[信息与通信]第三章无线电基础.ppt

电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF第三章第三章  无线电发射机制作与测试无线电发射机制作与测试 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF传输媒质传输媒质 信息源信息源发送设备发送设备接收设备接收设备 终端装置终端装置图1.1 通信系统基本组成框图 基带信号基带信号已调信号已调信号已调信号已调信号基带信号基带信号通信系统基本组成框图通信系统基本组成框图 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF振荡器振荡器高频功率高频功率放大器放大器及调制及调制高频放大器高频放大器倍频倍频话筒话筒调制信号调制信号  放大器放大器调幅发送设备调幅发送设备在无线电发射机中，由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大在无线电发射机中，由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大——缓缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的高频功率足够的高频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。

这里所提到的放大级都后，才能馈送到天线上辐射出去这里所提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴由此可见，高频功率放大器是发送设备的重要组成部分属于高频功率放大器的范畴由此可见，高频功率放大器是发送设备的重要组成部分 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF调制调制信号信号调制器调制器模块模块缓冲放大缓冲放大模块模块功率放大功率放大模块模块匹配匹配电路电路载波产生载波产生模块模块天线天线具体调频波发送设备框图具体调频波发送设备框图信号发送出去条件信号发送出去条件:  频率足够高频率足够高                                功率足够大功率足够大 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF   放大器广泛应用于无线电通信电路中无线通信发射和接收机能正常的工作放大器广泛应用于无线电通信电路中。

无线通信发射和接收机能正常的工作很大程度上都是放大电路的功劳在发射机中，为了能将调制过的信号有效的很大程度上都是放大电路的功劳在发射机中，为了能将调制过的信号有效的发射出去，必须要将信号的功率进行放大，而接收机接收到的信号都很微弱，发射出去，必须要将信号的功率进行放大，而接收机接收到的信号都很微弱，为了能很好的解调还必须，进行调谐低噪声放大这一节我们将介绍发射机中为了能很好的解调还必须，进行调谐低噪声放大这一节我们将介绍发射机中的两种放大器模块的制作，一种是缓冲放大器，另一种是谐振功率放大器的两种放大器模块的制作，一种是缓冲放大器，另一种是谐振功率放大器3.1放大器模块制作与测试放大器模块制作与测试3.1.1缓冲放大器模块制作缓冲放大器模块制作缓冲放大器的主要作用是为后级功放提供足够大的驱动功率缓冲放大器的主要作用是为后级功放提供足够大的驱动功率,将后级功放与前级隔离将后级功放与前级隔离开来开来, 避免相互产生影响，兼有增加抗干扰能力至于是否有放大功能取决于实际需避免相互产生影响，兼有增加抗干扰能力至于是否有放大功能取决于实际需要可以将放大缓冲合二为一可以将放大缓冲合二为一  电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF1.   三极管隔离放大器三极管隔离放大器分压式偏置电路分压式偏置电路共集电极共集电极放大电路放大电路 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF双栅场效应管隔离放大器双栅场效应管隔离放大器 dsg2g1 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件用于高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件用于发射机的末级发射机的末级，作用，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

并且不干扰相邻信道的通信 3.1.2谐振功率放大器模块的制作与测试谐振功率放大器模块的制作与测试高频功率放大器的分类高频功率放大器的分类窄带高频功率放大器：窄带高频功率放大器：通常以具有选频滤波作用的谐振电路作为输出回路负载，通常以具有选频滤波作用的谐振电路作为输出回路负载，故又称为故又称为调谐功率放大器调谐功率放大器或或谐振功率放大器谐振功率放大器；；为了提高效率，谐振功率放大器常工为了提高效率，谐振功率放大器常工作于乙类或丙类状态作于乙类或丙类状态宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器：宽带高频功率放大器的输出电路负载则是采用传输线：宽带高频功率放大器的输出电路负载则是采用传输线变压器或其他宽带匹配电路（非谐振负载），因此又称为非调谐功率放大器变压器或其他宽带匹配电路（非谐振负载），因此又称为非调谐功率放大器其特点是可以实现功率合成其特点是可以实现功率合成.  电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF一般来说可以将功率放大器依据工作状态不同分为三种，三种放大器的转移特性如图一般来说可以将功率放大器依据工作状态不同分为三种，三种放大器的转移特性如图3.1.1所示，所示， 其中其中QA、、QB、、QC分别是三种不同功率放大器的静态工作点，分别是三种不同功率放大器的静态工作点， QB的电压坐标为的电压坐标为uBE的门槛电压，记的门槛电压，记作作Uon。

