高频选频放大器共114页
高频功率放大器
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4.2 谐振功率放大器分析
4.2.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式 4.2.2 集电极余弦电流脉冲的分解 4.2.3 高频功率放大器的工作状态分析
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4.2.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式
在工程上，对于工作频率不是很高的谐振功率放大器 的分析、计算，通常采用准线性的折线分析法。 准线性放大是指仅考察集电级输出电流中的基波分量 在负载两端产生输出电压的放大作用。 折线近似分析法(简称折线法)，这是一种图解法与数 学解析分析相折中的办法，指用几条直线来代替晶体 管的实际特征曲线，然后用简单的数学解析式写出它 们的表示式。缺点是准确度低，但计算比较简单，易 于进行概括性的理论分析。
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这就是集电极余弦脉冲电流随时间变化的解析式。它取 决于脉冲高度iCmax和半导通角c 。 返回 18 退出
iC I c0 I c1m cosωt I c 2m cos2ωt I cnm cosnt .2.11) (4
直流分量、 基波及各次 谐波的幅值
high
上午9时 19分
丙类(C类)放大器的效率最高，但是波形失真也最 严重。 8 退出
3. 高频功率放大器与小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器与谐振功率放大器的区别： ① 工作状态分别为：小信号-甲类，大信号-丙类。也 就是说，除了输入信号幅度不同外，晶体管的工作点 和晶体管动态范围都不相同。 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态，因
在功率放大器中，往往选择静态工作点，使功率管 运用在特性的不同区段上，实现甲类、乙类、甲乙类、 丙类等不同运行状态。 根据正弦波激励下整个周期内的导通情况，可分为 四个工作状态：
高频功率放大器
3.1 谐振功率放大器
(2)晶体管输出电流、电压波形
当基极输入一余弦高频信号ui=ubm cos( ωt)时，基极与发 射极之间的电压为
(3. 1)
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3.1 谐振功率放大器
其波形如图3一3(a)所示，当ube的瞬时值大于晶体管的导通电 压UBZ时，晶体管导通，产生基极脉冲电流，由转移特性可 得集电极流过的电流或也为脉冲波形，如图3一3 (b)所示。将
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3.1 谐振功率放大器
2.工作原理 谐振高频功率放大器的发射结在UBB的作用下处于负偏压
状态，当无输入信号电压时，晶体管处于截止状态，集电极 电流ic = 0。当输入信号为ui=ubm cos( ωt)时，基极与发射极 之间的电压为ube =UBB +ubm cos(ω t )。为分析电路的工作波 形，先对晶体管的特性曲线进行折线化处理，处理后分析与 计算大大简化，但误差也大，所以实际电路工作时需要调整。
流电阻很小，也可近似认为短路。这样，脉冲形状的集电极
电流ic经谐振回路时，只有基波电流才产生电压降，因而LC 谐振回路两端输出不失真的高频信号电压uc。
(3. 3)
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3.1 谐振功率放大器
式中Ucm=ReIc1m，为基波电压幅度，所以晶体管的输出电 压为
其波形如图3一3(c)所示。
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3.1 谐振功率放大器
(1)特性曲线的折线化 对高频谐振功率放大器进行精确计算是十分困难的，为了
研究谐振功率放大器的输出功率、管耗、效率，并指出一个 大概的变化规律，可采用近似估算的方法，即对特性曲线进 行折线化处理:忽略高频效应，晶体管按照低频特性分析;忽 略基区宽变效应，输出特性水平、平行且等间隔，如图3-2 (a) 所示;忽略管子结电容和载流子基区渡跃时间;忽略穿透电流， 截止区ICEO = 0。
