高频电子线路第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
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 －
高频电子线路第3章高频功率放大器
ic I c 0 I c1m cos t I c 2m cos 2t ... I cnm cos nt
其中各分量的振幅：
1 I c0 2
I c1m 1
1 i d ( t ) c 2
c
c
c
c
I cM
cost cos c I sin c c cos c d (t ) cM ( ) 0 ( c ) I cM 1 cos c 1 cos c
窄带谐振放大器
有源器件 谐振回路 采用具有滤 波特性的选 频网络作为 负载
丙类
四、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同
相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。 不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同； 晶体管动态范围不同。
ic ic
ic ic
Q
o o
o
eb
t
尖顶余弦脉冲
图3-5丙类状态下集电极电流波形
1、iC表达式:
u BE VBB U bm cost 由 iC g c (u BE U BZ ) iC g c (VBB U bm cost U BZ )(3 9)
图3-3
2, iC两参数:I CM 、c
另外，为了分析方便，根据理想化输入特性，将理想化输 出特性曲线中的参变量ib 改为ube。
图中 ib=7mA，由输入特性
可知，uce=0.68V时，对应 的ic=180mA；而 ib=0 时， ube=0.6V，在0.60V-0.68V之 间，可按每间隔0.02V画出
水平线，即得到以ube为参
变量的理想化特性曲线。这 样的理想化特性正好满足gc 为常数。
(高频电子线路)第三章高频谐振放大器
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THANKS
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
高频电子线路 曾兴雯 3高频谐振放大器ppt课件
高频功率放大器的主要功能是放大高频信号, 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。
一、高频功率放大器概述 1、使用高频功率放大器的目的
放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 2、高频功率放大器使用中需要解决的两个问题
高功率输出 高效率输出 （已知能量是不能放大的，高频信号的功率放大，其实质就是在输入高频信号 的控制下将电源直流功率转换成高频功率） 3、高频功放管的类型
17
第3章 高频谐振放大器
YirG L ' ( 1 jj02 C Q uL gm 0)jG L ' (1 0C j2uQ gL m 0)
由上式可得： (1) 当回路谐振时，Yir为一电容（由反向传输导纳引入的输入导纳）； (2) 当ω> ω0时， Yir的电导为正，是负反馈。 (3) 当ω < ω0 时， Yir的电导为负，是正反馈，将导致放大器不稳定。
《高频电子线路》
21
第3章 高频谐振放大器
用两只晶体管按共射-共基方式连接成一个复合管是经 常采用的一种失配法。
V2
+
U+–i
V1 C L
U–o
共发－共基组合电路调谐放大器
V2输入阻抗很小 ，即V1 的负载导纳很大，从而削弱了
结电容的内反馈作用。
而V2构成共基放大电路， CB’C不能引入反馈。
j C oe
(3-2)
Y fe
1
gm j C rbb
(3-3)
Yre
jCu 1 j C rbb
(3-4)
《高频电子线路》
11
第3章 高频谐振放大器
特别说明：
(1) Y参数不仅与晶体管的静态工作点有关，而且与工作频率有关，不过当放 大器工作在窄带时，Y参数变化不大，可近似看作常数；
一、高频功率放大器概述 1、使用高频功率放大器的目的
放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 2、高频功率放大器使用中需要解决的两个问题
高功率输出 高效率输出 （已知能量是不能放大的，高频信号的功率放大，其实质就是在输入高频信号 的控制下将电源直流功率转换成高频功率） 3、高频功放管的类型
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第3章 高频谐振放大器