QC的电压坐标为的电压坐标为-UBB，晶体管的集电极电流波形也如图中所示，分别工作在全导通，半，晶体管的集电极电流波形也如图中所示，分别工作在全导通，半导通，和小于半导通的三种情况下分别称它们为甲类，乙类和丙类功率放大器导通，和小于半导通的三种情况下分别称它们为甲类，乙类和丙类功率放大器 图3.1.1甲类、乙类和丙类放大电路转移特性比较甲类静态有损耗：效率最低乙类静态无损耗：效率较高丙类静态无损耗动态时导通角大于θ时才有损耗：效率最高 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF 为了提高谐振功率放大器的效率，通常都采用丙类功率放大器，为了提高谐振功率放大器的效率，通常都采用丙类功率放大器，因此这里只介绍丙类功放的制作在丙类工作状态下，集电极因此这里只介绍丙类功放的制作在丙类工作状态下，集电极电流的导通时间小于半个周期，集电极电流与输入信号之间存电流的导通时间小于半个周期，集电极电流与输入信号之间存在着严重的非线性失真，为了滤除非线性失真，其负载采用在着严重的非线性失真，为了滤除非线性失真，其负载采用LC谐振网络，谐振负载的作用是：从失真的集电极电流脉冲中选谐振网络，谐振负载的作用是：从失真的集电极电流脉冲中选出基波，滤除谐波，从而得到不失真的输出电压。

出基波，滤除谐波，从而得到不失真的输出电压 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF简单高频功率放大器简单高频功率放大器VBB基极负偏置：丙类工作状态基极负偏置：丙类工作状态VCC集电极偏置：提供集电极回路电流集电极偏置：提供集电极回路电流R1、、L1、、C1 谐振电路谐振电路: 选频、匹配选频、匹配对信号源频率谐振对信号源频率谐振输入输入Vb：正弦波：正弦波输出：与输入频率相同的正弦波输出：与输入频率相同的正弦波 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF简单高频功率放大器输入输出电压仿真简单高频功率放大器输入输出电压仿真结论：输出电压不失真放大结论：输出电压不失真放大 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF简单高频功率放大器输出电流仿真简单高频功率放大器输出电流仿真 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF1.  高频功率放大器输入输出波形分析高频功率放大器输入输出波形分析ub  ,  uBE , iB , iC , uCE , uC_+uC设输入电压设输入电压u ub b= =U Ubmbmcoscos c ct t，，u uBEBE = =V VBBBB + + u ub b = = V VBBBB + + U Ubmbmcoscos c ct tiB为一周期性余弦电流脉冲为一周期性余弦电流脉冲    (见转移特性见转移特性)iCiB 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF谐振功率放大器的iB通角θ如何计算?通角通角=θ时时, iB=0 , iC=0iB 可称为半流通角或截止角（意即t= 时，电流被截止）。

为方便起见，以后将简称为通角  电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRFi iB B为一周期性余弦电流脉冲为一周期性余弦电流脉冲i iC C= =ββi iB B，，可将集电极余弦电流脉冲可将集电极余弦电流脉冲i iC C按傅里叶级数分解为按傅里叶级数分解为: :i iC C = =I IC0C0 + + i ic1 c1 + + i ic2 c2 + + …… = = I IC0C0 + + I Ic1mc1mcoscos c ct t + + I Ic2mc2mcos2cos2 c ct t + + ……由于回路对基频谐振，呈纯电阻由于回路对基频谐振，呈纯电阻R RP P，对其他谐波的阻抗很小，且呈容性，因此，只有基，对其他谐波的阻抗很小，且呈容性，因此，只有基频电流与基频电压才能产生输出电压，频电流与基频电压才能产生输出电压，因此因此 u uc c = = -R -RP PI Ic1mc1mcoscos c ct t = = - -U Ucmcmcoscos c ct t则则 u uCECE = =V VCCCC + + u uc c = = V VCCCC   U Ucmcmcoscos c ct t由上述分析可得谐振功率放大器的各极电压与电流波形如图所示。

由上述分析可得谐振功率放大器的各极电压与电流波形如图所示 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF图3.1.4 谐振功放各极电压与电流的波形结论：输入输出电压不失真结论：输入输出电压不失真           电流失真电流失真 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF式中是是  的函数，称为尖顶余弦脉冲的分解系数，的函数，称为尖顶余弦脉冲的分解系数，可由傅立叶级数分解得到，可由傅立叶级数分解得到， 可以推出可以推出2 2、谐振功率放大器的功率关系、谐振功率放大器的功率关系 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF等与等与  的关系见的关系见3.1.5图图。

