高頻功率放大器的電路組成

封面5.5高頻功率放大器的電路組成返回引言本頁完引言

高頻功率放大器的電路組成主要是介紹：

1、高頻功率放大器的饋電電路，亦即電源供電電路的形式。高頻功率放大器因為工作在高頻諧振和大功率的狀態(tài)下，其供電電路與低頻電路有很大的區(qū)別，電源所處位置是有一定的原則的。

2、輸出、輸入與級間耦合回路。高頻功率放大器一般工作在諧振狀態(tài)，并盡量把功率傳輸給下一級或負載，但因為工作在非線性區(qū)，所以輸出電阻是可變的，因而傳輸功率匹配有其自身的特點。又因為高頻功率放大器的負載往往是天線，所以特別討論當負載是天線時的耦合回路。返回學習要點本節(jié)學習要點和要求5.5高頻功率放大器的電路組成1、了解高頻功率放大器的饋電線路原則2、掌握高頻功率放大器輸出匹配網絡的計算返回5.5高頻功率放大器的電路組成一、饋電線路1、高頻功率放大器的饋電原則繼續(xù)本頁完(1)VCC經管外電路輸至集電極并產生直流電流IC0，該回路中除了晶體管的內阻外，應沒有其他電阻消耗能量。IC0VCC(1)Icmn(3)(2)高頻基波分量Icm1應通過負載回路，以產生所需的高頻輸出功率。因此，只應有Icm1在負載回路上產生電壓降產生Vcm1。Icm1CL(2)(3)高頻諧波分量Icmn在回路中應是接近短路的，不應消耗功率。(4)直流電源一定要放在靠近“地”電位的一端。IC0VCC(4)VBB2、實際的集電極饋電電路(1)串饋式集電極饋電電路

串饋式電路就是直流電源VCC、負載回路(LC諧振回路)和電子器件(晶體管)三部分是串聯(lián)起來的。CLvCVCCC’+-L’串饋式集電極饋電電路5.5高頻功率放大器的電路組成一、饋電線路

電路分析：

L’是高頻扼流圈，它對直流IC0是短路的，但對高頻呈現(xiàn)很大的阻抗，以阻止高頻電流通過公用電源內阻產生高頻能量的損耗和在各級之間的寄生耦合。

L’的選擇要求是其阻抗遠大于回路諧振阻抗RP。IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)

對于基波電流Icm1，LC諧振回路呈現(xiàn)很大的阻抗，因此在LC回路兩端產生一個基波電壓Vcm1。所以對于基波來說，LC回路是存在的。繼續(xù)本頁完2、實際的集電極饋電電路IC0VCC(1)Icmn(3)(1)串饋式集電極饋電電路Icm1CL(2)CLvCVCCC’+-L’Icm1，IcmnIcm1，IcmnIC0

電路分析：

C’是高頻旁路電容，對高頻呈現(xiàn)很小的阻抗，可以看成是短路，可使LC諧振回路的一端交流接地。

C’的選擇要求是其阻抗遠小于回路諧振阻抗RP。IC05.5高頻功率放大器的電路組成一、饋電線路繼續(xù)本頁完2、實際的集電極饋電電路IC0VCC(1)Icmn(3)(1)串饋式集電極饋電電路Icm1CL(2)1、高頻功率放大器的饋電原則：CLvCVCCC’+-L’Icm1，IcmnIcm1，IcmnIC0

電路分析：

對于基波電流Icm1，LC諧振回路呈現(xiàn)很大的阻抗，因此在LC回路兩端產生一個基波電壓Vcm1。所以對于基波來說，LC回路是存在的。IC0

對于諧波電流Icmn，LC諧振回路呈現(xiàn)很小的阻抗，基本不產生諧波電壓Vcmn，對于諧波來說LC回路是短路的。5.5高頻功率放大器的電路組成一、饋電線路(2)并饋式電路

一、饋電線路高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完2、實際的集電極饋電電路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高頻功率放大器的饋電原則：(2)并饋式集電極饋電電路CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcm

并饋式電路就是電子器件(晶體管)、負載回路(LC諧振回路)和直流電源VCC三部分是并聯(lián)起來的。

高頻扼流圈L’的分析

一、饋電線路高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完2、實際的集電極饋電電路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高頻功率放大器的饋電原則：(2)并饋式集電極饋電電路CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcm

電路分析：

L’是高頻扼流圈，它對直流IC0是短路的，但對高頻呈現(xiàn)很大的阻抗，以阻止高頻電流通過公用電源內阻產生高頻能量的損耗和在各級之間的寄生耦合。IC0

耦合電容C”的分析

一、饋電線路高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完2、實際的集電極饋電電路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高頻功率放大器的饋電原則：(2)并饋式集電極饋電電路CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcm

電路分析：IC0

C”為隔直和高頻耦合電容，基波Icm1和諧波Icmn均可通過。LC回路對基波Icm1呈現(xiàn)大阻抗，產生基波電壓Vcm，等效電路如圖(2)所示。對于諧波Icmn，LC相當于短路，基本不產生諧波電壓Vcmn，等效電路如圖(3)所示。Icm1、Icmn

