高頻電路李第3章3

本章導(dǎo)讀高頻功率放大電路在系統(tǒng)中起何作用？功率放大電路的工作狀態(tài)和分析方法與小信號(hào)放大電路有何不同？高頻功率放大器的輸出功率和效率與哪些因素有關(guān)？如何提高效率？高效率功率放大器的類型有哪些？它們工作特點(diǎn)是什么？第3章高頻功率放大電路丙(C)類諧振功率放大器的工作原理、特性及理論上的分析方法。丙(C)類諧振功率放大器的欠壓、臨界、過(guò)壓三種工作狀態(tài)。丙(C)類諧振功率放大器的負(fù)載特性、放大特性、集電極和基極調(diào)制特性。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。直流電路的串饋和并饋兩種形式。3.2諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性分析諧振功率放大器的輸出功率、效率以及集電極功耗都與集電極負(fù)載回路的等效阻抗、輸入信號(hào)的幅度、基極偏置電壓以及集電極電源電壓的大小有關(guān)，下面就分別予以討論。3.2.1諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性是指加上激勵(lì)信號(hào)以及接上負(fù)載時(shí)，晶體管的集電極電流與集電極電壓的關(guān)系曲線，其在坐標(biāo)系中是一條曲線。小信號(hào)放大器是純電阻負(fù)載，由于信號(hào)很小，晶體管可以近似為線性元件，故小信號(hào)放大器的動(dòng)態(tài)特性曲線即為負(fù)載線，是一條直線。而諧振功率放大器工作在非線性狀態(tài)，在對(duì)其折線化處理后，可用幾條直線對(duì)其進(jìn)行表示。圖3.5諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性曲線圖

在圖3.5中，若放大器工作在欠壓狀態(tài)，此時(shí)放大器工作在放大與截止兩種工作狀態(tài)，故此時(shí)的動(dòng)態(tài)線即為放大區(qū)的AB直線與截止區(qū)的BC直線。對(duì)于動(dòng)態(tài)線AB的作法可用以下步驟求得。由：連接A、Q點(diǎn)，其與橫軸相交于B點(diǎn)，則A、B、C三點(diǎn)連線即為動(dòng)態(tài)特性曲線。如果A點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，如圖3.5虛線所示，與臨界飽和線相交于D點(diǎn)，進(jìn)入飽和區(qū)的線用臨界飽和線代替，則動(dòng)態(tài)特性曲線為O、D、B、C四點(diǎn)連線。由圖3.5可知，臨界飽和線、截止區(qū)的動(dòng)態(tài)線都是確定的，對(duì)于放大區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)線AB的斜率可以表示為因此，在放大區(qū)內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性曲線與等效負(fù)載RE以及導(dǎo)通角θ有關(guān)。在圖3.5中，當(dāng)放大器工作在臨界狀態(tài)時(shí)，其臨界飽和線OD的斜率為圖3.5諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性曲線圖

3.2.2諧振功率放大器的負(fù)載特性與三種工作狀態(tài)集電極偏置電壓VCC、基極偏置電壓VBB以及激勵(lì)電壓ui固定不變，放大器的集電極電流Ic0、Ic1m、回路電壓Ucm、輸出功率Po、效率ηC隨負(fù)載電阻變化的特性稱為放大器的負(fù)載特性，它是高頻功率放大器的重要特性之一。圖3.6三種不同R∑時(shí)的放大器的波形圖

