《射频模拟电路》课件：2-9 谐振功率放大器馈电与匹配网络、振荡器2012.ppt

1、上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展谐振功率放大器的动态特性谐振功率放大器的动态特性集电极效率集电极效率c和输出功率和输出功率Po是否能最佳实现最终取决于是否能最佳实现最终取决于功放的电路参数功放的电路参数Rp和电压和电压 VBB、Vb 、 VCC 。分析四个参数分析四个参数Rp和电压和电压VCC 、VBB、Vb的变化的变化对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。从而阐明各种工作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的动态特性高频谐振功放的动态特性建立建

2、立由由Rp和和VCC 、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（所表示的输出动态负载曲线。（Ic与与Uce的关系曲线。）的关系曲线。）ccmCC0cosVVV; cmbmcdVVggvceicVoAVCCQVcm1cvcemingdV0A (Vcemin，Vbemax)Q（Vcc, IQ ）IQ= gc(VBB-VBZ) 上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的动态特性高频谐振功放的动态特性建立建立由由Rp和和VCC 、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（所表示的输出动态负载曲线。（Ic与与Uce的关系曲线。）的关系曲线。）vceicVoAVCCQVcm1cvcemingdV0当

3、RP 时，当RP 时，当 时，cvBEiC-VBBVBZvbeiCCCgCVbmvbemaxiCmaxvceiCVCCQvceminVcesgdvbemax过过压压区区临界区临界区欠压区欠压区A1A5A3A4A2V0V0V0高频谐振功放的负载特性高频谐振功放的负载特性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的负载特性高频谐振功放的负载特性欠压过压0临界RpcmV0cI1cmI欠压过压0临界RpdcPPoc0cCCIVPdc1cmcmo21IVP ocPPPdc恒流源恒压源上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的集电极调制特性高频谐振功放的集

4、电极调制特性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的集电极调制特性高频谐振功放的集电极调制特性注意注意C的选取！只对载波旁路！的选取！只对载波旁路！过过压压区区临界区临界区欠压区欠压区上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的基极调制特性高频谐振功放的基极调制特性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的基极调制特性高频谐振功放的基极调制特性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的基极调制特性高频谐振功放的基极调制特性上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的放大特性高频谐振功放的放大特性放大在？区放大在？区限幅在？区限幅在？区放大在欠压区放大在欠压

5、区限幅在过压区限幅在过压区2.2.4 高频谐振功放的馈电线路高频谐振功放的馈电线路馈电线路的作用？馈电线路的作用？l1、保证集电极合适的工作电压、保证集电极合适的工作电压l2、保证基极偏置使工作于丙类、保证基极偏置使工作于丙类交流电路的设计要求？交流电路的设计要求？l1、交流分量需通过谐振回路、交流分量需通过谐振回路l2、外电路对直流应近似短路、外电路对直流应近似短路l3、外电路应保证波形不失真，对交流谐波短路。、外电路应保证波形不失真，对交流谐波短路。2.2.4 高频谐振功放的馈电线路高频谐振功放的馈电线路l1、谐振功放的组成、谐振功放的组成直流馈电和各种不同用途的输入输出端电路直流馈电和各

6、种不同用途的输入输出端电路l2、管外电路、管外电路输入电路（基极经外电路到发射极的电路）输入电路（基极经外电路到发射极的电路）输出电路（从功率三极管集电极经外电路到发射极的电路）输出电路（从功率三极管集电极经外电路到发射极的电路）l3、组成规律、组成规律集电极集电极基极基极l4、集电极电路对不同频率、集电极电路对不同频率 信号的等效电路信号的等效电路l5、阻隔元件的作用、阻隔元件的作用Ic0,Ic1,IcnIb0,Ib1,Ibn2.2.4 高频谐振功放的馈电线路高频谐振功放的馈电线路6、集电极馈电线路、集电极馈电线路- 串馈串馈 (5 10)RFCRFCCXLX115 20CPXRC2.2.4

7、 高频谐振功放的馈电线路高频谐振功放的馈电线路6、集电极馈电线路、集电极馈电线路- 串馈串馈 直流电源的一端必须必须接地！2.2.4 高频谐振功放的馈电线路高频谐振功放的馈电线路6、集电极馈电线路、集电极馈电线路- 并馈并馈 ABDC +VC _ +VC _tVVvVvbBBbBBbecostVVvcmcccecos2.2.4 高频谐振功放的馈电线路高频谐振功放的馈电线路7、基极馈电线路、基极馈电线路 tVVvVvbBBbBBbecostVVvcmcccecos +Vb _ +Vb _ +Vb _ABVBB如何产生？如何产生？2.2.4 高频谐振功放的馈电线路高频谐振功放的馈电线路7、基极馈电

