小信号选频放大器

小信号选频放大器——典型题1•1．试画出下图所示放大器的交流通路。

工作频率f=465kHZ。

•答：根据画交流通路的一般原则，即大电容视为短路，直流电源视为短路，大电感按开路处理。

就可以很容易画出其交流通路。

•对于图中0.01μF电容，因工作频率为465kHZ，其容抗为，相对于与它串联和并联的电阻而言，可以忽略，所以可以视为短路。

画出的交流通路如图所示。

2. 某单调谐放大器中，若谐振频率f0=10.7MHZ，CΣ= 50pF，BW0.7=150kHz，求回路的电感L和Q e。

如将通频带展宽为300kHZ，应在回路两端并接一个多大的电阻？•提示：（1）求L和Q e•（2）求电阻并联前回路的总电导•（3）根据求并接的电阻•• （1）画出高频等效电路；（2）计算回路电容C ；（3）计算 • 高频等效电路•• 并联等效电路（忽略输入部分）•1．已知谐振功率放大器V CC ＝20V ，I c0＝250mA ，P o ＝4W ，U cm ＝0.9V CC ，试求该放大器的P D 、P c 、ηC 和I c1m 为多少？2．已知谐振功率放大器V CC ＝30V ，I c0＝100mA ，U cm ＝28V ，θ＝600，g 1(θ)＝1.8，试求P o 、R P 和ηC 为多少？1.07.0,2r K f• 3.已知谐振功率放大器输出功率P o ＝4W ，ηC ＝60％，V CC ＝20V ，试求P c 和I c0。

若保持P o 不变，将ηC 提高到80％，试问P c 和I c0减小多少？4.谐振功率放大器工作频率f ＝2MHz ，实际负载R L ＝80Ω，所要求的谐振阻抗R P ＝8Ω，试求决定L 形匹配网络的参数L 和C 的大小？提示1：由于R L ＞R P ，则应选择高阻变低阻L 型匹配网络 提示2：高阻变低阻L 形匹配网络提示：5．某谐振功率放大器，原工作于欠压状态，现为提高输出功率，将其调整到工作于临界状态。

试问：可分别改变哪些量来实现？达到目的后，分别对应的P o 是否都一样大？ 提示：调节R p 、调节V BB 、调节U im 。

注意：改变VCC 由欠压到临界，其输出功率是不会变的，因此不能采用改变VCC 。

谐振功率放大器负载特性曲线(调节RP)虚线表示理论推导变化基极调制特性 （调节VBB ）（a ）V BB 对i C 波形的影响 （b ）V BB 对I c0、I c1m 和U cm 的影响1-==PLL e R R C R Q ω放大特性（调节Uim）（a）U im对i C波形的影响（b）U im对I c0、I c1m和U cm的影响集电极调制特性(VCC)（a）V CC对i C波形的影响（b）V CC对I c0、I c1m和U cm的影响回忆：通信系统的基本组成图1 通信系统基本组成各部分作用：⏹ 信源：信息的来源，如语言、音乐、文字、图像、电码等。

⏹ 变换器： 源信息与电信号之间的互相转换；输入～将信息变换成电信号，该信号为基带信号；输出～则刚好相反；信源不同，变换器不同，如话筒、摄像机、电话等。

⏹ 发送设备：把电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去 ⏹ 传输媒质：信息的传送通道（自由空间） ⏹ 接收设备：把无线高频信号转换成电信号 ⏹ 信宿：信息的最终接收者 一、高频功率放大器的功能及应用⏹ 1.功能：用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器，将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能量输出。

⏹ 2.应用二、高频功率放大器的特点1. 与高频小信号调谐放大器的异同点⏹ 相同点：工作在高频段、调谐回路作负载 ⏹ 不同点：（1）输入信号大小不同 （2）分析方法不同 （3）任务不同 （4）工作状态不同 2.与低频功率放大器的异同点⏹ 相同点：输出功率大、效率高 ⏹ 不同点：⏹ （1）频带宽度不同低功放：工作频率20Hz ～20kHz ，相对频带宽。

高功放：工作频率几百kHz ～几百MHz ，相对频带窄。

（2）负载不同 高频功率放大器的特点高功放功率大、效率高、相对频带很窄，所以负载为调谐回路，采用折线分析，工作在丙类基带信号已调信号工作状态。

三、高频功率放大器的工作原理 （一）放大器工作状态的分类1.通角θ的概念：在信号的整个周期中，电流导通角度的一半称通角θ2.分类 按通角来分：θ＝180° 甲类 θ＝90° 乙类 θ﹤90° 丙类（一）放大器工作状态的分类⏹ 可见，甲类工作状态整个周期导通，即iC 永远不为0，所以甲类管功耗大、效率低；⏹ 乙类工作状态iC 仅在半个周期导通，且iC 正好是uCe 负半周，管耗小、效率高（小于等于78%）；⏹ 丙类工作状态θ<90︒ ，iC 仅在uCe 较小的期间半个周期导通，故比乙类效率高，可达80%以上。

⏹ 所以，高功放一般工作在丙类，且负载要用调谐回路，滤出谐波，保证完整基波。

（二）高频功率放大器（丙类放大器）的分析方法－－折线分析法⏹ 丙类放大器在负载上的输出功率，不是由本身，而是由其基波分量所引起，要精确分析较困难。

只能用近似估算的方法。

（二）高频功率放大器（丙类放大器）的分析方法－－折线分析法⏹ 所谓折线法，是指用几条直线段来代替晶体管的实际特性曲线，然后用简单的数学解析式写出电压、电流关系的方法。