動(dòng)態(tài)特性線A1B1代表較小則動(dòng)態(tài)線斜率較大，因而Ucm也較小的情形，稱為欠壓工作狀態(tài)。在欠壓區(qū)內(nèi)的Ic0與Ic1m幾乎維持常數(shù)，緊隨R∑的增加而略有下降，因而可以把欠壓狀態(tài)的放大器當(dāng)作一個(gè)恒流源。動(dòng)態(tài)特性曲線為A3B3。進(jìn)入過(guò)壓區(qū)后，由于Ic1m隨的增加而顯著下降，因此Ucm隨的增加而很緩慢地上升，當(dāng)作一個(gè)恒壓源。動(dòng)態(tài)特性線A1B1代表較小則動(dòng)態(tài)線斜率較大，因而Ucm也較小的情形，稱為欠壓工作狀態(tài)。它與靜態(tài)曲線交點(diǎn)A1決定了集電極電流脈沖的高度，此時(shí)電流波形為尖頂余弦脈沖如圖3.6集電極電流波形曲線1所示。在欠壓區(qū)內(nèi)的Ic0與Ic1m幾乎維持常數(shù)，緊隨R∑的增加而略有下降，因而可以把欠壓狀態(tài)的放大器當(dāng)作一個(gè)恒流源。隨著R∑的增加，動(dòng)態(tài)特性線斜率逐漸減小，輸出電壓Ucm也逐漸增加。直到它與臨界線交于一點(diǎn)A2時(shí)，放大器工作于臨界狀態(tài)，此時(shí)電流波形仍為尖頂余弦脈沖如圖3.6集電極電流波形曲線2所示，在放大區(qū)的動(dòng)態(tài)特性曲線為A2B2。負(fù)載電阻R∑繼續(xù)增加，輸出電壓進(jìn)一步增大，稱為過(guò)壓工作狀態(tài)，在放大區(qū)的動(dòng)態(tài)特性曲線為A3B3。進(jìn)入過(guò)壓區(qū)后，集電極電流脈沖開(kāi)始下凹如圖3.6集電極電流波形曲線3所示，其凹陷程度隨著的增大而急劇加深，致使Ic0與Ic1m也急劇下降。進(jìn)入過(guò)壓區(qū)后，由于Ic1m隨的增加而顯著下降，因此Ucm隨的增加而很緩慢地上升，因此可以近似地把過(guò)壓狀態(tài)的放大器當(dāng)作一個(gè)恒壓源。Po、PD、PC及ηC隨負(fù)載變化關(guān)系：直流輸入功率PD=VCCIc0：由于VCC不變，因此與曲線Ic0形狀相同；交流輸出功率Po=1/2UcmIc1m，因此曲線可以從Ucm與Ic1m兩條曲線相乘求出。Po、PD、PC及隨負(fù)載的變化曲線如圖3.7(b)所示。圖3.7諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線Ic0、Ic1m及Ucm隨負(fù)載的變化曲線Po、PD、PC及ηC隨負(fù)載的變化曲線由圖3.7(b)可以看出，在臨界狀態(tài)，Po達(dá)到最大值。因此在設(shè)計(jì)高頻功率放大器時(shí)，如果希望輸出功率最大，就應(yīng)使之工作在臨界狀態(tài)。集電極功耗PC=PD-Po，在欠壓區(qū)內(nèi)，當(dāng)減小時(shí)，PC上升很快；當(dāng)RΣ＝0時(shí)，PC達(dá)到最大值，可能使晶體管燒壞，必須避免發(fā)生這種情況。效率ηC

＝Po/PD，在欠壓時(shí)，PD變化很小，所以隨Po的增加而增加；到達(dá)臨界狀態(tài)，開(kāi)始時(shí)Po的下降沒(méi)有PD下降快，因而ηC繼續(xù)增加，但增加緩慢。隨著RΣ的繼續(xù)增加，Po因Ic1m的急劇下降而下降，因而ηC略有減小。由此可知，在靠近臨界的弱過(guò)壓狀態(tài)ηC出現(xiàn)的最大值。利用負(fù)載特性所反映的電流、電壓和功率的變化關(guān)系，可以幫助我們認(rèn)識(shí)功率放大器的不同特點(diǎn)。并且根據(jù)不同工作狀態(tài)的特點(diǎn)，使放大器得到合理的運(yùn)用，并能更好地滿足高頻設(shè)備提出的要求。(1)作為末級(jí)功率放大器，要求輸出足夠大的功率和具有較高的效率，采用臨界工作狀態(tài)是合理的。(2)過(guò)壓狀態(tài)具有較高的效率，并具有恒壓性質(zhì)，因此它較適合用于中間級(jí)。這時(shí)它能向后級(jí)提供比較穩(wěn)定的激勵(lì)電壓。欠壓狀態(tài)的輸出功率與效率都比較低，而且集電極耗散功率大，輸出電壓又不夠穩(wěn)定，一般不選擇在此狀態(tài)工作。但在某些場(chǎng)合，例如線性功率放大器等則必須工作在欠壓狀態(tài)才能得到非線性失真為最小的有用輸出信號(hào)。三種工作狀態(tài)的優(yōu)缺點(diǎn)綜合如下：【例3.2】一高頻功率放大器工作在臨界狀態(tài)，其電源電壓Vcc=18V，臨界飽和線斜率為gcr=0.6A/v，導(dǎo)通角θ=60o

