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第 3 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和特性 3.3 高频功率放大器的高频效应 3.4 高频功率放大器的实际线路 3.5 高频功放、 功率合成与射频模块放大器. 要求掌握高频小信号放大器等效电路及分析方法 ，高频功率放大器的原理、高频效应，分析高频功放、功率合成与射频模块放大器的实际线路。. 3.1 高频小信号放大器. 高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号。 高频小信号放大器的特点 ① 频率较高 中心频率一般在几百 kHz 到几百 MHz 频
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第3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和特性 3.3 高频功率放大器的高频效应 3.4 高频功率放大器的实际线路 3.5 高频功放、 功率合成与射频模块放大器 要求掌握高频小信号放大器等效电路及分析方法 ，高频功率放大器的原理、高频效应，分析高频功放、功率合成与射频模块放大器的实际线路。
3.1 高频小信号放大器 高频小信号谐振放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号。 高频小信号放大器的特点 ① 频率较高 中心频率一般在几百kHz到几百MHz频 带宽度在几khz到几十MHz ② 小信号 信号较小故工作在线性范围内(甲类 放大器)
高频小信号谐振放大器的分类 • 按所用的材料： • 晶体管（BJT)、场效应管（FET)、集电电路（IC) • 按频谱宽度：窄带放大器和宽带放大器 • 按电路形式：单级放大器和多级放大器 • 按负载性质：谐振放大器和非谐振放大器 谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频的作用。非谐振由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。
高频小信号放大器的主要要求： 1) 增益高； 2) 频率选择性好； 3) 工作稳定可靠； 4) 动态范围要宽。 3.1.1 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。
图 3 －1 高频小信号谐振放大器 (a) 实际线路; (b) 交流等效电路
c rcc Cb'c gm ub’e rbb' rb'c Cb'c b rb'c rce b' rbb' rb'e Cb'e ub'e rb'e Cb'e gm ub’e rce ree e 3.1.2 放大器性能分析 1． 晶体管的高频等效电路 下图是晶体管在高频运用时的混Π等效电路,它反映了晶体管中的物理过程, 也是分析晶体管高频时的基本等效电路。
混合π型等效电路 上图中各元件名称及典型值范围如下： ｒbb′： 基区体电阻, 约１５Ω～５０Ω。 ｒb′e： 发射结电阻re折合到基极回路的等效电阻, 约几十欧到几千欧。 ｒb′c：集电结电阻, 约１０kΩ～１０MΩ。 ｒce：集电极—发射极电阻, 几十千欧以上。 ｃb′e：发射结电容, 约１０ 皮法到几百皮法。 ｃb′c：集电结电容, 约几个皮法。 ｇm：晶体管跨导, 几十毫西门子以下。
混合π等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下：混合π等效电路中，电容，电阻并联，在一定的频率下： • rbc与Cbc引起的容抗相比rbc可视为开路。 • rce与回路负载比较，可视为开路。 • 简化后的等效电路如图： 这是对工作频率较高时的简化电路，对工作频率范围不同时，等效电路可进行不同的简化。 频率低时可忽略电容的作用。
图 3 ─ 2 晶体三极管等效电路 (a) 混Π等效电路; (b) Y参数等效电路 由图3 ─ 2(b)可以得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程
在忽略rb′e及满足Cπ»Cμ的条件下, Y参数与混Π参数之间的关系为 (3 ─ 1) (3 ─ 2) (3 ─ 3) (3 ─ 4)
得： 2． 放大器的性能参数 忽略管子内部的反馈, 即令Yre =0, 图 3 ─ 3 图3 ─ 1高频小信号放大器的 高频等效电路
