通信電子電路于洪珍第三章-第5～8節(jié)

1、3.5 調(diào)諧功率放大器的實用電路,高頻功率放大器電路包括直流饋電電路，偏置電路、輸出和輸入匹配電路（或網(wǎng)絡(luò)）。 一、直流饋電電路 直流饋電電路分為串饋和并饋兩種。所謂串饋是指電源、晶體管和負載是串聯(lián)連接；而并饋是把三者并聯(lián)在一起。,雖然串饋和并饋電路形式不同，但輸出電壓都是直流電壓和交流電壓的疊加，關(guān)系式均為,圖3-14 直流饋電電路,并饋電路中由于有C2 隔斷直流，諧振回路處于直流地電位上，因而濾波元件可以直接接地，這

2、樣它們在電路板上的安裝比串饋電路方便。但高頻扼流圈ZL、隔直電容C2又都處在高頻電壓下，對調(diào)諧回路又有不利影響。特別是饋電支路與諧振回路并聯(lián)，饋電支路的分布電容，將使放大器c-e端總電容增大，限制了放大器在更高頻段工作。,1.優(yōu)缺點,串饋電路中，由于諧振回路通過旁路電容 直接接地，所以饋電支路的分布參數(shù)不會影響諧振回路的工作頻率。串饋電路適于工作在頻率較高的情況。但串饋電路的缺點是諧振回路處于直流高電位上，諧振回路元件不能直接接地，調(diào)

3、諧時外部參數(shù)影響較大，調(diào)整不便。,由于丙類放大器電流脈沖中的各次諧波分量，當(dāng)它們通過具有一定內(nèi)阻的電源時，會在電源兩端疊加高頻電壓，對其他線路造成影響。所以，串、并饋電路中都有高頻扼流圈和旁路電容。高頻扼流圈對高頻有“扼制”作用，而旁路電容對高頻有短路作用。,2. 扼流圈和旁路電容的選取原則,扼流圈和旁路電容的選取原則： 扼流圈阻抗應(yīng)比相應(yīng)支路的阻抗大一個數(shù)量級（即大10倍），而旁路電容應(yīng)比相應(yīng)支路阻抗小一個數(shù)量級

4、。這樣，就算有扼制和短路作用了。,例如，串饋電路集電極電路旁路電容C1的電抗可按下式計算，即 （3-36） 式中Rc是輸出回路的有載等效阻抗。 扼流圈ZL的電抗應(yīng)比 Rc 大，即

5、 （3-37） 對于并饋電路，隔直電容C2 的容抗對工作頻率應(yīng)近似短路，即 （3-38） 而扼流圈，則應(yīng)為

6、 （3-39）,以上各經(jīng)驗公式的系數(shù)主要為不同使用條件而設(shè)的。高扼圈的電感量，原則上是大一些好，但太大線圈圈數(shù)過多，分布電容增大，影響扼流作用。因此當(dāng)工作頻率較高時，系數(shù)應(yīng)取下限，即5~10為宜，當(dāng)工作頻率較低時系數(shù)應(yīng)取上限或更大一些如20~100。,二、自給偏壓環(huán)節(jié),丙類放大器電路的電源Eb，很少使用獨立電源，而多采用射極或基極電流的直流成分，通過一定數(shù)

7、值的電阻而造成的壓降作為放大器的自給偏壓。這種方法叫自給偏壓法。 自給偏壓可分為射極電流自給偏壓和基極電流自給偏壓。,,射極電流自給偏壓環(huán)節(jié)和基極電流自給偏壓環(huán)節(jié)均可從以下5個方面進行分析,1) 電路2）工作原理3）參數(shù)選取4）信號源有無直流通路——高頻扼流圈？ 高頻扼流圈的作用是將射極偏壓引向基極，同時也為基極直流提供通路。5）使用,⒈ 射極電流自給偏壓環(huán)節(jié),1）電路,2）工作原理 射極電