⏹ 其中，Uj 为 晶体管截止电压。

⏹ 要放大器工作在丙类，要求晶体管发射结为小于Uj 的正偏置或负偏置Page13（三）高频功率放大器工作原理图能量转换传输基波功率、滤除各次谐波、阻抗匹配基极电源，决定功放的工作状态功放能源高频短路电容（四）高功放工作原理当UBB ≤ Uj 时，放大器无外加激励时，晶体管截止。

即当UBB 为负值或为小于Uj 的正电压，放大器工作在丙类。

谐振功率放大器原理电路Page15丙类谐振功放的工作原理i u BE u C i c u CE u 因而：设输入u i 为一余弦信号:则三极管的发射结电压：因为管子只在小半周期内导通，因而i B 为脉冲电流。

放大后的i C 也为脉冲电流。

根据傅氏级数展开得：考虑LC 谐振回路对各次谐波的作用不同得：=tUωcosim t U V ωcos im BB +=i BB u V +==tn I t I t I I ωωωcos 2cos cos cnm c2m c1m c0++++ =tU ωcos cm -t R I ωcos P c1m -=t U V ωcos cm CC -=cCC u V +=谐振功率放大器电压电流波形图(a) 三极管输入特性; (b)uBE 波形;(c)基极电流脉冲; (d)集极电流波形;(e)uCE 波形 槽路（调谐回路）电压在调谐功率放大器中，槽路是调谐在信号频率f0的，槽路对基波具有最大的阻抗，并且表现为纯电阻性；而对于其他谐波，其阻抗要小得多，几乎可忽略不计（前提是槽路的Q 值够高）。

所以可以认为，槽路电压基本上是一个正弦波——即基波。

这样，虽然集电极电流是余弦脉冲，但借助于槽路的选频作用，仍可获得基本正弦的电压输出。

[问]当谐振功率放大器的激励信号为正弦波时，集电极电流通常为余弦脉冲，而为什么能得到正弦电压输出？答：高功放输入完整正弦波，由于放大器工作在丙类状态，产生的iC 为周期性余弦脉冲波，又因负载为调谐回路，谐振于基波频率ω，可选出iC 的基波并滤除各次谐波。

可见：利用谐振回路的选频作用，可将非线性失真的集电极电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。

但谐振回路的品质因数Q 值要足够大！ （五）主要计算指标：功率和效率从能量转换方面看，放大器是通过晶体管把直流功率转换成交流功率，通过槽路把脉冲功率转换为正弦功率，再传给负载。

在能量的转换和传输过程中，损耗是不可避免的！ 效率不可能达到100%！功率如果过大，电源供给、管子发热等问题也大！ 所以，为了尽量减小损耗，合理利用晶体管和电源 就必须了解放大器的主要计算指标：功率和效率。

1. 高频功率的五种功率（1）电源供给的直流功率PS ： （2）通过晶体管转换的交流功率，即输出功率PO ： （3）晶体管在能量转换过程中损耗功率，即损耗功率PC ：PC ＝PS －PO （4）槽路损耗功率PT ：即槽路空载电阻R0所吸收的功率： （Um 为槽路两端的电压幅值。

）（5）通过槽路送给负载的交流功率，即RL 上得到的功率PL ：PL ＝PO －PT 1. 高频功率的两种效率（1）集电极效率ηc ：晶体管转换能量的效率 上式说明ηc 与两个利用系数（α 1/ α 0，Ucm/Ec ）成正比。

（2）槽路效率ηT ：槽路将PO 传送给负载的效率 上式表明，ηT 决定于槽路的空载与有载品质因数。

Q0愈大，QL 愈小，ηT 愈高。

实际上，由于Q0不可能很大，一般是几十到几百；QL 也不能太小，否则槽路滤波效果太差，输出波形不好，最少要QL=5~10。

ηc 和ηT 都要高。

ηc 高要求θ角合适，g1(θ)尽可能大；ηT 高要求槽路Q0大，即应选用低损耗的L 和C 元件。

一、集电极电流和通角θ转移特性曲线折线的斜率用gc 表示 则uBE ≤ Uj 时 iC ＝0uBE > Uj 时 iC ＝gc (uBE - Uj ) 而uBE ＝UBB ＋Uim coswt所以 iC ＝gc (UBB ＋Uim coswt - Uj )当wt ＝θ时 iC ＝0 得cos θ＝（Uj －UBB ）/ Ubm 则 iC ＝gc Ubm ( coswt - cos θ ) 一、集电极电流和通角θ⒈ cos θ =（Uj － UBB ）/Uim当wt ＝θ时 Icmax =gc Uim （1 － cos θ ）⒉ ic=Icmax （coswt － cos θ ）/（1－cos θ ）0c c S I E P =LcmL m c m c cm O RU R I I U P 2211212121===L Q U R U P m m T ω020222==ccmc c c cm c c m c cm S O C E U I I E U I E I U P P 01max 0max 10121212ααααη====00Q Q Q P P P P PL O T O O L T -=-==η将其傅里叶级数展开即：ic=Ic0+Ic1mcoswt+Ic2mcos2wt+Ic3mcos3wt+······ 、 一、集电极电流和通角θ 即IC0＝α0（θ）iCmax IC1m ＝α1（θ）iCmaxIC2m ＝α2（θ）iCmax ……ICnm ＝αn （θ）iCmax一、集电极电流和通角θ⏹ α0为直流分量分解系数， α1为基波分量分解系数……， αn 为n 次谐波分量分解系数。