高頻諧振功率放大電路

高頻諧振功率放大電路第1頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.1概述1、使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號,并且以高效輸出大功率，使發(fā)射機(jī)末級獲得足夠大的發(fā)射功率。2、高頻功率放大器使用中需要解決的問題①具有高效率的功率轉(zhuǎn)換②輸出足夠的功率（高功率輸出）高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和高。但二者的工作頻率和相對頻帶寬度相差很大。聯(lián)想對比：③減少非線性失真第2頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三icebtooictVBZ3、諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負(fù)載均為諧振回路。不同之處：激勵(lì)信號幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同；晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號諧振放大器波形圖icQebtooict第3頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三icQebtooict小信號諧振放大器波形圖第4頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三icebtooictVBZ諧振功率放大器波形圖第5頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三4、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處:都要求輸出功率大和效率高。功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(c＜90)，為了不失真的放大信號，它的負(fù)載必須是諧振回路。非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線或其它寬帶匹配電路為負(fù)載。第6頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三三極管四種工作狀態(tài)根據(jù)正弦信號整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類：導(dǎo)通角等于180°甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180°丙類：導(dǎo)通角小于180°第7頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。第8頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。表2-1不同工作狀態(tài)時(shí)放大器的特點(diǎn)

工作狀態(tài)

半導(dǎo)通角

理想效率

負(fù)

載

應(yīng)

用

甲類

qc=180°

50%

電阻

低頻

乙類

qc=90°

78.5%

推挽，回路

低頻，高頻

甲乙類

90°＜qc＜180°

50%＜h＜78.5%

推挽

低頻

丙類

qc＜90°

h＞78.5%

選頻回路

高頻

丁類

開關(guān)狀態(tài)

90%~100%

選頻回路

高頻

工作狀態(tài)功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路。第9頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三ECICEO

uCE

iCO??Q???Q?截止區(qū)飽和區(qū)o180=q第11頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.2丙類諧振功率放大器的工作原理+ub-RpCL+uCE-icECUBB(b)等效電路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a)原理電路第12頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic2工作原理分析uBEic?-UBB?UBZubic?UbmgC+uBE_仿真第13頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三vBEic?-UBB?-UBZvbic?VbmgCIcmax+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic+uBE_仿真第14頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax第15頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三iC頻譜(2)集電極輸出電壓LC回路阻抗Rp+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic+uBE_仿真icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax第16頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三+ub-RpCL+uCE-ECUBB+uc1-ic+uBE_仿真ubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcm1UbmuBEic?-UBB?UBZubUbmgC第17頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.高頻功放的功率關(guān)系

第18頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)晶體管允許的耗散功率一定時(shí)，第19頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三，功放管的集電極損耗功率。試計(jì)算：直流電源提供的功率例1

某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率,集電極電源=24V，集電極電流直流分量，電壓利用系數(shù)及效率，臨界負(fù)載電阻，可以求出集電極電源供給的直流功率以及輸出題意分析：本題直接采用功放的電流、電壓、能量關(guān)系即可。已知電源電壓電流的直流分量，從而得到集電極損耗功率及效率，通過電壓利用系數(shù)，可以計(jì)算出波形系數(shù)，進(jìn)而利用輸出電流的直流分量求出輸出，再利用輸出功率可以得到臨界負(fù)載阻抗電流里的基波分量第20頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三解：以及集電極損耗功率討論：本題考察的是如何靈活應(yīng)用功放的電流、電壓、能量關(guān)系。本題的解題方法還有多種，如由電源電壓以及電壓利用系數(shù)，可以得到，再由輸出功率可以得到臨界負(fù)載阻抗以及輸出電流。通過輸出電流的直流分量，可以計(jì)算出波形系數(shù)利用電壓利用系數(shù)，算出效率，從而得到集電極電源供給的直流功率輸出電壓中的基波分量第21頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三80％第22頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三VT1VT2T1LCRLECCC3.2.3D類和E類功率放大器簡介