8、流的直流成分Ie0 通過偏置電阻Re 形成Ie0 Re ，其極性對晶體管是一個反偏壓，偏壓的大小可通過調(diào)節(jié)Re來達到。如所需的偏壓為Eb ，則Eb 由下式確定，即3）參數(shù)選取 Ce對交流旁路，為了保證偏壓不隨交流波動，其放電時間常數(shù)應(yīng)足夠大，要求f 是放大器的工作頻率。,,,,,,,,,,4）信號源有無直流通路,如果信號源無直流通路，則應(yīng)加一個高頻扼流圈ZL，ZL的作用是將射極偏壓引向基極，同時也為基極直流提

9、供通路。,,,5）使用—— 欠壓,射流偏壓環(huán)節(jié)對Ieo的變化起負反饋作用。 （相當(dāng)于有效激勵增大）,,,,⒉ 基極電流自給偏壓環(huán)節(jié),1）電路,2) 工作原理 基極直流成分Ib0通過Rb造成的電壓Ib0 Rb，對基極是個反偏壓。調(diào)整Rb可以改變偏壓的大小，故Eb 應(yīng)根據(jù)所需的偏壓來選取，即3）參數(shù)選取 為了減小電壓Eb 隨交流電流波動，Cb Rb的時間常數(shù)應(yīng)

10、滿足,,,,,,,,,,,4）信號源有無直流通路 如果信號源無直流通路，則應(yīng)加一個高頻扼流圈 ZL。5）使用——過壓 基流偏壓環(huán)節(jié)對Ib0的變化起負反饋作用。,（相當(dāng)于有效激勵減?。?為了使功率放大器具有最大的輸出功率，除了正確設(shè)計晶體管的工作狀態(tài)外，還必須具有良好的輸入、輸出匹配電路。輸入匹配電路的作用是實現(xiàn)信號源輸出阻抗與放大器輸入阻抗之間的匹配，以期獲得最大的激勵功率。輸出匹配電路的作用是將負載RL變換

11、為放大器所需的最佳負載電阻，以保證放大器輸出功率最大。,三、輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò),可以完成這兩種作用的匹配電路形式有多種，但歸納起來有兩種類型，即具有并聯(lián)諧振回路形式的匹配電路和具有濾波器形式的匹配電路。前者多用于前級、中間級放大器以及某些需要可調(diào)電路的輸出級，后者多用于大功率、低阻抗寬帶輸出級，如無線電發(fā)射機多用此種電路。,圖3-17是一個具有單諧振的變壓器耦合匹配電路，其中（a）為電路原理圖。（b）是晶體管輸出端的等效回路圖。

12、 由于調(diào)諧功率放大器的晶體管工作在非線性狀態(tài)，匹配的概念與線性電路完全不相同。由于調(diào)諧功率放大器工作在臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高。因此，放大器工作在臨界狀態(tài)的等效電阻，就是放大器阻抗匹配所需的最佳負載電阻，以Rcp 表示。,⒈ 并聯(lián)諧振回路匹配電路,圖3-17 單諧振變壓器耦合匹配回路,,,（3-45）,在實際電路中，如何達到集電極等效負載,,,（3-46）,（3-47）,式中，,是槽路效率。,在甚高頻或大功率

13、輸出級，廣泛利用L，C變換網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)調(diào)諧和阻抗匹配。這種電路形式很多，就其結(jié)構(gòu)來看，可概括為L型、T型、П型三種類型。,,⒉ 濾波器型匹配網(wǎng)絡(luò),RL是負載電阻，RS是信號源輸出電阻。當(dāng)電路用作級間匹配網(wǎng)絡(luò)時，RL 是下一級放大器的輸入電阻，RS是前一級放大器的輸出電阻。當(dāng)電路用在輸入級或輸出級時，RS、RL的具體含義視工作情況確定。,,圖3-19 T 型電路及其變換,下面以T 型匹配網(wǎng)絡(luò)為例進行講解。,,、,、,以RS和R

