第三章第5～8节学习.pptx

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1、图图3-14 3-14 直流馈电电路直流馈电电路第1页/共51页图图3-14 3-14 直流馈电电路直流馈电电路第2页/共51页 串串馈馈电电路路中中，由由于于谐谐振振回回路路通通过过旁旁路路电电容容 直直接接接接地地，所所以以馈馈电电支支路路的的分分布布参参数数不不会会影影响响谐谐振振回回路路的的工工作作频频率率。串串馈馈电电路路适适于于工工作作在在频频率率较较高高的的情情况况。但但串串馈馈电电路路的的缺缺点点是是谐谐振振回回路路处处于于直直流流高高电电位位上上，谐谐振振回回路路元元件件不不能能直直接接接接地地，调调谐谐时时外外部部参参数数影影响较大，响较大，调整不便。调整不便。第3页/共5

2、1页 由由于于丙丙类类放放大大器器，电电流流脉脉冲冲中中含含有有各各次次谐谐波波分分布布，当当它它们们通通过过具具有有一一定定内内阻阻的的电电源源时时，就就会会在在电电源源两两端端叠叠加加上上高高频频电电压压，对对其其他他线线路路造造成成影影响响。所所以以，串串、并并馈馈电电路路中中都都有有高高频频扼扼流流圈圈和和旁旁电电容容。高高频频扼扼流流圈圈对对高高频频有有“扼扼制制”作作用用。而而旁旁路路电电容容对对高高频频有有短短路路作作用用。扼扼流流圈圈和和旁旁路路电电容容的的选选取取原原则则是是，扼扼流流圈圈阻阻抗抗应应比比相相应应支支路路的的阻阻抗抗大大一一个个数数量量级级（即即大大1010倍

3、倍），而而旁旁路路电电容容应应比比相相应应支支路路阻阻抗抗小小一一个个数数量量级。这样，就算有扼制和短路作用了。级。这样，就算有扼制和短路作用了。第4页/共51页 例例如如，串串馈馈电电路路集集电电极极电电路路旁旁路路电电容容C1的的电电抗抗可可按下式计算，即按下式计算，即 （3-36）式中式中Rc是输出回路的有载等效阻抗。是输出回路的有载等效阻抗。扼流圈扼流圈ZL的电抗应比的电抗应比 Rc 大，即大，即 （3-37）对对于于并并馈馈电电路路，隔隔直直电电容容C2 的的容容抗抗对对工工作作频频率率应近似短路，即应近似短路，即 （3-38）而扼流圈，则应为而扼流圈，则应为 （3-39）第5页/共

4、51页 以以上上各各经经验验公公式式的的系系数数主主要要为为不不同同使使用用条条件件而而设设的的。高高扼扼圈圈的的电电感感量量，原原则则上上是是大大一一些些好好，但但太太大大线线圈圈圈圈数数过过多多，分分布布电电容容增增大大，影影响响扼扼流流作作用用。因因此此当当工工作作频频率率较较高高时时，系系数数应应取取下下限限，即即5 51010为为宜宜，当当工工作作频频率率较较低低时时系系数数应应取取上上限限或或更更大大一些如一些如2020100100。第6页/共51页二、自给偏压环节二、自给偏压环节丙类放大器电路的电源丙类放大器电路的电源Eb，很少使用独立电源，而多采用射极或基极电流的直，很少使用独

5、立电源，而多采用射极或基极电流的直流成分，流成分，通过一定数值的电阻而造成的压降作为放大器的自给偏压。这种方法叫通过一定数值的电阻而造成的压降作为放大器的自给偏压。这种方法叫自给偏压法。自给偏压法。自给偏压自给偏压可分为射极电流自给偏压和基极电流自给偏压。可分为射极电流自给偏压和基极电流自给偏压。第7页/共51页射极电流自给偏压环节和基极电流自给偏压环节射极电流自给偏压环节和基极电流自给偏压环节均均可从以下可从以下5 5个方面进行分析个方面进行分析1)1)电路电路2 2）工作原理）工作原理3 3）参数选取）参数选取4 4）信号源有无直流通路）信号源有无直流通路高频扼流圈？高频扼流圈？高频扼流圈