1.D類功率放大器的原理分析

D類功率放大器有電壓開關(guān)型和電流開關(guān)型兩種基本電路，電壓開關(guān)型D類功率放大器是已推廣應(yīng)用的電路

uiub1ub2ic1ic2uLuA

ub1和ub2是由ui通過變壓器T1產(chǎn)生的兩個(gè)極性相反的輸入激勵(lì)電壓

ui正半周時(shí)VT1管飽和導(dǎo)通，VT2管截止，電源EC對電容C充電，電容上的電壓很快充至（EC-UCES1）值，A點(diǎn)對地的電壓uA=（EC-UCES1）。

ui負(fù)半周時(shí)VT2管飽和導(dǎo)通，VT1管截止。VT2管的直流電源由電容C上充的電荷供給，uA=UCES2≈0

uA近似為矩形波電壓，幅值為（EC-2UCES）。若L、C和RL串聯(lián)諧振回路調(diào)諧在輸入信號的角頻率ω上，且回路的Q值足夠高，則通過回路的電流ic1或ic2是角頻率為ω的余弦波，RL上可得相對輸入信號不失真的輸出功率。第23頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三VT1VT2T1LCRLECCCuiub2ic1ic2uLuAECic1ωtic2ωtuLωt盡管每管飽和導(dǎo)通時(shí)的電流很大，但相應(yīng)的管壓降很小，這樣，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高

UCESuAωtub1EC-2UCES第24頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三VT1VT2T1LCRLECCC2.2.3D類和E類功率放大器簡介

1.D類功率放大器的原理分析

D類功率放大器有電壓開關(guān)型和電流開關(guān)型兩種基本電路，電壓開關(guān)型D類功率放大器是已推廣應(yīng)用的電路

uiub1ub2ic1ic2uLuA

ub1和ub2是由ui通過變壓器T1產(chǎn)生的兩個(gè)極性相反的輸入激勵(lì)電壓

ui正半周時(shí)VT1管飽和導(dǎo)通，VT2管截止，電源EC對電容C充電，電容上的電壓很快充至（EC-UCES1）值，A點(diǎn)對地的電壓uA=（EC-UCES1）。

ui負(fù)半周時(shí)VT2管飽和導(dǎo)通，VT1管截止。VT2管的直流電源由電容C上充的電荷供給，uA=UCES2≈0

uA近似為矩形波電壓，幅值為（EC-2UCES）。若L、C和RL串聯(lián)諧振回路調(diào)諧在輸入信號的角頻率ω上，且回路的Q值足夠高，則通過回路的電流ic1或ic2是角頻率為ω的余弦波，RL上可得相對輸入信號不失真的輸出功率。ECUCESEC-2UCESuAωtic1ωtic2ωtuLωt盡管每管飽和導(dǎo)通時(shí)的電流很大，但相應(yīng)的管壓降很小，這樣，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高

第25頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三2.輸出功率及效率計(jì)算

uA為矩形方波，用傅里葉級數(shù)展開后可求得其基波分量的振幅為：

VT1管電流ic1(或VT2管電流ic2)的直流電流為：

ECEC-2UCESuAωtUCESic1ωtic2ωtuLωt

UA1m≈ID電源供給的直流功率：PD=2EC

ID

放大器的輸出功率Po為；效率η=Po／PD=100％

實(shí)際晶體管的飽和壓降不可能為零，又考慮到管子結(jié)電容、電路分布電容的影響(使管壓降波形uA有一定上升沿和下降沿)，從而使D類功放的效率小于100％，典型值大于90％。

第26頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三2.輸出功率及效率計(jì)算

uA為矩形方波，用傅里葉級數(shù)展開后可求得其基波分量的振幅為：

當(dāng)串聯(lián)Q值足夠大，且諧振于f0

，則：

ECEC-2UCESuAωtUCESic1ωtic2ωtuLωt

UA1m≈IC0第27頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三電源供給的直流功率：放大器的輸出功率Po為；實(shí)際晶體管的飽和壓降不可能為零，又考慮到管子結(jié)電容、電路分布電容的影響(使管壓降波形uA有一定上升沿和下降沿)，從而使D類功放的效率小于100％，典型值大于90％。