高频选频放大器
第二章 高频选频放大器
光学与电子信息工程学院
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1
高频选频放大器：窄带 本章主要内容
小信号调谐放大器
❖接收设备 ❖窄带高频小信号放大 → 谐振回路
高频功率放大器
❖发送设备 ❖丙类谐振功率放大器 ❖丁类谐振功率放大器
2
2.1 小信号调谐放大器概述
作用：
选频+放大
电路组成：
Rs
(b)
类似也可得：
Rp
R
2 s
X
2 s
Rs
Xp
R
2 s
X
2 s
Xs
ZpRp//jX pRp 2X p 2Xp 2RpjRp 2R p 2Xp 2Xp ZsRsjX s
Rs
X
2 p
R
2 p
X
2 p
Rp
Xs
R
2 p
R
2 p
X
2 p
Xp
6
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
由Q值的定义可知： Q Xs Rp
' L
吸收功率
V2 2 RL V1 2 R L'
V22 V12 RL RL'
RL'(V V1 2)2RLR pL 2
同 求C理 S:’和IS’ Cs' p2Cs,Is' pIs
18
2.2单谐振回路－阻抗变换
例 :下图 .电中 压分压式路 并 Rg 联 5KΩ 谐 . 振电
RL10K0.r8.L200 H.C114p0,fC2140 p0 ,f
(a)互感耦合谐振回路
(b)电容耦合谐振回路
两种常见的耦合谐振回路
高频功率放大器
高频功率放大器的调制特性
临 当 RP , U 界 bm 不变， 区 Ic1
临 界 区
ic PD
ic
IC1 , IC0 EC Ico 而改变U 与 PD , Po BB
•
• •
•
•
ubemax
之间的关系。 PO
PC
1. 集电极调制特性 E 过压区 欠压区 C过压区 欠压区
当 R P , U bm ， U BB 不变，
谐振功放的外部特性
调谐功率放大器的外部特性是指放大器的性能随放 大器的外部参数变化的规律
1. 负载特性
Rc
当调谐功率放大器的电源电压Ec、偏置电压Eb 2. 调制特性 Ubm Eb , Ec 和 激励电压幅值 一定后，放大器的集电极电 流ic、槽路电压uc、输出功率Po、效率c随晶体 管等效负载电阻Rc的变化特性,被称做调谐功率 3. 振幅特性 Ubm 放大器的负载特性。
c c
c c
高频调谐功率放大器，选频的对象是： 2 sin n cos cos n sin 1 I ic cos ntd (t t )U ic max cos gU ) I g U cos cmn i cmax n 2 bm cos t cos 集电极电流中的不同频率成分。 c bm bm 2 nn 11 cos
ube ub Eb —— U j 转移特性曲线 U bm cos t Eb U j 1. 由晶体管内部特性 2) 起始导通点 三、RcB ，Ec，RbB ， Ubm : [变化对放大器工 Ec U cm cos ,0] uce Ec uc Ec U cm cos t 2. 在放大器有载情况下（负载回路处于谐振状态）， 输入、输出电压的表示式 ——晶体管外部特性
3 高频小信号选频放大器[64页]
![3 高频小信号选频放大器[64页]](https://img.taocdn.com/s3/m/660d5152bceb19e8b9f6bab5.png)
UO/UP值由最大值下降到 0.707（=1/√2）时，所确定的
频带宽度2Δf 为回路的通频带
BW0.7 (用对数表示为下降3dB
d
lg(UO /UP)
BW0.7
lg
f0 Q
lg. dB 时的频带宽度) . 该式表明：回路谐振频率越高，通频带越
宽。回路Q越高，幅频特性曲线越尖锐，通
频带越窄；
高频电子技术
学习任务3
高频小信号选频放大电路
高频电子技术
中国人大出版社
2011.12
学习任务3
高频小信号选频放大电路
3.1 选频器 3.2 小信号选频放大器 3.3 集中选频放大器 要点总结
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高频小信号选频放大电路
高频小信号选频放大电路是构成无线电设备的主要 电路之一，它的作用是对来自信道的微弱信号进行选频 放大，抑制无用频率的信号，选出有用频率（载频）的 信号加以放大，以提高接收信号的质量和强度。不同的 通信设备，对高频小信号选频放大电路要求不同，主要 分多级调谐和集中调谐两种方式，如图3—1所示。
将
ω0
1， LC
Rp
L Cr
代入得：
Q RP L / C r L/C