由图可以看出：由图可以看出：n谐波分量的次数越高，振幅越谐波分量的次数越高，振幅越小；小；n对于某次谐波，存在一通角对于某次谐波，存在一通角 使使a an n( ( ) )取得最大值；取得最大值；n对于丙类谐功放，对于丙类谐功放， a ao o( ( ) )和和a a1 1( ( ) )都随都随 的增加而增大，而的增加而增大，而波形系数波形系数g g1 1( ( ) )随随 的增加而减的增加而减小；小；图3.1.5 余弦脉冲的分解系数 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF输出功率：输出功率：直流电源提供功率：直流电源提供功率：P PV V = = I IC0 C0 V VCCCC晶体管的集电极耗散功率：晶体管的集电极耗散功率：P Pc c = =P PV V－－P Po o放大器的集电极效率为：放大器的集电极效率为：功率关系功率关系 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF上式说明，上式说明，  越小，则效率越小，则效率 c c 越高。

越高集电极电压利用系数集电极电压利用系数波形系数波形系数但但  越小，则功率越小，则功率P0 越小越小矛盾矛盾输出功率输出功率Po最大应选择最大应选择通角通角 为为120°，但此时效率，但此时效率 C并不是最高并不是最高最佳通角最佳通角 取取65°～～75° 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF例例3.1.1 3.1.1 已知某谐振功率放大器已知某谐振功率放大器UccUcc=24V, =24V, IcoIco=250mA, =250mA, Po=5W, Po=5W, 电压利用系数电压利用系数ξ=1ξ=1，试求：直流功率，试求：直流功率PvPv，效率，效率ηη，，谐振电阻谐振电阻RpRp, , 基波电流基波电流Icm1, Icm1, 通角通角φφ解：解：Pv=Vcc×Ico=24×250=6W       η=Po/Pv=5/6=83.3%       电压利用系数电压利用系数ξ=1，则，则Ucm=vcc       Rp=ucm2/2Po=242/(2×5)=57.6Ω       Icm1=Ucm/Rp=24/57.6=0.42A     g(φ)= Icm1/ Ico=0.42/0.25=1.68，，            也可采用也可采用g(φ)=2η/ξ的关系求得。

的关系求得    由图由图3.1.5并查附录得并查附录得φ=76º 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF电路的工作原理改进图耦合耦合选频选频 滤波滤波匹配匹配负偏置负偏置 丙类丙类选频选频滤波滤波匹配匹配实际功率放大器电路实际功率放大器电路1 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF实际功率放大器电路实际功率放大器电路2 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF共同特点共同特点:要求要求输出功率输出功率P大和效率大和效率ηη高高但由于二者的工作频率和相对频带宽度相差很大，就决定了它们之间有着根本的差异：※ ※ 低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。

低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽因因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等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高频功率放大器的工作频率高（由几百（由几百kHzkHz一直到几百一直到几百MHzMHz、几、几GHzGHz甚至几十甚至几十GHzGHz），），但相对频带很窄但相对频带很窄采用调谐负载采用调谐负载例如，低频自例如，低频自2020至至20,000 Hz20,000 Hz，高低频率之比达，高低频率之比达l,000l,000倍宽带例如，调幅广播电台（例如，调幅广播电台（535535～～1,605 kHz1,605 kHz的频段范围）的频带宽度为的频段范围）的频带宽度为9 kHz9 kHz，，如中心频率取为如中心频率取为900kHz900kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一中心频，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窄带负载回路窄带1.负载性质不同负载性质不同高频功率放大器和低频功率放大器的区别高频功率放大器和低频功率放大器的区别 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF丙类谐振功率放大器的性能分析丙类谐振功率放大器的性能分析n在基极输入电压在基极输入电压ub的作用下，的作用下，VT将经历不同的工作区域，因将经历不同的工作区域，因此放大器将工作在不同的状态此放大器将工作在不同的状态:n当当ub不大以致不大以致uBE

个参数工作状态不同，放大器的输出功率、效率和管耗就大不相工作状态不同，放大器的输出功率、效率和管耗就大不相同下面来了解工作状态随这几个参数而变化的情况下面来了解工作状态随这几个参数而变化的情况放大特性放大特性 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF如果维持三个电压参数不变，那么工作状态就取决于如果维持三个电压参数不变，那么工作状态就取决于RP此时各种电此时各种电流、输出电压、功率与效率等随流、输出电压、功率与效率等随RP而变化的曲线，就叫负载特性而变化的曲线，就叫负载特性负载阻抗负载阻抗R RP P越大，负载线的斜率越大，负载线的斜率g gd d绝对值越小因此，放大器的工绝对值越小因此，放大器的工作状态随着负载的不同而变化作状态随着负载的不同而变化R RP P 增大时放大器的工作状态从欠压、临界到过压增大时放大器的工作状态从欠压、临界到过压负载特性负载特性图3.1.7 三种工作状态 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF图3.1.8 谐振功放的负载特性放大器的工作状态发生变化，电压电流功率效率都会有变化见图放大器的工作状态发生变化，电压电流功率效率都会有变化见图3.1.8观察图观察图3.1.73.1.7，，在欠压区至临界线在欠压区至临界线的范围内，当的范围内，当R RP P逐渐增大时，集电极电流脉冲的最大值以及流逐渐增大时，集电极电流脉冲的最大值以及流通角通角  的变化都不大。

