高频电子线路(第二版)课件 第三章

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
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。
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
(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
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)
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。
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
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；
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

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：
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。
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：
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
(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
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。
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。
(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：
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
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
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
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。
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