Q值越大， 谐振回路 损耗越小。
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高频小信号选频放大电路
2. LC 并联谐振回路的选择性和通频带
(1) 频率特性曲线
由： Q 0L 1 和 r r0C
. Is
L r
Z
+ • C Uo
相频特性曲线
Q值越大，幅频特性曲线越尖锐，相频特性曲线越陡峭。
第2章 高频选频放大器-上
谐振系统的作用：
选择有用信号，抑制干扰
3
2.1 小信号调谐放大器概述
典型的小信号谐振放大器
共射单回路谐振放大器
2.1 小信号调谐放大器概述
主要技术指标
Vo 谐振增益： 电压增益： AVo Vi
f fo
通频带：BW0.7 选择性：BW0.1
Rp
ω0＝
1 LpC
Q＝Rp / 0 Lp Rp0C
1 0 L p 0 C
Z ( j ) 1 ＋j (
Lp C
Rp
特性阻抗 (谐振时, 容抗或感抗值 )
Rp 1 j
0 )Q 0
ω ω0 失谐系数 : ξ＝ ( )Q ω0 ω
10
2.2单谐振回路－ LC谐振回路
第二章
高频选频放大器
--小信号调谐放大器
乐燕芬 通信工程
高频选频放大器：窄带 本章主要内容
小信号调谐放大器
接收设备 窄带高频小信号放大 → 谐振回路
高频功率放大器
发送设备 丙类谐振功率放大器
2
2.1 小信号调谐放大器概述
作用：
选频+放大
电路组成：
谐振系统＋放大器
谐振系统的形式：
图(a) 自耦变压器 .
图(b)变压器.
N2 p N1
20
2.2单谐振回路－阻抗变换
j ( L M ) I U k 2 2 p j ( L L 2 M ) U I 1 k 1 2
L2 M L1 L2 2 M
图(c)电感分压式
若M 0
p
L2 L2 L L1 L2
高频功率放大器
1.调谐功率放大器知识简介在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。
为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。
高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。
在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。
这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。
实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。
高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。
低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。
例如，自20 至20000 Hz，高低频率之比达1000 倍。
因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。
高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz 一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。
例如，调幅广播电台（535 －1605 kHz 的频段范围）的频带宽度为10 kHz，如中心频率取为1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。
中心频率越高，则相对频宽越小。
因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。
由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频电子线路模块三： 高频小信号选频放大器
3.4信号源内阻及负载对谐振回路的影响
信号源内阻或负载并联在回路两 端，将直接影响回路的Ｑ值，影响 负载上的功率输出及回路的谐振频 率的稳定度。
A
算出有载品质因数 QT 进行比较就
L
.
C
Is
知道信号源内阻与负载对谐振回路 产生了什么影响。
R B
空载时的品质因素： Q0 RP
C L
下面计算一下有载品质因数:
高频小信号谐振放大器的性能很大程度上取决于LC 并联谐振回路，LC并联谐振回路的主要作用是选频和
阻抗变换。
3.3.1 并联谐振回路 并联回路： 信号源与电感线圈和电容器并联组成的电
A 路，叫做LC并联回路
.