的变化都不大R RP P增加，仅仅使增加，仅仅使i iC C略有减略有减小因此，在欠压区内的小因此，在欠压区内的i iCmaxCmax( (I Ic1mc1m、、I IC0 C0 ) )几乎维几乎维持常数，仅随持常数，仅随R RP P的增加而略有下降的增加而略有下降但进入过压但进入过压区后区后，集电极电流脉冲开始下凹，而且凹陷程度，集电极电流脉冲开始下凹，而且凹陷程度随着随着R RP P的增大而急剧加深，致使与的增大而急剧加深，致使与I Ic1mc1m、、I IC0C0也急剧也急剧下降再由下降再由U Ucmcm = = R RP PI Ic1mc1m的关系式看出，在欠压区的关系式看出，在欠压区由于由于I Ic1mc1m变化很小，因此变化很小，因此U Ucmcm随随R RP P的增加而直线上的增加而直线上升进入过压区后，由于升进入过压区后，由于I Ic1mc1m随随R RP P的增加而显著的增加而显著下降，因此下降，因此U Ucmcm随随R RP P的增加而很缓慢地上升近似的增加而很缓慢地上升近似地说，地说，欠压时欠压时I Ic1mc1m几乎不变，过压时几乎不变，过压时U Ucmcm几乎不变。

几乎不变因而可以把欠压状态的放大器当作一个理想电流因而可以把欠压状态的放大器当作一个理想电流源；把过压状态的放大器当作一个理想电压源源；把过压状态的放大器当作一个理想电压源 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF图3.1.8 谐振功放的负载特性直流输入功率直流输入功率 P PV V = = I IC0 C0 V VCCCC由于V VCCCC不变，因此不变，因此P PV V曲线与曲线与I IC0C0曲线的形状相同曲线的形状相同交流输出功率交流输出功率 P Po o= =U UcmcmI Ic1mc1m= = 由图由图3.1.83.1.8看出，在临界状态，看出，在临界状态，P Po o达到最大值达到最大值R Rp p最佳最佳匹配负载匹配负载这就是为什么我们在设计高频功率放这就是为什么我们在设计高频功率放大器时，如果从输出功率最大着眼，就应力求它大器时，如果从输出功率最大着眼，就应力求它工作在临界状态的原因。

工作在临界状态的原因集电极耗散功率集电极耗散功率 P Pc c = =P PV V－－P Po o，由图，在欠压区内，当，由图，在欠压区内，当R RP P减小时，减小时，P Pc c上升很快上升很快当当RP=0时时( (强欠压工作状态强欠压工作状态) )，，P Pc c达到最大值，可能使晶体管烧坏必须避达到最大值，可能使晶体管烧坏必须避免发生这种情况免发生这种情况效率效率   = = 在欠压时，在欠压时，P PV V变化很小，所以随变化很小，所以随P Po o的增加而增加；到达临的增加而增加；到达临界状态后，开始时因为界状态后，开始时因为P Po o的下降没有的下降没有P PV V下降快，因而继续增加，但增加很下降快，因而继续增加，但增加很缓慢随着缓慢随着R RP P的继续增加，的继续增加，P Po o因因I Ic1mc1m的急速下降而下降，因而略有减小由的急速下降而下降，因而略有减小由此可知，在靠近临界的弱过压状态出现最大值此可知，在靠近临界的弱过压状态出现最大值 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF①①临界状态临界状态的优点是输出功率最大，的优点是输出功率最大，ηη也较高，可以说是最佳工作状态也较高，可以说是最佳工作状态Ropt-----最佳匹配电阻。

这种工作状态主要用于发射机末级最佳匹配电阻这种工作状态主要用于发射机末级②②过压状态过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳；在弱过压的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳；在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降它常用于需要维持输出电压比时，效率可达最高，但输出功率有所下降它常用于需要维持输出电压比较平稳的场合，例如发射机的中间放大级较平稳的场合，例如发射机的中间放大级③③欠压状态欠压状态的输出功率与效率都比较低，而且集电极耗散功率大，输出电的输出功率与效率都比较低，而且集电极耗散功率大，输出电压又不够稳定，因此一般较少采用压又不够稳定，因此一般较少采用负载变化时三种工作状态的优缺点综合如下：负载变化时三种工作状态的优缺点综合如下： 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF练习：练习：１．谐振电路原来工作在临界状态，　若输入信号频率突然增加，问电路工作状态１．谐振电路原来工作在临界状态，　若输入信号频率突然增加，问电路工作状态如何变化？功率管是否安全？如何变化？功率管是否安全？RP 临界临界欠压欠压２．一谐振功率放大器工作在临界状态，实测时发现２．一谐振功率放大器工作在临界状态，实测时发现P0 仅为设计值的６０％，仅为设计值的６０％，而而IC0却略大于设计值。