，集電極電流Icm=0.45A，求等效負(fù)載RΕ、輸出功率Po、直流功率PD以及集電極效率ηc。解：得而則3.2.3諧振功率放大器的調(diào)制特性在高頻功率放大器中，有時(shí)通過(guò)改變它的某一電極直流電壓來(lái)改變高頻信號(hào)的振幅，從而實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制的目的。高頻功率放大器的調(diào)制特性分為集電極調(diào)制特性與基極調(diào)制特性。集電極調(diào)制特性圖3.8集電極電壓變化的波形圖當(dāng)VCC較小即為圖3.8的VCC1時(shí)，放大器工作于過(guò)壓工作狀態(tài)。在過(guò)壓區(qū)，集電極電流為有凹陷的尖頂余弦脈沖，隨著VCC增加時(shí)，Q點(diǎn)向右移動(dòng)，相當(dāng)于動(dòng)態(tài)線沿VCC增加的方向平移，則過(guò)壓程度降低，Ic1m、Ic0增加，由于負(fù)載電阻保持不變，此時(shí)Ucm與Ic1m、Ic0的變化規(guī)律一致。增加VCC直到VCC2，此時(shí)放大器工作在臨界狀態(tài)，集電極電流為尖頂余弦脈沖。在臨界狀態(tài)，進(jìn)一步增加VCC，此時(shí)放大器工作在欠壓狀態(tài)，集電極電流為尖頂余弦脈沖。在欠壓狀態(tài)，Ic1m、Ic0幾乎保持不變，Ucm也保持不變。根據(jù)上面的討論，Ic1m、Ic0與Ucm隨VCC的變化關(guān)系如圖3.9所示。要實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制，就必須選擇輸出高頻信號(hào)的振幅與集電極電壓VCC呈現(xiàn)線性關(guān)系。在圖3.9中，要實(shí)現(xiàn)集電極調(diào)制，則必須工作在過(guò)壓工作狀態(tài)。圖3.9集電極調(diào)制特性基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性是指僅改變基極偏置電壓VBB時(shí)，放大器的電流、電壓等的變化特性，其波形如圖3.10所示。圖3.10基極電壓變化的波形圖當(dāng)基極偏置電壓較小時(shí)，此時(shí)工作在欠壓狀態(tài)，集電極電流為尖頂余弦脈沖，電流Ic1m、Ic0隨著VBB的增加而增加；當(dāng)基極偏置電壓增加時(shí)到VBB2時(shí)，放大器工作在臨界狀態(tài)，此時(shí)集電極電流為尖頂余弦脈沖；在臨界狀態(tài)進(jìn)一步增大VBB，則放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)，集電極電流出現(xiàn)了凹陷，隨著VBB的增加，電流Ic1m、Ic0基本保持不變。Ic1m、Ic0與Ucm隨VBB的變化關(guān)系如圖3.11所示。