高頻功率放大器

高頻功率放大器第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6寬頻帶高頻功率放大器2.6.1寬頻帶高頻功率放大器的特點與要求頻帶：要求覆蓋整個發(fā)射機工作頻率范圍，在發(fā)射機變換工作頻率時，不需要進行調諧。信號源與放大器、放大器與放大器、放大器與天線負載之間的耦合必須實現(xiàn)寬頻帶的阻抗匹配通常利用寬頻帶變壓器做輸入、輸出和級間耦合電路，實現(xiàn)寬頻帶的阻抗匹配寬頻帶變壓器的兩種形式:

①利用普通變壓器的原理，采用高頻磁芯來擴展頻帶，可以工作到短波段②傳輸線變壓器第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月傳輸線變壓器一、傳輸線變壓器的結構及原理傳輸線變壓器是基于傳輸線原理和變壓器理論二者結合而產(chǎn)生的一種耦合元件。將傳輸線(如相互絕緣的雙導線)繞在高導磁率磁環(huán)上制成。變壓器工作方式傳輸線工作方式第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月傳輸線變壓器第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月傳輸線在高頻情況下的等效電路第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月二、傳輸線變壓器的特性寬頻帶特性：良好寬頻帶特性，工作頻帶寬。高頻——傳輸線方式起主要作用，在無耗匹配的情況下，上限頻率將不受漏感、分布電容、高導磁率磁芯的限制。低頻——變壓器方式起主要作用（由于信號波長遠遠大于傳輸線長度分布參數(shù)可以忽略）。由于磁芯的導磁率很高，保證了低頻特性較好。大功率運用時，可以采用較小的磁環(huán)也不致使磁芯飽和和發(fā)熱，因而減小了放大器的體積。第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月三、

傳輸線變壓器的主要參數(shù)特性阻抗由傳輸線的理論可知，傳輸線的特性阻抗Ｚc為對于理想無耗或工作頻率很高時的傳輸線，有r<<ωＬ，Ｇ<<ωＣ，則傳輸線的特性阻抗為最佳特性阻抗，其值為r為單位線長的損耗電阻G單位線長區(qū)間兩線間的漏電導第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月插入損耗：產(chǎn)生的主要原因：是傳輸線終端電壓和電流對于始端產(chǎn)生相移的結果。電磁波自始端傳到終端，是需要一定時間的。終端電壓、電流總要滯后于始端相應電壓、電流，產(chǎn)生相位差φ，這個相位與傳輸信號波長λ及傳輸線距離l的關系為：——相移常數(shù)

第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月四、傳輸線變壓器的應用1)極性變換傳輸線變壓器作極性變換電路，就是1:1倒相傳輸線變壓器。1:1倒相傳輸線變壓器第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2)平衡和不平衡的互相變換平衡與不平衡的互相變換第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月平衡與不平衡的互相變換第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3)阻抗變換在輸入端和輸出端之間實現(xiàn)阻抗變換。由于傳輸線變壓器的結構的限制，它不能像普通變壓器那樣，借助匝數(shù)比的改變來實現(xiàn)任何阻抗比的變換，而只能完成某些特定阻抗比的變換，如４:1、9:1、1６:1，或者1:４、1:9、1:16，等等。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

1∶1傳輸線變壓器①1:1傳輸線變壓器實現(xiàn)變壓器與負載匹配的條件是實現(xiàn)信號源與傳輸線變壓器匹配的條件是1∶1傳輸線最佳匹配條件是在實際電路中，Rs=RL的情況很少，因此1:1傳輸線更多用作為倒相器。第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月②1:4傳輸線變壓器時，采用1:4傳輸線變壓器進行阻抗變換第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月③4:1傳輸線變壓器時，采用4:1傳輸線變壓器進行阻抗變換Rs＋－UsIZiII12342IRL＋－UL第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)相同的原理，可以利用多組1:1傳輸線變壓器組成9:1、1６:1或1:9、9:1６等電路，并求出輸入電阻、特性阻抗與負載電阻ＲL的關系?？梢宰C明，若1:1傳輸線變壓器組數(shù)為ｎ，則由它組成的阻抗變換電路的特性阻抗和輸入電阻分別為

Zc=(n+1)RLZi=(n+1)2RL對于變比小于1的阻抗變換電路，特性阻抗和輸入電阻的一般公式為

第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月寬帶高頻功率放大電路五、寬頻帶高頻功率放大器第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月功率合成原理方框圖

2.6.2功率合成一、概述功率合成器由功率放大器、功率分配器和功率合成器組成。功率分配網(wǎng)絡寬頻功率放大器功率合成網(wǎng)絡第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月二、功率合成網(wǎng)絡反相功率合成原理電路第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月同相功率合成原理電路第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月三、功率分配網(wǎng)絡功率二分配器第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結1.高頻諧振功率放大電路可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。相比之下,丙類諧振功放的輸出功率雖不及甲類和乙類大,但效率高,節(jié)約能源,所以是高頻功放中經(jīng)常選用的一種電路形式。

2.丙類諧振功放效率高的原因在于導通角θ小,也就是晶體管導通時間短,集電極功耗減小。但導通角θ越小,將導致輸出功率越小。所以選擇合適的θ角,是丙類諧振功放在兼顧效率和輸出功率兩個指標時的一個重要考慮。

3.折線分析法是工程上常用的一種近似方法。利用折線分析法可以對丙類諧振功放進行性能分析,得出它的負載特性、放大特性和調制特性。若丙類諧振功放用來放大等幅信號(如調頻信號)時,應該工作在臨界狀態(tài)；第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

