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(yè)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?yàn)楣ぷ髟诟哳l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(jí)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(jí)或負(fù)載，但因?yàn)楣ぷ髟诜蔷€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(diǎn)。又因?yàn)楦哳l功率放大器的負(fù)載往往是天線，所以特別討論當(dāng)負(fù)載是天線時(shí)的耦合回路。返回學(xué)習(xí)要點(diǎn)本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)的計(jì)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(yè)完(1)VCC經(jīng)管外電路輸至集電極并產(chǎn)生直流電流IC0，該回路中除了晶體管的內(nèi)阻外，應(yīng)沒(méi)有其他電阻消耗能量。IC0VCC(1)Icmn(3)(2)高頻基波分量Icm1應(yīng)通過(guò)負(fù)載回路，以產(chǎn)生所需的高頻輸出功率。因此，只應(yīng)有Icm1在負(fù)載回路上產(chǎn)生電壓降產(chǎn)生Vcm1。Icm1CL(2)(3)高頻諧波分量Icmn在回路中應(yīng)是接近短路的，不應(yīng)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(shí)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(fù)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(lái)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(duì)直流IC0是短路的，但對(duì)高頻呈現(xiàn)很大的阻抗，以阻止高頻電流通過(guò)公用電源內(nèi)阻產(chǎn)生高頻能量的損耗和在各級(jí)之間的寄生耦合。

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

對(duì)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(chǎn)生一個(gè)基波電壓Vcm1。所以對(duì)于基波來(lái)說(shuō)，LC回路是存在的。繼續(xù)本頁(yè)完2、實(shí)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(duì)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(yuǎn)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(yè)完2、實(shí)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(duì)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(chǎn)生一個(gè)基波電壓Vcm1。所以對(duì)于基波來(lái)說(shuō)，LC回路是存在的。IC0

對(duì)于諧波電流Icmn，LC諧振回路呈現(xiàn)很小的阻抗，基本不產(chǎn)生諧波電壓Vcmn，對(duì)于諧波來(lái)說(shuō)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(yè)完2、實(shí)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(fù)載回路(LC諧振回路)和直流電源VCC三部分是并聯(lián)起來(lái)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(yè)完2、實(shí)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(duì)直流IC0是短路的，但對(duì)高頻呈現(xiàn)很大的阻抗，以阻止高頻電流通過(guò)公用電源內(nèi)阻產(chǎn)生高頻能量的損耗和在各級(jí)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(yè)完2、實(shí)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(guò)。LC回路對(duì)基波Icm1呈現(xiàn)大阻抗，產(chǎn)生基波電壓Vcm，等效電路如圖(2)所示。對(duì)于諧波Icmn，LC相當(dāng)于短路，基本不產(chǎn)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(yè)完2、實(shí)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(huì)限制了電路的最高頻率。Icm1、Icmn3、實(shí)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(yè)完2、實(shí)際的集電極饋電電路1、高頻功率放大器的饋電原則：3、實(shí)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(xué)們自行閱讀教材。二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)作用(1)使負(fù)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?fù)載的功率最大，它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。RL四端網(wǎng)絡(luò)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(gè)電子器件同進(jìn)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到負(fù)載，但同時(shí)又應(yīng)盡可能使這幾個(gè)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(wǎng)絡(luò)的工作原理

(1)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的組成

(2)負(fù)載的組成

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理

本電路是天線（負(fù)載）回路通過(guò)互感形式與集電極調(diào)諧回路相耦合。天線發(fā)射復(fù)合輸出回路C1L1r1CnLnCARAML2RL四端網(wǎng)絡(luò)放大器RsZiZ0(1)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理天線發(fā)射復(fù)合輸出回路C1L1r1CnLnCARAML2RL四端網(wǎng)絡(luò)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(fù)載(天線等效電路)的組成(1)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的組成

調(diào)節(jié)Cn和Ln，配合CA使次級(jí)回路處于串聯(lián)諧振，令天線回路電流達(dá)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(wǎng)絡(luò)的參數(shù)

反射阻抗r’

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C1L1r1r’ik諧振時(shí)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(shí)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(wǎng)絡(luò)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(guān)系，以確定阻抗匹配的條件。

諧振阻抗

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

R’P=p2RP=p2

————C1(r1+r’)L1Rp

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA

上式說(shuō)明，改變M就可以在不影響回路諧振頻率的情況下調(diào)節(jié)R’P，以達(dá)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(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C1L1r1r’ik諧振時(shí)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(fù)載回路的可調(diào)元件，使電子器件送出額定的輸出功率Po至負(fù)載。

改變M或Cn，使輸出至天線的功率達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的功率，即為阻抗匹配。

因?yàn)楦哳l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(dòng)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(wǎng)絡(luò)的效率

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理(5)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）C1L1r1r’ik諧振時(shí)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(shí)消耗的能量，要使天線盡可能獲得發(fā)射功率，則r’應(yīng)越大。衡量回路傳輸能力的標(biāo)準(zhǔn)是中介回路傳輸效率ηk

。

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

效率的推導(dǎo)

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理(5)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的效率ηk（亦稱中介回路傳輸效率）C1L1r1r’ik諧振時(shí)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(fù)載r’的功率Po電子器件送至回路的總功率P

結(jié)論一：匹配回路本身?yè)p耗r1越小，傳輸效率ηk越高。

效率的推導(dǎo)

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理(5)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(shí)L1C1諧振阻抗Rp0=——L1C1r1有載時(shí)L1C1諧振阻抗C1(r1+r’)Rp=————L1兩式相除得——=——r1r1+r’RpRp0C1L1r1r’ik諧振時(shí)L1C1等效電路

效率的推導(dǎo)

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理(5)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(shí)L1C1回路的Q值為r1+r’QL=———ωL1C1L1r1r’ik諧振時(shí)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(guān)系式

二、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理(5)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(wǎng)絡(luò)繼續(xù)本頁(yè)完1、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用2、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)工作原理(5)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(shí)L1C1等效電路

ηk=1-——RpRp0=1-——QLQ0

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

結(jié)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(shuō)，中介回路即匹配回路本身?yè)p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(wǎng)絡(luò)的計(jì)算

分析題目

三、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完解：由上例知回路的阻抗例：圖所示電路中，初、次級(jí)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(jiàn)教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應(yīng)為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設(shè)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(jí)線圈的L1值，必須把R’P與L1聯(lián)系起來(lái)。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(jì)算L1和C1

三、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)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(yè)完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：圖所示電路中，初、次級(jí)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(jiàn)教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應(yīng)為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設(shè)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(wǎng)絡(luò)的計(jì)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(yè)完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：圖所示電路中，初、次級(jí)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(jiàn)教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應(yīng)為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設(shè)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(wǎng)絡(luò)的計(jì)算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)

根據(jù)空載時(shí)Q0值公式得

輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(yè)完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：圖所示電路中，初、次級(jí)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(jiàn)教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶體管。試求M、L1與C1之值應(yīng)為多少，才能使天線與3DA1相匹配。設(shè)Q0=100，QL=10，回路接入系數(shù)p=0.2。

求出M

三、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算高頻功率放大器的電路組成繼續(xù)本頁(yè)完

根據(jù)空載時(shí)Q0值公式得

輸出匹配網(wǎng)絡(luò)效率公式C1L1r1r’ik