
－
e
第3章 高频谐振放大器
2． 放大器的性能参数 忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 由图3 ─ 3可得 (3 ─ 6a) I b I S YS U b (3 ─ 6b) I c YL U c
( n 1)
(3 ─ 19c)
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
α0(θ)、 α1(θ)、 αn(θ)分别称为余弦脉冲的直流、 基 波、 n次谐波的分解系数, 数值见附录。
第3章 高频谐振放大器
2． 高频功放的能量关系 在集电极电路中, 谐振回路得到的高频功率(高频一
第3章 高频谐振放大器
3.1.4多级谐振放大器
1．多级单调谐放大器 多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中 心频率。
K0 K01K02 K0n
(3 ─ 13) (3 ─ 14) (3 ─ 15)
a
1 1
2
a n (1 2 ) n / 2
第3章 高频谐振放大器
Y feYre Yi Yie YoeYL Ub Ib
(3 ─ 8)
(3) 输出导纳Yo
Yo
Ic
I S 0
Yoe
YreY fe YS Yie
Uc
(3 ─ 9)
第3章 高频谐振放大器
(4) 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 通频带B 0.707为
sin cos ic max a0 ( ) (1 cos ) sin cos ic max a1 ( ) (1 cos )
(3 ─ 19a) (3 ─ 19b)
2 sin n cos 2n sin cos n ic max an ( ) 2 n ( n 1)(1 cos cos )
则中和条件为
L1 N1 Cn Cbc Cbc L2 N2
(3 ─ 12)
第3章 高频谐振放大器
. Uc V Ce Cb1 Cn . Un Ec (a) Cb N1
N2
第3章 高频谐振放大器
Ec Cn L2 . Uo V2
L1 ＋ V1 . Uc －
(b) 图 3 ─ 5 中和电路
第3章 高频谐振放大器
2. 多级双调谐放大器
a n (1
4
4
) n / 2
(3 ─ 16)
3. 参差调谐放大器 图3 ─ 8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的
参差调谐放大器的频率特性。图3 ─ 9示出了一彩色
电视机高频头的调谐放大器的简化电路。
第3章 高频谐振放大器
3.1.5 高频集成放大器 高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成 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; 另一种是选放大器, 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。 图3 ─ 10(a)中, 集中选频滤波器接于宽带集成放大