ECEC-2UCESuAωtUCESic1ωtic2ωtuLωtIC0放大器的效率為；第28頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.2.4丙類倍頻器

第29頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三仿真第30頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三iC+uce--Ec+-uc2+iciC1iC2ic頻譜0ICOICm1ICm2ICm3ICm4LC諧振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC2第31頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三第32頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三第33頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.3高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)分析1.動(dòng)態(tài)特性方程2.動(dòng)態(tài)特征曲線的畫法3.高頻功放的工作狀態(tài)3.3.2高頻功率放大器的負(fù)載特性

3.3.3高頻功率放大器的調(diào)制特性

3.3.4高頻功率放大器的放大特性

3.3.5高頻功率放大器的調(diào)諧特性

3.3.6高頻功放的高頻效應(yīng)

第34頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三uBEicgCUBZ+ub-CLECUBB+uc1-icRp+uCE-+uBE_3.3.1高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性

第35頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三第36頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三uCEicUo?A?BOEC?QUcmuceminubemax(4)連接ABD即得動(dòng)態(tài)特性曲線

D第37頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三2.3.2高頻功率放大器的負(fù)載特性

uceicUo?gduBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuCEicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?第38頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三EC?QUcesUcm1?uBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?uCEicgcrIcmaxubemax第39頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三EC?QUcesUcm?uBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?uCEicgcrIcmaxubemax第40頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三EC?QUcesUcm?uCEicgcrIcmaxubemax第41頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三icuCEPoRp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPcubemaxUcm1第42頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.3.3高頻功率放大器的調(diào)制特性

uceicubemax?QEC??QEC?QEC????icEC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)EC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Icm1IcoPDPOPC第43頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三

進(jìn)入過壓狀態(tài)后，隨著UBB向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結(jié)果使Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm增大得十分緩慢

UcmIcoIcml臨界UBB過壓欠壓O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)當(dāng)Ubm固定，UBB自負(fù)值向正值方向增大時(shí)，集電極脈沖電流ic的導(dǎo)通角θc增大，從而集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，狀態(tài)由欠壓區(qū)進(jìn)入過壓區(qū)。

第44頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三2.3.4高頻功率放大器的放大特性uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)UcmIcmlIcoUbm過壓臨界欠壓OOωticOωticUbm增大OωticωtOictUbm線性功率放大器tUcmUbmUcm振幅限幅器UcmtUbmUcm

固定UBB、增大Ubm和固定Ubm、增大UBB的情況類似，它們都使基極輸入電壓uBEmax隨之增大，對應(yīng)的集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，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，為了使輸出信號振幅Ucm反映輸入信號振幅Ubm的變化，放大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。當(dāng)諧振功率放大器用作振幅限幅器時(shí)，放大器必須在Ubm變化的范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。仿真第45頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.3.5高頻功率放大器的調(diào)諧特性

實(shí)際回路在調(diào)諧過程中，其負(fù)載是一阻抗Zp，當(dāng)改變回路的元件數(shù)值，如改變回路的電容C時(shí)，功放的外部電流Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm等隨C的變化特性稱為調(diào)諧特性。

設(shè)諧振時(shí)功放工作在弱過壓狀態(tài)，當(dāng)回路失諧后，由于阻抗Zp的模值減小，根據(jù)負(fù)載特性可知，功放的工作狀態(tài)將向臨界及欠壓狀態(tài)變化，此時(shí)Ico和Icml要增大，而Ucm將下降。應(yīng)該指出，回路失諧時(shí)直流輸入功率PD=IcoEC隨Ico的增加而增加，而輸出功率Po=UcmIcmlcosφ將主要因cosφ因子而下降，因此失諧后集電極功耗PC將迅速增加。這表明高頻功放必須經(jīng)常保持在諧振狀態(tài)。