6、高频扼流圈的作用是将射极偏压引向基极，同时也为基极直流提供通路。的作用是将射极偏压引向基极，同时也为基极直流提供通路。5 5）使用）使用 第8页/共51页图图3-153-15 射极电流自给偏压环节射极电流自给偏压环节 射极电流自给偏压环节射极电流自给偏压环节1)1)电路电路第9页/共51页2 2）工作原理）工作原理 射极电流的直流成分射极电流的直流成分Ie0 通过偏置电阻通过偏置电阻Re 形成形成Ie0 Re ，其极性对晶体管是一个反，其极性对晶体管是一个反偏压，偏压，偏压的大小可通过调节偏压的大小可通过调节Re 来达到。如所需的偏压为来达到。如所需的偏压为Eb，则，则Eb 由下式确定，由下式

7、确定，即即3 3）参数选取）参数选取 Ce 对交流旁路，为了保证偏压不随交流波动，其放电时间常数应足够大，要求对交流旁路，为了保证偏压不随交流波动，其放电时间常数应足够大，要求 f 是放大器的工作频率。是放大器的工作频率。第10页/共51页4 4）信号源有无直流通路）信号源有无直流通路 如果信号源无直流通路，则应加一个如果信号源无直流通路，则应加一个高频扼流圈高频扼流圈ZL如图如图3-15(b)3-15(b)所示，所示，ZL的作用是将射极偏压引向基极，的作用是将射极偏压引向基极，同时也为基极直流提供通路。同时也为基极直流提供通路。第11页/共51页第12页/共51页5 5）使用使用 欠压欠压射

8、流偏压环节对射流偏压环节对Ieo的变化起负反馈作用。的变化起负反馈作用。（相当于有效激励增（相当于有效激励增大）大）第13页/共51页 基极电流自给偏压环基极电流自给偏压环节节1)1)电路电路 图图3-163-16基极电流自给偏压环节基极电流自给偏压环节第14页/共51页 2)2)工作原理工作原理 基极直流成分基极直流成分Ibo 通过通过Rb 造成的电压造成的电压Ibo Rb ，对基极是个反偏压。，对基极是个反偏压。调整调整 Rb可以改变偏可以改变偏压的大小，故压的大小，故Eb 应根据所需的偏压来选取，即应根据所需的偏压来选取，即 3 3）参数选取）参数选取 同理为了减小电压同理为了减小电压E

9、b 随交流电流波动，随交流电流波动，Cb Rb 的时间常数应满足的时间常数应满足第15页/共51页4 4）信号源有无直流通路）信号源有无直流通路 （相当于有效激励减小）（相当于有效激励减小）5 5）使用使用 过压过压射流偏压环节对射流偏压环节对Ib0 的变化起负反馈作用。的变化起负反馈作用。如果信号源无直流通路，则应加一个如果信号源无直流通路，则应加一个高频扼流高频扼流圈圈 ZL如图如图3-16(b)3-16(b)所示所示。第16页/共51页为了使功率放大器为了使功率放大器具有最大的输出功率，具有最大的输出功率，除了正确设计晶体管的工作状态外，还除了正确设计晶体管的工作状态外，还必须具有良好的

10、输入、输出匹配电路。必须具有良好的输入、输出匹配电路。输入匹配电路的作用是实现信号源输出阻输入匹配电路的作用是实现信号源输出阻抗与放大器输入阻抗之间的匹配，以期获得最大的激励功率。抗与放大器输入阻抗之间的匹配，以期获得最大的激励功率。输出匹配电路的作输出匹配电路的作用是将负载用是将负载RL变换为放大器所需的最佳负载电阻，以保证放大器输出功率最大。变换为放大器所需的最佳负载电阻，以保证放大器输出功率最大。三三 、输入、输出匹配网络、输入、输出匹配网络第17页/共51页可以完成这两种作用的匹配电路形式有多种，但归纳起来有两种类型，即可以完成这两种作用的匹配电路形式有多种，但归纳起来有两种类型，即具