8、线路、基极馈电线路自给偏压自给偏压 VBB如何产生？如何产生？2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络工作在所需状态时的LR匹配网络PR滤波度：11/cncnLnLIIIIn愈大，匹配网络滤波效果愈好。匹配网络同时又是选频网络。匹配网络同时又是选频网络。匹配网络还可起到隔离作用。匹配网络还可起到隔离作用。2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络l射频功率放大器中，阻射频功率放大器中，阻抗匹配网络是为了实现抗匹配网络是为了实现有效的能量传输。有效的能量传输。%100

9、OLkPP匹配网络也会引起损耗：中介回路效率为：KCOLdcOdcLPPPPPP实际放大器的效率为：0LPP存在中介回路效率:匹配网络应保证一定的通频带，匹配网络应保证一定的通频带，结构要简单，调整要方便。结构要简单，调整要方便。2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络22AMrr2211221111()()PALLRppMC rrC rr2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络22AMrr2211221111(

10、)()PALLRppMC rrC rr22011110( )111LkkkPLPPI rrPIrrrrrRQrrRQ 中介回路效率：中介回路效率：Ik为回路电流有效值见P129图2-382.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络22011110( )111LkkkPLPPI rrPIrrrrrRQrrRQ中介回路效率：中介回路效率：10欠压欠压末级射频谐功放应工作末级射频谐功放应工作在略欠压状态在略欠压状态末级功放匹配的概念？末级功放匹配的概念？2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹

11、配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络型匹配网络2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络T型匹配网络型匹配网络2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络2级间匹配网络级间匹配网络中间级输出级应保证负载变化，输出电压恒定应保证负载变化，输出电压恒定欠压过压0临界RpcmV0cI1cmI恒流源恒压源恒压源恒压源中间级工作于中间级工作于恒压源状态恒压源状态过压状态过压状态2.2.6 高频谐振功率放大器的高频谐振功

12、率放大器的 实际电路实际电路要求第一级基极零偏，第二级基极负偏。要求第一级基极零偏，第二级基极负偏。电路图中有几处错误？电路图中有几处错误？+VCCCC2RFCCCC1L1C3L2L3C4L5电路图中有电路图中有4处错误，已改如下图。处错误，已改如下图。+VCCCCC2CRFCCCC1L1RFCRFCC3L2L3C4L5L4第二章第二章 射频电子系统中的射频电子系统中的放大器设计放大器设计2.2 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器 （2.2.12.2.6）2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络工作在所需状态时的LR匹配网络P

13、R滤波度：11/cncnLnLIIIIn愈大，匹配网络滤波效果愈好。匹配网络同时又是选频网络。匹配网络同时又是选频网络。匹配网络还可起到隔离作用。匹配网络还可起到隔离作用。2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络l射频功率放大器中，阻射频功率放大器中，阻抗匹配网络是为了实现抗匹配网络是为了实现有效的能量传输。有效的能量传输。%100OLkPP匹配网络也会引起损耗：中介回路效率为：KCOLdcOdcLPPPPPP实际放大器的效率为：0LPP存在中介回路效率:匹配网络应保证一定的通频带，匹配网络应保证一定的通频带，结构要简单，调整要

14、方便。结构要简单，调整要方便。2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络22AMrr2211221111()()PALLRppMC rrC rr2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络22AMrr2211221111()()PALLRppMC rrC rr22011110( )111LkkkPLPPI rrPIrrrrrRQrrRQ 中介回路效率：中介回路效率：Ik为回路电流有效值2.2.5 高频谐振功率放大器的高

15、频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络22011110( )111LkkkPLPPI rrPIrrrrrRQrrRQ中介回路效率：中介回路效率：10欠压欠压末级射频谐功放应工作末级射频谐功放应工作在略欠压状态在略欠压状态末级功放匹配的概念？末级功放匹配的概念？2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络型匹配网络2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络1输出匹配网络输出匹配网络T型匹

16、配网络型匹配网络2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络2级间匹配网络级间匹配网络中间级输出级应保证负载变化，输出电压恒定应保证负载变化，输出电压恒定欠压过压0临界RpcmV0cI1cmI恒流源恒压源恒压源恒压源中间级工作于中间级工作于恒压源状态恒压源状态过压状态过压状态3.滤波匹配网络（输入与输出）实例分析L型：型：T型：2.2.5 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络输出匹配网络与级间匹配网络丙类谐振功放电路实例分析：丙类谐振功放电路实例分析： 2.2.6 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大