YirG L ' ( 1 jj02 C Q uL gm 0)jG L ' (1 0C j2uQ gL m 0)
由上式可得： (1) 当回路谐振时，Yir为一电容（由反向传输导纳引入的输入导纳）； (2) 当ω> ω0时， Yir的电导为正，是负反馈。 (3) 当ω < ω0 时， Yir的电导为负，是正反馈，将导致放大器不稳定。
《高频电子线路》
21
第3章 高频谐振放大器
用两只晶体管按共射-共基方式连接成一个复合管是经 常采用的一种失配法。
V2
+
U+–i
V1 C L
U–o
共发－共基组合电路调谐放大器
V2输入阻抗很小 ，即V1 的负载导纳很大，从而削弱了
结电容的内反馈作用。
而V2构成共基放大电路， CB’C不能引入反馈。
j C oe
(3-2)
Y fe
1
gm j C rbb
(3-3)
Yre
jCu 1 j C rbb
(3-4)
《高频电子线路》
11
第3章 高频谐振放大器
特别说明：
(1) Y参数不仅与晶体管的静态工作点有关，而且与工作频率有关，不过当放 大器工作在窄带时，Y参数变化不大，可近似看作常数；
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第3章 高频谐振放大器
六、高频集成放大器 分类: (1)非选频的高频集成放大器，以电阻或宽带高频 变压器作负载 (2) 选频的高频集成放大器，用于需要有选频功能 的场合
集中放大与集中滤波的优点： （1）线路简单，性能可靠，调整方便； （2）可满足不同频率的要求，频率特性较稳定 （3）可集成
第3章 高频谐振放大器
第3章 高频谐振放大器
. Uc N1 V Ce Cb1 Cn . Un Ec (a)中和法原理图 Cb N2
第3章 高频谐振放大器
Cb ' c
V
. Uc N1 Ce
I ' Cb ' c
CN
AC
L1
L2ACN2I源自''Cn .
由电桥平衡条件（对臂 阻抗乘积相等）有：
1 1 j0 L2 j0 L1 j0Cbc j0CN 调节CN，总可以 使 I ' I '' L1 N1 调节CN或N1或N2可实现中和抵消。 CN L Cbc N Cbc 2 2
第3章 高频谐振放大器
. Ib ＋ . Ic ＋ Yie Yo e . YfeUb . Uc － YL ′
③ 输出导纳Yo
. IS
YS
. Ub －
Ic Yo Uc
. YreUc
I S 0
Ic Ub Y Y oe fe 由（3-5b）有： U Uc c
由（3-5a、3-6a）以及Is=0，有：
+
Ube
Ib
b
c e
Ic
+
Uce
-
b
＋ . Ub e Yie . YreUce . YfeUb e Yo e
(完整版)高频电子线路教案第三章高频功率放大器
5。 三种工作状态比较
（1）欠压状态：Po、C均低，Pc较大，ic为尖顶余弦脉冲.
(2）临界状态：Po最大，C较高，ic为尖顶余弦脉冲-—最佳状态。
条件:EC－Ucm=UCESIcmax=gcrUCES
（3)过压状态:弱过压时C最高,但Po逐步减小,ic为有凹陷的余弦脉冲。Ucm随Re变化不大,即Ucm较为稳定。
图3—4 各级电压和电流波形
丙类（C类）高频功率放大器的折线分析法
由于丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态,所以，晶体管的小信号等效电路的分析方法是不适用的.虽然采用静态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析会存在一定的误差，但是，用它对高频功率放大器进行定性分析是一种较为简便的方法.
一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式
其中 IC0＝0(）iCmaxIC1m＝1（）iCmaxIC2m＝2（）iCmax……ICnm＝n(）iCmax
二、输出功率PoPo=UcmIc1m/ 2 =I2c1mRP/ 2
三、两个利用系数
⒈集电极电压利用系数= Ucm/UCC= RPIc1m/UCC
⒉电流利用系数g1（）= a1（）/ a0(）
(3-8）
式中, .
在放大区,根据理想化原理，集电极电流与集电极电压无关。那么，各条特性曲线均为平行于uCE轴的水平线.又因=△iC／△iB为常数，故各平行线对等差的△iB来说,间隔应该是均匀相等的。
一、集电极余弦电流脉冲的分解
（一)余弦电流脉冲的表示式
余弦电流脉冲是由脉冲高度ICM和通角C来决定的。只要知道这两个值，脉冲形状便可完全确定。
第三章 高频功率放大器
概述
一、高频功率放大器的应用和任务
二、高频功率放大器的特点
1．高频功率放大器与低频功率放大器的异同点
（1）欠压状态：Po、C均低，Pc较大，ic为尖顶余弦脉冲.