UcmIcmlIco第46頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.3.6高頻功放的高頻效應(yīng)

ubet-UBBUBZ休息2休息1第47頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三ucef1f2f2>f1第48頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三例2

某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率為15W,且Ec=24V，導(dǎo)通角。功放管參數(shù):

。試問：（1）直流電源提供的功率，功放管的集電極損耗功率及效率，臨界負(fù)載電阻為多少？（2）若輸入信號振幅增加一倍，功放的工作狀態(tài)如何改變？此時(shí)的輸出功率大約為多少？（3）若負(fù)載電阻增加一倍，功放的工作狀態(tài)如何改變？（4）若回路失諧，會(huì)有何危險(xiǎn)？如何指示調(diào)諧？題意分析：在已知輸出功率P1、電源電壓EC、臨界飽和線斜率Sc及集電極電流導(dǎo)通角的情況下，只要計(jì)算出電壓利用系數(shù)，其它參數(shù)就很容易求出；輸入信號振幅變化、負(fù)載電阻變化，將影響功放的工作狀態(tài)，利用功放的振幅特性及負(fù)載特性判斷即可；由于諧振時(shí)功放工作在臨界狀態(tài)，此時(shí)利用輸出電壓指示調(diào)諧最合適。第49頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三解：（1）根據(jù)臨界狀態(tài)電壓利用系數(shù)計(jì)算公式有所以第50頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三（2）若輸入信號振幅增加一倍，根據(jù)功放的振幅特性，放大器將工作到過壓狀態(tài)，此時(shí)輸出功率基本不變。（3）若負(fù)載電阻增加一倍，根據(jù)功放的負(fù)載特性，放大器將工作到過壓狀態(tài)，此時(shí)輸出功率約為原來一半。（4）若回路失諧，功率放大器將工作到欠壓狀態(tài)，此時(shí)集電極損耗將增加，有可能燒壞晶體三極管。用指示調(diào)諧最明顯，最大即諧振。第51頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三例一諧振功放，原來工作在臨界狀態(tài)，后來發(fā)現(xiàn)該功放的輸出功率下降，效率反而提高，但電源電壓EC、輸出電壓振幅Uc及Ubemax不變，問這是什么原因造成的，此時(shí)功放工作在什么狀態(tài)？題意分析：本題是考察靈活運(yùn)用功放的外部特性的能力。由電源電壓EC、輸出電壓振幅Uc及Ubemax不變，可知icmax還是在臨界飽和線上，工作狀態(tài)不變。又由于電源電壓EC、輸出電壓振幅Uc不變，即電壓利用系數(shù)不變，根據(jù)影響效率的因素，可知是波形系數(shù)提高了，即是減小，本題就歸結(jié)為影響的因素了。第52頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三解：由于EC、Uc及ubemax不變，即ucemin