電源位置的要求

一、饋電線路高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完2、實際的集電極饋電電路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高頻功率放大器的饋電原則：(3)電源VCC位置確定原則CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcmIC0

VCC一定要放在靠近“地”電位的一端，這是由于電源VCC與“地”之間有一定的雜散電容，而且比較大，這樣放置使電源的雜散電容不影響LC回路，不會限制了電路的最高頻率。Icm1、Icmn3、實際基極饋電電路

一、饋電線路高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完2、實際的集電極饋電電路1、高頻功率放大器的饋電原則：3、實際基極饋電電路串饋式基極饋電電路

同理可得高頻功率放大器的基極饋電電路。VBBC’+-L’VBBC’+-C”并饋式基極饋電電路

工作原理與集電極饋電電路相似，同學們自行閱讀教材。二、輸出匹配網絡

1、輸出匹配網絡的作用

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的三個作用(1)使負載阻抗與放大器所需的最佳阻抗匹配，以保證放大器傳輸?shù)截撦d的功率最大，它起著匹配網絡的作用。RL四端網絡放大器RsZiZ0(2)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。(3)在有幾個電子器件同進輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到負載，但同時又應盡可能使這幾個電子器件彼此隔離互不影響。

例如：同一天線發(fā)射幾套電視節(jié)目等。2、輸出匹配網絡的工作原理

(1)輸出匹配網絡的組成

(2)負載的組成

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完2、輸出匹配網絡工作原理

本電路是天線（負載）回路通過互感形式與集電極調諧回路相耦合。天線發(fā)射復合輸出回路C1L1r1CnLnCARAML2RL四端網絡放大器RsZiZ0(1)輸出匹配網絡的組成L1C1R1并聯(lián)諧振回路；

LnCn串聯(lián)諧振回路；

L1L2變壓器耦合回路。(2)負載(天線等效電路)的組成CA天線等效電容RA天線的輻射電阻Cn和Ln的作用。

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完2、輸出匹配網絡工作原理天線發(fā)射復合輸出回路C1L1r1CnLnCARAML2RL四端網絡放大器RsZiZ0

L1C1R1并聯(lián)諧振回路；

LnCn串聯(lián)諧振回路；

L1L2變壓器耦合回路。(2)負載(天線等效電路)的組成(1)輸出匹配網絡的組成

調節(jié)Cn和Ln，配合CA使次級回路處于串聯(lián)諧振，令天線回路電流達到最大值，使天線輻射功率最大。CA天線等效電容RA天線的輻射電阻(3)輸出匹配網絡的參數(shù)

反射阻抗r’

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)輸出匹配網絡的參數(shù)C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路r’=——ω2M2RA

此式可參考教材P69式(3.5.6)或課件第三章第四節(jié)P14。

這時L1C1回路的并聯(lián)等效回路諧振阻抗為RP=————C1(r1+r’)L1Rp’

RP等效至集電極回路的阻抗R’P為

R’P=p2RP=p2

————C1(r1+r’)L1Rp

輸出匹配網絡的參數(shù)主要研究L1、C1、r1、RA、M以及接入系數(shù)p之間的關系，以確定阻抗匹配的條件。

諧振阻抗

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)輸出匹配網絡的參數(shù)C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路r’=——ω2M2RARp’

R’P=p2RP=p2

————C1(r1+r’)L1Rp

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA

上式說明，改變M就可以在不影響回路諧振頻率的情況下調節(jié)R’P，以達到阻抗匹配的目的。(4)高頻功率放大器的阻抗匹配

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)輸出匹配網絡的參數(shù)C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路r’=——ω2M2RARp’Rp

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA(4)高頻功率放大器阻抗匹配的概念

在給定的電路條件下，改變負載回路的可調元件，使電子器件送出額定的輸出功率Po至負載。

改變M或Cn，使輸出至天線的功率達到設計所要求的功率，即為阻抗匹配。

因為高頻功率放大器是工作在非線性區(qū)（丙類狀態(tài)），因而令放大器的輸出電阻變動劇烈，所以低頻功率放大器的阻抗匹配概念不適用。(5)輸出匹配網絡的效率

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理(5)輸出匹配網絡的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路r’=——ω2M2RARp’Rp

RP=——————L1C1(r1+——)ω2M2RAηk的定義：

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA

反射電阻r’反映了天線回路輻射時消耗的能量，要使天線盡可能獲得發(fā)射功率，則r’應越大。衡量回路傳輸能力的標準是中介回路傳輸效率ηk

。

ηk=———————————回路送至負載r’的功率Po電子器件送至回路的總功率P

效率的推導

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理(5)輸出匹配網絡的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路r’=——ω2M2RARp’Rp

RP=——————L1C1(r1+——)ω2M2RAηk的定義：

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA=————Ik2r’Ik2(r’+r1)=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk=———————————回路送至負載r’的功率Po電子器件送至回路的總功率P

