高頻功率放大器

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第一章高頻功率放大器的基本概念

1.1.概念

高頻功率放大器是一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大器，一般丙類工作，主要應(yīng)用在無線電發(fā)射機(jī)中，用來隊在波信號或高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大。

顧名思義,高頻功率放大器用于放大器高頻信號并獲得足夠大的輸出功率,常又稱為射頻功率放大器(RadioFrequencyPowerAmplifier)。它廣泛用于發(fā)射機(jī)、高頻加熱裝置和微波功率源等電子設(shè)備中。1.2.分類

根據(jù)相對工作頻帶的寬窄不同，高頻功率放大器可分為窄帶型和寬帶型兩大類。

1.窄帶型高頻功率放大器

尋常采用諧振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載，又稱為諧振功率放大器。為了提高效率，諧振功率放大器一般工作于丙類狀態(tài)或乙類狀態(tài)。

2.采用傳輸線變壓器作負(fù)載。傳輸線變壓器的工作頻帶很寬，可以實現(xiàn)功率合成。1.3特點

1.采用諧振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載。2.一般工作在丙類或乙類狀態(tài)。3.工作頻率和相對通頻帶相差很大。

4.技術(shù)指標(biāo)要求輸出功率大、效率高。1.4.技術(shù)指標(biāo)

1.輸出功率:PO2.效率:η

3.功率增益:Ap

其次章高頻功率放大器的原理分析

利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角θ的范圍可以分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲類功放的θ＝180o，效率最高也只能達(dá)到50％，而丙類功放的θ＜90%，效率η可達(dá)到80％。由技術(shù)指標(biāo)要求總效率η大于75%，顯然不能只用一級寬帶功放，利用丙類諧振功放和寬帶高頻功放組成兩級功率放大器。

2.1.丙類諧振功放

2.1.1．丙類諧振功放的特點

1.與低頻功放相比a.工作頻率和相對頻帶不同b.負(fù)載性質(zhì)不同c.工作狀態(tài)不同

2.與小信號諧振放大器比較a.對放大信號的要求不同b.諧振網(wǎng)絡(luò)的作用不同c.工作狀態(tài)不同

圖2.1三種工作狀態(tài)波形比較

2.1.2.丙類諧振功放的原理

1.電路原理

ui

圖2.2丙類諧振功放電路

丙類功放的基極偏置電壓-VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IE0在射極電阻RE2上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號vi'為正弦波時，則集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路L2、C2的選頻作用可輸出基波諧振電壓vc1、電流ic1。

2.工作原理

設(shè)輸入ui為一余弦信號:ui=Uimcos?t（2.1）則三極管的發(fā)射結(jié)電壓：uBE=VBB?ui=VBB?Uimcos?t,由于管子只在小

半周期內(nèi)導(dǎo)通，因而iB為脈沖電流。放大后的iC也為脈沖電流。根據(jù)傅氏級數(shù)展開得：

iC

=Ic0?Ic1mcos?t?Ic2mcos2?t???Icnmcosn?t（2.2）

考慮LC諧振回路對各次諧波的作用不同得：

uc=Ic1mRPcos?t=Ucmcos?t（2.3）

uCE=VCC?uc=VCC?Ucmcos?t因而：（2.4）

圖2.3丙類諧振功率放大器主要相關(guān)波形

波形分析：

（a）三極管輸入特性

（b）基極脈沖電流及諧波分量（c）集電極脈沖電流及諧波分量(d)LC諧振回路兩端電壓波形

(e)晶體管集電極和發(fā)射極之間的瞬時電壓波形3.功率與效率

電源提供功率：PO?VCCIC0輸出功率：Pc?11V2cm2Vc1mIc1m?2Ic1mR02R0集電極功耗：PC?PDC?PO效率：

?POC?P?1UcmIc1mDC2VCCI?1?g1(?)c022.5）2.6）2.7）2.8）（

（

（

（

其中：??UcmVCC為集電極電壓利用系數(shù)。

g1(?)?Ic1mIC0為集電極電流利用系數(shù)（波形系數(shù)）。

2.1.3丙類諧振功放的性能分析1.動態(tài)線

——在以UBE作為參變量的三極管輸出特性曲線上作出的交流負(fù)載線

圖2.4交流負(fù)載線

且有：uBE?VBB?Uimcos?t，uCE?VCC?Ucmcos?t?？梢?，動態(tài)線和VCC，VBB，Uim，Ucm相關(guān)。2.三種工作狀態(tài)