《高頻電子線路》課件2第5章

5.1概述

5.2高頻功率放大器5.3實(shí)用高頻功率放大器電路5.4電路仿真5.5習(xí)題

內(nèi)容提要：

·丙類功率放大器的工作原理

·電路參數(shù)對(duì)電路工作狀態(tài)的影響

·倍頻

·功率合成5.1概述

通過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道信號(hào)是被攜帶在高頻振蕩器上形成已調(diào)信號(hào)后傳輸?shù)?，已調(diào)信號(hào)被傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，要求其具有的功率越大。為了使信號(hào)具有足夠的功率，需要高頻功率放大器對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行功率放大，高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)末級(jí)，將已調(diào)信號(hào)放大到要求的功率值，保證在一定區(qū)域內(nèi)既有滿意的接收效果，又不干擾相鄰信道的通信。放大器中晶體管在信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)總導(dǎo)通角度的一半稱導(dǎo)通角。根據(jù)導(dǎo)通角的不同，可將高頻功率放大器分為甲類功率放大器、乙類功率放大器和丙類功率放器。甲類功率放大器的導(dǎo)通角為θ=180°，即在信號(hào)的整個(gè)周期晶體管始終導(dǎo)通，是線性放大器。為了保證放大器不失真地輸出大功率，應(yīng)避免晶體管的工作接近飽和區(qū)和截止區(qū)，但這樣又會(huì)使放大器的輸出電壓減小，所以，甲類功率放大器的效率很低，只有30%～40%，一般應(yīng)用于要求失真很小的場(chǎng)合。乙類功率放大器的導(dǎo)通角θ=90°，即在信號(hào)的半個(gè)周期晶體管導(dǎo)通，另外半個(gè)周期晶體管截止。乙類功率放大器一般為推挽電路形式，兩個(gè)三極管在信號(hào)正負(fù)半周輪流工作產(chǎn)生兩個(gè)半波輸出，兩個(gè)半波輸出在同一個(gè)負(fù)載上合成完整的輸出電壓波形，所以仍視其為線性放大器。在模擬電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)中已知，乙類放大器會(huì)產(chǎn)生交越失真，為了避免交越失真，可設(shè)置一個(gè)較小的直流偏置，使三極管導(dǎo)通角略大于90°，這種放大器稱甲乙類放大器。乙類功率放大器比甲類功率放大器效率高，其最高效率約為79%。丙類放大器的導(dǎo)通角為θ＜90°，是一種非線性放大器，有較高的效率。丙類放大器是本章討論的主要內(nèi)容。高頻功率放大器放大信號(hào)時(shí)要求其輸出的功率符合要求，效率要高，不失真地放大信號(hào)，且雜波輻射小。思考與練習(xí)

1.甲、乙、丙類功率放大器是如何定義的？

2.高頻功率放大器的輸出功率越大越好嗎？

3.高頻功率放大器在發(fā)射機(jī)中處于什么位置？

4.簡(jiǎn)述導(dǎo)通角的概念。5.2高頻功率放大器

丙類功率放大器中三極管工作于非線性狀態(tài)，輸出電流與輸入信號(hào)的電流之間已經(jīng)沒有線性關(guān)系，其輸出電流中包含了豐富的諧波成分，為了不失真地進(jìn)行功率放大，且能有效地傳輸功率，通常采用具有選頻濾波能力和阻抗變換能力的諧振電路為負(fù)載，因此丙類功率放大器又稱高頻諧振功率放大器。5.2.1電路組成與工作原理

1.電路組成高頻諧振功率放大器的原理電路如圖5-1所示。圖中，輸入變壓器Tr1實(shí)現(xiàn)輸入端信號(hào)源與放大器的輸入阻抗之間的匹配，使信號(hào)源功率高效地傳輸?shù)椒糯笃鞯妮斎攵?；輸出變壓器Tr2實(shí)現(xiàn)放大器輸出阻抗與負(fù)載之間的阻抗匹配，使功率放大器的輸出功率高效地傳給負(fù)載；

LC諧振電路起選頻、濾波作用，保證放大器對(duì)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)不失真的功率放大；UBB為放大器基極提供直流偏壓，為了提高高頻功率放大器的效率，應(yīng)使放大器為丙類放大器，這就要求UBB的取值保證三極管在無交流輸入信號(hào)時(shí)截止，通常UBB取負(fù)值；UCC為集電極提供直流電壓；三極管V為高頻功率管，起電流放大作用，由于采用了平面制造工藝，因此能承受高電壓和大電流。圖5-1高頻諧振功率放大器原理電路2.工作原理由于高頻諧振功率放大器中輸入信號(hào)為大信號(hào)，因此不能再用三極管的線性等效電路來分析高頻功率放大器，在工程中常用折線分析法。三極管的輸出電流iC與輸入電壓uBE的關(guān)系曲線稱為三極管的轉(zhuǎn)移特性曲線，將轉(zhuǎn)移特性曲線用折線近似對(duì)放大器進(jìn)行分析稱折線分析。