问放大器工作在什么状态？如何调整才能使却略大于设计值问放大器工作在什么状态？如何调整才能使P0和和IC0 接近设接近设计值计值欠压工作状态欠压工作状态Rp  电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRFVcc的变化对工作状态的影响的变化对工作状态的影响---集电极调制特性集电极调制特性当当Rp、、Ubm、、UBB一定时，放大器的性能随一定时，放大器的性能随Ucc改变，称为谐振功放的集电极调改变，称为谐振功放的集电极调制特性，如图制特性，如图3.1.9所示由图可见，当所示由图可见，当Ucc由小增大，放大器将历经过压、临界由小增大，放大器将历经过压、临界和欠压三种工作状态，在过压区随着和欠压三种工作状态，在过压区随着Ucc的的增大，放大器逐渐靠近临界状态，直的的增大，放大器逐渐靠近临界状态，直流分量流分量Ico、基波分量幅度、基波分量幅度Icm、输出电压幅度、输出电压幅度Ucm迅速增大在欠压区，随着迅速增大在欠压区，随着Ucc的增大，的增大，Ico、、Icm、、Ucm变化不大。

由此可见，工作在过压区的谐振功放，变化不大由此可见，工作在过压区的谐振功放，Ucc的变化可以有效地控制的变化可以有效地控制Ucm的变化，这就是集电极的调制特性的变化，这就是集电极的调制特性集电极集电极调幅调幅VCC减小，工作状态从欠压、减小，工作状态从欠压、临界到过压临界到过压 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF集电极调制特性动画集电极调制特性动画 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF②②Ubm的变化对工作状态的影响的变化对工作状态的影响  当当Rp、、UCC、、UBB一定时，放大器的性能随一定时，放大器的性能随Ubm改变，称为谐振功放的放大特性，改变，称为谐振功放的放大特性，如图如图3.1.10所示由图可见，当所示由图可见，当Ubm由小增大，放大器将历经欠压、临界和过压三由小增大，放大器将历经欠压、临界和过压三种工作状态，在欠压区种工作状态，在欠压区Ucm随随Ubm的增大而增大，为了提高放大特性的线性度，减的增大而增大，为了提高放大特性的线性度，减小非线性失真，在电路结构上可以采用负反馈等措施。

在过压区，小非线性失真，在电路结构上可以采用负反馈等措施在过压区，Ubm在较大范围在较大范围内变化，而放大器的输出幅度内变化，而放大器的输出幅度Ucm基本不变，所以工作在过压区的谐振功放就成了基本不变，所以工作在过压区的谐振功放就成了限幅器限幅限幅放大放大欲想改变欲想改变Ubm有效控有效控制制Ucm实现放大实现放大，则，则放大器放大器应工作在欠压应工作在欠压状态状态；它可以放大高；它可以放大高频等幅波（载波、调频等幅波（载波、调频波、调相波）频波、调相波）  欲欲想改变想改变Ubm，使，使Ucm基本不变基本不变实现限幅实现限幅，，则放大器应则放大器应工作在过工作在过压状态压状态当当Ubm由小增大，由小增大，放大器：欠压、放大器：欠压、临界到过压临界到过压 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRFVBBUBB的变化对工作状态的影响的变化对工作状态的影响---基极调制特性基极调制特性VBB 基极调制基极调制特性特性 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF1、合适的工作点。

高频谐振功率放大器工作在丙类,它的馈电线路除了保证集电极合适的工作电压外，还要保证基极偏置2、负载是谐振回路因此，交流等效电路还要考虑到负载是谐振回路，交流分量I Icm1cm1必须通过谐振回路，以获得交流信号的放大3、高频谐振功率放大器工作在大电流状态，为了减少功耗，外电路应对直流Ico近似短路，但又不能对交流短路4、外电路为保证输出波形不失真，应对高次谐波分量I Icmncmn近似短路馈电原则馈电原则：谐振功放的馈电电路谐振功放的馈电电路 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF5、在共射组态的电路中，电源的+、-端中必须有一端要接地，即与发射极相连------分布电容馈电原则馈电原则：n保证保证VCC、、VBB全部加到管子上；全部加到管子上；  n电路尽可能少消耗高频信号功率电路尽可能少消耗高频信号功率 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF 读一读谐振功率放大器的馈电电路①直流电流IC0是产生能量的源泉，它由VCC经管外电路输至集电极，应该是除了晶体管的内阻外，没有其他电阻消耗能量。