11、有并具有并联谐振回路形式的匹配电路联谐振回路形式的匹配电路和和具有滤波器形式的匹配电路。具有滤波器形式的匹配电路。前者前者多用于前级、中多用于前级、中间级放大器以及某些需要可调电路的输出级，间级放大器以及某些需要可调电路的输出级，后者多用于大功率、低阻抗宽带输后者多用于大功率、低阻抗宽带输出级，出级，如无线电发射机多用此种电路。如无线电发射机多用此种电路。第18页/共51页 并联谐振回路匹配电路并联谐振回路匹配电路图图3-173-17是一个具有单谐振的变压器耦合匹配电路，其中（是一个具有单谐振的变压器耦合匹配电路，其中（a a）为电路原理图。）为电路原理图。（b b）是晶体管输出端的等效回路图

12、。）是晶体管输出端的等效回路图。由于调谐功率放大器的晶体管工作在非线性状态，匹配的概念与线性电路完全不由于调谐功率放大器的晶体管工作在非线性状态，匹配的概念与线性电路完全不相同。相同。由调谐功率放大器的负载特性知道，放大器工作在临界状态输出功率最大，由调谐功率放大器的负载特性知道，放大器工作在临界状态输出功率最大，效率也较高。因此，效率也较高。因此，放大器工作在临界状态的等效电阻，就是放大器阻抗匹配所放大器工作在临界状态的等效电阻，就是放大器阻抗匹配所需的最佳负载电阻，以需的最佳负载电阻，以Rcp 表示。表示。第19页/共51页图图3-17 3-17 单谐振变压器耦合匹配回路单谐振变压器耦合匹

13、配回路第20页/共51页（3-453-45）在实际电路中，如何达到集电极等效负载在实际电路中，如何达到集电极等效负载（3-463-46）（3-473-47）式中，式中，是槽路效率。是槽路效率。第21页/共51页在甚高频或大功率输出级，广泛利用在甚高频或大功率输出级，广泛利用L、C变换网络来实现调谐和阻抗匹配。这变换网络来实现调谐和阻抗匹配。这种电路形式很多，就其结构来看，可概括为种电路形式很多，就其结构来看，可概括为L型、型、T 型、型、型三种类型。典型电路型三种类型。典型电路如图如图3-183-18所示。图中所示。图中RL 是负载电阻，是负载电阻，RS 是信号源输出电阻。当电路用作级间匹是信

14、号源输出电阻。当电路用作级间匹配网络时，配网络时，RL 是下一级放大器的输入电阻，是下一级放大器的输入电阻，RS 是前一级放大器的输出电阻。当是前一级放大器的输出电阻。当电路用在输入级或输出级时，电路用在输入级或输出级时，RS 、RL 的具体含义视工作情况确定。的具体含义视工作情况确定。滤波器型匹配网络滤波器型匹配网络第22页/共51页图3-18 L型、型、T 型网络的基本形式型网络的基本形式 L型型型型T 型型第23页/共51页图图3-19 3-19 T 型电路及其变换型电路及其变换为分析方便将为分析方便将T 型匹配网络重画如图型匹配网络重画如图3-193-19所示。所示。第24页/共51页

15、、以以RS和和RL以及以及QC2表示的表示的T 型网络元件参数为型网络元件参数为第25页/共51页从从xc1的计算式中知道，当的计算式中知道，当 时，时，xc1 的解是一虚数，的解是一虚数，即无法选择合理的电容，使负载和信号源阻抗匹配。即无法选择合理的电容，使负载和信号源阻抗匹配。因此，因此，T 型网络的工作条件为型网络的工作条件为（3-653-65）由式可知，由式可知，只要满足上式要求，即可实现只要满足上式要求，即可实现网络匹配的条件。网络匹配的条件。第26页/共51页四、高频功率放大器实用电路举例四、高频功率放大器实用电路举例实际中，采用不同馈电电路和输入输出匹配网络实际中，采用不同馈电电

