通信電子線路4-1

1、第4章 高頻調(diào)諧功率放大器補(bǔ)充知識(shí)：功率放大電路基礎(chǔ)知識(shí)補(bǔ)充知識(shí)：功率放大電路基礎(chǔ)知識(shí)第第1節(jié)節(jié) 概述概述第第2節(jié)節(jié) 諧諧振式（振式（C類）高頻功放的工作原理類）高頻功放的工作原理第第3節(jié)節(jié) 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法第第4節(jié)節(jié) 諧振功率放大實(shí)用電路諧振功率放大實(shí)用電路*第第6節(jié)節(jié) 寬頻帶高頻功率放大器寬頻帶高頻功率放大器*第第7節(jié)節(jié) 功率合成功率合成基本要求基本要求1. 掌握掌握高頻功率放大器的功能和性能指標(biāo)；高頻功率放大器的功能和性能指標(biāo)；2. 掌握掌握C類諧振功率放大器的工作原理、分析方法、類諧振功率放大器的工作原理、分析方法、電路構(gòu)成和使用方法；電路構(gòu)成和使用

2、方法； （）3. 了解了解傳輸線變壓器的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)。傳輸線變壓器的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)。掌握掌握傳傳輸線變壓器實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗變換的方法。輸線變壓器實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗變換的方法。了解了解傳輸線傳輸線變壓器實(shí)現(xiàn)功率合成、功率分配的方法；變壓器實(shí)現(xiàn)功率合成、功率分配的方法；4.0 功率放大電路功率放大電路 1. 功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的特點(diǎn)a）根據(jù)負(fù)載要求，提供）根據(jù)負(fù)載要求，提供盡可能大的輸出功率。盡可能大的輸出功率。 功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱為功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱為輸出功率輸出功率。 當(dāng)輸入正弦信號(hào)時(shí)，在輸出波形不超過規(guī)定的非線性當(dāng)輸入正弦信號(hào)時(shí)，在輸出波形不超過規(guī)

3、定的非線性失真范圍的情況下，放大電路失真范圍的情況下，放大電路最大輸出電壓最大輸出電壓和和最大輸出電最大輸出電流有效值的乘積流有效值的乘積稱為最大輸出功率稱為最大輸出功率Pom，即，即 Pom=UoIo b） 具有具有較高的效率較高的效率所有的放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量變換器。負(fù)載上所得到的信號(hào)所有的放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量變換器。負(fù)載上所得到的信號(hào)功率實(shí)際上是由直流電源通過放大器件轉(zhuǎn)換而來的。功率實(shí)際上是由直流電源通過放大器件轉(zhuǎn)換而來的。當(dāng)供給功率放大電路的當(dāng)供給功率放大電路的直流電源功率直流電源功率一定時(shí)，為了向負(fù)載提供一定時(shí)，為了向負(fù)載提供盡可能大的功率，就必須盡可能大的功率，就必須減小損耗減

4、小損耗，因此提高功率放大電路的，因此提高功率放大電路的能量轉(zhuǎn)換效率是一個(gè)重要問題。能量轉(zhuǎn)換效率是一個(gè)重要問題。 功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率是最大輸出功率與電源所提供的功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率是最大輸出功率與電源所提供的功率之比，用功率之比，用表示，即表示，即式中式中, PV為直流電源所提供的功率。為直流電源所提供的功率。 VomPP3） 盡量盡量減小非線性失真減小非線性失真為了使輸出功率盡可能大，三極管一般都工作在極限狀態(tài)，瞬為了使輸出功率盡可能大，三極管一般都工作在極限狀態(tài)，瞬時(shí)工作點(diǎn)將運(yùn)動(dòng)到接近于管子的時(shí)工作點(diǎn)將運(yùn)動(dòng)到接近于管子的飽和區(qū)和截止區(qū)飽和區(qū)和截止區(qū)，輸出信號(hào)不，輸出信號(hào)不可避免地會(huì)有可

5、避免地會(huì)有非線性失真非線性失真，而且輸出功率越大，非線性失真越，而且輸出功率越大，非線性失真越嚴(yán)重。因此必須注意功放管的正確選擇，嚴(yán)重。因此必須注意功放管的正確選擇， 要保證管子工作在安要保證管子工作在安全工作區(qū)。全工作區(qū)。 由于功率放大電路中的三極管通常都工作在由于功率放大電路中的三極管通常都工作在大信號(hào)狀態(tài)大信號(hào)狀態(tài)， 因此在進(jìn)行分析時(shí)，一般因此在進(jìn)行分析時(shí)，一般不采用小信號(hào)等效電路法，而是采用不采用小信號(hào)等效電路法，而是采用圖解法進(jìn)行功放電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。圖解法進(jìn)行功放電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。 2. 功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途徑 功率放大電路的形式很多，

