[高频电子线路]曾兴雯第3章__高频谐振放大器

第3章高频谐振放大器第三章高频谐振放大器3.1高频小信号放大器3.2高频功率放大器的原理与特性3.3高频功率放大器的实际线路第3章高频谐振放大器音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器高频小信号放大器高频功率放大器第3章高频谐振放大器3.1高频小信号放大器“小信号”——指的是输入信号的电平较低（μV-mV），放大器工作在它的线性范围（甲类放大器）。高频——中心频率一般在几百kHz-几百MHz，频带宽度在几kHz-几十MHz。(a)根据频带宽度可分为窄带放大器和宽带放大器。一般被放大的都是窄带信号。小信号放大器的基本类型是频带（窄带）放大器，它是以各种选频电路作负载，如并联谐振回路、耦合谐振回路等；如果要放大多个高频信号，这时用高频宽带放大器，采用无选频作用的负载电路，如高频变压器或传输线变压器。一、概述2.分类1.功能：放大各种无线电设备中的高频小信号、阻抗变换和选频滤波第3章高频谐振放大器4.性能指标要求（1）增益高，即放大量大（b）按有源器件可分为以分立元件为主的高频放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。（2）频率选择性要好。选择所需信号，抑制无用信号的能力要强。放大器的频带宽度和矩形系数是衡量选择性的重要参数。（3）工作稳定可靠。要求放大器的性能尽可能的不受外界因素变化的影响，不产生任何自激。3.特点：（1）管子线性放大，输入信号很小，着眼于电压增益。(2)以LC回路做负载，完成滤波和阻抗匹配。第3章高频谐振放大器二、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。RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5实际线路直流偏置与低频放大器相同高频旁路Rb1Rb2ReEc第3章高频谐振放大器RL2LC5V(b)431交流等效电路图中采用抽头谐振回路作为放大器负载，对信号频率谐振，即ω=ω0，完成阻抗匹配和选频滤波功能。输入的是高频小信号，放大器工作在A（甲）类状态甲类（A）工作状态：晶体管发射结一直处于正向偏置；乙类（B）工作状态：晶体管发射结半个周期正向，半个周期反向；甲乙类（AB）工作状态：介于甲类和乙类之间。正偏时间大于半个周期丙类（C）：发射结正偏时间小于半个周期。RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5第3章高频谐振放大器三、1.晶体管高频等效电路晶体管的等效电路：（1）H参数等效电路——物理意义明确，且低频范围内，各参数为实数，因此，多用于低频电路的等效分析。（2）混合型等效电路——等效电路比较复杂，计算繁琐。（3）Y参数等效电路——多用于高频电路的等效分析，使分析、运算简便。第3章高频谐振放大器图3─2(a)是晶体管在高频运用时的混等效电路rbb′＋Ube′.－CgmUbe′.Ycebeceb′(a)C图中，Cπ=Cb’e；Cμ=Cb’c，直接用混π等效电路分析放大器性能很不方便，因此用Y参数等效电路来分析。第3章高频谐振放大器+-beU+ceUcIbIbceUbe.－Yoebece(b)＋Yie－＋YreUce.YfeUbeUce..Y参数等效电路第3章高频谐振放大器其中：Yie是输出交流短路时的输入导纳：0|cebieUbIYUYre是输入交流短路时的反向传输导纳：0|bebreUceIYUYfe输出交流短路时正向传输导纳：0|cecfeUbeIYUYoe是输入交流短路时输出导纳：0|becoeUceIYUUbe.－Yoebece(b)＋Yie－＋YreUce.YfeUbeUce..第3章高频谐振放大器晶体管的Y参数可以直接测量得到，也可根据混等效电路换算得来。