因此要求管外电路对直流来说的等效电路如图2.41（a）所示基基本本组组成成原原则则②高频基波分量Ic1m应通过负载回路，以产生所需要的高频输出功率因此，Ic1m只应在负载回路上产生电压降，其余的部分对于Ic1m来说，都应该是短路的所以，对于Ic1m的等效电路应如图2.41（b）所示③高频谐波分量，Icmn 是“副产品”，不应消耗功率（倍频器除外）因此管外电路对Icmn 来说，应该尽可能接近于短路，如图2.41（c）所示图2.41 集电极电路对不同频率电流的等效电路 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF不管是集电极电路还是基极电路，馈电方式都可以分为串联馈电与并联馈电图2.42 集电极电路的两种馈电形式串馈：电子器件、负载回路和直流电源三部分是串联起来的并馈: 将这三部分并联起来 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRFLC是负载回路；C’是高频旁路电容，C’’是隔直电容，它们对高频应呈现很小的阻抗，相当于短路。

图2.42 集电极电路的两种馈电形式 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRFL’是射频扼流圈（Radio Frequency Choke)，理论上它对直流是短路的，　　　对高频则呈现很大的阻抗（开路），以阻止高频电流通过公用电源内阻产生高频能量损耗，特别是避免在各级之间由此而产生的寄生耦合；图2.42 集电极电路的两种馈电形式 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF串馈n晶体管、调谐回路、电源三者相串联；nL‘为高频扼流圈，其感抗XL=WL比谐振电阻RP大一个数量级；C‘为高频旁路电容，对电源相当于开路，对信号频率相当于短路；为回路建立高频地电位为回路建立高频地电位其容抗Xc=1/WC比谐振电阻RP小一个数量级；C‘上充有左负右正的电压Vcc；nL‘,C’构成滤波电路； 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF并馈n晶体管、调谐回路、电源三者相并；nC’’为隔直电容，对直流开路，对信号频率短路；nC’’上充有左正右负的Vcc； 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF对于基极电路来说，同样也有串馈与并馈两种形式。

在实际电路中，工作频率较低或工作频带较宽的功率放大器往往采用互感耦合，可采用图2.43（a）的形式对于甚高频段的功率放大器，由于采用电容耦合比较方便，所以几乎都是用图2.43（b）的馈电形式图2.43 基极馈电的两种彤式需要另外一组单独的负电源供电 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF在以上电路中，图2.44（a）、（b）是并馈，（c）是串馈图2.44 几种常用的产生基极偏压的方法①利用基极电流的直流分量IB0在基极偏置电阻RB上产生所需要的偏置电压VBB，如图2.44（a）所示②利用基极电流在基极扩散电阻rbb’上产生所需要的VBB，如图2.44（b）所示由于rbb’很小，因此所得到的VBB也小，且不够稳定因而一般只在需要小的VBB（接近乙类工作）时，才采用这种电路③利用发射极电流的直流分量IE0在发射极偏置电阻Re上产生所需要的VBB（c）所示这种自给偏置的优点是能够自动维持放大器的工作稳定当激励加大时，IE0增大，使偏压加大，因而又使IE0的相对增加量减小；反之，当激励减小时，IE0减小，偏压也减小，因而，IE0的相对减小量也减小。

这就使放大器的工作状态变化不大 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF小结※不管是集电极电路还是基极电路，馈电方式都可以分为串联馈电与并联馈电※输入回路和输出回路必须满足电压方程 uCE =VCC  uc = VCC  Ucmcosct uBE =VBB + ub = VBB + Ubmcosct※集电极电路和基极电路必须有各自直流通路 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF滤波匹配网络滤波匹配网络 在高频功率放大器中，为了获得较大的输出功率和效率，在高频功率放大器中，为了获得较大的输出功率和效率，需要采用输出滤波匹配网络需要采用输出滤波匹配网络 输输入入匹匹配配网网络络输输出出匹匹配配网网络络ZsusZL输入输出匹配网络 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRFzs us常见匹配网络常见匹配网络电阻变小匹配电路电阻变小匹配电路 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRFZsuS电阻变大匹配电路电阻变大匹配电路 : 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF(a)T型阻抗匹配（b）π型阻抗匹配 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF 例例 : 已已知知某某电电阻阻性性负负载载为为10Ω，，请请设设计计一一个个匹匹配配网网络络，，使使该负载在该负载在20MHz时转换为时转换为50Ω。