16、路和输入输出匹配网络可以构成各种实用的谐振功率放大器。可以构成各种实用的谐振功率放大器。图图3-203-20为工作频率为为工作频率为160MHz160MHz的高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器 第27页/共51页3.6 3.6 功率晶体管的高频效应功率晶体管的高频效应前面的讨论没有考虑工作频率对放大器性能的影前面的讨论没有考虑工作频率对放大器性能的影响。实际上，晶体管工作在高频时，性能变得非响。实际上，晶体管工作在高频时，性能变得非常复杂。常复杂。（一）晶体管的高频效应定性介绍（一）晶体管的高频效应定性介绍 1 1在低频情况下，认为共发射极晶体管电流在低频情况下，认为共发射极晶体管电流放大

17、倍数放大倍数 是一个常数。是一个常数。当工作频率升高时，当工作频率升高时，将将 随随 f 升高而减小；升高而减小；2 2晶体管在低频工作时，总认为晶体管在低频工作时，总认为 ic、ib 是是同时发生的，同时发生的，ic仅仅在数值上比仅仅在数值上比 ib 大大 倍。倍。但实际上，但实际上，由于基区载流子渡越时间的影响，由于基区载流子渡越时间的影响，ic 比比 ib、ie 滞后一个相角，幅值也比低频小的多；滞后一个相角，幅值也比低频小的多；、第28页/共51页 图图3-22 3-22 高频输入等效电路高频输入等效电路第29页/共51页 图图3-23 3-23 高频工作时晶体管电压、电流波形高频工作

18、时晶体管电压、电流波形第30页/共51页3 3当工作频率增加时，由于晶体管集电区集肤效应的影响，使电流趋向半导体材料的表面，减小了半导体材当工作频率增加时，由于晶体管集电区集肤效应的影响，使电流趋向半导体材料的表面，减小了半导体材料的有效导电面积，使集电区欧姆体电阻大为增加，从而料的有效导电面积，使集电区欧姆体电阻大为增加，从而使饱和压降显著增加。使饱和压降显著增加。第31页/共51页（二）结论（二）结论 由于由于 、ic 、ie 随频率增高而减小。因此，随频率增高而减小。因此，为了获得同样的输出功率，就需要加大高频激为了获得同样的输出功率，就需要加大高频激励电压励电压 Ubm 、激励功率、激

19、励功率 Pbm 的数值。的数值。由于由于ic 脉冲展宽，导致了脉冲展宽，导致了Ic1m/Ic0 比值的下比值的下降，集电极效率降低。降，集电极效率降低。由于饱和压降增大，电压利用系数降低，使由于饱和压降增大，电压利用系数降低，使输出功率减小，集电极效率降低，管子损耗增输出功率减小，集电极效率降低，管子损耗增大。大。由于激励电压由于激励电压Ubm 和输出电压和输出电压Ucm 有相移，有相移，设计放大器时必须考虑它的影响。设计放大器时必须考虑它的影响。基极电流的直流分量减小，甚至可能出现反基极电流的直流分量减小，甚至可能出现反向电流。向电流。第32页/共51页3.7 3.7 倍频器倍频器 倍频器是

20、一种将输入信号频率成整数倍（倍频器是一种将输入信号频率成整数倍（2 2倍、倍、3 3倍倍n n倍）增加的电路。它主要用于甚高频无线电发射机倍）增加的电路。它主要用于甚高频无线电发射机或其它电子设备。或其它电子设备。一、为什么采用倍频器一、为什么采用倍频器二、倍频器的种类二、倍频器的种类 三、丙类倍频器的工作原理三、丙类倍频器的工作原理 四、使用时注意问题四、使用时注意问题第33页/共51页一、为什么采用倍频器一、为什么采用倍频器(1)(1)降低设备的主振频率。由于振荡器频率愈降低设备的主振频率。由于振荡器频率愈高稳定性愈差，一般采用频率较低而稳定度较高稳定性愈差，一般采用频率较低而稳定度较高的