(1) 电压放大倍数K (另一种形式) (3) 输出导纳Yo (2) 输入导纳Yi Yo Yi
(4) 通频带B0.707 放大器的电压增益下降到最大值的0.7（即1/ )倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用 B0.707表示。2f0.7也称为3分贝带宽。 K/Ko (5) 矩形系数为
附：晶体管谐振放大器 1. 单调谐回路谐振放大器 附图1 单调谐回路谐振放大器
2. 放大器的等效电路及其简化 Ub 附图2 单调谐放大器高频等效电路
为分析的简化，假设晶体管yre=0。其简化的等效电路如图(a)所示为分析的简化，假设晶体管yre=0。其简化的等效电路如图(a)所示 设T1、T2是同型号的晶体管，电感线圈的电感量为L，在工作频率时的空载品质因数为Qo，则
3. 放大器的技术指标 (1) 电压增益K 放大器谐振时
(2) 谐振曲线 放大器的谐振曲线是表示放大器的相对电压增益与输入信号频率的关系。
例1：在图中晶体管3DG39的直流工作点是UCE＝8V，IE＝2mA，工作频率f0=10.7MHz；调谐回路采用中频变压器，L13=4uH，Qo=10，其抽头为N23=4匝，N13=20匝，N45=5匝，试计算放大器的下列各值：(1)回路有载品质因数QL和带宽B0.7(2)放大器的电压增益和功率增益。晶体管3DG39的参数为：gie=2860uS，Cie=18pF，goe=200uS，Coe=7pF，|Yfe|=32mS，Yre=0。设下级也为相同晶体管。例1：在图中晶体管3DG39的直流工作点是UCE＝8V，IE＝2mA，工作频率f0=10.7MHz；调谐回路采用中频变压器，L13=4uH，Qo=10，其抽头为N23=4匝，N13=20匝，N45=5匝，试计算放大器的下列各值：(1)回路有载品质因数QL和带宽B0.7(2)放大器的电压增益和功率增益。晶体管3DG39的参数为：gie=2860uS，Cie=18pF，goe=200uS，Coe=7pF，|Yfe|=32mS，Yre=0。设下级也为相同晶体管。
高频小信号谐振放大器的仿真与性能分析 pspice example/exam1.sch
3.1.3高频谐振放大器的稳定性 1． 放大器的稳定性 高频谐振放大器中，造成工作不稳定的主要因素是由于晶体管集基间电容Cb’c的反馈，也就是通过Y参数等效电路中反馈导纳Yre的反馈。它将给电路的调试带来麻烦，使放大器工作不稳定。忽略 rbb′的影响, 则
将Yoe归入负载中, 并考虑谐振频率ω0附近情况, 有 则 当回路谐振时Δω=0，Yir为一电容；当ω>ωo时，Yir的电导为正，是负反馈；当ω<ωo时，Yir的电导为负，是正反馈，这将引起放大器的不稳定。
2. 提高放大器稳定性的方法 一是从晶体管本身考虑，减小其反向传输导纳Yre,二是从电路上设法消除晶体管和反向作用，使其单向化。 中和法：下图就是利用中和电容Cn的中和电路。 为了抵消Yre的反馈, 从集电极回路取一与 反相的电压 , 通过Cn反馈到输入端。根据电桥平衡有 则中和条件为
图 3 ─ 5 中和电路 (a) 原理电路; (b) 某收音机实际电路
失配法通过增大负载导纳，进而增大回路总导纳，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，即失配法是用牺牲增益来换取电路的稳定。常用的失配法是用两只晶体管按共发—共基方式连接成一个复合管。失配法通过增大负载导纳，进而增大回路总导纳，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，即失配法是用牺牲增益来换取电路的稳定。常用的失配法是用两只晶体管按共发—共基方式连接成一个复合管。 图 3 ─ 6 共发—共基电路
中和法与失配法比较 中和法： 优点：简单，增益高 缺点：① 只能在一个频率上完全中和，不适合宽带 ② 因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于 批量生产。 ③ 采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参 数变化没有改善效果。 失配法： 优点：①性能稳定，能改善各种参数变化的影响； ②频带宽，适合宽带放大，适于波段工作； ③生产过程中无需调整，适于大量生产。 缺点：增益低。
在场效应管放大器中也存在着稳定性问题，这是由于漏极的电容构成输出和输入之间的反馈。在场效应管放大器中也存在着稳定性问题，这是由于漏极的电容构成输出和输入之间的反馈。 图 3 ─ 7 双栅场效应管调谐放大器