10Ω50ΩL2C1C1L2 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF【【设计案例设计案例】】3.2 丙类谐振功率放大器模块制作丙类谐振功率放大器模块制作1、设计指标、设计指标①① 输出功率输出功率Po≥1W②②效率效率c≥65%   ③③功率增益功率增益AP≥15dB ④④中心工作频率中心工作频率f0 =30MHz±1%；通频带；通频带fbw ≥2MHz ⑤⑤谐波辐射总功率谐波辐射总功率Pn ≤50mW            ⑥⑥天线等效阻抗天线等效阻抗rA =50 2、任务要求：完成原理图设计、元器件参数计算、元器件选型、电、任务要求：完成原理图设计、元器件参数计算、元器件选型、电路装接与调试、电路性能检测、设计文档编写（设计报告格式见附录路装接与调试、电路性能检测、设计文档编写（设计报告格式见附录B，标准电路图纸格式见附录，标准电路图纸格式见附录C） 建议该内容选讲可让学生自学或只介绍电路各部分的作用建议该内容选讲可让学生自学或只介绍电路各部分的作用 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF电路组成结构设计电路组成结构设计缓冲放大部分的作用是为功率放大器提供足够大的驱动功率，同时隔离功缓冲放大部分的作用是为功率放大器提供足够大的驱动功率，同时隔离功放对载波信号产生电路的影响；放对载波信号产生电路的影响；LC滤波器的作用是滤除回路中的谐波分量，滤波器的作用是滤除回路中的谐波分量，并要求有一合适的通频带范围；并要求有一合适的通频带范围；LC匹配电路的作用是将天线阻抗变换为功放匹配电路的作用是将天线阻抗变换为功放输出回路所要求的匹配阻抗，以达到最佳放大和高效率的效果，同时兼有一输出回路所要求的匹配阻抗，以达到最佳放大和高效率的效果，同时兼有一定的滤波作用；丙类放大是为了提高效率。

定的滤波作用；丙类放大是为了提高效率 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF图中：图中：C1、、C2、、C4与与C7均为耦合电容，取均为耦合电容，取C1=C2=C4= C7=0.01 FCp为电源去耦电容，取为电源去耦电容，取Cp=0.01 FL1,C3为输入选频电路为输入选频电路L2、、C5与与R6构成负自偏压电路构成负自偏压电路R5给出一定的正偏电压，使功放接近于乙类放大给出一定的正偏电压，使功放接近于乙类放大L3、、C6构成集电极并联谐振负载构成集电极并联谐振负载C8、、L4、、C9构成构成 型匹配电路型匹配电路  电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF④④集集电电极极谐谐振振电电阻阻R Rp p考考虑虑到工程到工程计计算算误误差，差，选择谐选择谐振功率放大器振功率放大器临临界状界状态时态时的最大的最大输输出功率出功率为为P Po=1.1Wo=1.1W，同，同时时，再考，再考虑虑匹配匹配电电路的路的传输传输效率，效率，实际实际可可选选：：P Po=1.2Wo=1.2W取三极管取三极管临临界界饱饱和和电压电压降降U UcEcE（（satsat））=1V=1V，，则临则临界状界状态时态时的的的的载载波波电压电压振幅振幅为为U Ucmcm= =UccUcc－－U Ucece（（satsat））=11V=11V则则集集电电极极谐谐振振电电阻阻应为应为⑤⑤输输出出滤滤波波电电路路由于由于R Rp p较较小，小，为调谐为调谐方便，取方便，取L L3 3、、C C6 6并并联谐联谐振振时时有有载载品品质质因素因素Q Qe e=2=2（（暂暂定，定，如如滤滤波效果不好，波效果不好，则则可将集可将集电电极部分接入到极部分接入到LCLC回路中，并适当提高匹配回路中，并适当提高匹配电电路等效阻抗；或增加匹配路等效阻抗；或增加匹配电电路路级级数），数），则则 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF计算电路中各元器件参数计算电路中各元器件参数（（1）电源电压）电源电压Ucc从电路综合要求来考虑，可暂选从电路综合要求来考虑，可暂选Ucc =12V，如不合适，最后再作调整。

如不合适，最后再作调整2）功放偏置与馈电电路）功放偏置与馈电电路①①馈电电路馈电电路在工作频率不太高时，集电极与基极馈电电路均可采用并联型馈电电路，扼流圈在工作频率不太高时，集电极与基极馈电电路均可采用并联型馈电电路，扼流圈L2选选1mH电感即可电感即可②②导通角与偏置电路导通角与偏置电路选导通角接近于选导通角接近于90°（乙类），这样可以兼顾效率、功率增益和调制线性，因此，（乙类），这样可以兼顾效率、功率增益和调制线性，因此，可使放大管可使放大管UBE=0.6V左右，则选左右，则选R6=5.6k ，，R5=100k ，，C5=0.01 F③③输入滤波电路输入滤波电路为了调谐方便，提高信号的传输效率，取为了调谐方便，提高信号的传输效率，取L1、、C3并联谐振时有载品质因素并联谐振时有载品质因素Qe=5（通频带（通频带6MHz）设动态时，选基极对基波的总等效电阻（含前级））设动态时，选基极对基波的总等效电阻（含前级）Rp＇＇=500 （暂定，如太小达不到，则可将基极部分接入到（暂定，如太小达不到，则可将基极部分接入到LC回路中，并适当提高前级回路中，并适当提高前级输入电压幅度），则输入电压幅度），则 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF⑥⑥匹配匹配电电路路由于天由于天线线阻抗阻抗R RA A=50=50 ，而要求，而要求R Rp p=50=50 ，，为为此。