(2）临界状态：Po最大，C较高，ic为尖顶余弦脉冲-—最佳状态。
条件:EC－Ucm=UCESIcmax=gcrUCES
（3)过压状态:弱过压时C最高,但Po逐步减小,ic为有凹陷的余弦脉冲。Ucm随Re变化不大,即Ucm较为稳定。
图3—4 各级电压和电流波形
丙类（C类）高频功率放大器的折线分析法
由于丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态,所以，晶体管的小信号等效电路的分析方法是不适用的.虽然采用静态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析会存在一定的误差，但是，用它对高频功率放大器进行定性分析是一种较为简便的方法.
一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式
其中 IC0＝0(）iCmaxIC1m＝1（）iCmaxIC2m＝2（）iCmax……ICnm＝n(）iCmax
二、输出功率PoPo=UcmIc1m/ 2 =I2c1mRP/ 2
三、两个利用系数
⒈集电极电压利用系数= Ucm/UCC= RPIc1m/UCC
⒉电流利用系数g1（）= a1（）/ a0(）
(3-8）
式中, .
在放大区,根据理想化原理，集电极电流与集电极电压无关。那么，各条特性曲线均为平行于uCE轴的水平线.又因=△iC／△iB为常数，故各平行线对等差的△iB来说,间隔应该是均匀相等的。
一、集电极余弦电流脉冲的分解
（一)余弦电流脉冲的表示式
余弦电流脉冲是由脉冲高度ICM和通角C来决定的。只要知道这两个值，脉冲形状便可完全确定。
第三章 高频功率放大器
概述
一、高频功率放大器的应用和任务
二、高频功率放大器的特点
1．高频功率放大器与低频功率放大器的异同点
高频电子线路_第3章.ppt
C
1 1( ) Ucm 2 0 ( ) VCC
1 2
g1( )
其中 Ucm
VCC
为集电极电压利用系数
g1( )=
1( ) 0 ( )
Ic1m IC0
为波形系数
值越小，g1( )越大，放大器的效率也越高。
在 1时，可看不同工作状态下放大器的效率分别为: 甲类工作状态 180 , g1( ) 1,C =50% 乙类工作状态 90 , g1( ) 1.57,C =78.5% 丙类工作状态 60 , g1( ) 1.8,C =90%
若VCC、VBB、Vim参变量不变，则放大器的工作状态就由负 载电阻Re决定。此时放大器的电流、输出电压、功率、效 率等随Re而变化的特性，叫做放大器的负载特性（曲线）。
1、欠压、临界和过压工作状态
——根据集电极电流是否进入饱和区
绿线：欠压状态——未进入饱和状态的工作 状态。
为尖顶余弦脉冲。
蓝线：临界状态——刚好不进入饱和状态 的工作状态。
ic gc VBB Uim cost UBE(on)
余弦电流脉冲的主要参量
iC
和
max
，如c 图
当 t c 时，iC 0
cos UBE(on) VBB
Uim
ic gcUim cost cos
而当t 0时，ic iC max
iCmax gcUim 1 cos
iC
iC max
直流分量只能通过回路电感线圈去路，其直流电阻较小，对
直流也可看成短路。
集电极电流流经谐振回路时，只有基波电流才产生压降，
因而LC谐振回路两端输出不失真的高频信号电压。若回路谐振 电阻为Re，则
uc Ic1m Re cost Ucm cost,
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
高频电子线路第3章-高频功率放大器
中间级
输出级
特点： （1）输入信号大，一般在几百毫
伏～几伏数量级 （2）一般VBB < UBZ，发射结反偏，
保证放大器工作于丙类状态。 （3）负载为LC回路，调谐于输入信号
的中心频率，选频滤波和阻抗变换 作用。 （4）采用近似的分析方法——折线法 来分析其工作原理和工作状态。
6
三、丙类高频功率放大器的工作原理
U0 VCC Ucm cosc
故动态特性的表示形式：
iC gd (uCE U0 )
uBE UBZ
iC 0
uBE UBZ
可见动态特性为折线，而不是一条直线。
21
4.动态特性的画法
iC
(一) 截距法
（1）在输出特性的 uCE 轴上取截距为
U0 VCC Ucm cosc得B点
A
•
gd
（2）u通be过m aBx点线作于斜A率点为，则gdB的A直直线线交即为
iC
iB
+
uBE
+ uCE
–
iC
iC
•
-
gc
uc
ICM
+
• • VBB
c
UBZ
uBEc c
c
ub
Ubm
设ub Ubm cost
则uBE VBB Ubm cost,VBB U BZ
iC 为尖顶余弦脉冲 ,可用傅立叶级数展开
7
uBE
UBZ
VBB
0 c
t
iB
iBmax
iC IC0 Ic1m cost （基波）
段的动态特性，则AB-BC为总动态特性
22
(二）虚拟电流法 在uCE VCC时，iC IQ
第3章(1)《高频电子线路》_(曾兴雯)_版高等教育出版社课后答案
Yre Uc
代表晶体管内部反馈作用。 代表晶体管内部反馈作用。