設(shè)圖5-1所示電路的交流輸入電壓為ub(t)=Ubmcos(ωt)

則三極管基極-發(fā)射極之間的電壓為uBE(t)=UBB+Ubmcos(ωt)

uBE(t)的波形圖如圖5-2(a)所示。UE為三極管發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓，當(dāng)uBE≥UE時(shí)，三極管導(dǎo)通；uBE＜UE時(shí)，三極管截止。故三極管的基極電流和集電極電流如圖5-2(b)、(c)所示，都是脈沖電流。在電路基礎(chǔ)課程中我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了非正弦周期信號(hào)的分析，知道用傅里葉級(jí)數(shù)可將集電極電流iC展開成直流、基波和各次諧波之和，即iC=Ic0+Ic1mcos(ωt)+Ic2mcos(2ωt)+Ic3mcos(3ωt)+…(5-3)(5-1)(5-2)

由于高頻諧振功率放大器的負(fù)載是LC并聯(lián)電路，當(dāng)LC并聯(lián)電路的固有諧振頻率等于基波電流的頻率時(shí)(即電路對(duì)基波諧振)，它只對(duì)基波電流呈現(xiàn)出很大的阻值，而對(duì)其它電流分量呈現(xiàn)的阻抗非常小，與對(duì)基波呈現(xiàn)的阻值比可近似為零，因此當(dāng)集電極電流iC流過負(fù)載LC并聯(lián)電路時(shí)，只有基波電流會(huì)在負(fù)載上產(chǎn)生壓降，放大器輸出交流電壓為與輸入電壓頻率相同、相位相反的余弦信號(hào)，如圖5-2(d)所示。諧振功率放大器之所以能不失真地放大信號(hào)，主要是因?yàn)槠湄?fù)載具有選擇性。圖5-2功率放大器電壓、電流波形圖3.輸出功率與效率通過以上分析可知，高頻功率放大器的輸出電壓為輸出電流iC中的基波電流流過LC諧振電路產(chǎn)生的壓降。設(shè)LC諧振電路的諧振電阻為RP，則輸出交流電壓為

uCE=Ic1mcos(ωt)·RP=Ucmcos(ωt)(5-4)式中，

Ucm=Ic1m·RP

(5-5)放大器的輸出功率為

P集電極直流電源UCC提供的功率為PDC=UCC·Ic0

高頻功率放大器的效率為

(5-6)(5-7)式中:為集電極電壓利用系數(shù)；為波形系數(shù)。通過數(shù)學(xué)分析可知，g

1(θ)隨著θ的增大逐漸減小。由式(5-8)可見,高頻功率放大器輸出電壓的大小及導(dǎo)通角的大小直接影響其效率的高低,為了兼顧大的輸出功率和高的效率，丙類功率放大器的導(dǎo)通角θ應(yīng)選擇在θ=60°~70°。4.輸入信號(hào)類型與導(dǎo)通角的選擇高頻功率放大器放大的信號(hào)可能是調(diào)幅信號(hào)，也可能是等幅信號(hào)(如調(diào)角信號(hào))，為了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行不失真的功率放大，輸入信號(hào)不同時(shí)所需的導(dǎo)通角也不同。

(1)放大調(diào)幅信號(hào)時(shí)，θ=90°。令式(5-2)等于三極管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓UE，得導(dǎo)通角θ的余弦值為

由式(5-9)可見，在電路確定的情況下(即UE、UBB一定)，輸入信號(hào)幅度Ubm變化，導(dǎo)通角跟著變化，導(dǎo)致Ic1m跟著變化。通過數(shù)學(xué)分析可知，在放大信號(hào)的過程中，只有導(dǎo)通角為常數(shù)，Ic1m與Ubm成線性關(guān)系，Ucm

與Ubm成線性關(guān)系，放大器才能不失真地放大信號(hào)。如果使放大器工作于乙類，即UBB=UE，則無論輸入信號(hào)幅度如何變化，導(dǎo)通角θ=90°不變，因此，對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行功率放大時(shí),θ=90°。