6、按放大電路不同的工作狀態(tài)，功率放大電路的形式很多，按放大電路不同的工作狀態(tài)， 可分為可分為甲類放大、甲類放大、 乙類放大、甲乙類放大乙類放大、甲乙類放大。 在前面所討論的電壓放大電路中，輸入信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)在前面所討論的電壓放大電路中，輸入信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過放大器件，這種工作方式稱為都有電流流過放大器件，這種工作方式稱為甲類放大甲類放大， 其工其工作狀態(tài)如圖作狀態(tài)如圖3-1（a）所示，由圖可見）所示，由圖可見iC0。 在在甲類放大甲類放大電路中，直流電源所提供的功率在沒有信號(hào)輸電路中，直流電源所提供的功率在沒有信號(hào)輸入時(shí)，全部消耗在管子和電阻上；當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，一部分轉(zhuǎn)入時(shí)，全部消耗

7、在管子和電阻上；當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，另一部分消耗在器件上。可以證明化為有用的輸出功率，另一部分消耗在器件上?？梢宰C明, 即即使在理想情況下，甲類放大電路的效率最高也只能達(dá)到使在理想情況下，甲類放大電路的效率最高也只能達(dá)到50%。 圖圖 3-1 Q點(diǎn)下移對(duì)工作狀態(tài)的影響點(diǎn)下移對(duì)工作狀態(tài)的影響(a) 甲類放大甲類放大iCiCOtOICQQiB 常數(shù)uCE(a) 怎樣才能使電源所提供的功率盡可能多地轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)怎樣才能使電源所提供的功率盡可能多地轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)輸出功率呢？輸出功率呢？ 要想提高放大電路的效率，只有減小損耗。從甲類放大電路要想提高放大電路的效率，只有減小損

8、耗。從甲類放大電路可知，靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素?？芍o態(tài)電流是造成管耗的主要因素。 如果把靜態(tài)工作點(diǎn)向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)，電源的輸出如果把靜態(tài)工作點(diǎn)向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)，電源的輸出功率也等于零（或很?。盘?hào)增大時(shí)電源供給的功率也隨之功率也等于零（或很?。盘?hào)增大時(shí)電源供給的功率也隨之增大，這樣電源所提供的功率和管耗都會(huì)隨著輸出功率的大小增大，這樣電源所提供的功率和管耗都會(huì)隨著輸出功率的大小而變化。而變化。 利用圖利用圖3-1（b）和（）和（c）所示工作情況，可以實(shí)現(xiàn)上述）所示工作情況，可以實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想。設(shè)想。 圖圖3-1（b）中，有半個(gè)周期以上）中，有半個(gè)周期以上iC0，稱

9、為甲乙類放大；，稱為甲乙類放大；圖圖3-1（c）中，一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期）中，一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期iC0，稱為乙類放大。，稱為乙類放大。 iCiCOICQQiB 常數(shù)tuCE(b)O圖圖 3-1 Q點(diǎn)下移對(duì)工作狀態(tài)的影響點(diǎn)下移對(duì)工作狀態(tài)的影響(b) 甲乙類放大甲乙類放大 圖圖 3-1 Q點(diǎn)下移對(duì)工作狀態(tài)的影響點(diǎn)下移對(duì)工作狀態(tài)的影響(c) 乙類放大乙類放大 tiCiCuCEOQiB 常數(shù)(c)O 甲乙類和乙類放大雖然減小了靜態(tài)功耗，提高了效率，甲乙類和乙類放大雖然減小了靜態(tài)功耗，提高了效率， 但是由于工作點(diǎn)偏下，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的波形失真，但是由于工作點(diǎn)偏下，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的波形失真， 因此：既要保持

10、靜態(tài)時(shí)管耗小，又要使波形不產(chǎn)生嚴(yán)重失因此：既要保持靜態(tài)時(shí)管耗小，又要使波形不產(chǎn)生嚴(yán)重失真，真， 就必須改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)。就必須改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)。 4.1 概述概述1.1.高頻功率放大器功能高頻功率放大器功能 是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。2.2.高頻功率放大器分類高頻功率放大器分類 高頻功率放大器按其高頻功率放大器按其工作頻帶工作頻帶的寬窄劃分：的寬窄劃分： 窄帶高頻功率放大器：窄帶高頻功率放大器：通常以通常以選頻電路選頻電路作為輸出作為輸出回路，故又稱為回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器調(diào)諧功率放大器； 寬帶

11、高頻功率放大器：寬帶高頻功率放大器：輸出電路則是輸出電路則是傳輸線變壓傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為，因此又稱為非調(diào)諧功率放大非調(diào)諧功率放大器。器。 ECICEO uCE iCO 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQo90BZBBUU BEuci截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)3. 調(diào)諧功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)調(diào)諧功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo) 輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號(hào)失真度）等。（或信號(hào)失真度）等。 4. 調(diào)諧功率放大器的分析方法調(diào)諧功率放大器的分析方法工程上普遍采