圖3.11基極調(diào)制特性要實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制，就必須選擇輸出高頻信號(hào)的振幅與基極電壓VBB呈線性關(guān)系。在圖3.11中，要實(shí)現(xiàn)基極調(diào)制，則必須工作在欠壓工作狀態(tài)。3.2.4諧振功率放大器的放大特性諧振功率放大器的放大特性是指僅改變輸入信號(hào)振幅時(shí)，放大器的電流、電壓等的變化特性，其分析過(guò)程與基極偏置電壓VBB類似。當(dāng)Uim較小時(shí)，此時(shí)放大器工作在欠壓工作狀態(tài)，集電極電流為尖頂余弦脈沖，Ic1m、Ic0隨Uim的增加而增加；當(dāng)Uim增大到過(guò)壓區(qū)時(shí)，集電極電流出現(xiàn)了凹陷，Ic1m、Ic0基本保持不變。Ic1m、Ic0與Ucm隨Uim的變化關(guān)系如圖3.12所示。圖3.12放大特性例：設(shè)某諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性如圖題3.7所示。已知：求(1)此時(shí)功率放大器工作于何種狀態(tài)？畫(huà)出ic的波形；(2)各是多少？(3)若要求功率放大器的效率最大，應(yīng)如何調(diào)整？解：（1）此時(shí)功率放大器工作在臨界工作狀態(tài)；（2）由圖可知，則：（3）若要求放大器的效率最大，則放大器應(yīng)該工作在弱過(guò)壓狀態(tài)，可以采取增加等效負(fù)載、增加輸入信號(hào)振幅、增加基極偏置電壓、減小集電極電源電壓的辦法。3.2.5諧振功率放大器的調(diào)諧特性在前面分析諧振功率放大器的各種特性時(shí)，都是假定負(fù)載回路調(diào)諧于輸入信號(hào)頻率，因而呈現(xiàn)一純電阻，且阻值最大。在實(shí)際的諧振功率放大器使用過(guò)程中，需要通過(guò)回路電容C對(duì)其進(jìn)行調(diào)諧。諧振功率放大器的電流Ic1m、Ic0與Ucm隨回路電容C的變化特性稱為調(diào)諧特性，利用調(diào)諧特性指示放大器是否工作于諧振狀態(tài)。當(dāng)回路失諧時(shí)，回路呈現(xiàn)感性或者容性，稱為感性失諧或者容性失諧。在失諧時(shí)，回路等效阻抗的模值減小，工作狀態(tài)會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化?，F(xiàn)假設(shè)諧振功率放大器原先工作在臨界狀態(tài)，當(dāng)回路失諧時(shí)，根據(jù)諧振功率放大器的負(fù)載特性，此時(shí)工作在欠壓狀態(tài)，則電流Ic1m、Ic0基本不變，而輸出電壓Ucm隨等效阻抗的模值減小而減小，如圖3.13所示。圖3.13高頻功率放大器的調(diào)諧特性