(2)放大等幅信號(hào)時(shí)，θ=60°～70°。5.2.2高頻功率放大器動(dòng)態(tài)特性分析

1.高頻功率放大器的負(fù)載特性

高頻功率放大器中三極管在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)時(shí)而導(dǎo)通，時(shí)而截止，若三極管導(dǎo)通時(shí)工作在放大區(qū)，則稱放大器工作在欠壓狀態(tài)；若三極管導(dǎo)通時(shí)進(jìn)入了飽和區(qū)，則稱放大器工作于過壓狀態(tài)；若三極管導(dǎo)通時(shí)恰好未進(jìn)入飽和區(qū)，剛到臨界飽和線，則稱放大器工作在臨界狀態(tài)。高頻功率放大器工作于欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)及過壓狀態(tài)時(shí)輸出電流iC

和輸出電壓uCE的波形如圖5-3所示。圖5-3高頻功率放大器三種不同工作狀態(tài)下的電流、電壓波形圖

圖5-3中，1表示欠壓狀態(tài)時(shí)的輸出電流、電壓，2表示臨界狀態(tài)時(shí)的輸出電流、電壓，3表示過壓狀態(tài)時(shí)的輸出電流、電壓，Uces為三極管的臨界飽和壓降。由圖5-3可見，在過壓狀態(tài)時(shí)，由于三極管工作進(jìn)入了飽和區(qū)，因此輸出脈沖電流的頂部出現(xiàn)凹陷。對(duì)輸出電壓來說，放大器在過壓狀態(tài)時(shí)輸出電壓最大。負(fù)載特性指高頻功率放大器中直流電壓UBB、UCC及輸入信號(hào)電壓幅度Ubm一定，LC諧振電路的諧振電阻RP(即放大器負(fù)載)變化時(shí)，放大器的電流、電壓、功率與效率隨著變化的特性。應(yīng)用模擬電子技術(shù)中學(xué)習(xí)的三極管輸出特性的基礎(chǔ)知識(shí)可知，uCE越小，三極管的工作越靠近飽和區(qū)。結(jié)合欠壓、臨界、過壓的定義可見，uCE的最小值uCEmin＞Uces時(shí)，放大器工作于欠壓狀態(tài)；uCEmin＜Uces時(shí)，放大器工作于過壓狀態(tài)；uCEmin=Uces時(shí)，放大器工作于臨界狀態(tài)。由圖5-1可知，高頻功率放大器的輸出電壓uCE為

uCE=UCC-Ucmcos(ωt)=UCC-RPIc1mcos(ωt)(5-10)則

uCEmin=UCC-RPIc1m(5-11)

由式(5-11)可見，負(fù)載RP較小時(shí)，uCEmin比較大，當(dāng)滿足uCEmin＞Uces時(shí)，放大器工作于欠壓狀態(tài)，即放大器導(dǎo)通時(shí)工作在三極管的放大區(qū)。在放大區(qū)，輸出電流的大小只與輸入電壓有關(guān)，因此，在欠壓狀態(tài)，RP變化時(shí)，輸出電流幾乎不變，即Ic0、Ic1m不變。依式(5-5)、式(5-6)、式(5-7)和式(5-8)可知，在欠壓區(qū)，隨著RP的增大，放大器的輸出電壓線性增大，輸出功率線性增大，電源功率線性增大，效率線性提高。如果RP繼續(xù)增大，由式(5-11)可知，uCEmin減小，當(dāng)滿足uCEmin=Uces時(shí)，放大器工作于飽和狀態(tài)，RP再增大，uCEmin進(jìn)一步減小，當(dāng)滿足uCEmin＜Uces時(shí)，放大器工作于過壓狀態(tài)。在過壓區(qū)，由于三極管工作于飽和區(qū)，由三極管的輸出特性曲線可知此時(shí)輸出電流與輸入信號(hào)無關(guān)，而是隨著輸出電壓uCE的減小而減小。在過壓狀態(tài)，隨著RP增大，uCEmin減小。uCEmin越小，三極管進(jìn)入飽和區(qū)越深，輸出電流減小，所以Ic0、Ic1m都減小，由式(5-5)、式(5-6)、式(5-7)和式(5-8)可知，輸出電壓幾乎不變，略有增大；由于Ic0、Ic1m減小，因此輸出功率減小，電源功率減小，而效率在弱過壓時(shí)達(dá)到最大。高頻功率放大器的負(fù)載特性如圖5-4所示。圖中，Pc為三極管損耗功率。圖5-4高頻功率放大器的負(fù)載特性