12、用近似的分析方法工程上普遍采用近似的分析方法折線法折線法來分析來分析其工作原理和工作狀態(tài)。其工作原理和工作狀態(tài)。 1、輸出功率、輸出功率: 放大器的負(fù)載得到的功率。放大器的負(fù)載得到的功率。2、效、效 率率: 高頻輸出功率與直流電源提供功率的比值。即能量轉(zhuǎn)高頻輸出功率與直流電源提供功率的比值。即能量轉(zhuǎn)換的效率。換的效率。3、功、功 率率 增增 益益: 高頻輸出功率和信號(hào)輸入功率的比值。高頻輸出功率和信號(hào)輸入功率的比值。4、諧波抑制度、諧波抑制度: 是對(duì)非線性高頻功率放大器而提出的，也就是諧波是對(duì)非線性高頻功率放大器而提出的，也就是諧波分量相對(duì)于基波分量越小越好。分量相對(duì)于基波分量越小越好。4.2

13、 丙（丙（C）類高頻功率放大器的工作原理）類高頻功率放大器的工作原理 無論中間級(jí)還是輸出級(jí)電路都可以等效為：無論中間級(jí)還是輸出級(jí)電路都可以等效為：輸入回路輸入回路、非線非線性器件性器件和和帶通濾波器帶通濾波器。中間級(jí)放大中間級(jí)放大輸出級(jí)放大輸出級(jí)放大諧振于輸入諧振于輸入信號(hào)的頻率信號(hào)的頻率諧振功率放大器等效原理圖諧振功率放大器等效原理圖特點(diǎn)特點(diǎn)：為了提高效率，放大器常工作于丙類狀態(tài)，流過晶體管的電流為了提高效率，放大器常工作于丙類狀態(tài)，流過晶體管的電流為失真的脈沖波形；（由為失真的脈沖波形；（由Vbb保證發(fā)射結(jié)負(fù)偏置保證發(fā)射結(jié)負(fù)偏置，工作在丙類），工作在丙類）取出基波分量，獲得正弦電壓波形取出

14、基波分量，獲得正弦電壓波形阻抗匹配阻抗匹配負(fù)載為諧振回路負(fù)載為諧振回路2 工作原理分析工作原理分析uBEibVbbUBZubCCIbCCtUubmb cos UbmcosBEbbbbbbmuuVVUtgbic+uBE _bobm1bm2bmncoscos 2cosbiIItItIn tictccic1ic2ic3IcoIcmaxcocm1cm2cmncoscos 2cosciIItItIn tiC頻譜頻譜(2)集電極輸出電壓集電極輸出電壓ci經(jīng)經(jīng) LC 并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振回回路路后后，此此回回路路對(duì)對(duì)基基波波產(chǎn)產(chǎn)生生諧諧振振，呈呈純純電電阻阻PRci（最最大大值值） ，而而對(duì)對(duì)其其它它諧諧波波失

15、失諧諧阻阻抗抗很很低低，呈呈電電容容性性。因因而而回回路路選選出出基基波波電電壓壓1cu，而而濾濾除除各各次次諧諧波波電電壓壓。 2 3LC回路回路阻抗阻抗 Rp故故回回路路輸輸出出的的基基波波電電壓壓：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 cosCEcccmuVUt0ictccic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZVBBIcmaxuBEtibtictuCEuctVCCUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 4.3 丙（丙（C）類高頻功率放大器的折線分析法）類高頻功率放大器的折線分析法 丙類高頻功率放大器工作在丙類高頻功率放大器工作在大信號(hào)非線性狀態(tài)大信

16、號(hào)非線性狀態(tài)下，晶體管的下，晶體管的小信號(hào)分析方法小信號(hào)分析方法不再適用。不再適用。采用采用靜態(tài)特性曲線經(jīng)過理想化成為折線靜態(tài)特性曲線經(jīng)過理想化成為折線來進(jìn)行近似分析會(huì)存來進(jìn)行近似分析會(huì)存在一定誤差，但很簡(jiǎn)潔。在一定誤差，但很簡(jiǎn)潔。1. 晶體管特性曲線的理想化及解析式晶體管特性曲線的理想化及解析式大信號(hào)工作條件下，理想化的特性曲線的原理指：大信號(hào)工作條件下，理想化的特性曲線的原理指：（1） 在放大區(qū)：在放大區(qū)：集電極電流集電極電流ic和基極電流和基極電流ib不受集電極電壓不受集電極電壓uce的影響，而于基極電壓的影響，而于基極電壓ube成線性關(guān)系；成線性關(guān)系；（2） 在飽和區(qū)：在飽和區(qū)：集電極

17、電流集電極電流ic與集電極電壓與集電極電壓uce成線性關(guān)系，成線性關(guān)系，而不受基極電壓而不受基極電壓ube的影響。的影響。bbbeigucbcbBEBEiigguu輸出特性曲線輸出特性曲線分別對(duì)分別對(duì)飽和區(qū)飽和區(qū)和和放大區(qū)放大區(qū)采用不同的簡(jiǎn)化方法。采用不同的簡(jiǎn)化方法。cecrcugi ceccruig理想化的輸出特性可分為理想化的輸出特性可分為飽和區(qū)、放大區(qū)和截至區(qū)。飽和區(qū)、放大區(qū)和截至區(qū)。飽和區(qū)：飽和區(qū)：近似認(rèn)為近似認(rèn)為 只受只受 的控制，而與的控制，而與 無關(guān)。理想無關(guān)。理想的飽和臨界線為一條通過原點(diǎn)的斜線。斜率：的飽和臨界線為一條通過原點(diǎn)的斜線。斜率：ceucibeuceuciceubi