7
第3章 高频谐振放大器 1. 晶体管的高频等效电路 (3)Y参数方程 参数方程 (2)Y参数等效电路 参数等效电路
& & & I b = YieU b + YreU c
& & & I c = YfeU b + YoeU c
输入导纳：Y = i b 输入导纳： ie 输出导纳： 输出导纳：
u be
正向传输导纳：Y = i c 正向传输导纳： fe
u ce = 0
u be
u ce = 0
i2 Yoe = u ce
反向传输导纳： 反向传输导纳： = i b Yre
u be = 0
u ce
u be = 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， 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。 与外电路无关，又称为内参数。
≈ gm
≈ − jω C µ
Yir ≈ j
ω 0C µ g m
∆ω ′ G L 1 + j2 Q L ω0
rbb' 在高频运用时不利！ 在高频运用时不利！
rbb' :共基电路中引起高频负反馈，降低晶体管电流放大倍数。 共基电路中引起高频负反馈， 共基电路中引起高频负反馈 降低晶体管电流放大倍数。
6
可能会引起放大器自激。 Cµ : 可能会引起放大器自激。
第3章 高频谐振放大器 1． 晶体管的高频等效电路 ． (2)Y参数等效电路 参数等效电路
+ + + u1
《高频电子线路》3高频功率放大器
第 3 章 高频功率放大器
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可见： 可见：
设置V 使晶体管工作于丙类。 设置 BB< UBE(on) ，使晶体管工作于丙类。当输入信号较大 可得集电极余弦电流脉冲。 时，可得集电极余弦电流脉冲。将LC 回路调谐在信号频率 就可将余弦电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。 上，就可将余弦电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。 在一个信号周期内， 在一个信号周期内，只有小于半个信号周期的时间内有集 电极电流流通（丙类放大），形成余弦脉冲电流。 ），形成余弦脉冲电流 电极电流流通（丙类放大），形成余弦脉冲电流。iCmax是 余弦脉冲电流的最大值， 是导通角（＜90 是导通角（＜ 余弦脉冲电流的最大值，θ是导通角（＜ o ）。 LC谐振回路的作用：（1）选频。滤除余弦脉冲电流中的 谐振回路的作用：（ ）选频。 谐振回路的作用：（ 直流和各次谐波，输出不失真的余弦波电压；（ ；（2） 直流和各次谐波，输出不失真的余弦波电压；（ ）阻抗匹 通过调节L 转换成功放管所需的负载值R 配。通过调节 、C 可将 RL 转换成功放管所需的负载值 e。 uc与 ui 反相 。当uBE为uBEmax时，iC 为iCmax ，而uCE为 uCEmin。 ic不仅出现时间短，而且只在uCE很小的时段内出现，因此 不仅出现时间短，而且只在 很小的时段内出现， 集电极损耗很小，功放效率较高。 集电极损耗很小，功放效率较高。
第 3 章 高频功率放大器
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3.1.2 余弦电流脉冲的分解
可证明
cos(ωt ) − cos θ iC = iCmax 1 − cos θ
查看证明过程
可将i 可将 C的脉冲序列展开为 iC = IC0 + Ic1m cosω t + Ic2m cos 2ω t + ... α n( θ ) ∞ = IC0 + ∑Icnm cos(nω t ) 0.6
高频电子线路(第五版)_第三章_高频小信号放大器
1
yre 表示输出电压对输入电流的控制作用 反向控制）； （反向控制）； yre 表示输入电压对输出电流的 y 控制作用（正向控制）。 越大, 控制作用（正向控制）。 yre 越大, 表示晶体管 的放大能力越强； 越大, 的放大能力越强； yre 越大, 表示晶体管的内部 反馈越强。 的存在, 反馈越强。yre信号等效电路与参数
第二节
形式等效电路(网络参数等效电路 网络参数等效电路) 一、形式等效电路 网络参数等效电路
& & 设输入电压 V1和输出电压 V2为自变量
& & & I1 = yieV1 + yreV2 & & & I =y V +y V
2 fe 1
& I1
& V1
& I2 & V2
I 1 = yie V 1 + yre V 2
•
•
•
I 2 = yfe V 1 + yoe V 2
•
•
•
I 2 = −YL V 2
•
•
• yie − yre yfe V 1 消去 V 2与 I 2 得： I 1 = yoe +YL • 第二节 I1 因此输入导纳为： 因此输入导纳为： Yi = • = yie − yreyfe yoe+YL V1 上式说明， 有关， 上式说明，输入导纳 Yi 与负载 YL 有关，这反映 了晶体管有内部反馈， 了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输 所引起的。 导纳 yre 所引起的。