21、晶体振荡器，以后加若干级倍频器达到所高的晶体振荡器，以后加若干级倍频器达到所需频率。一般基音体体频率不高于需频率。一般基音体体频率不高于20MHz20MHz，具有具有高稳定性的晶体频率通常不超过高稳定性的晶体频率通常不超过5 MHz5 MHz。所以工所以工作频率高，要求稳定性又严格的通信设备和电作频率高，要求稳定性又严格的通信设备和电子仪器就需要倍频。子仪器就需要倍频。(2)(2)对于调相或调频发射机，利用倍频器可以对于调相或调频发射机，利用倍频器可以加大相移或频移，即可增加调制度。加大相移或频移，即可增加调制度。(3)(3)可以提高发射机的工作频率稳定性。可以提高发射机的工作频率稳定性。第3

22、4页/共51页二、倍频器的种类二、倍频器的种类 1.1.丙类倍频器丙类倍频器 2.2.参变量倍频器参变量倍频器 本节主要介绍用丙类放大器构成的倍频器，即所谓本节主要介绍用丙类放大器构成的倍频器，即所谓“丙类倍频器丙类倍频器”。第35页/共51页三、丙类倍频器的工作原理三、丙类倍频器的工作原理 丙类放大器晶体管集电级电流脉冲中含有丰富的谐波分量。丙类放大器晶体管集电级电流脉冲中含有丰富的谐波分量。如果集电极调谐回路如果集电极调谐回路谐振在二次或三次谐波频率上，放大器就主要有二次或三次谐波电压输出。这样谐振在二次或三次谐波频率上，放大器就主要有二次或三次谐波电压输出。这样丙类放大器就成了二倍频器或

23、三倍频器。丙类放大器就成了二倍频器或三倍频器。第36页/共51页图图3-24 3-24 丙类倍频器的原理电路丙类倍频器的原理电路第37页/共51页 图图3-173-17为丙类倍频器的原理电路为丙类倍频器的原理电路从电路形式看，它与丙类高频放大器基本相同。从电路形式看，它与丙类高频放大器基本相同。不同之处在于不同之处在于丙类倍频器的集电极谐振回路是丙类倍频器的集电极谐振回路是对输入频率对输入频率 fi 的的 n 倍频谐振，而对基波和其它倍频谐振，而对基波和其它谐波失谐，谐波失谐，因而因而 ic 中的中的 n 次谐振通过谐振回路次谐振通过谐振回路获得最大电压，而基波和其它谐波被滤除。获得最大电压，

24、而基波和其它谐波被滤除。例例如，二倍频器的负载谐振回路的如，二倍频器的负载谐振回路的 f0 为为2 2fi ，所，所以，回路可以选出二次谐波、输出频率为以，回路可以选出二次谐波、输出频率为2 2fi 的的电压信号，并滤除基波和其它谐波信号。二倍电压信号，并滤除基波和其它谐波信号。二倍频器的主要波形如图频器的主要波形如图3-253-25所示。所示。第38页/共51页图图3-25 3-25 二倍频器的主要波形二倍频器的主要波形第39页/共51页借助丙类高频放大器的基本分析方法，分析丙类倍频器的工作原理。借助丙类高频放大器的基本分析方法，分析丙类倍频器的工作原理。设倍频器的设倍频器的 输入电压为输入

25、电压为 输出电压为输出电压为 式中式中 是谐振回路两端是谐振回路两端 n 次谐波电压幅值，利用前面分析的结果知道次次谐波电压幅值，利用前面分析的结果知道次倍频器输出的功率和效率为倍频器输出的功率和效率为（3-693-69）（3-703-70）第40页/共51页 由余弦脉冲分解系数可知，由余弦脉冲分解系数可知，无论导通角无论导通角 为何值，为何值，均小于均小于 ，即在其他情况相即在其他情况相同条件下，丙类倍频器的输出功率和效率将远低于丙类放大器，且随着次数的增大而同条件下，丙类倍频器的输出功率和效率将远低于丙类放大器，且随着次数的增大而迅速降低。为了提高倍频器的输出功率和效率，要选择适当的导通角