18、放大區(qū)：放大區(qū)：近似認(rèn)為近似認(rèn)為 與與 無關(guān)。各條曲線為平行于無關(guān)。各條曲線為平行于 的水平線。對(duì)于等差的的水平線。對(duì)于等差的 間隔應(yīng)該是相等的。間隔應(yīng)該是相等的。表征表征臨界飽和線臨界飽和線的方程：的方程：uBEic-VbbUBZubCCicCCtUubmb cos UbmcosBEbbbbbbmuuVVUt當(dāng)當(dāng)BZBEUu ，0 ci gCic+uBE _2. 集電極余弦電流脈沖的分解集電極余弦電流脈沖的分解cosccbbbmBZigVUtU0 cicosBZbbcbmUVU1cosBZbbcbmUVUcos()coscoscoscosccbmBZbbcbmbmccbmcig UtUVg

19、UtUg Ut又又當(dāng)當(dāng)0t 時(shí)時(shí)， cbmccUgI cos1max vBEic-UBB-UBZvbCCicCCVbmgCIcmaxccbmcIUg cos1max 代代 入入ci有有 ： cccmaxccos1coscos tIiic+uBE _cocm1cm2cmncoscos2cosciIItItIntccoIItdiI0cmaxcccccmaxc)cos1cossin()(21 cccccccmIIttdiIcc 1cmaxcmax1)cos1cossin1()(cos21 cncccccccccmnInnnnittdniIcc cmax2max)cos11sincoscossin2)

20、(cos21 ictccic1ic2ic3IcoIcmax)cos1(cossin0 )cos1(cossin1 )cos1)(1()sincoscos(sin22 nnnnnn直流分量分解系數(shù)直流分量分解系數(shù) 基波分量分解系數(shù)基波分量分解系數(shù) n次諧波分量分解系數(shù)次諧波分量分解系數(shù) max00)(cccIImax11)(ccmcIImax)(ccncnmII011g3. 高頻功放的功率與效率高頻功放的功率與效率 (2) 集集 電電 極極 輸輸 出出 交交 流流 功功 率率 （ 負(fù)負(fù) 載載 上上 得得 到到 的的 功功 率率 ）PCmPCmCmCmRURIIUP2212121210 （注注意意

21、PR為為回回路路諧諧振振阻阻抗抗）1101122oocoCcmcmccccPPPPPUIgV Ico13g11.02.02討討論論：190c90c180c1)(1cg57. 1)(1cg57. 1)(1cg%5 .78c%5 .78c%50cu 在在 的條件下的條件下甲類工作狀態(tài)：甲類工作狀態(tài)：乙類工作狀態(tài)：乙類工作狀態(tài)：丙類工作狀態(tài)：丙類工作狀態(tài)：u 導(dǎo)通角的選擇導(dǎo)通角的選擇（1）Rp一定的條件下，一定的條件下，c=120o時(shí)輸出功率最大，但效率只時(shí)輸出功率最大，但效率只有有66%。（2）c=1o15o時(shí)，效率最高，但輸出功率很小。時(shí)，效率最高，但輸出功率很小。（3）在實(shí)際運(yùn)用中，為了兼顧高

22、的輸出功率和高的集電極）在實(shí)際運(yùn)用中，為了兼顧高的輸出功率和高的集電極效率，諧振功率放大器導(dǎo)通角常取效率，諧振功率放大器導(dǎo)通角常取c=60o80o。ccceBEbbbmcmVuuVUU BZBEccUugi uBEicgCUBZ4、 高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性 ic+uBE _+uCE-指電路條件確定，即晶體管的指電路條件確定，即晶體管的gc、 VCC、Vbb、Ubz 、uc、ub一定時(shí)，一定時(shí)，ic=f (ube、uce) 的關(guān)系，稱為動(dòng)態(tài)特性。的關(guān)系，稱為動(dòng)態(tài)特性。-()-cosbzbbocccmcccmcbmUVUVUVUUcosBZbbcbmUVU()cccecc

23、bbbmbzcmbmbzbbccecccmdceocmbmVuig VUUUUUVguVUg uUUUuceicUoABOVCCQ:()cecccQcBZbbuVQiIg UV minmax:ceccccmbebbbbmuuVUAuuVUUcmc ucmingd BZBEccUugi ubemaxmax:cececccmC uuVUc o sc ec cQdc eodc cc cc mcb mb zb bcc mc mb mcb zb buVIguUgVVUUUVgUUUgUV 輸出電壓波形輸出電壓波形欠欠 壓壓:動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性A1B1-B1C1在輸入信號(hào)在輸入信號(hào)一周內(nèi)，一周內(nèi)，A點(diǎn)沒有進(jìn)