、ubemax不變，因此功放的工作狀態(tài)不變。由于，所以不變，而，故效率的提高是由于的增加，這是通過減小θ實(shí)現(xiàn)的。要減小θ，有兩個(gè)途徑，一是減小輸入信號振幅Ubm，一是減小UBB，但要求ubemax不變，故只能減小UBB，同時(shí)增大輸入信號振幅Ubm。輸出功率下降，但Uc不變，只能是增加負(fù)載阻抗。討論：如何應(yīng)用功放的外部特性來調(diào)整功放的工作狀態(tài)，這是一個(gè)難點(diǎn)，需要考慮到每一個(gè)外部因素影響。第53頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三例對高頻功放電路，已知功放管的輸出特性曲線如所示，EB＝0.8V，EC＝12V，ub＝0.3cosωtV，u0＝10cosωtV。(1)畫出動(dòng)特性曲線，并說明電路的工作狀態(tài)及其特點(diǎn)；(2)畫出ic和UCE的波形；(3)計(jì)算輸出功率和效率。題意分析：這是一道常規(guī)題，根據(jù)電路參數(shù)畫動(dòng)特性曲線，并確定性能指標(biāo)。畫動(dòng)特性曲線的關(guān)鍵是確定3個(gè)特殊點(diǎn)，即的A、B、D三點(diǎn)。第54頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三解（1）AB連接ABD，即為動(dòng)態(tài)特性線（2）由動(dòng)特性曲線畫出的ic和UCE波形第55頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三（3）計(jì)算輸出功率和效率第56頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三例題意分析：本題考查簡單抽頭并聯(lián)諧振回路的阻抗變換。根據(jù)輸出電壓和已知阻抗可確定輸出功率和基波電流，且阻抗變化時(shí)，該電流在欠壓和臨界狀態(tài)下都將保持不變。第57頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三第58頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三（3）第59頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三例3：諧振功率放大器原來工作于臨界狀態(tài)，它的通角為=70°，輸出功率P0為3W，效率為η=60%。后來由于某種原因，性能發(fā)生變化。經(jīng)實(shí)測發(fā)現(xiàn)，η已增加到68%，而輸出功率明顯下降，但UCC、UCm、UBEmax不變。試分析原因，并計(jì)算這時(shí)的實(shí)際輸出功率和通角。

原因：在UCC、Ucm、UBEmax不變的情況下，由于ξ＝Ucm/UCC不變，所以η的提高必然要求g1(θ)增加，因而θ減小，這時(shí)α1(θ)也隨著減小，但由于，Ucm和UBEmax不變，Icmax也就保持不變，因此P0=UcmIcmaxα1(θ)/2減小。在保持UBEmax不變的情況下，θ的減小,必然要求UBB增加，Ubm同時(shí)也增加；為了保持工作在臨界狀態(tài)，Rp也必然要求同時(shí)增加，所以產(chǎn)生上述性能變化是由于UBB增加，Ubm增加，Rp增加引起的。第60頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三（2）計(jì)算P0和θc(φ)

在保持ξ不變的條件下，η增加到68％時(shí)第61頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.4高頻功率放大器的實(shí)用電路

要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有：直流饋電線路：為晶體管各級提供合適的偏置；交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號有效地傳輸。第62頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三IcoECic1CLicn第63頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路ICniC頻譜LC回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT第64頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三CBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2基極饋電線路IBOUBBIBOIeo

+UBB-第65頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三圖例是有多處錯(cuò)誤的400MHz諧振功率放大器電路，試更正這些錯(cuò)誤。①VBB≠VCC，所以該點(diǎn)必須斷開接地或斷開接VBB。②集電極饋電線路沒有通路，所以電容C3必須換成電感，接成串饋電路，這時(shí)，該電感實(shí)際上就是諧振回路的組成部分。③交流電流不能全部流入基極，被電阻R1分流，所以必須改換為扼流圈或在R1上串接扼流圈，同時(shí)并聯(lián)旁路電容。

④、⑦測量直流的電流表，有交流通過，所以必須在電流表上接旁路電容。⑤扼流圈改為電感，組成諧振回路。⑥電流表應(yīng)接高頻地電位，與電感調(diào)換位置，并去掉C11。第66頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三二高頻功放的耦合回路RiRoR'LR'S功率放大器輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(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)載的功率最大，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，即它有良好的濾波作用。

(3)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)電子器件彼此隔離，互不影響。

輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級間耦合網(wǎng)絡(luò):是用以與下級放大器的輸入端相連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò):是用以輸出功率至天線或其他負(fù)載第67頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級功放與天線或其他負(fù)載間的網(wǎng)絡(luò).