17、器的 实际电路实际电路2.2.6 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的 实际电路分析实际电路分析 解： 两级功放的输入馈电方式均为自给负偏压, 输出馈电方式均为并馈。 此电路输入功率Pi=1W, 输出功率Po=12W, 信号源阻抗Rs=50 , 负载RL=50。其中第一级输出功率Po1=4W, 电源电压VCC=13.5 V。 两级功放管分别采用3DA21A和3DA22A, 均工作在临界状态, 饱和压降分别为1V和15V。各项指标满足安全工作条件。 可以计算出各级回路等效总阻抗分别应该为:2042) 15 .13(221211ocmpUR2.2.6 高频谐振功率放大器的高频谐振功率放大器的

18、实际电路分析实际电路分析6122)5 . 15 .13(221221ocmpUR 由于3DA21A和3DA22A的输入阻抗分别为R2=7 和R4=5, 故RsR2, R1R4, R2RL, 即不满足匹配条件, 所以在信号源与第一级放大器之间、第一级放大器与第二级放大器之间分别加入T型选频匹配网络(C1、C2、L1和C3、C4、L2), 在第二级放大器与负载之间加入倒L型选频匹配网络(C5、L3、C6)。 三个选频匹配网络的输入阻抗分别是R1、R3和R5。 匹配网络中各电感与电容的值可根据相应的公式计算得出。 由于晶体管参数的分散性和分布参数的影响, C1C6均采用可变电容器, 其最大容量应为计

19、算值的23倍。通过实验调整, 最后确定匹配网络元件的精确值。 2.2.6 高频谐振功率放大器的实际电路分析高频谐振功率放大器的实际电路分析 电路中四个高扼圈的电感量为0.1H0.2 H, 其中两个作为基极直流偏置的组成元件, 另外两个在集电极并馈电路中对iC中的高次谐波分量起阻挡作用, 并为集电极直流电源提供通路。高频旁路电容C7和C9的值均为0.05F, 穿心电容C8和C10为1500pF, 它们使高次谐波分量短路接地。 一般来说, 在400MHz以下的甚高频(VHF)段, 匹配网络通常采用集总参数LC元件组成, 而在400 MHz以上的超高频(UHF)段, 则需使用分布参数的微带线组成匹配

20、网络, 或使用微带线和LC元件混合组成。 2.2.6 高频谐振功率放大器的实际电路分析高频谐振功率放大器的实际电路分析功率放大器小结功率放大器小结 1. 高频谐振功率放大电路可以工作在甲类、乙类或丙类状态。相比之下, 丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大, 但效率高, 节约能源, 所以是高频功放中经常选用的一种电路形式。 2. 丙类谐振功放效率高的原因在于导通角小, 也就是晶体管导通时间短, 集电极功耗减小。但导通角越小, 将导致输出功率越小。 所以选择合适的角, 是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标时的一个重要考虑。 3. 折线分析法是工程上常用的一种近似方法。 利用折线分析法可以

21、对丙类谐振功放进行性能分析, 得出它的负载特性、 放大特性和调制特性。若丙类谐振功放用来放大等幅信号(如调频信号)时, 应该工作在临界状态； 若丙类谐振功放用来放大等幅信号(如调频信号)时, 应该工作在临界状态； 若用来放大非等幅信号(如调幅信号)时, 应该工作在欠压状态； 若用来进行基极调幅, 应该工作在欠压状态； 若用来进行集电极调幅, 应该工作在过压状态。折线化的动态线在性能分析中起了非常重要的作用。 4 丙类谐振功放的输入回路常采用自给负偏压方式, 输出回路有串馈和并馈两种直流馈电方式。为了实现和前后级电路的阻抗匹配, 可以采用LC分立元件、微带线或传输线变压器几种不同形式的匹配网络,

22、 分别适用于不同频段和不同工作状态。 功率放大器小结功率放大器小结 5 谐振功放属于窄带功放谐振功放属于窄带功放。 宽带高频功放采用非调谐方式, 工作在甲类状态, 采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配, 并可利用功率合成技术增大输出功率。 6 目前出现的一些集成高频功放器件如M57704系列和MHW系列等, 属窄带谐振功放, 输出功率不很大, 效率也不太高, 但功率增益较大, 需外接元件不多, 使用方便, 可广泛用于一些移动通信系统和便携式仪器中。 功率放大器小结功率放大器小结 (P 216-217)l2-9 l2-11l2-12l2-13l2-14l2-15l2-18l2-19Please hand your home work on time！