若丙類諧振功放用來放大等幅信號(如調頻信號)時,應該工作在臨界狀態(tài)；若用來放大非等幅信號(如調幅信號)時,應該工作在欠壓狀態(tài)；若用來進行基極調幅,應該工作在欠壓狀態(tài)；若用來進行集電極調幅,應該工作在過壓狀態(tài)。折線化的動態(tài)線在性能分析中起了非常重要的作用。

4丙類諧振功放的輸入回路常采用自給負偏壓方式,輸出回路有串饋和并饋兩種直流饋電方式。為了實現(xiàn)和前后級電路的阻抗匹配,可以采用LC分立元件、微帶線或傳輸線變壓器幾種不同形式的匹配網(wǎng)絡,分別適用于不同頻段和不同工作狀態(tài)。第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月5諧振功放屬于窄帶功放。寬帶高頻功放采用非調諧方式,工作在甲類狀態(tài),采用具有寬頻帶特性的傳輸線變壓器進行阻抗匹配,并可利用功率合成技術增大輸出功率。6目前出現(xiàn)的一些集成高頻功放器件如M57704系列和MHW系列等,屬窄帶諧振功放,輸出功率不很大,效率也不太高,但功率增益較大,需外接元件不多,使用方便,可廣泛用于一些移動通信系統(tǒng)和便攜式儀器中。第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月本章的常見題型:1．高頻功率放大器工作狀態(tài)分析2．計算高頻功率放大器P0PDPc

及集電極效率η3．改正直流饋電電路中的錯誤4．輸出匹配網(wǎng)絡的設計與計算第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻功率放大器工作狀態(tài)分析1.功率放大器工作狀態(tài)按流通角φ可分為4類:

φ=

時,為甲類

φ=

時,為乙類

φ=

時,為丙類

φ=

時,為甲乙類

A)90°B)180°C)<90°D)90°<φ<180°2.一個諧振功率放大器若要求輸出電壓平穩(wěn),則工作狀態(tài)應選擇在狀態(tài);若要求輸出功率Po最大則工作狀態(tài)應選擇在狀態(tài);

若要求兼顧輸出功率和效率,則工作狀態(tài)應選擇在狀態(tài);若要求效率高,則工作狀態(tài)應選擇在狀態(tài);

若進行基極調幅,則工作狀態(tài)應選擇在狀態(tài);

若進行集電極調幅,則工作狀態(tài)應選擇在狀態(tài).

A)欠壓

B)臨界

C)過壓

D)弱過壓

bacd/cbbdac第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3、有一諧振功率放大器，已知VCC＝12V，回路諧振阻抗Re＝130Ω，集電極效率η＝74.5％，輸出功率P0＝500mW?，F(xiàn)在為了提高η，在保持VCC、Re、P0不變的條件下，將通角減小到60°，并使放大器工作到臨界狀態(tài)。

（1）試分析放大器原來的工作狀態(tài)。

（2）計算η提高的百分比和φ＝60°時的效率。

（3）試求集電極損耗功率PC減少了多少？

（4）分析采取什么措施才能達到上述目的？第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4、有一個工作頻率為20MHz的諧振放大器，采用高頻率功率管3DA14B，VCC=24V，實際測得的天線等效負載rA為50Ω，輸出功率PA為1.5W，集電極高頻電壓有效值VC為16.3V，ICO為82mA，VBB=0V，Vbm為7.5V，放大器的集電極回路采用π型網(wǎng)絡，基極在零偏壓工作。（1）試畫出集電極采用并聯(lián)饋電的實用電路；（2）設回路效率ηk為0.92，試求放大器的集電極效率ηc，諧振回路阻抗Re，并檢驗三極管是否安全工作。（三極管3DA14B的極限參數(shù)為PCm=1W(不加散熱板)，Icm=1A,V(BR)CEO=60V）（3）已知管子的輸出電容C0為60pF，試求π型網(wǎng)絡的各元件值。第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月以下為謝嘉奎教材內(nèi)容(課外參考)第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4功率合成技術PowerCombination

1.4.1功率合成電路的作用C為同相功率合成端D為反相功率合成端Ra+-vs1(t)Rb+-vs2(t)RcRdCDAB當A,B兩端輸入等值同相功率時，C負載得到兩功率的和，D得到兩功率的差（無功率輸出）當A,B兩端輸入等值異相功率時，D負載得到兩功率的和，C得到兩功率的差（無功率輸出）A,B為功率等分端（當Ra＝Rb時）當C輸入功率時，A,B兩端等值同相，D無功率輸出當D輸入功率時，A,B兩端等值異相，C無功率輸出功率合成是實現(xiàn)多個功率放大器聯(lián)合工作的技術。實現(xiàn)電路如下：第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月A25WB25WC50WA25WB25WC50WA25WB25WC50W四倍功率合成電路要點：1、功率合成與功率分配是可逆的

2、功率合成僅限于波長與傳輸線可以比擬的情況第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2傳輸線變壓器Transformer-Line一、變壓器和傳輸線的工作頻帶變壓器高頻時分布電容效應變壓器低頻時，電感量減小——最終等效為導線結論：用變壓器構成的魔T網(wǎng)絡不適宜寬帶工作傳輸線：工作頻帶寬上限頻率高第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月lTransmission-Line低頻工作時，信號波長>>l傳輸線就是兩根普通導線，fL=0高頻工作時，信號波長≌l傳輸線就是特性阻抗Zcl

的取值：第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月二、傳輸線變壓器（Transmission-LineTransform