C L 图中与电感线圈Ｌ串联的电阻Ｒ代表
Is
R 线圈的损耗，电容Ｃ的损耗不考虑。
B IS为信号电流源。
1.05
当f/f0=2时 Z =0.75K
= 89.5
由以上计算可以看出：当并联谐振回路的Ｑ值较大 时，回路的等效阻抗随着失谐的增大显著减小。
3.3.2并联谐振回路的通频带和选择性
A 在左图中，保持电流源的幅值不变，改
. C L 变其频率，则并联电路两端的电压的变
Is
R 化规律与回路的阻抗频率特性相似。
在C图中，RT实际上是考虑了信号源内 阻和负载电阻的影响后的并联谐振回
路的等效谐振电阻，由RT可求得等效 并联谐振回路的品质因数，称为有载
品质因数，用QT表示：
C
QT RT L
Q0 RP
C L
C QT RT L
由于 RT RP 所以有载品质因数QT小于空载品质因数Q0，而且信号 源内阻和负载电阻越小，则QT就下降得越多，回路的 选择性就越差，通频带越宽。由此可见信号源内阻及
选频放大器原理
选频放大器原理选频放大器是一种电子设备，用于放大特定频率范围内的信号。
它在许多应用中被广泛使用，例如通信系统、音频设备和无线电接收器等。
选频放大器的基本原理涉及滤波和放大两个方面，下面将详细解释这些原理。
滤波原理滤波是选频放大器的核心功能之一。
它通过选择性地通过或阻止特定频率的信号来实现对信号的处理。
滤波可以分为两种类型：主动滤波和被动滤波。
主动滤波主动滤波使用有源元件（例如晶体管、运算放大器等）来实现对信号的处理。
最常见的主动滤波电路是RC（电阻-电容）和RL（电阻-电感）电路。
RC滤波器是由一个电阻和一个电容组成的简单电路。
当输入信号通过RC网络时，低频信号会被高阻值的电容所阻止，而高频信号则可以通过低阻值的电容。
这样就实现了对特定频率范围内信号的选择性放大。
RL滤波器是由一个电阻和一个电感组成的电路。
当输入信号通过RL网络时，低频信号会被高阻值的电感所阻止，而高频信号则可以通过低阻值的电感。
这样就实现了对特定频率范围内信号的选择性放大。
被动滤波被动滤波使用无源元件（例如电感、电容和电阻）来实现对信号的处理。
最常见的被动滤波电路是LC（电感-电容）和LRC（电感-电阻-电容）电路。
LC滤波器是由一个电感和一个电容组成的简单电路。
LC滤波器可以通过调整电感和电容的数值来选择性地通过或阻止特定频率范围内的信号。
LRC滤波器是由一个电感、一个电阻和一个电容组成的复杂电路。
LRC滤波器可以提供更高级别的滤波功能，因为它具有更多的控制参数。
放大原理放大是选频放大器另一个重要功能。
它使用放大器来增加输入信号的幅度，以便更好地处理和传输信号。
放大器是一种能够增加输入信号幅度的设备。
它通常由一个或多个晶体管构成，晶体管可以增加输入信号的电流、电压或功率。
放大器可以分为两种类型：线性放大器和非线性放大器。
线性放大器线性放大器是一种能够在输入和输出之间保持线性关系的放大器。
它可以增加输入信号的幅度，而不会引入失真或畸变。
第2章高频功率放大器
要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：
两种馈电方式虽然电路结构不同，但对电路来说，总应有：
uce EC U cm 1 cos t
九江学院电子学院电信教研室
高频电子线路
第2章 高频功率放大器
Ico
EC
1．集电极馈电电路： （1） 集电极馈电电路的组成原则：
① i c 的直流分量 I CO 除晶体 管的内阻外，应予以短路， 以保证 E C 全部加在集电极 上，避免管外电路消耗电源 功率，即 PD I CO EC ② i c 的基波分量 iC 1 只应在
B B
以上基极自给偏压电路中，前两个为并馈线路，后一种为串馈 线路。
CB
UBB 不方便， 在实际应用中，由于基极馈电电路中采用单独电源 通常采用自给偏压的方式提供基极偏置。
VT VT VT
Ieo
LB
IBO
CB
LB
IBO
+
LB UBB Re
-
CE
UBB
RB
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二 高频功放的耦合回路