14、L以及QC2表示的T 型網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù),從xc1的計算式中知道，當(dāng) 時，xc1的解是一虛數(shù)，即無法選擇合理的電容，使負載和信號源阻抗匹配。 因此，T型網(wǎng)絡(luò)的工作條件為,,（3-65）,,由式可知，只要滿足上式要求，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)匹配的條件。,實際中，采用不同饋電電路和輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成各種實用的諧振功率放大器。圖為工作頻率為160MHz的高頻諧振功率放大器,四、高頻功率放大器實用電路舉例,,四、高頻功率

15、放大器實用電路舉例,高頻諧振功率放大器,3.6 功率晶體管的高頻效應(yīng),晶體管工作在高頻時，性能變得非常復(fù)雜。（一）晶體管的高頻效應(yīng)定性介紹 1．在低頻情況下，認(rèn)為共發(fā)射極晶體管電流放大倍數(shù) 是一個常數(shù)。當(dāng)工作頻率升高時， 將隨f 升高而減小； 2．晶體管在低頻工作時，總認(rèn)為ic、ib是同時發(fā)生的，ic僅僅在數(shù)值上比ib大 倍。但實際上，由于基區(qū)載流子渡越時間的影響，ic比ib、ie滯后一個相角，幅值也比

16、低頻小的多。,,、,,,、,,,、,,圖3-22 高頻輸入等效電路,圖3-23 高頻工作時晶體管電壓、電流波形,3．當(dāng)工作頻率增加時，由于晶體管集電區(qū)集膚效應(yīng)的影響，使電流趨向半導(dǎo)體材料的表面，減小了半導(dǎo)體材料的有效導(dǎo)電面積，使集電區(qū)歐姆體電阻大為增加，從而使飽和壓降顯著增加。,（二）結(jié)論,⑴由于 、ic、ie隨頻率增高而減小。因此，為了獲得同樣的輸出功率，就需要加大高頻激勵電壓Ubm、激勵功率Pbm的數(shù)值。 ⑵由于i

17、c 脈沖展寬，導(dǎo)致了Ic1m/Ic0比值的下降，集電極效率降低。 ⑶由于飽和壓降增大，電壓利用系數(shù)降低，使輸出功率減小，集電極效率降低，管子損耗增大。 ⑷由于激勵電壓Ubm和輸出電壓Ucm有相移，設(shè)計放大器時必須考慮它的影響。 ⑸ 基極電流的直流分量減小，甚至可能出現(xiàn)反向電流。,,,,,,,,,,3.7 倍頻器,倍頻器是一種將輸入信號頻率成整數(shù)倍（2倍、3倍??n倍）增加的電路。它主要用于甚

18、高頻無線電發(fā)射機或其它電子設(shè)備。一、為什么采用倍頻器二、倍頻器的種類 三、丙類倍頻器的工作原理 四、使用時注意問題,一、為什么采用倍頻器,(1) 降低設(shè)備的主振頻率。由于振蕩器頻率愈高穩(wěn)定性愈差，一般采用頻率較低而穩(wěn)定度較高的晶體振蕩器，以后加若干級倍頻器達到所需頻率。一般基音體體頻率不高于20MHz，具有高穩(wěn)定性的晶體頻率通常不超過5 MHz。所以工作頻率高，要求穩(wěn)定性又嚴(yán)格的通信設(shè)備和電子儀器就需要倍頻。 (2)

19、 對于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機，利用倍頻器可以加大相移或頻移，即可增加調(diào)制度。 (3) 可以提高發(fā)射機的工作頻率穩(wěn)定性。,二、倍頻器的種類,丙類倍頻器 參變量倍頻器 本節(jié)主要介紹用丙類放大器構(gòu)成的倍頻器，即所謂“丙類倍頻器”。,三、丙類倍頻器的工作原理,丙類放大器晶體管集電級電流脈沖中含有豐富的諧波分量。如果集電極調(diào)諧回路諧振在二次或三次諧波頻率上，放大器就主要有二次或三次諧波電壓輸出。這樣丙類放大器就成了二倍頻器或三倍頻