, β =
β0 f 1+ f β
2
虽然β 虽然 0>>1，在频率为 β时,| β |虽然下降到原来的 ，在频率为f 虽然下降到原来的 但是仍然比1大的多 因此晶体管还能起到放大的作用。 大的多,因此晶体管还能起到放大的作用 但是仍然比 大的多 因此晶体管还能起到放大的作用。
yre 表示输出电压对输入电流的控制作用 反向控制）； （反向控制）； yre 表示输入电压对输出电流的 y 控制作用（正向控制）。 越大, 控制作用（正向控制）。 yre 越大, 表示晶体管 的放大能力越强； 越大, 的放大能力越强； yre 越大, 表示晶体管的内部 反馈越强。 的存在, 反馈越强。yre信号等效电路与参数
第二节
形式等效电路(网络参数等效电路 网络参数等效电路) 一、形式等效电路 网络参数等效电路
& & 设输入电压 V1和输出电压 V2为自变量
& & & I1 = yieV1 + yreV2 & & & I =y V +y V
2 fe 1
& I1
& V1
& I2 & V2
I 1 = yie V 1 + yre V 2
•
•
•
I 2 = yfe V 1 + yoe V 2
•
•
•
I 2 = −YL V 2
•
•
• yie − yre yfe V 1 消去 V 2与 I 2 得： I 1 = yoe +YL • 第二节 I1 因此输入导纳为： 因此输入导纳为： Yi = • = yie − yreyfe yoe+YL V1 上式说明， 有关， 上式说明，输入导纳 Yi 与负载 YL 有关，这反映 了晶体管有内部反馈， 了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输 所引起的。 导纳 yre 所引起的。
, β =
β0 f 1+ f β
2
虽然β 虽然 0>>1，在频率为 β时,| β |虽然下降到原来的 ，在频率为f 虽然下降到原来的 但是仍然比1大的多 因此晶体管还能起到放大的作用。 大的多,因此晶体管还能起到放大的作用 但是仍然比 大的多 因此晶体管还能起到放大的作用。
(完整版)高频电子线路教案第三章高频功率放大器
三极管四种工作状态根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分甲类：一个周期内均导通晶体管在输入信号的整个周期都导通静态I C较大，波形好, 管耗大效率低。
乙类：导通角等于180°晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态I C=0，波形严重失真, 管耗小效率高。
甲乙类：导通角大于180°晶体管导通的时间大于半个周期，静态I C 0，一般功放常采用。
丙类：导通角小于180°图3-4 各级电压和电流波形丙类(C类)高频功率放大器的折线分析法图3-5 3DA21静态特性曲线及其理想化cos cnm I +()cd t θωcos θ出电路 。
宽频带功率放大器没有选频作用。
因此谐波的抑制成了一个重要的问题。
为此，放大管的工作状态就只能选在非线性畸变比较小的甲类或甲乙类状态，效率较低，也就是说宽频带放大器是以牺牲效率作为代价来换取宽频带输出的 。
传输线变压器是将两根等长的导线紧靠在一起，并绕在高导磁率低损耗的磁芯上构成的。
最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。
传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。
两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。
其次，两根等长导线同时绕在高μ磁芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫分布参数电路。
在传输线变压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。
u su su sR LR LR LR s R sR s (a) 结构示意图(c) 普通变压器的原理电路(b) 原理电路图u 1u 2u 1u 2u 1u 2。
高频电子线路第3章高频谐振放大器
总谐振电阻：R R0 // Roe // Rie 25k
回路总电容：回路电容、晶体管输出电容和后级晶体管输入电
容等效到回路两端的电容：
C C Coe Cie C p12Coe p22Cie 50.54 pF
2021/8/7
重写：R 25k, C 50.54 pF
有载品质因数为：
通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 :
B0.707
f0 QL
，K0.1
B0.1 B0.7
9.95
注意：如果设Yoe goe jCoe，p1和p2为接入系数，那么
fo 1/ 2π/ LC ，C C p12Coe
QL 1/0Lg ，g 1/ R0 // p22RL p12goe，R0为空载谐振电导
YS
Ub
Yie
Yoe
.