24、入晶體管的飽和點(diǎn)沒有進(jìn)入晶體管的飽和區(qū)，這種工作狀態(tài)稱為欠壓工作狀態(tài)。區(qū)，這種工作狀態(tài)稱為欠壓工作狀態(tài)。對(duì)應(yīng)的集電極電流為尖頂脈沖。對(duì)應(yīng)的集電極電流為尖頂脈沖。臨界：臨界：動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性A2B2-B2C2，A點(diǎn)正好點(diǎn)正好在晶體管的臨界飽和線上，這種工作在晶體管的臨界飽和線上，這種工作狀態(tài)稱為臨界工作狀態(tài)。對(duì)應(yīng)的集電狀態(tài)稱為臨界工作狀態(tài)。對(duì)應(yīng)的集電極電流為尖頂脈沖。極電流為尖頂脈沖。過壓：過壓：動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性MA3-A3B3-B3C3在輸在輸入信號(hào)一周內(nèi)，入信號(hào)一周內(nèi)，A點(diǎn)已進(jìn)入晶體管的點(diǎn)已進(jìn)入晶體管的飽和區(qū)，這種工作狀態(tài)稱為過壓工作飽和區(qū)，這種工作狀態(tài)稱為過壓工作狀態(tài)。對(duì)應(yīng)的集電極電流為凹

25、頂脈沖。狀態(tài)。對(duì)應(yīng)的集電極電流為凹頂脈沖。111()1(1cos)()(1cos)()bmbmdcccmcMcpcbmcbmccpccpUUgggUIRg Ug URR 1 coscMcbmcIgU:()cecccQcBZbbuVQiIg UV minmax:ceccccmbebbbbmuuVUAuuVUmax:cececccmC uuVU5.5.高頻功率放大器的負(fù)載特性高頻功率放大器的負(fù)載特性指晶體管的指晶體管的Vcc、Vbb、Ubm一定時(shí)，改變回路諧振電阻一定時(shí)，改變回路諧振電阻Rp，功放的，功放的工作狀態(tài)、電流、電壓、功率、效率隨工作狀態(tài)、電流、電壓、功率、效率隨Rp變化的關(guān)系。變化的關(guān)

26、系。不變不變變化變化變化變化|gd|和和Rp成反比成反比隨著隨著Rp的增大，工作狀態(tài)的增大，工作狀態(tài)從欠壓從欠壓-臨界臨界-過壓過壓研研究究的的問問題題：（1） 欠欠壓壓區(qū)區(qū)：icuceoDCPPP PoRp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1Ico（2） 過過壓壓區(qū)區(qū)：c P=PcubemaxUc1VCCQUcesUcmuBEic-UBBUBZubCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicVCCQuceminUcesgdubemaxuceminubemaxgcrmax()ccrcescrcccmIg UgVUuCEicgcrIcmax

27、ubemax6. 各級(jí)電壓變化對(duì)工作狀態(tài)的影響各級(jí)電壓變化對(duì)工作狀態(tài)的影響cosBZbbcbmUVUuceicubemaxQ2Vc2Q1Vc1Q3Vc3t icVcc欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Vcc欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoP=POPC ccccVVcosBZbbcbmUVUubemax2ubemax3ubemax1uceicQVCCMA1A2A3A3B1B2B3C1C2C3Ubm欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoP=POUbm欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)ubemax2ubemax3ubemax1uceicQ1VCCMA1A2A3A3B1B

28、2B3C1C2C3Q2Q3Vbb欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoP=POVbb欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)UcmIcmlIcoUbm過壓過壓臨界臨界欠壓欠壓OO ticOticUbm增大增大OtictOictUbm線性功率線性功率放放 大大 器器tUcmUbmUcm振振 幅幅限幅器限幅器UcmtUbmUcm 固定固定Vbb、增大、增大Ubm和固定和固定Ubm、增大、增大Vbb的情況類似，的情況類似，它們都使基它們都使基極輸入電壓極輸入電壓uBEmax隨之增大，隨之增大，對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的集電極脈沖電流集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均的幅度和寬度均增大，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)

29、入過壓增大，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過壓 。 當(dāng)諧振功率放大器作為線性功率放大器，為了使輸出信號(hào)振幅當(dāng)諧振功率放大器作為線性功率放大器，為了使輸出信號(hào)振幅Ucm反映輸入信號(hào)振幅反映輸入信號(hào)振幅Ubm的變化，的變化，放大器必須在放大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。在欠壓狀態(tài)。 當(dāng)諧振功率放大器用作振幅限幅器時(shí)，當(dāng)諧振功率放大器用作振幅限幅器時(shí)，放大器必須在放大器必須在Ubm變化的變化的范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。(Ucm變化比較平緩變化比較平緩)4.4 高頻功率放大器的實(shí)用電路高頻功率放大器的實(shí)用電路 一、丙類高頻功放的基本組成一、丙類高頻功放的基本組成