由于放大器在失諧時(shí)，輸出電壓下降，而電流Ic1m、Ic0基本不變，就導(dǎo)致了直流功耗不變而輸出功率降低，則集電極功耗將增加，因此高頻功率放大器必須保持在諧振狀態(tài)。在調(diào)諧的過(guò)程中，調(diào)諧時(shí)間要迅速，在實(shí)際中可通過(guò)降低集電極電壓VCC或者減小輸入信號(hào)幅度等措施以避免損壞晶體管。3.3諧振功率放大器電路高頻功率放大器與其他放大器一樣，其輸入端和輸出端的外電路由直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)所組成。由于工作場(chǎng)合以及工作頻率的不同，電路組成形式也不相同，下面對(duì)常用的電路形式予以討論。3.3.1直流饋電電路直流饋電電路包括集電極和基極饋電電路。直流饋電電路的作用是：一方面需在高頻諧振功率放大器的輸入回路與輸出回路加上合適的直流偏壓，以使放大器正常的工作；另一方面由于電源是作為一個(gè)系統(tǒng)的公共部分，要求高頻信號(hào)不能通過(guò)直流電源以免對(duì)其他的單元電路產(chǎn)生干擾。集電極直流饋電電路對(duì)于集電極電路，由于其電流是脈沖形狀，包含各種頻率成分，電路的組成原則如下。(1)由于直流Ic0是產(chǎn)生直流功率的，Ic0由VCC經(jīng)過(guò)外電路提供給集電極，應(yīng)該是除了晶體管的內(nèi)阻外，沒(méi)有其他電阻消耗能量。因此，要求外電路對(duì)直流Ic0的等效電路如圖3.14(a)所示。(a)直流等效電路(2)基波分量Ic1m應(yīng)通過(guò)負(fù)載電路，以產(chǎn)生所需要的高頻輸出功率。因此，Ic1m只應(yīng)在負(fù)載回路產(chǎn)生電壓降，其余部分對(duì)于Ic1m來(lái)說(shuō)，都應(yīng)該是短路的。所以對(duì)于Ic1m的等效電路如圖3.14(b)所示。(b)基波等效電路(3)外電路對(duì)高次諧波Icnm為短路到地，如圖3.14(c)所示。(c)高次諧波等效電路要滿足以上幾條原則，可以采用串聯(lián)饋電電路與并聯(lián)饋電電路兩種電路，簡(jiǎn)稱串饋與并饋。串饋是指直流電源、晶體管以及諧振負(fù)載回路三者之間是串聯(lián)連接的，如圖3.15(a)所示。并饋是將上述三部分并聯(lián)連接，如圖3.15(b)所示。在圖3.15中，Lc是大電感，稱為高頻扼流圈，其對(duì)高頻電流呈現(xiàn)很大的阻抗，阻止高頻電流通過(guò)，近似為斷路；Cc1、Cc2是大電容，分別稱為高頻旁路電容和耦合電容，其對(duì)高頻電流呈現(xiàn)很小的阻抗，近似為短路。Lc與Cc1構(gòu)成電源濾波電路，用以避免高頻信號(hào)通過(guò)直流電源而產(chǎn)生寄生干擾影響其他電路的正常工作。不管是并饋還是串饋，交流電壓與直流電壓都是串聯(lián)疊加在一起的，滿足。(a)串饋(b)并饋圖3.15集電極饋電電路基極直流饋電電路要使放大器工作在丙類，功率管基極應(yīng)加反向偏置電壓或小于導(dǎo)通開(kāi)啟電壓Uon的正向偏置電壓。當(dāng)基極的偏置電壓通過(guò)外加電壓方式實(shí)現(xiàn)的，稱為固定偏壓方式；由基極直流電流或發(fā)射極電流流過(guò)電阻而產(chǎn)生的偏壓，稱為自給偏壓方式。常見(jiàn)的自給偏壓方式如圖3.16所示。圖3.16(a)是利用基極電流脈沖iB中直流分量IB0經(jīng)RB產(chǎn)生偏置電壓，根據(jù)IB0的流向，則該偏置電壓給基極加了一個(gè)反向偏置電壓。高頻旁路電容CB使iB的基波以及各次諧波電流到地而不經(jīng)過(guò)RB，從而使RB上產(chǎn)生穩(wěn)定的直流壓降。通過(guò)改變RB的大小可以調(diào)節(jié)反向偏置電壓的大小。圖3.16(b)利用發(fā)射極電流的直流分量IE0在發(fā)射極偏置電阻RE上產(chǎn)生所需要的VBB。其分析方法與圖3.16(a)的分析類似，都是直流負(fù)反饋電路，RB、RE都是負(fù)反饋電阻，可以穩(wěn)定輸出電壓振幅。圖3.16(c)是利用高頻扼流圈LB中固有的直流電阻以及晶體管基區(qū)體電阻Rbb′對(duì)基極實(shí)現(xiàn)一個(gè)較小的反向偏置，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、元件用得少；缺點(diǎn)是數(shù)值較小且不夠穩(wěn)定，因而一般只在需要小的VBB時(shí)才采用這種電路。改正下圖線路中的錯(cuò)誤，不得改變饋電形式，重新畫(huà)出正確的線路。