Uc
YL
.
.
－
YreUc
YfeUb
－
2021/8/7
放大器的五个性能参数：
电压放大倍数K：
K
U U
c b
Yfe Yoe YL
输入导纳Yi:
Yi
Ib U b
Yie
YreYfe Yoe YL
输出导纳Yo:
Yo
Ic U c
Is 0
Yoe
YreYfe Ys Yie
双极晶体管和场效应管：低于几百瓦； 电子管：高于几百瓦。 转换效率：高频功放实质上是将电源直流功率转换成高频功率 的过程。转换效率就是反映直流功率转换成高频功率的效率。 最高可达80%。
2021/8/7
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。
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•△ω<0：Yir的电导为负，形成正反馈，会引起放大器不稳定。
•2020/8/2
•内部反馈对放大器频率特性的影响：
•2020/8/2
• 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
路，来抵消Yre的正反馈，附加的反馈电路称为中和电路。 • 利用中和电容Cn的中和电路：为了抵消Yre的反馈,，从集电极
根据上述关系可以计算放大器的电压放大倍数、输入 导纳、输出导纳以及通频带和矩形系数。
•2020/8/2
放大器的五个性能参数： 电压放大倍数K： 输入导纳Yi: 输出导纳Yo: 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 :
•2020/8/2
4. 高频谐振放大器的稳定性 •放大器不稳定的原因：集电结电容Cb'c引入的电流反馈。也可 以用Yre解释。 •放大器不稳定的表现：电流反馈如果在某个频率点上满足正 反馈的相位和幅度条件，就会产生自激振荡。 • 在输入导纳Yi中，反馈表现为Yre引入的输入导纳Yir：
•2020/8/2
•Y参数和混π参数关系：
•Y参数实际应用中的近似:
•说明：Y参数不仅与静态工作点有关，而且还与工作频率有 关。只有当放大器工作在窄带时Y参数可以近似看作常数。
•2020/8/2
放大器的性能参数：忽略管子内部的反馈，即令Yre=0，这时 放大器的电流、电压关系为
Y'L：代表负载等效到晶体管ce两端的等效导纳。
•2020/8/2
5. 多级谐振放大器 多级单调谐放大器：假设有n个单回路调谐放大器级联，且各
级电压放大倍数分别为K01、K02、…、K0n，多级单调谐放 大器的谐振频率相同，均为信号的中心频率。
•2020/8/2
• 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。
•2020/8/2
•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。
•电磁干扰的耦合途径： • 件间的分布电容实现信号由后级耦合到前级； •② 电感耦合：由导线与导线间、导线与器件间、器件与器件 间的互感实现信号由后级到前级的不必要耦合； •③ 公共电阻耦合：后级信号通过公共导线或电阻实现信号由 后级到前级的耦合； •④ 辐射耦合：后级电路通过电磁辐射的方式耦合到前级。 •解决的办法： •① 每一级电路就近多点接地； •② 对高辐射元件进行屏蔽； •③ 在每一级的直流供电处加去耦滤波电容。
回路取一与Uc 反相的电压Un， 通过Cn反馈到输入端。 • 根据电桥平衡原理有
•2020/8/2
•实际中和电路：用Cb'c来表示晶体管的反馈是一种近似，因 此中和电路的效果是有限的，用的比较少，一般用在收音 机电路中，如下图。
•2020/8/2