30、諧振功率放大器是由諧振功率放大器是由輸入諧振回路輸入諧振回路、非線性器件（晶體管、非線性器件（晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管）、場(chǎng)效應(yīng)管）、輸出諧振回路輸出諧振回路組成。組成。 輸入、輸出回路輸入、輸出回路在諧振功率放大器中的作用是：在諧振功率放大器中的作用是： 提供放大器所需的正常偏置；提供放大器所需的正常偏置； 實(shí)現(xiàn)濾波選取基波分量；實(shí)現(xiàn)濾波選取基波分量； 實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。管外電路管外電路將直流電源加到各電極上去的線將直流電源加到各電極上去的線路路 叫叫 饋電電路饋電電路集電極饋電電路集電極饋電電路基極饋電電路基極饋電電路直流饋電線路：直流饋電線路：為晶體管各級(jí)提供合適的偏置；為晶體管各級(jí)提

31、供合適的偏置；交流匹配網(wǎng)絡(luò)：交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號(hào)有效地傳輸。將交流功率信號(hào)有效地傳輸。coscecccmuVUt二、直流饋電電路二、直流饋電電路IcoECIc1CLIcnLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC頻譜頻譜 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCC”ECLCuc1VTLCECLCuc1VTCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLL

32、CCVTVTEBEB2. 基極饋電線路基極饋電線路IBOUBBIBOIeo +UBB -（1） （2） （3）三 高頻功放的耦合回路高頻功放的耦合回路RiRoRLRS功率功率放大器放大器輸入輸入匹配匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)輸出輸出匹配匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RLRSuS(1) 使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。 (2) 抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。有良好的濾波作用。 (3) 在有幾個(gè)電子器

33、件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都在有幾個(gè)電子器件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送能有效地傳送功率到公共負(fù)載功率到公共負(fù)載，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響彼此隔離，互不影響。 級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò):放大器輸出放大器輸出 至至 放大器輸入端放大器輸入端輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò):放大器輸出端放大器輸出端 至至 天線或其他負(fù)載天線或其他負(fù)載輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸入匹配網(wǎng)絡(luò):信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻 至至 放大器輸入端放大器輸入端u 教材上有關(guān)三種匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)可以參考應(yīng)用。教材上有關(guān)三種匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)可以參

34、考應(yīng)用。 但是但是在實(shí)際應(yīng)用中尚需認(rèn)真調(diào)整。在實(shí)際應(yīng)用中尚需認(rèn)真調(diào)整。圖圖3-2350MHz功率放大器功率放大器50MHz，25W諧振功率放大器諧振功率放大器四四 實(shí)際電路舉例實(shí)際電路舉例C1、C2和和L1 構(gòu)成構(gòu)成T型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò)L2、L3和和C3、C4 構(gòu)成構(gòu)成型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充補(bǔ)充：丙類倍頻器：丙類倍頻器 tncosIt2cosItcosIIiCn2C1CCOc 其其中中：tUEuCCce 2cos2 , 而而 PCCRIU22 PR為為 LC 回回路路諧諧振振在在 2時(shí)時(shí)的的并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振電電阻阻。iC+uce- Vcc +-uc2+iciC1iC2ic頻譜頻譜0 2 3 4IC

35、OIC1IC2IC3IC4LC諧振特性諧振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC2 0c0c040,3n60,2n,n120 cmax1122oncncnccncPUIVIon=1122cncncnccccoUIPgPV I以以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對(duì)通頻帶諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對(duì)通頻帶B/ fo只只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱為有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱為窄帶高頻功率放大器窄帶高頻功率放大器。由于。由于調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜，窄帶功率放大器的運(yùn)用就受到了很大的限制調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜，窄帶功率放大器的運(yùn)用就受到了很大的限制 。 4.6 寬帶高頻功率放大器寬帶高

36、頻功率放大器近年來一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)近年來一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)不調(diào)諧不調(diào)諧工作的寬頻帶工作的寬頻帶功率放大器得到了迅速的推廣，即功率放大器得到了迅速的推廣，即寬帶功率放大器，寬帶功率放大器，實(shí)際上就是一實(shí)際上就是一種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率特性種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率特性很寬的很寬的傳輸線變壓器傳輸線變壓器，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電路路 。寬頻帶功率放大器沒有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重要的寬頻帶功率放大器沒有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重要的

37、問題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性畸變比較小的問題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性畸變比較小的甲甲類或甲乙類狀態(tài)類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說，效率較低，也就是說寬頻帶放大器是以寬頻帶放大器是以犧牲犧牲效率效率作為代價(jià)來作為代價(jià)來換取換取寬頻帶輸出的寬頻帶輸出的 。 普通變壓器采用普通變壓器采用鐵芯鐵芯，高頻特性差。，高頻特性差。高頻變壓器采用高頻變壓器采用高頻磁芯高頻磁芯，上限頻率可以提高，適用于短波。，上限頻率可以提高，適用于短波。4.6.1 傳輸線變壓器傳輸線變壓器1. 寬頻帶特性寬頻帶特性 普通變壓器普通變壓器上、下限頻率的擴(kuò)展方法是相互制約的。上、下限頻率的擴(kuò)展

