高频电子线路(第二版)课件 第三章

在几百瓦以下的场合。
2、功率放大器工作状态
A(甲)类：其理想效率为50%； B(乙)类：其理想效率为78.5%； AB(甲乙)类：其理想效率为50%~78.5%； C (丙)类：高频非线性功率放大器 E 类：开关型高频功率放大器 S类：开关型高频功率放大器
其中：A类、B类和AB类主要用于低频功率放大器，而
参数的反向传输导纳Yre的反馈，使放大器存在不稳定的问题。
(2) 定性分析
下面分析由于反向传输导纳Y re 的反馈引起的不稳定。 假设：反向传输导纳Yre引入的输入导纳, 记为Yir。忽略Rbb′的
影响, 则由式(3-3)、 (3- 4)有：
Y fe g m
(3-11a) (3-11b) (3-11c)
（2）失配法 失配法是通过增大放大器的负载导纳，使输出电路失配， 以降低输出电压，从而减少对输入端的影响。因此失配法是用 牺牲电路增益来换取电路的稳定。共发—共基电路是典型的失 配法应用。
V1 V2 YfbYrb Yi≈ Yie Yo≈ Yob － YS YL Yib
图 3-6 共发—共基电路
R1
(1) 电压放大倍数K
K

Uc Ub

Y fe Yoe YL
(3- 7)
(2) 输入导纳Yi

Yi
Ib

Yie
Y feYre Yoe YL
Ub
(3-8)
(3) 输出导纳Yo

Yo
Ic
I S 0
Yoe
YreY fe YS Yie
(3-9)
Uc
a
1 1
2
(3-14)
则有n的回路的多级单调谐放大器的归一化频率特性为：
Baidu Nhomakorabea
a n (1 2 ) n / 2
(3-15)
2. 多级双调谐放大器
a n (1
4
4
) n / 2
(3-16)
表3－2 多级双调谐放大器的带宽和矩形系数
3. 参差调谐放大器 参差调谐的概念： 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
在忽略rb′e及满足Cπ» μ的条件下, Y参数与混Π参数之间 C 的关系为：
jC Yie 1 jC rbb jC rbb g m Yoe jC 1 jC rbb gm Y fe 1 jC rbb jCu Yre 1 jC rbb
则中和条件为
L1 N1 Cn Cbc Cbc L2 N2
(3-12)
. Uc
中和电容
V Ce Cb1 Cn . Un Ec (a)
N1
N2
Cb
中和电容
Ec Cn L2 . Uo V2
L1 ＋ V1 . Uc －
(b) 图 3-5 中和电路
(a) 原理电路;
(b) 某收音机实际电路
第3章 高频谐振放大器
3.1 高频小信号放大器 3.2 高频功率放大器的原理和特性
3.3 高频功率放大器的高频效应
3.4 高频功率放大器的实际线路
3.5 高频功放、 功率合成与射频模块放大器
3.1 高频小信号放大器
一、概述 1、定义：高频小信号放大器的功能就是放大各种无 线电设备中的高频小信号。此处的“小信号”是指输入 信号的电平较低，放大器工作在它的线性范围。 2、高频小信号放大器的分类： (1) 按放大器的频带宽度来分：窄带放大器和宽带 放大器。 (2) 按有源器件来分：分立元件高频小信号放大器 和集成放大器。

B、电感性耦合；
C、公共电阻耦合； D、辐射耦合
五、多级谐振放大器
1．多级单调谐放大器 假设多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心 频率，且各级放大器的电压放大倍数分别为K01、 K02、… K0n, 则总的电压放大倍数为： K0 K01K02 K0n
(3-13)
由第二章可知，单调谐放大器的归一化频率特性为：
Yre j Cu Y U Y U
re c ir
b
考虑谐振频率ω0附近情况, 有：
U c I c Z p Y feU b Z p
回路有载谐振阻抗为R’L=1/ G’L，有：
(3-11d)
其中Zp为有载时并联谐振回路阻抗, 根据第二章(2-9)式，设
Zp
' RL
(3-1)
(3-2)
(3-3) (3-4)
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； (2) 在以后如没有特别说明，高频小信号放大器都是工作
在窄带，晶体管一律用Y参数等效。
由图3-2可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程为：
(4) 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1 由于图3-1为一单调谐放大器，通频带B 0.707为：
fo B0.707 QL
(3-10)
其矩形系数B 0.1仍为9.95。
四、高频谐振放大器的稳定性
1．放大器的稳定性 (1) 稳定性的引入：前面分析了高频小信号放大器的性能，
但由于晶体管内部存在集基间电容Cb’c的反馈，或者通过Y
b ＋ . Ube Yie e － . YreUce . YfeUbe Yoe ＋ . Uce － e c
图 3-2 晶体三极管等效电路 Y参数等效电路 (b)
其中： Yie————输出端交流短路时的输入导纳 Yoe————输入端交流短路时的输出导纳 Yfe————输出端交流短路时的正向传输导纳 Yre————输入端交流短路时的反向传输导纳
I b Yie U b Yre U c I c Y fe U b Yoe U c