這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型、T型網(wǎng)絡(luò)及耦合回路。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波和高效率。通過改變匹配回路的可調(diào)元件，將負(fù)載阻抗ZL(或RL)轉(zhuǎn)換成放大管所要求的最佳負(fù)載阻抗RLCR，使管子送出的功率P1能盡可能多的饋至負(fù)載。

當(dāng)調(diào)諧功率放大器工作于最佳負(fù)載值時(shí)的功放的效率較高，輸出功率較大。

在實(shí)際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載(如天線等)相匹配。需要匹配的原因:匹配的原理:第68頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三

1.L型匹配網(wǎng)絡(luò)

L型匹配網(wǎng)絡(luò)具有電路簡單、容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是電路的品質(zhì)因數(shù)Q值很低(通常Q＜10)，因此電路的濾波特性很差，所以在實(shí)際的發(fā)射機(jī)中，常常選用T型或型網(wǎng)絡(luò)作匹配之用。

L

L

C

RLCR

(小)

C’

RL

(大)

(a)L-I型

RL＞RLCR匹配網(wǎng)絡(luò)

L

L’

C

RL

(小)

C

RLCR

(大)

(b)

L-II型

RL＜RLCR匹配網(wǎng)絡(luò)

第69頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三

2.形匹配網(wǎng)絡(luò)

3.T形匹配網(wǎng)絡(luò)第70頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三在大功率輸出級，T型、Π型等濾波型的匹配網(wǎng)絡(luò)就得到了廣泛的應(yīng)用。圖中的R2一般代表終端(負(fù)載)電阻，R1則代表由R2折合到左端的等效電阻，現(xiàn)以(a)為例進(jìn)行計(jì)算公式的推導(dǎo)兩種Π型匹配網(wǎng)絡(luò)(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2將并聯(lián)回路R1C1與R2C2變換為串聯(lián)形式，由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得L1C1'R1'C2'R2'網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí)，R1'=R2'由諧振條件得

:第71頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三[例]有一個(gè)輸出功率為2W的高頻功率放大器、負(fù)載電阻RL=50Ω，EC=24V，f=50MHz，Q1=10，試求Π型匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值。

解

:L1R1C1R2=RLC2

R1應(yīng)該是功率放大器所要求的匹配電阻

Rp,即L1C1'R1'C2'R2'網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí)，R1'=R2'改寫為：

解之得：

由諧振條件得

:注意，考慮到晶體管的輸出電容Co后，C1應(yīng)減去Co之值，才是所需外加的調(diào)諧電容值。一般，當(dāng)L1確定之后，用C2主要調(diào)匹配，用C1主要調(diào)諧振。

實(shí)際還有其它各種形式的匹配網(wǎng)絡(luò)。分析方法都很類似，即從匹配與諧振兩個(gè)條件出發(fā)，再加上一個(gè)假設(shè)條件(通常都是假定Q1值)，即可求出電路元件的數(shù)值。

第72頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三L1C1C2L2CARAr1IAMr'r1C1L1C1R'pL1IK介于放大器與天線回路之間的L1C1回路就叫做中介并聯(lián)諧振回路。RA、CA分別代表天線的幅射電阻與等效電容；

L2、C2為天線回路的調(diào)諧元件。它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以使天線回路的電流IA達(dá)到最大值，亦即使天線幅射功率達(dá)到最大。

從集電極向右方看去可以等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路,其中Rp為折合到晶體管輸出回路的等效負(fù)載。

3.并聯(lián)諧振回路型的匹配電路

RpRp第73頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)天線回路調(diào)諧在串聯(lián)諧振狀態(tài)時(shí)，它反映到L1C1中介回路的等效電阻為設(shè)初級回路的接入系數(shù)為p，則晶體管輸出回路的等效負(fù)載為：r'r1C1L1C1R'pL1IKRpL1C1C2L2CARAr1IAMRpL1C1中介回路的等效諧振阻抗為

QL為有載品質(zhì)因素，

改變互感系數(shù)M和接入系數(shù)p就可以在不影響回路調(diào)諧的情況下。調(diào)整晶體管的輸出回路的等效負(fù)載電阻Rp，以達(dá)到阻抗匹配的目的。