• ③ 失配法：从输入导纳Yi的关系式可以看出，要降低Yre 对输入端的影响，可以通过增加负载导纳来实现。但这意味着 负载和晶体管的输出导纳不匹配，因此这种方法称为失配法。 • 下图的共发—共基电路可以用失配法解释：V2的输入导纳 很大，意味着V1的负载导纳很大。
• 本章主要讲分立元件高频小信号谐振放大器。
•2020/8/2
2、工作原理 直流偏置：直流偏置和低频电路完全一样。只不过基极和发射
极高频旁路电容Cb和Ce的电容值比低频电路要小得多。
•2020/8/2
•交流等效电路：去掉直流偏置电路。 高频旁路电容Cb和Ce交流短路； 直流电源对地交流短路； •放大器的负载：是一个抽头并联谐振回路，对信号频率ω0谐 振，完成阻抗匹配和选频滤波的功能。 •工作状态：放大器工作在A(甲)类状态。
•2020/8/2
•(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。
高频电子线路第3章高频 谐振放大器
2020年8月2日星期日
一、 高频小信号放大器
• 1、概述 • 功能：不失真地放大高频小信号和选频滤波。 • “小信号”的含义：使放大器工作在线性放大区(属于A类或甲 类放大器)。 • 小信号放大器的分类： •(1) 窄带放大器和宽带放大器 • 窄带放大器：放大的是窄带信号，相对带宽千分之几。负载 为并联谐振回路、耦合回路或其它谐振回路，负载的功能是 阻抗变换和选频滤波。所以这种放大器又称为高频小信号谐 振放大器。 • 宽带放大器：指需要放大多个高频信号，或者中心频率要随 时改变的高频小信号放大器，它的负载为电阻、高频变压器 或传输线变压器。
•2020/8/2
•3、性能分析 •对晶体管的要求：特征频率fT要高、β要高、噪声系数要低。 •晶体管的高频等效电路：包括混π等效电路和Y参数等效电路。 晶体管混π等效电路：混π等效电路能全面反映双极晶体管在高 频运用时物理过程，也是分析晶体管高频应用时的基本等效电路 。宽带放大器通常采用混π等效电路来分析。
• ：发射结电容； •：集电结电容； •：晶体管的跨导。
•2020/8/2
• 晶体管Y参数等效电路：由混π等效电路导出，比混π等效电 路使用方便，仅适合分析窄带放大器。 • Yoe：基极和发射极交流短路时输出导纳； • Yie：集电极和发射极交流短路时的输入导纳； • Yfe：集电极和发射极交流短路时的正向传输导纳； • Yre：基极和发射极交流短路时的反向传输导纳。 •Y参数等效电路的参数方程：
•2020/8/2
•内部反馈对放大器频率特性的影响：
•2020/8/2
• 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
路，来抵消Yre的正反馈，附加的反馈电路称为中和电路。 • 利用中和电容Cn的中和电路：为了抵消Yre的反馈,，从集电极
根据上述关系可以计算放大器的电压放大倍数、输入 导纳、输出导纳以及通频带和矩形系数。
•2020/8/2
放大器的五个性能参数： 电压放大倍数K： 输入导纳Yi: 输出导纳Yo: 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 :
•2020/8/2
4. 高频谐振放大器的稳定性 •放大器不稳定的原因：集电结电容Cb'c引入的电流反馈。也可 以用Yre解释。 •放大器不稳定的表现：电流反馈如果在某个频率点上满足正 反馈的相位和幅度条件，就会产生自激振荡。 • 在输入导纳Yi中，反馈表现为Yre引入的输入导纳Yir：
•2020/8/2
•Y参数和混π参数关系：
•Y参数实际应用中的近似:
•说明：Y参数不仅与静态工作点有关，而且还与工作频率有 关。只有当放大器工作在窄带时Y参数可以近似看作常数。
•2020/8/2
放大器的性能参数：忽略管子内部的反馈，即令Yre=0，这时 放大器的电流、电压关系为
Y'L：代表负载等效到晶体管ce两端的等效导纳。
•2020/8/2