結論一：匹配回路本身損耗r1越小，傳輸效率ηk越高。

效率的推導

二、輸出匹配網絡高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理(5)輸出匹配網絡的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）ηk的定義：=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk空載時L1C1諧振阻抗Rp0=——L1C1r1有載時L1C1諧振阻抗C1(r1+r’)Rp=————L1兩式相除得——=——r1r1+r’RpRp0C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路

效率的推導

二、輸出匹配網絡繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理(5)輸出匹配網絡的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）ηk的定義：=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk——=——r1r1+r’RpRp0同理空載L1C1回路Q值為Q0=——ωL1r1有載時L1C1回路的Q值為r1+r’QL=———ωL1C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路兩式相除得——=——r1r1+r’QLQ0高頻功率放大器的電路組成

效率與RP和Q的關系式

二、輸出匹配網絡繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理(5)輸出匹配網絡的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）ηk的定義：=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk——=——r1r1+r’RpRp0C1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路——=——r1r1+r’QLQ0=———r’r’+r1

ηk=1-———r1r1+r’

ηk=1-——RpRp0=1-——QLQ0高頻功率放大器的電路組成Q值選取的考慮

二、輸出匹配網絡繼續(xù)本頁完1、輸出匹配網絡的作用2、輸出匹配網絡工作原理(5)輸出匹配網絡的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηkC1L1r1r’ik諧振時L1C1等效電路

ηk=1-——RpRp0=1-——QLQ0

有載QL值的選取按傳輸效率觀點應越小越好，但從回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應小于10。但在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。

結論二：要想回路的傳輸效率高，則空載Q0值越大越好，有載QL值越小越好，也就是說，中介回路即匹配回路本身損耗r1越小越好。在廣播波段，線圈的Q0值約為100~200。高頻功率放大器的電路組成三、輸出匹配網絡的計算

分析題目

三、輸出匹配網絡的計算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完解：由上例知回路的阻抗例：圖所示電路中，初、次級回路都諧振于工作頻率1MHz，幅射電阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作條件與本章第二節(jié)課件例題相同，見教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設Q0=100，QL=10，回路接入系數(shù)p=0.2。

L1C1并聯(lián)諧振回路的有載回路阻抗為

所以R’P=p2

QLωL1C1L1r1CnLnCARAML2Rp’2.現(xiàn)要求初級線圈的L1值，必須把R’P與L1聯(lián)系起來。R’P=V2cm/2Po=126.5ΩRP=QLωL11.回路的阻抗R’P=126.5Ω是集電極有載等效阻抗。

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0

計算L1和C1

三、輸出匹配網絡的計算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)

所以R’P=p2QLωL1C1L1r1CnLnCARAML2Rp’

得L1=R’P/p2QLω=————————H126.50.22×10×2π×106=50.3μH

根據(jù)諧振頻率公式得C1=1/ω2L1=————————F(2π×106)2×50.3

×10-61=504pF

L1和C1均已求出，現(xiàn)只剩下求M了。本頁完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：圖所示電路中，初、次級回路都諧振于工作頻率1MHz，幅射電阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作條件與本章第二節(jié)課件例題相同，見教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設Q0=100，QL=10，回路接入系數(shù)p=0.2。

分析如何求M

三、輸出匹配網絡的計算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)

所以R’P=p2QLωL1

得L1=R’P/p2QLω=————————H126.50.22×10×2π×106=50.3μH`

根據(jù)諧振頻率公式得C1=1/ω2L1=————————F(2π×106)2×50.3

×10-61=504pF

L1和C1均已求出，現(xiàn)只剩下求M了。C1L1r1r’ikr’=——ω2M2RA1.要求出M，必須求r’。2.要求出r’

，必須求r1

。Q0=——ωL1r1本頁完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：圖所示電路中，初、次級回路都諧振于工作頻率1MHz，幅射電阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作條件與本章第二節(jié)課件例題相同，見教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設Q0=100，QL=10，回路接入系數(shù)p=0.2。

求出r‘反射阻抗

三、輸出匹配網絡的計算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)

根據(jù)空載時Q0值公式得

輸出匹配網絡效率公式=28.44Ω

C1L1r1r’ikr’=——ω2M2RAQ0=——ωL1r1

L1=50.3μHr1=——ωL1Q0=————————Ω1002π×106×50.3×10-6=3.16Ω=———r’r’+r1

ηk=1-——QLQ0

所以

r’=r1(——-1)Q0QL=3.16(——-1)Ω10010本頁完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：圖所示電路中，初、次級回路都諧振于工作頻率1MHz，幅射電阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作條件與本章第二節(jié)課件例題相同，見教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設Q0=100，QL=10，回路接入系數(shù)p=0.2。

求出M

三、輸出匹配網絡的計算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁完

根據(jù)空載時Q0值公式得

輸出匹配網絡效率公式C1L1r1r’ik