3.3.2濾波匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器中都采用一定形式的回路，以使它的輸出功率能有效地傳輸?shù)截?fù)載。一般來(lái)說(shuō)，放大器與負(fù)載之間所用的回路可以用圖3.17所示的四端網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。圖3.17放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)于理想的阻抗變換，即在頻率很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗變換，一般可采用LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)。LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)有倒L形、T形以及π形等形式，下面對(duì)其阻抗變換特性予以討論。倒L形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)倒L形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)是由兩個(gè)異性電抗元件接成倒L形結(jié)構(gòu)的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，是最簡(jiǎn)單的阻抗變換電路，有兩種連接方式，可分別將低阻抗變?yōu)楦咦杩挂约案咦杩棺優(yōu)榈妥杩?。圖3.18(a)所示電路為低阻抗變?yōu)楦咦杩沟倪x頻匹配網(wǎng)絡(luò)。其中X1、X2為兩個(gè)異性質(zhì)的電抗元件，RL是負(fù)載電阻，RE是二端網(wǎng)絡(luò)在工作頻率處的等效輸入電阻。(a)倒L形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)

(b)等效電路圖3.18低阻抗變高阻抗倒L形阻抗選頻匹配網(wǎng)絡(luò)將圖3.18(a)中的X2和RL的串聯(lián)電路用并聯(lián)電路來(lái)等效，得到圖3.18(b)所示電路。由串聯(lián)-并聯(lián)電路阻抗變換關(guān)系有在工作頻率上，圖3.18(b)所示電路發(fā)生并聯(lián)諧振，有由于Qe>1，則圖3.18(a)所示的倒L形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)能將低阻抗負(fù)載變換為高阻抗負(fù)載，其變換倍數(shù)取決于品質(zhì)因數(shù)Qe的大小。為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，在已知負(fù)載RL和等效負(fù)載RE的情況下，品質(zhì)因數(shù)Qe為：根據(jù)品質(zhì)因數(shù)的定義，得到兩個(gè)異性質(zhì)電抗元件為如果外接負(fù)載RL較大，而放大器所要求的負(fù)載電阻RE較小，可采用圖3.19(a)所示電路。將X2與RL并聯(lián)形式等效變換為Xs與Rs的串聯(lián)形式，如圖3.19(b)所示。(a)倒L形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)

(b)等效電路圖3.19高阻抗變低阻抗倒L形阻抗選頻匹配網(wǎng)絡(luò)由并聯(lián)-串聯(lián)電路阻抗變換關(guān)系在工作頻率上，圖3.19(b)所示電路發(fā)生串聯(lián)諧振可得品質(zhì)因數(shù)為得到兩個(gè)異性質(zhì)電抗元件為【例3.3】已知一諧振功率放大器，其工作頻率f=20MHz，該放大器工作在臨界狀態(tài)所需要的等效阻抗為，求：

(1)當(dāng)負(fù)載電阻，設(shè)計(jì)該選頻匹配網(wǎng)絡(luò)；

(2)若該負(fù)載為感性負(fù)載，由10Ω電阻和0.2μH電感串聯(lián)組成，此選頻匹配網(wǎng)絡(luò)該如何設(shè)計(jì)？解：(1)由題意可知，匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該使負(fù)載值增大，故采用圖3.18(a)所示的倒L形網(wǎng)絡(luò)。因此有由0.16μH電感和318pF電容組成的倒L形匹配網(wǎng)絡(luò)如圖3.20(a)所示。圖3.20（2）當(dāng)負(fù)載由10Ω電阻和0.2μH電感串聯(lián)組成時(shí)0.2μH電感在20MHz時(shí)的電抗值為因此有由1560pF和318pF兩個(gè)電容組成的倒L形匹配網(wǎng)絡(luò)如圖3.20(b)所示。為設(shè)計(jì)所要求的匹配網(wǎng)絡(luò)，即當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，由電容C2與負(fù)載電感L的串聯(lián)部分的等效阻抗等效為圖3.20(a)所示的L2的電抗。圖3.20T型、π型選頻匹配網(wǎng)絡(luò)倒L型網(wǎng)絡(luò)電路簡(jiǎn)單，但由于只有兩個(gè)元件可以選擇，因此在滿足阻抗匹配關(guān)系時(shí)，回路的Q值就確定了，其變換關(guān)系為，當(dāng)要求變換的倍數(shù)不高時(shí)，回路的Q值低，則濾波效果不好。為了克服這一矛盾，可采用T型或者π型選頻匹配網(wǎng)絡(luò)，分別如圖3.21(a)、(b)所示。圖3.21T形和π形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)下面就以T形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)為例，說(shuō)明T形和π形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)的工作原理以及相關(guān)參數(shù)的求取。圖3.22T形拆成兩個(gè)倒L形電路將圖3.21(a)所示的T形選頻匹配網(wǎng)絡(luò)分解為兩個(gè)倒L形網(wǎng)絡(luò)的組合，如圖3.22虛線框所示，圖中。設(shè)Qe1、Qe2分別為右、左兩個(gè)倒L形網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)，RE1為右邊選頻匹配網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗。由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可知，在工作頻率處，右網(wǎng)絡(luò)可以增大負(fù)載阻抗的等效值，而左網(wǎng)絡(luò)可以減小右網(wǎng)絡(luò)等效阻抗的等效值。