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第2章 高频功率放大器
高频功放都要采用一定的耦合回路，以使输出功率能有效地传 输到负载（下级输入回路或天线回路） ，一般说来，放大器与负载 之间的耦合可采用下图所示的四端网络来表示。这个四端网络应完 成的任务是：
RS uS 输入 匹配 网络 功率 放大器 输出 匹配 网络 RL
iC I c0 I c1m cost I c2m cos 2t I cnm cos nt
考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：
u c I c1m RP cost U cm cost
高频放大器
晶体管
LC并联谐振回路
负载
收音机中的信号放大Biblioteka 简化后的高频放大器等效电路
g p 1 g oe p 2 g ie g 0
2 2
C p1 C oe p 2 C ie C
2 2
收音机中的信号放大
任务2
收音机中的信号放大 (小信号谐振放大器）
收音机中的信号放大
2.1.2.高频小信号谐振放大器在收音机中的 作用和地位
高频放大器 频率可调，增益低，主要起选频作用 中频放大器 频率固定，增益高，选择性好，主要起放大作用
也可采用谐振回路
谐振放大器 选频
收音机中的信号放大
晶体管物理参数等效电路
3. 晶体管的Y参数与频率有关，当工作频率在较宽的 范围类变化时，晶体管的Y参数亦会随之而变化，因 此，Y参数的获取，应注意工作条件和工作频率。 4. 在实际分析过程中，各Y参数可以表示为：
Yie g ie j C ie
Yoe g oe j C oe
收音机中的信号放大
高频放大器等效电路
用电阻、电容、受控源等元件模拟晶体管内部的物理 过程。 Π型物理参 数等效电路
收音机中的信号放大
注意：
1. Yfe反映输入端对输出端的控制作用， Yfe越大，晶体 管的放大能力越强； 2. Yre反映输出端对输入端的反作用，这个反作用是由 晶体管的内部反馈引起的，内部反馈越强， Yre越大， 对晶体管的危害越大； 理想化时：Yre=0
高频功率放大器
信号较大时，所有实际的非线性 元件，几乎都会进入饱和或截止状态。 此时，元件的非线性特性的突出表现 是截止、导通、饱和等几种不同状态 之间的转换。在大信号条件下，忽略 iC—vB非线性特性尾部的弯曲，用由 AB、BC两个直线段所组成的折线来近 似代替实际的特性曲线，而不会造成 多大的误差，如图。
ic C
∫
= I cM
sin θ c − θ c cos θ c = I cM α o (θ c ) π (1 − cos θ c )
cos ωt − cos θ c 1 θc ic cos ωt dωt = I cM cos ωtdωt −π π −θ c (1 − cos θ c )
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第二节 谐振高频功率放大器的工作原理
一、基本电路形式
无论中间级还是输出级电路都可以等效为： 无论中间级还是输出级电路都可以等效为： 输入回路、非线性器件和带通滤波器成。 输入回路、非线性器件和带通滤波器成
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电路中各元件作用： 电路中各元件作用 输入信号（又称为激励信号） 输入信号（又称为激励信号）经变压器耦合到 晶体管的输入端得到 υb ； 是集电极直流电源电压， 是基极偏置电压； V VCC 是集电极直流电源电压， BB是基极偏置电压； 为旁路电容， 为电源滤波电容； CB为旁路电容， C为电源滤波电容； C L、C组成并联谐振回路，作为集电极负载回路 、 组成并联谐振回路 组成并联谐振回路， （或匹配网络），该回路又称为槽路，负载回路既 或匹配网络），该回路又称为槽路， ），该回路又称为槽路 可以实现选频滤波的功能，又实现阻抗匹配； 可以实现选频滤波的功能，又实现阻抗匹配； 放大后的信号通过变压器耦合到负载上或通过 放大后的信号通过变压器耦合到负载上或通过 天线向空间辐射。 天线向空间辐射。