第74頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三由于高頻功率放大器工作在非線性(丙類)工作時(shí)，放大器的內(nèi)阻變動(dòng)劇烈：導(dǎo)通時(shí)，內(nèi)阻很小；截止時(shí)內(nèi)阻近于無窮大。因此輸出電阻不是常數(shù)。所謂線性電路的阻抗匹配(負(fù)載阻抗與電源內(nèi)阻相等)概念也就失去了意義。

ηk：中介回路的傳輸效率。L1C1C2L2CARAr1IAMRp如果設(shè)

：

r'r1C1L1C1R'pL1IKRp要想回路的傳輸效率高，則空載Qo越大越好，有載QL越小越好，也就是說，中介回路本身的損耗越小越好

但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應(yīng)該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應(yīng)小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。

第75頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三3.6.1寬帶高頻功率放大器

以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對通頻帶B/fo只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。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。

3.6寬帶高頻功率放大器與功率合成電路近年來一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)不調(diào)諧工作的寬頻帶功率放大器得到了迅速的推廣。

寬帶功率放大器，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。它是以頻率特性很寬的傳輸線變壓器，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電路

。

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類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說寬頻帶放大器是以犧牲效率作為代價(jià)來換取寬頻帶輸出的

。

第76頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三1.普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因

3.6.1寬帶高頻功率放大器圖

(b)中L、Ls1、r1是變壓器初級繞組的電感、漏感和損耗電阻；Ls2、r2

是折合到初級后，次級繞組的漏感和損耗電阻；C是變壓器各分布電容折合到初級后的總和；R‘L是折合到初級后的等效負(fù)載電阻。在高頻端由于初級繞組電感的感抗很強(qiáng)，因此在高頻端等效電路中可以認(rèn)為電感L是開路，如圖(c)。在低頻端，由于頻率較低，各漏感和損耗電阻很小，也可略去不計(jì)，可以認(rèn)為電容C開路，如圖

(d)；(a)原理電路(b)等效電路(c)高頻端等效電路(d)低頻端等效電路(e)頻率響應(yīng)曲線usRsRLuoRsRsRsusususr1Ls1LLs2r2CR'LrLsLCR'LR'Lfsfuo一般變壓器的等效電路可見工作頻率越低，電感L的旁路作用就越大，于是輸出電壓將隨著工作頻率的降低而下將。在高頻端負(fù)載R'L接在Ls和C組成的串聯(lián)諧振回路容抗元件的兩端，在串聯(lián)諧振頻率fs的附近，負(fù)載兩端的電壓急劇增加，并在fs上達(dá)到最大值。但是，偏離諧振頻率fs，電壓將急劇減小第77頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三傳輸線變壓器是將兩根等長的導(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。

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)載兩端的電壓不是次級感應(yīng)電壓，而是傳輸線的終端電壓。兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長度處的線間電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，兩根等長導(dǎo)線同時(shí)繞在高μ磁芯上，所以導(dǎo)線上均勻分布的電感量也很大，這種電路通常又叫分布參數(shù)電路。

usususRLRLRLRsRsRs(a)結(jié)構(gòu)示意圖(c)普通變壓器的原理電路(b)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，電磁波以電磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。

第78頁，共84頁，2023年，2月20日，星期三(1)1：1傳輸線變壓器

3.常用傳輸線變壓器分析

1：1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u1=u2和i1=i2。usRLRsu1u2i2如果傳輸線的特性阻抗：

傳輸線輸出端的等效阻抗為：輸入端（1、3端）的等效阻抗為：為了實(shí)現(xiàn)傳輸線變壓器與負(fù)載的匹配，要求：

為了實(shí)現(xiàn)信號源與傳輸線變壓器的匹配，要求：

1：1傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足：滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為：

1：1傳輸線變壓器具有最大的功率輸出。但實(shí)際上，在各種放大電路中RL正好等于信號源內(nèi)阻的情況是很少的。因此，1：1傳輸線變壓器很少用作阻抗匹