在忽略rb’e及满足Cπ»Cμ的条件下,Y参数与混参数之间的关系为：bburebbmfebbmbboebbierCjCjYrCjgYrCjgrCjCjYrCjCjY111(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)一般在工程上会做如下近似：（1）分析放大器的增益时，忽略Yre的影响；分析放大器稳定性时，考虑Yre的影响。（2）小信号放大器，窄带工作，故在讨论的频率范围内，近似认为各参数为常数，不随频率变化。第3章高频谐振放大器Y参数等效电路的参数方程为：coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3─5a)(3─5b)Y参数等效电路Ube.－Yoebece(b)＋Yie－＋YreUce.YfeUbeUce..第3章高频谐振放大器2．放大器的性能参数图3-1的高频等效电路为：ISYS＋－Ub.Ib.Yie＋－Uc.YreUc.YfeUb.Ic.YL′Yoe.图3-3高频小信号放大器的高频等效电路从图中可以看出：cLcbSSbUYIUYII(3-6a)(3-6b)外部方程coebfeccrebiebUYUYIUYUYI(3-5a)(3-5b)内部方程Ys电源导纳；YL’是负载导纳第3章高频谐振放大器高频小信号放大器的主要性能指标：①电压放大倍数K由3-5b、3-6b可得：feLKYZ一般'1LLZY②输入导纳Yi：fecoeLbYUKYYU（3-7）由（3-5a）和（3-7）有：reciebferebiieoeLbYUYUYYIYYYYU(3-8)oeLYYISYS＋－Ub.Ib.Yie＋－Uc.YreUc.YfeUb.Ic.YL′Yoe.第3章高频谐振放大器③输出导纳Yo由（3-5a、3-6a）以及Is=0，有：由（3-5b）有：cboefeccIUYYUU0ScoIcIYUbsbiebrecIYUYUYUbrecSieUYUYY0SrefeooeSiecIcYYYYYYIU(3-9)ISYS＋－Ub.Ib.Yie＋－Uc.YreUc.YfeUb.Ic.YL′Yoe.第3章高频谐振放大器④通频带和矩形系数因为负载是一单谐振回路，故矩形系数K0.1为9.95。0.707oLfBQ01LQLg式中：f0为回路谐振频率：L为回路电感；为回路总电容QL为有载品质因数：g∑为回路总电导。012fLCCISYS＋－Ub.Ib.Yie＋－Uc.YreUc.YfeUb.Ic.YL′Yoe.第3章高频谐振放大器反向传输导纳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uremfeCjYgY四、高频谐振放大器的稳定性1.不稳定的原因晶体管高频工作时，由于Yre的存在（混π电路中的Cμ），使输出信号反馈到输入端，引起输入电流的变化，如果反馈在信号某一频率上满足正反馈条件，则会产生自激振荡。关键：Yre的存在第3章高频谐振放大器将Yoe归入负载中,并考虑谐振频率ω0附近情况,有(3-11)则uremfeCjYgY第3章高频谐振放大器2.提高放大器稳定性的方法提高稳定性的关键是消除自激，有以下两种方法：（1）减少反馈参数Yrea.选Yre小的管子；b．中和法抵消Yre（中和法）（2）降低放大器的增益（失配法）：破坏正反馈的振幅条件。a.中和法基本思想：在输入输出端引入一附加的外部反馈电路（中和电路）来抵消晶体管内部参数Yre的反馈作用，从而保证放大器的稳定工作。第3章高频谐振放大器N2N1CeCnCb1EcUn.Uc.(a)中和法原理图CbV第3章高频谐振放大器N2N1CeCn.Uc.VAC''I'I由电桥平衡条件（对臂阻抗乘积相等）有：02010011bcNjLjLjCjC1122NbcbcLNCCCLN调节CN，总可以使'''II中和的目的就是使'''II调节CN或N1或N2可实现中和抵消。局限性：因为Cb’c随频率变化，因而中和只能在某一频率范围内进行。'bcCAC'bcCNC2L1L第3章高频谐振放大器b.失配法失配法通过增加负载导纳，进而增加总回路导纳，使输出电路失配，输出电压相应减小，对输入端的影响也就减小。