3.1.4多级谐振放大器 1．多级单调谐放大器 多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心频率。放大器总的电压放大倍数 为 (3 ─ 13) 单振荡回路的归一化频率特性为 (3 ─ 14) 有n个回路的多级放大器的归一化频率特性为 (3 ─ 15)
(3 ─ 16) 2. 多级双调谐放大器 3. 参差调谐放大器 图3 ─ 8是采用单调谐回路和双调谐回路组成的 参差调谐放大器的频率特性。图3 ─ 9示出了一彩色 电视机高频头的调谐放大器的简化电路。
3.1.5 高频集成放大器 高频集成放大器有两类: 一种是非选频的高频集成放大器, 主要用于某些不需要选频功能的设备中, 通常以电阻或宽带高频变压器作负载; 另一种是选频放大器, 用于需要有选频功能的场合, 如接收机的中放就是它的典型应用。 图3 ─ 10(a)中, 集中选频滤波器接于宽带集成放大 器的后面。 图3 ─ 10(b)是另一种接法。
图 3 ─ 11示出了Mini Circuits公司生产的一集成放大器MRA8的应用电路， MRA8是硅单片放大器, 其主要指标见表3 ─ 3。 图 3 ─ 11 集成选频放大器应用举例
附： 调谐放大器的常用电路与集成电路谐振放大器 一、二级共发-共基级联中频放大器电路 下图表示国产某调幅通信机接收部分所采用的二级中 频放大器电路。
二、 由MC1590构成的选频放大器： 器件MC1590具有工作频率高，不易自激的特点，并带有自动增益控制的功能。其内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路。 器件的输入和输出各有一个单谐振回路。输入信号V1通过隔直流电容C4加到输入端的引脚“1”，另一输入端的引脚“3”通过电容C3交流接地，输出端之一的引脚“6”连接电源正端，并通过电容C5交流接地，故电路是单端输入、单端输出。由L3和C6构成去耦滤波器，减小输出级信号通过供电电源对输入级的寄生反馈。
三、MC1110制成的100MHz调谐放大电路 MC1110集成块是一种适合于放大频率高达100MHz信号的 射极耦合放大电路，其内部电路及由它制成的100MHz调谐放 大器的实用电路如图所示。 片内电路如虚线框内所示，两只晶体管VT1和VT2组成共 集一共基组合放大电路，使电路的上限截止频率得以提高， 且输入、输出阻抗均较高，故对外接调谐回路的影响减小。
片内电容C约30pF，跨接在VT1的集电极与VT2的基极之间，对于100MHz以上的工作频率，C的容抗较小，以构成这两极间的高频短路，使VT1的集电极在管内经C至VT2的基极，形成良好的高频接地，实现共集—共基（CC—CB）放大对。片内电容C约30pF，跨接在VT1的集电极与VT2的基极之间，对于100MHz以上的工作频率，C的容抗较小，以构成这两极间的高频短路，使VT1的集电极在管内经C至VT2的基极，形成良好的高频接地，实现共集—共基（CC—CB）放大对。 • 由C1、C2、L1构成的回路调谐于信号频率，为了减弱信号源对回路的影响，信号是部分接入的。 • L1、C3、C4组成并联谐振回路，RL是负载，阻值较小，也是部分接入回路的。
3.2 高频功率放大器的原理和特性 高频功率放大器的主要功用是放大高频信号, 并且以高效输出大功率为目的, 它主要应用于各种无线电发射机中。 高频功率放大器与低频功率放大器的异同点。 相同点：要求输出功率大和效率高。 相异点：负载特性：低频功放工作频率低，一般用非调谐回路作负载，通过变压器或直接耦合。高频功放工作频率高，相对带宽较窄，因此用谐振回路作负载。工作状态：低频功放工作于甲类或乙类。高频功放工作于丙类甚至于丁类，效率大为提高。分析方法：低频功放
利用晶体管实际特性图解分析，比较准确。高频功放输出电流ic为脉冲电流，因此用折线近似法。利用晶体管实际特性图解分析，比较准确。高频功放输出电流ic为脉冲电流，因此用折线近似法。 高频功率放大器的主要特点： 工作在高频状态和大信号非线性状态。 3.2.1工作原理 图3 ─ 12是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路, 除电源和偏置电路外, 它是由晶体管、 谐振回路和输入回路三部分组成的。
1．电流、 电压波形 设输入信号为 则由图3 ─ 12得基极回路电压为 (3 ─ 17) 由晶体三极管的转移特性曲线可得到集电极电流的波形，如图3—13 。周期性脉冲可以分解成直流、 基波(信号频率分量)和各次谐波分量, 即 (3 ─ 18)