(3-5a) (3-5b)
2． 放大器的性能参数
根据图3-1可以画出其高频等效电路如图3-3所示。忽略 管子内部的反馈, 即令Yre =0, 由图3-3可得：

I b I S YS U b
通常为了满足高增益放大器的选频要求，集成选频
放大器一般采用集中滤波器作为选频电路。
2、高频集成放大器与集中滤波器的接法 (1) 集中选频滤波器接于宽带集成放大器的后面 在图3-10(a)中, 集中选频滤波器接于宽带集成放大器 的后面，这是一种常见接法。 该接法需注意的问题为：集成放大器与集中滤波器 之间的阻抗匹配问题，这包括两重含义：其一是从放大器 输出上看，阻抗匹配表示放大器有较大的功率增益；其二 是从滤波器的输入端看，要求信号源的阻抗与滤波器的输 入阻抗，方能得到预期得频率特性。 (2) 集中选频滤波器接于宽带集成放大器的前面 图3-10(b)是集中选频滤波器接于宽带集成放大器的前 面的一种接法。
. Ib ＋ . IS YS . Ub － Yie Yoe . YfeUb
(3-6a)
. (3-6b) I
c
I c YL U c

＋ . Uc － YL ′
. YreUc
图 3-3 图3-1高频小信号放大器的高频等效电路
利用式(3-6)和晶体管的Y参数方程(3-5)式，联立可求出 放大器的相关参数。
j0Cu g m 0Cu g m Yir j ' ' GL (1 j 2QL ) GL (1 j 2QL )
(3-11)
0
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。 • 当ω < ω0 时， Yir的电导为负，是正反馈，将导致放大器不 稳定。
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
（3）减少放大器的电磁耦合 前面讨论放大器的稳定性，是从放大器内部来看的，实
际上还应考虑由于外部原因造成的不稳定，而电磁耦合是引
起外部寄生反馈的主要因素，因此抑制和减少电磁耦合是提 Un 高放大器稳定性的重要途径。 放大器中的电磁耦合途径主要有： A、电容性耦合；
图 3-11 集成选频放大器应用举例
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、高频功放管的类型 电子管：主要用于输出功率在几百瓦以上的场合；
高频大功率晶体管和场效应管：主要用于输出功率
C类、E类和S类一般只用于高频功率放大器。
3、高频功率放大器的特点 我们知道低频功率放大器的工作频率低，相对频带宽
度很大；如一般工作在20～20000Hz，高端频率与低端频率
相差1000倍。 对于高频功率放大器：工作频率高，相对频带宽度很 小；例如调幅广播的带宽为9kHz，若中心频率取900kHz， 则相对频带宽度仅为1％。因此高频功率放大器为了达到对 选择性（频带）的要求，一般采用调谐放大器。 由于高频功放要求高频工作、高效率，因而工作在高 频状态和大信号非线性状态是其主要特点。
正反馈使放 大倍数增大
负反馈使放 大倍数下降
2. 提高放大器稳定性的方法 （1）中和法
图3-5(a)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 j0 L2 j0 L1 j0Cbc j0Cn
1 Rb1 V C 2 L 3 Ce
4 RL 5
Rb2
C b Re
(a)
3 5 2 L 4 1 RL
V
C
(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
二、放大器性能分析 1．晶体管的高频等效电路
要分析和说明高频调谐放大器的性能，首先必须考虑晶体
管在高频时的等效电路。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。
电路。
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
六、 高频集成放大器 1、高频集成放大器的分类 高频集成放大器分为以下两类: (1) 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； (2) 另一种是选频放大器, 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。
1 j 2QL


1 GL (1 j 2QL
0
0
)
并将Yoe归入谐振回路负载中，则谐振回路总导纳为：
1 Yoe YL GL (1 j 2QL ) Zp 0
由上述式(3-11a)~(3-11d)可得：
故
YreU c YreY feU b Z p Yir YreY fe Z p Ub Ub
3、高频小信号放大器的主要要求 (1) 高增益，即要求放大器的放大量要高。一般可达 80～100dB； (2) 频率选择性要好； (3) 工作稳定可靠。
二、高频小信号谐振放大器的工作原理
图3-1(a)是一典型的高频小信号谐振放大器的实际线路。 其中：Cb、Ce为高频旁路电容；Rb1 、 Rb2 、 Re为偏置电阻。 图3-1(b)为其交流等效电路，有抽头的谐振回路为放大器的 负载，完成阻抗匹配和选频功能。放大器工作在甲(A)类状 态。
二、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、 谐振回路和输入回路 三部分组成的。其中： 晶体管：常采用NPN高频大功率晶体管，其特征频率fT 高。 静态工作状态：一般在C类，即基极偏置为负值； 输入信号：输入信号为大信号，可达1～2V，甚至更大。
b rbb′ . Ube ′ － e ＋ C b′ C . gmUbe ′ c Yce e
图 3-2 晶体三极管等效电路 (a) 混Π等效电路
直接使用晶体管的混Π等效电路分析放大器的性能很 不方便，通常在低频时采用h参数等效电路，而在高频时， 一般采用Y参数等效电路。晶体管的Y参数等效电路如图 3-2(b)所示。
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
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