此选选用用 型匹配型匹配电电路，如路，如图图所示所示. .对对于于谐谐振功率放大器的匹配振功率放大器的匹配电电路来路来说说，，Q Qe e不宜取不宜取值值太大，一般不超太大，一般不超过过1010取取Q Qe1=2e1=2，由式，由式2-402-40得得由式由式2-38得得由式由式2-41得得由式由式2-42得得 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF⑦⑦基极输入载波电压幅度基极输入载波电压幅度Ubm选三极管的选三极管的 =100=100，则，则iBmaxiBmax= =iCmaxiCmax/ /  ≈4.4mA≈4.4mA假定三极管导通时的大信号等效输入电阻假定三极管导通时的大信号等效输入电阻rberbe=100=100 ，则，则u uBEmaxBEmax= = i iBmaxBmax ×× r rbebe =0.44V =0.44V由于通角由于通角为为9090º º，，则则UbmUbm =0.44V =0.44V⑧⑧功率三极管的功率三极管的选择选择取乙取乙类类放大的放大的实际实际效率效率 c=0.6c=0.6，，则临则临界状界状态时态时三极管的最大集三极管的最大集电电极功耗极功耗为为 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF临界状态时三极管的最大集电极电流为临界状态时三极管的最大集电极电流为440mA临界状态时三极管的最大集电极电压为临界状态时三极管的最大集电极电压为uCEmax≈2Ucc=24V  电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF＃＃＃高频功放的电路原理，各点波形？＃＃＃高频功放的电路原理，各点波形？复习：复习：高频功放技术指标的计算高频功放技术指标的计算P0 , PV, PCPV = IC0 VCC 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF例例 ：：谐振功率放大器工作在欠压区，要求输出功率谐振功率放大器工作在欠压区，要求输出功率p0 =5w ,　　 若若VCC=24v,　　VBB=VonR=53R=53ΩΩ , ,求求P PV V 、、ηη　　（　　（αα0 0 (90(90°°)=0.319, )=0.319, α1 (90°)=0.5007 ）） 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF例．有一个用硅例．有一个用硅NPNNPN外延平面型高频功率管：外延平面型高频功率管：3DAl3DAl做成的谐振功率放大器，做成的谐振功率放大器，设已知设已知VccVcc=24V=24V，，P P0 0=2W=2W，工作频率，工作频率=1 MHz=1 MHz。

试求试求(1)(1)最大输出电压幅度最大输出电压幅度 （（2 2））R Rp p 的大小的大小 (3) (3) i iCmaxCmax , ,I IC1m , C1m , I Ic0c0 （（4 4）能量关系）能量关系P PV V , P , PC C , , ηη (5) (5) 基极激励功率基极激励功率P Pi i 由晶体管手册由晶体管手册3DAl已知其有关参数为已知其有关参数为f fT T≥70 MHz≥70 MHz，，A Ap p（功率增益）（功率增益）≥≥13dB13dB，，I ICmaxCmax≤750 ≤750 mAmA，，U UCECE（（satsat））（集电极饱和压降）（集电极饱和压降）≥≥1.5 V1.5 V，，P PCMCM=1 W=1 W 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF解解 (1)(1)由前面的讨论已知，工作状态最好选用临界状态作为工程近由前面的讨论已知，工作状态最好选用临界状态。

作为工程近似估算，可以认为此时集电极最小瞬时电压似估算，可以认为此时集电极最小瞬时电压u uCEminCEmin =U =UCECE（（satsat）） =1.5 V=1.5 V于是于是UcmUcm=V=VCCCC   u uCEminCEmin =24 =24  1.5V=22.5V1.5V=22.5V(3)(3)选取选取  =70=70 ，则由图，则由图2.312.31（或附录（或附录F F）可知）可知未超过电流安全工作范围2)由式（由式（2.3）得）得 电子信息学院电子信息学院 无线电通信电路测试与设计无线电通信电路测试与设计RFRFRF(4) P(4) PV V = I = IC0C0 V VCCCC =24 =24××103103××1010 3W=2.47 W3W=2.47 W Pc =PPc =PV V－－P Po o=2.47=2.47 2=0.472=0.47（（W W）＜）＜P PCMCM(5)(5)由功率增益的定义由功率增益的定义求得所需的基极激励功率求得所需的基极激励功率为为。