可见失配法使用牺牲电路增益来换取电路的稳定。为了满足增益和稳定性的要求，失配法常用共发-共基电路V1V2YSYLYi≈YieYo≈Yob－YfbYrbYib图3─6共发—共基电路第3章高频谐振放大器共基电路输入导纳大，而共发电路的输出导纳较小，二者相连相当于增大了共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内部反馈减弱而提高系统稳定性。共发电路在负载导纳很大的情况下，虽然电压增益减小，但电流增益仍很大；而共基电路虽然电流增益接近于1，但电压增益较大，所以二者级联后，互相补偿，使电压增益和电流增益均较大。V1V2YSYLYi≈YieYo≈Yob－YfbYrbYib第3章高频谐振放大器五、多级谐振放大器1.多级单调谐放大器多级单调谐放大器各级谐振频率相同，均为信号中心频率，各级谐振时电压放大倍数为K01，K02，…，K0n，则放大器总的放大倍数为：001020nKKKK201||1pZR由单振荡回路归一化频率特性（参见2-9）：则有n个回路的多级放大器的归一化频率特性为：2/2(1)nn第3章高频谐振放大器2.多级双调谐放大器41114（参见2-34）4/21(1)4nn第3章高频谐振放大器表3-2多级双调谐放大器的带宽和矩形系数第3章高频谐振放大器六、高频集成放大器分类:(1)非选频的高频集成放大器，以电阻或宽带高频变压器作负载(2)选频的高频集成放大器，用于需要有选频功能的场合集中放大与集中滤波的优点：（1）线路简单，性能可靠，调整方便；（2）可满足不同频率的要求，频率特性较稳定（3）可集成第3章高频谐振放大器(a)(b)前置放大器集中滤波器宽带放大器宽带放大器集中滤波器图3─10集中选频放大器组成框图第3章高频谐振放大器上次课内容复习：高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器的实际电路与交流等效电路、工作原理和分析方法（Y参数模型、线性分析）、性能参数，谐振回路作为负载的作用（与低频放大器的区别），与高频功率放大器的区别。提高放大器稳定性的方法——中和法、失配法。第3章高频谐振放大器七、低噪声小信号放大器（LNA）的设计对接收机前端的小信号放大器的基本要求：噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定可靠、大的动态范围。（1）半导体器件及工作点选择：晶体管、场效应管，噪声、增益等（2）放大器噪声匹配网络设计：功率匹配、噪声匹配（3）电容电感：高Q电感，电容损耗角小（4）损耗小、易于加工、性质稳定等第3章高频谐振放大器音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器高频小信号放大器高频功率放大器第3章高频谐振放大器3.2一、概述1.作用：不失真地放大高频信号，且以高效输出大功率。主要应用于无线电发射机末级。2.分类:因为能量或功率是不能放大的，高频信号的功率放大，其实质是在输入高频信号的控制下，将电源直流功率转换成交流输出功率（高频功率）。即供给集电极以直流功率，当输入信号电流加到晶体管的基极时，由于晶体管电流控制作用，很小的基极电流变化就可能引起很大的集电极电流的变化，这样在负载上就得到一个大的输出功率。因此除要求高频功率放大器除了产生符合要求的高频功率外，还应要求具有高的转换效率。（1）宽带功放：效率不高，适用于中小功率（2）谐振功放：高效大功率，频带窄第3章高频谐振放大器4.谐振功放的特点：（1）以调谐回路做负载，完成滤波和阻抗变换（2）工作在C类，以高效输出大功率（3）工作在大信号状态:线性放大区和截止区3.与低频功放的异同：（2）工作频率和相对频率宽度不同：高频功放工作频率很高，相对频带窄，一般采用选频网络作为负载。也称谐振功率放大器。低频功放工作频率低，相对频带宽，因此不能采用调谐负载，只能用电阻、变压器等非调谐负载（1）都要求高效输出大功率第3章高频谐振