5. 多级谐振放大器 多级单调谐放大器：假设有n个单回路调谐放大器级联，且各
级电压放大倍数分别为K01、K02、…、K0n，多级单调谐放 大器的谐振频率相同，均为信号的中心频率。
•2020/8/2
• 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。
•2020/8/2
•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。
•电磁干扰的耦合途径： • 件间的分布电容实现信号由后级耦合到前级； •② 电感耦合：由导线与导线间、导线与器件间、器件与器件 间的互感实现信号由后级到前级的不必要耦合； •③ 公共电阻耦合：后级信号通过公共导线或电阻实现信号由 后级到前级的耦合； •④ 辐射耦合：后级电路通过电磁辐射的方式耦合到前级。 •解决的办法： •① 每一级电路就近多点接地； •② 对高辐射元件进行屏蔽； •③ 在每一级的直流供电处加去耦滤波电容。
回路取一与Uc 反相的电压Un， 通过Cn反馈到输入端。 • 根据电桥平衡原理有
•2020/8/2
•实际中和电路：用Cb'c来表示晶体管的反馈是一种近似，因 此中和电路的效果是有限的，用的比较少，一般用在收音 机电路中，如下图。
•2020/8/2
• ③ 失配法：从输入导纳Yi的关系式可以看出，要降低Yre 对输入端的影响，可以通过增加负载导纳来实现。但这意味着 负载和晶体管的输出导纳不匹配，因此这种方法称为失配法。 • 下图的共发—共基电路可以用失配法解释：V2的输入导纳 很大，意味着V1的负载导纳很大。
• 本章主要讲分立元件高频小信号谐振放大器。
•2020/8/2
2、工作原理 直流偏置：直流偏置和低频电路完全一样。只不过基极和发射
极高频旁路电容Cb和Ce的电容值比低频电路要小得多。
•2020/8/2
•交流等效电路：去掉直流偏置电路。 高频旁路电容Cb和Ce交流短路； 直流电源对地交流短路； •放大器的负载：是一个抽头并联谐振回路，对信号频率ω0谐 振，完成阻抗匹配和选频滤波的功能。 •工作状态：放大器工作在A(甲)类状态。
•2020/8/2
•(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。
高频电子线路第3章高频 谐振放大器
2020年8月2日星期日
一、 高频小信号放大器
• 1、概述 • 功能：不失真地放大高频小信号和选频滤波。 • “小信号”的含义：使放大器工作在线性放大区(属于A类或甲 类放大器)。 • 小信号放大器的分类： •(1) 窄带放大器和宽带放大器 • 窄带放大器：放大的是窄带信号，相对带宽千分之几。负载 为并联谐振回路、耦合回路或其它谐振回路，负载的功能是 阻抗变换和选频滤波。所以这种放大器又称为高频小信号谐 振放大器。 • 宽带放大器：指需要放大多个高频信号，或者中心频率要随 时改变的高频小信号放大器，它的负载为电阻、高频变压器 或传输线变压器。
•2020/8/2
•3、性能分析 •对晶体管的要求：特征频率fT要高、β要高、噪声系数要低。 •晶体管的高频等效电路：包括混π等效电路和Y参数等效电路。 晶体管混π等效电路：混π等效电路能全面反映双极晶体管在高 频运用时物理过程，也是分析晶体管高频应用时的基本等效电路 。宽带放大器通常采用混π等效电路来分析。
• ：发射结电容； •：集电结电容； •：晶体管的跨导。
•2020/8/2
• 晶体管Y参数等效电路：由混π等效电路导出，比混π等效电 路使用方便，仅适合分析窄带放大器。 • Yoe：基极和发射极交流短路时输出导纳； • Yie：集电极和发射极交流短路时的输入导纳； • Yfe：集电极和发射极交流短路时的正向传输导纳； • Yre：基极和发射极交流短路时的反向传输导纳。 •Y参数等效电路的参数方程：