則有得通過(guò)兩個(gè)倒L形網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)因數(shù)的恰當(dāng)選擇，就可以兼顧到濾波和阻抗匹配的要求。3.3.3諧振功率放大器電路舉例圖3.23所示是頻率為160MHz的諧振功率放大器電路，該電路通過(guò)高頻扼流圈Lb給基極提供自給偏壓電路，集電極饋電采用并饋方式，電源VCC通過(guò)高頻扼流圈Lc給集電極供電，電容Cc為高頻旁路電容，濾除高次諧波以免其通過(guò)電源形成寄生干擾。圖3.23160MHz諧振功率放大器電路在高頻功率放大器的輸入端采用由C1、C2、L1組成的T形匹配網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)調(diào)諧使該網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為160MHz，一方面起濾波的作用，濾除160MHz以外信號(hào)的進(jìn)入；另一方面起阻抗變換的作用，即將放大器的輸入阻抗變換為與前級(jí)阻抗相匹配。高頻功率放大器的輸出端由C3、C4、L2組成的倒L形匹配網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)調(diào)整C3、C4使該網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為160MHz，一方面濾除放大器工作在非線性狀態(tài)所產(chǎn)生的高次諧波；另一方面進(jìn)行阻抗變換，將負(fù)載變換為放大器所要求的最佳阻抗。3.4D、E類功率放大器概念高頻功率放大器的主要指標(biāo)是如何盡可能地提高其輸出功率與效率。丙類放大器是采取減小電流導(dǎo)通角θ以減小集電極電流中的直流分量的方法來(lái)提高其效率。但是導(dǎo)通角θ的減小是有一定限制的，因?yàn)閷?dǎo)通角θ減小，為了使輸出功率符合要求，就必須增大輸入信號(hào)的振幅，這樣就給前級(jí)放大器增加了負(fù)擔(dān)。放大器集電極效率為要提高放大器集電極效率，需要盡可能地減小集電極耗散功率PC，而可見(jiàn)，要減小集電極耗散功率PC，一種方法是減小PC的積分區(qū)間，即減小電流導(dǎo)通角θ，這就是丙類放大器所采用的方法；另一種方法就是減小iC與uCE的乘積，即電流導(dǎo)通角θ固定為90°，放大器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)：當(dāng)uCE處于高電壓時(shí)，使流過(guò)的電流iC很??；當(dāng)通過(guò)器件的電流很大時(shí)，使器件兩端電壓很低。這樣，在理想情況下，iC與uCE的乘積接近于零，其效率接近100%。3.5集成射頻功率放大器及其應(yīng)用簡(jiǎn)介

在射頻和非線性狀態(tài)下的射頻功率放大器和各種功能部件的設(shè)計(jì)是很復(fù)雜的，通常需要通過(guò)大量的調(diào)整、測(cè)試工作，才能使它們的性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。目前，國(guó)內(nèi)外的制造廠商制造了大量的射頻模塊放大器，這種射頻模塊放大器組件可完成振蕩、混頻、調(diào)制、功率合成與分配等各種功能。這些組件體積小，可靠性高，輸出功率一般在幾瓦至幾十瓦之間。下面以日本三菱公司的M57704系列介紹其結(jié)構(gòu)與工作原理。三菱公司的M57704系列高頻功率放大器是一種厚膜混合集成電路，包含有多個(gè)型號(hào)，頻率范圍為335～512MHz，各種型號(hào)的工作頻率如表3.1所示。表3.1三菱公司M57704系列的工作頻率型號(hào)工作頻率/MHz型號(hào)工作頻率/MHzM57704EL335～360M57704M430～450M57704SL360～380M57704H450～470M57704UL380～400M57704UH470～490M57704L400～420M57704SH490～512圖3.27(a)是M57704系列的外形圖，3.27(b)是其等效電路圖，包括三級(jí)放大電路，匹配網(wǎng)絡(luò)由微帶線和LC元件混合組成。①腳為信號(hào)輸入端，②、③、④腳分別為三級(jí)放大器的集電極電源輸入端，⑤腳為信號(hào)輸出端，⑥腳為接地端。(a)外形圖(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.27M57704系列功率放大器外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.28是TW-42超短波電臺(tái)中發(fā)信機(jī)高頻功率放大器部分電路圖，此電路采用的三菱公司的M57704H作為高頻功率放大器，其工