20、器。,,圖3-24 丙類倍頻器的原理電路,從電路形式看，它與丙類高頻放大器基本相同。不同之處在于丙類倍頻器的集電極諧振回路是對輸入頻率 fi 的n 倍頻諧振，而對基波和其它諧波失諧，因而ic中的n次諧振通過諧振回路獲得最大電壓，而基波和其他諧波被濾除。例如，二倍頻器的負載諧振回路的fo為2fi，所以，回路可以選出二次諧波、輸出頻率為2fi 的電壓信號，并濾除基波和其他諧波信號。二倍頻器的主要波形如圖3-25所示。,,,,,,圖3-25

21、二倍頻器的主要波形,借助丙類高頻放大器的分析方法，分析丙類倍頻器的工作原理。設(shè)倍頻器的 輸入電壓為 輸出電壓為 式中 是諧振回路兩端 n 次諧波電壓幅值，利用前面分析的結(jié)果知道n 次倍頻器輸出的功率和效率為,,,,,,（3-69）,（3-70）,由余弦脈沖分解系數(shù)可知，無論導(dǎo)通角? 為何值， 均小于 ，即在其他情況相同條件下，丙類倍頻器的輸出功率和效率將遠低于丙類放大器，且隨著次數(shù)的增大而迅速降

22、低。為了提高倍頻器的輸出功率和效率，要選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通角? 。由圖可見，導(dǎo)通角? 為60°或40°時，二次或三次諧波系數(shù)最大，即此時輸出的功率和效率也最大。最佳導(dǎo)通角? 與倍頻次數(shù)的關(guān)系為,,,,（3-71）,因此，單級丙類倍頻器一般只作二倍頻器或三倍頻器使用，最多也不超過4~5次，若要提高倍頻次數(shù)，可采用多級倍頻器。,四、使用時注意問題,1.選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通角? 導(dǎo)通角? 為 60°或40

23、76;時，二次或三次諧波系數(shù)最大，即此時輸出的功率和效率也最大。最佳導(dǎo)通角? 與倍頻次數(shù)的關(guān)系為 諧波次數(shù)2. 諧波次數(shù)越高， 越小3. 波形差,,,,,在VHF和UHF頻段，已經(jīng)出現(xiàn)了一些集成高頻功率放大器件。這些功放器件體積小，可靠性高，外接元件少，輸出功率一般在幾瓦至十幾瓦之間。日本三菱公司的M57704系列、美國Motorola公司的MHW系列便是其中的代表產(chǎn)品。,3.8 集成高頻功率放大電路及應(yīng)用簡介,三

24、菱公司的M57704系列高頻功放是一種厚膜混合集成電路，它包括多個型號，頻率范圍為335 MHz～512 MHz（其中M57704H為450 MHz～470 MHz），可用于頻率調(diào)制移動通信系統(tǒng)。它的電特性參數(shù)為： 當(dāng)Ec=12.5V，Pin=0.2 W， ZL=50Ω時，輸出功率Po=13 W，功率增益Ap=18.1dB，效率35%～40%。,圖所示是M57704系列功放的等效電路圖，它包括三級放大電路, 匹

25、配網(wǎng)絡(luò)由微帶線和LC元件混合組成。,MHW系列中有些型號是專為便攜式射頻應(yīng)用而設(shè)計的，可用于移動通信系統(tǒng)中的功率放大，也可用于工商業(yè)便攜式射頻儀器。使用前需調(diào)整控制電壓，使輸出功率達到規(guī)定值。在使用時，需在外電路中加入功率自動控制電路，使輸出功率保持恒定，同時也可保證集成電路安全工作，避免損壞?？刂齐妷号c效率、工作頻率也有一定的關(guān)系。,現(xiàn)已有MHW914模塊，它由五級放大器組成，其外形圖和框圖如圖3-29所示。其中管腳1為輸入端，管腳6