38、方法是相互制約的。 為擴(kuò)展下限頻率為擴(kuò)展下限頻率, 需增大初級(jí)線圈電感量需增大初級(jí)線圈電感量, 使其在低頻段也能取使其在低頻段也能取得較大的輸入阻抗得較大的輸入阻抗, 如采用高導(dǎo)磁率的高頻磁芯和增加初級(jí)線圈的如采用高導(dǎo)磁率的高頻磁芯和增加初級(jí)線圈的匝數(shù)匝數(shù), 但這將使變壓器的漏感和分布電容增大但這將使變壓器的漏感和分布電容增大, 降低了上限頻率；降低了上限頻率； 為擴(kuò)展上限頻率為擴(kuò)展上限頻率, 需減小漏感和分布電容需減小漏感和分布電容, 減小高頻功耗減小高頻功耗, 如采用如采用低導(dǎo)磁率的高頻磁芯和減少線圈的匝數(shù)低導(dǎo)磁率的高頻磁芯和減少線圈的匝數(shù), 但這又會(huì)使下限頻率提高。但這又會(huì)使下限頻率提高

39、。 傳輸線變壓器傳輸線變壓器是基于傳輸線原理和變壓器原理二者相結(jié)合是基于傳輸線原理和變壓器原理二者相結(jié)合而產(chǎn)生的一種耦合元件。它是將傳輸線而產(chǎn)生的一種耦合元件。它是將傳輸線(雙絞線、帶狀線或同雙絞線、帶狀線或同軸線等軸線等)繞在高導(dǎo)磁率的高頻磁芯上構(gòu)成的繞在高導(dǎo)磁率的高頻磁芯上構(gòu)成的, 以傳輸線方式與變以傳輸線方式與變壓器方式同時(shí)進(jìn)行能量傳輸。壓器方式同時(shí)進(jìn)行能量傳輸。 當(dāng)工作在低頻段時(shí)當(dāng)工作在低頻段時(shí), 由于信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于傳輸線長(zhǎng)度由于信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于傳輸線長(zhǎng)度, 分分布參數(shù)很小布參數(shù)很小, 可以忽略可以忽略, 故變壓器方式起主要作用。由于磁芯故變壓器方式起主要作用。由于磁芯的導(dǎo)磁率高的導(dǎo)磁率

40、高, 所以雖傳輸線較短也能獲得足夠大的初級(jí)電感所以雖傳輸線較短也能獲得足夠大的初級(jí)電感量量, 保證了傳輸線變壓器的低頻特性較好。保證了傳輸線變壓器的低頻特性較好。 當(dāng)工作在高頻段時(shí)當(dāng)工作在高頻段時(shí), 傳輸線方式起主要作用傳輸線方式起主要作用, 在無耗匹配在無耗匹配的情況下的情況下, 上限頻率將不受漏感、上限頻率將不受漏感、 分布電容、分布電容、 高導(dǎo)磁率磁芯高導(dǎo)磁率磁芯的限制。而在實(shí)際情況下的限制。而在實(shí)際情況下, 雖然要做到嚴(yán)格無耗和匹配是很雖然要做到嚴(yán)格無耗和匹配是很困難的困難的, 但上限頻率仍可以達(dá)到很高。但上限頻率仍可以達(dá)到很高。 由以上分析可以看到由以上分析可以看到, 傳輸線變壓器具

41、有良好的寬頻帶傳輸線變壓器具有良好的寬頻帶特性。特性。 2. 寬頻帶傳輸線變壓器的工作原理寬頻帶傳輸線變壓器的工作原理傳輸線變壓器是將兩根等長(zhǎng)的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在高導(dǎo)磁率低損耗的傳輸線變壓器是將兩根等長(zhǎng)的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在高導(dǎo)磁率低損耗的磁芯上構(gòu)成的。最高工作頻率可擴(kuò)展到幾百兆赫甚至上千兆赫。磁芯上構(gòu)成的。最高工作頻率可擴(kuò)展到幾百兆赫甚至上千兆赫。 傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線變傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線變壓器負(fù)載兩端的電壓壓器負(fù)載兩端的電壓不是不是次級(jí)感應(yīng)電壓，次級(jí)感應(yīng)電壓，而是而是傳輸線的終端電壓。傳輸線的終端電壓。

42、兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長(zhǎng)度處的線間兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長(zhǎng)度處的線間電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，兩根等電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，兩根等長(zhǎng)導(dǎo)線同時(shí)繞在高長(zhǎng)導(dǎo)線同時(shí)繞在高磁芯上，所以導(dǎo)線上均勻分布磁芯上，所以導(dǎo)線上均勻分布的電感量也很大，這種電路通常又叫的電感量也很大，這種電路通常又叫分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路。 usususRLRLRLRsRsRs(a) 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(c) 普通變壓器的原理電路普通變壓器的原理電路(b) 原理電路圖原理電路圖u1u2u1u2u1u2在傳輸線變壓器中：線間的分布電容不影響高頻能量的傳輸，電磁波以電在傳輸線變壓器中：線