26、迅速降低。为了提高倍频器的输出功率和效率，要选择适当的导通角 。由图可见，。由图可见，导通角导通角 为为6060或或4040时，二次或三次谐波系数最大，即此时输出的功率和效率也时，二次或三次谐波系数最大，即此时输出的功率和效率也最大。最佳导通角最大。最佳导通角 与倍频次数的关系为与倍频次数的关系为（3-713-71）第41页/共51页因此，单级丙类倍频器一般只作二倍频器或三倍频器使用，最多也不超过因此，单级丙类倍频器一般只作二倍频器或三倍频器使用，最多也不超过4 45 5次，次，若要提高倍频次数，可采用多级倍频器。若要提高倍频次数，可采用多级倍频器。第42页/共51页四、使用时注意问题四、使用

27、时注意问题 1.1.选择适当的导通角选择适当的导通角 导导通通角角 为为 6060或或4040时时，二二次次或或三三次次谐谐波波系系数数最最大大，即即此此时时输输出出的的功功率率和和效效率率也也最最大大。最最佳导通角佳导通角 与倍频次数的关系为与倍频次数的关系为谐波次数谐波次数 2.2.谐波次数越高，谐波次数越高，越小越小 3.3.波形差波形差第43页/共51页 在在VHF和和UHF频段，已经出现了一些集成高频功率放大器件。这些功放器件体积小，可靠性高，外接元件频段，已经出现了一些集成高频功率放大器件。这些功放器件体积小，可靠性高，外接元件少，输出功率一般在几瓦至十几瓦之间。日本三菱公司的少，

28、输出功率一般在几瓦至十几瓦之间。日本三菱公司的M57704系列、美国系列、美国Motorola公司的公司的MHWMHW系列便是系列便是其中的代表产品。其中的代表产品。3.8 3.8 集成高频功率放大电路及应用简介集成高频功率放大电路及应用简介第44页/共51页三菱公司的三菱公司的M57704系列高频功放是一种厚膜混合集成电路，它包括多个型号，系列高频功放是一种厚膜混合集成电路，它包括多个型号，频率范围为频率范围为335 MHz512 MHz（其中（其中M57704H为为450 MHz470 MHz），），可用于频率调制移动通信系统。它的电特性参数为：当可用于频率调制移动通信系统。它的电特性参数

29、为：当EC=12.5V，Pin=0.2 W，ZL=50时，输出功率时，输出功率Po=13 W，功率增益，功率增益Ap=18.1dB，效率，效率35%40%。第45页/共51页图图3-263-26是是M57704系列功放的等效电路图。由图可见，系列功放的等效电路图。由图可见，它包括三级放大电路它包括三级放大电路,匹配网络由微带线和匹配网络由微带线和LC元件元件混合组成。混合组成。第46页/共51页图图3-26 M577043-26 M57704系列功放的等效电路图系列功放的等效电路图第47页/共51页MHW系列中有些型号是专为便携式射频应用而设计的，可用于移动通信系统中系列中有些型号是专为便携式

30、射频应用而设计的，可用于移动通信系统中的功率放大，也可用于工商业便携式射频仪器。使用前需调整控制电压，使输出的功率放大，也可用于工商业便携式射频仪器。使用前需调整控制电压，使输出功率达到规定值。功率达到规定值。在使用时，需在外电路中加入功率自动控制电路，使输出功率在使用时，需在外电路中加入功率自动控制电路，使输出功率保持恒定，同时也可保证集成电路安全工作，避免损坏。保持恒定，同时也可保证集成电路安全工作，避免损坏。控制电压与效率、工作控制电压与效率、工作频率也有一定的关系。频率也有一定的关系。第48页/共51页现已有现已有MHW914模块，它由五级放大器组成，模块，它由五级放大器组成，其外形图

31、和框图分别如图其外形图和框图分别如图3-3-2929（a a）、（）、（b b）所示。其中管脚）所示。其中管脚1 1为输入端，管脚为输入端，管脚6 6为输出端，管脚为输出端，管脚2 2、4 4接接8V电电源，管脚源，管脚3 3、5 5接接12.5V电源。电源。MHW914的电特性参数为：的电特性参数为：ZL=12.5V，最小功率增益，最小功率增益Ap=41.5dB，ZL=50时，时，输出功率输出功率Po=14 W，效率，效率40%，频率范围为，频率范围为890915MHz。第49页/共51页图图3-29 MHW9143-29 MHW914模块外形图和框图模块外形图和框图第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页