43、間的分布電容不影響高頻能量的傳輸，電磁波以電磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。 (1) 1：1傳輸線變壓器傳輸線變壓器 3. 常用傳輸線變壓器電路分析常用傳輸線變壓器電路分析1：1傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。當(dāng)傳輸線無損時(shí)，可以認(rèn)為當(dāng)傳輸線無損時(shí)，可以認(rèn)為u1=u2和和i1=i2。usRLRsu1u2i1i2如果傳輸線的特性阻抗：如果傳輸線的特性阻抗： CLZ/o輸出端輸出端(2-4端端)的等效阻抗為：的等效阻抗為：2242/iuZ輸入端輸入端(1-3端端)的等效阻抗為的等效阻抗為 ：421131/ZiuZ傳輸線變壓器傳輸線

44、變壓器 與與 負(fù)載負(fù)載 的匹配，要求的匹配，要求： LRZ 42 信號(hào)源信號(hào)源 與與 傳輸線變壓器傳輸線變壓器 的匹配，要求的匹配，要求：SRZ 31 1:1 1:1傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足：傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足：SLRRZZZ 42310滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為：LSRRZ o1:1傳輸線變壓器具有最大功率輸出，但實(shí)際傳輸線變壓器具有最大功率輸出，但實(shí)際RL正好等于正好等于Rs的情況很少。的情況很少。So：1：1傳輸線變壓器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用來作為傳輸線變壓器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用來作為倒

45、相器，或進(jìn)行不平衡倒相器，或進(jìn)行不平衡-平衡以及平衡平衡以及平衡-不平衡轉(zhuǎn)換。不平衡轉(zhuǎn)換。 usRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i1+ i2(2) 1：4和和4：1傳輸線變壓器傳輸線變壓器1：4傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為1/4倍以便和信號(hào)源相匹配。在負(fù)載匹配倍以便和信號(hào)源相匹配。在負(fù)載匹配的條件下（即的條件下（即RL=4Rs），有），有 u1=u2=u 和和 i1=i2=i 分析：分析：由于變壓器的由于變壓器的1端與端與4端相連，端相連，輸入端輸入端1端與端與3端的電壓為端的電壓為u，負(fù)載負(fù)載RL上的電壓為上的電壓為u1+u2=

46、2u，輸入端輸入端1的電流為的電流為i1+i2=2i，且，且u1u1u2u2i22ui1i1+ i2+2u-L2Rui i傳輸線變壓器的輸入阻抗為傳輸線變壓器的輸入阻抗為 ：4222LL31RRuuiuZ 傳輸線變壓器把負(fù)載傳輸線變壓器把負(fù)載RL變換為變換為RL/4，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了1：4的阻抗變換。的阻抗變換。 如果把輸入端和輸出端對(duì)調(diào)就成為如果把輸入端和輸出端對(duì)調(diào)就成為4：1傳輸線變壓器。傳輸線變壓器。4：1傳輸線變傳輸線變壓器把負(fù)載阻抗升高壓器把負(fù)載阻抗升高4倍和信號(hào)源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器倍和信號(hào)源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器具有具有4：1的阻抗變換作用。的阻抗變換

47、作用。 i4.6.2 寬頻帶高頻功放典型電路寬頻帶高頻功放典型電路4.7 功率合成功率合成 利用利用多個(gè)多個(gè)功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大, 然后設(shè)然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)相加相加, 這樣得到的總輸出功率可以這樣得到的總輸出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術(shù)功率合成技術(shù)。 利用功率合成技術(shù)可以獲得利用功率合成技術(shù)可以獲得幾百瓦甚至上千瓦幾百瓦甚至上千瓦的高頻輸?shù)母哳l輸出功率。出功率。 理想的功率合成器要求：理想的功率合成器要求： (1) 應(yīng)具有應(yīng)具有功率合成功率合成的功

48、能；的功能；PALL=NP1 (2) 還必須在其輸入端使與其相接的前級(jí)各率放大器還必須在其輸入端使與其相接的前級(jí)各率放大器互相互相隔離隔離, 即當(dāng)其中某一個(gè)功率放大器損壞時(shí)即當(dāng)其中某一個(gè)功率放大器損壞時(shí), 相鄰的其它功率放相鄰的其它功率放大器的工作狀態(tài)不受影響大器的工作狀態(tài)不受影響, 僅僅是功率合成器輸出總功率減小僅僅是功率合成器輸出總功率減小一些。一些。 利用利用傳輸線變壓器傳輸線變壓器可以組成各種類型的可以組成各種類型的功率分配器和功率合功率分配器和功率合成器成器, 且具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)且具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn), 然后可進(jìn)一然后可進(jìn)一步組成寬頻帶大功率高

49、頻功放電路。步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。 圖中：圖中：17為寬頻功率放大器，為寬頻功率放大器，I、II、III為功率分配網(wǎng)絡(luò)，為功率分配網(wǎng)絡(luò)，IV、V、VI 為功率合成網(wǎng)絡(luò)為功率合成網(wǎng)絡(luò)ABCRRZR/ 2/ 2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII11200;ABDIIIII(2)2DAAPIUUIABAPPUI2DABAPPPP100CIP由于：由于：IA=IBABCRRZR/ 2/ 2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII122CUI R 1/ 2DAIII;0AABPI U P122ADDAIPI UUP112222ACAIUPIUP211( )24DDDCRRRR2413131234/ 2UUUUUUABCRRZR/ 2/ 2CCRZR2