綜上所述，在UBB、UCC、輸入電壓幅度Ubm一定時(shí)可得如下結(jié)論：

(1)RP由小增大，高頻功率放大器的工作狀態(tài)變化規(guī)律為欠壓→臨界→過壓。

(2)在欠壓區(qū)，三極管輸出電流iC幾乎不隨RP變化，所以在欠壓區(qū)Ic0、Ic1m幾乎不隨RP變化；在過壓區(qū)電流頂部出現(xiàn)凹陷，如圖5-3中3所示，在過壓區(qū)Ic0、Ic1m隨著RP的增大而減小。(3)在欠壓區(qū)，放大器的輸出功率隨著RP的增大近似線性增大，在臨界時(shí)達(dá)到最大，而在過壓區(qū)輸出功率隨著RP增大而減小。

(4)在欠壓區(qū)，放大器的效率隨著RP的增大近似線性增大，在弱過壓區(qū)達(dá)到最大，在強(qiáng)過壓區(qū)放大器的效率隨著RP的增大而減小。

(5)臨界時(shí)放大器的輸出功率最大，效率較高，因此稱臨界狀態(tài)為高頻功率放大器的最佳工作狀態(tài)，臨界時(shí)R

P

的取值稱最佳負(fù)載電阻，用Rpcr表示。

2.高頻功率放大器的放大特性高頻功率放大器的放大特性指UBB、UCC、RP一定時(shí)，放大器的工作狀態(tài)與輸入信號(hào)幅度Ubm變化的關(guān)系。用符號(hào)↑表示增大，用符號(hào)↓表示減小。由式(5-9)可見，Ubm增大，將導(dǎo)致以下變化：Ubm↑→導(dǎo)通角θ↑→集電極脈沖電流iC的幅度和寬度↑→Ic1m↑→輸出電壓幅度Ucm↑→uCEmin↓。由此可見，Ubm由小變大時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓狀態(tài)經(jīng)臨界狀態(tài)進(jìn)入過壓狀態(tài)。

在欠壓狀態(tài)三極管工作于放大區(qū)，因此，輸出電流及輸出電壓與輸入電壓成線性關(guān)系，即隨著Ubm的增大，輸出電流及輸出電壓線性增大。在過壓狀態(tài)，由于三極管工作于飽和區(qū)，輸出電壓不受輸入信號(hào)控制，因此Ubm增大時(shí)，輸出電流及輸出電壓幾乎不變。高頻功率放大器的放大特性如圖5-5所示圖5-5高頻功率放大器放大特性

由圖5-5可見：

(1)用高頻功率放大器對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行功率放大時(shí)，為了不產(chǎn)生失真，放大器應(yīng)工作在欠壓區(qū)。

(2)當(dāng)要求高頻功率放大器具有限幅能力時(shí)，放大器應(yīng)工作在過壓區(qū)。3.高頻功率放大器的基極調(diào)制特性

高頻功率放大器電路中，UCC、RP、Ubm一定時(shí)，放大器的工作狀態(tài)隨著基極直流偏置電壓UBB變化的特性稱基極調(diào)制特性。

UBB變化對(duì)高頻功率放大器工作狀態(tài)的影響與Ubm變化對(duì)工作狀態(tài)的影響是一致的，即UBB由小變大時(shí)，高頻功率放大器由欠壓狀態(tài)經(jīng)臨界狀態(tài)進(jìn)入過壓狀態(tài)?；鶚O調(diào)制特性曲線如圖5-6所示。圖5-6基極調(diào)制特性曲線

由圖5-6可見，在欠壓區(qū)，放大器輸出電壓幅度Ucm隨著UBB近似線性變化，如果放大器的輸入電壓為式中:K為放大器工作于欠壓區(qū)時(shí)，輸出電壓隨UBB

線性變化的斜率;為常數(shù)；?？梢姡梅糯笃鞯幕鶚O調(diào)制特性可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，這就是我們?cè)诘?章中學(xué)習(xí)的基極調(diào)幅的原理。UΩm

的幅度越小，基極調(diào)幅電路產(chǎn)生的調(diào)幅失真越小。4.高頻功率放大器的集電極調(diào)制特性高頻功率放大器電路中，UBB、RP、Ubm一定時(shí)，放大器的工作狀態(tài)隨著集電極直流偏置電壓UCC變化的特性稱集電極調(diào)制特性。由式(5-11)可見，UCC減小，則uCEmin減小，其值越接近三極管的飽和壓降Uces，因此，當(dāng)UCC由小變大時(shí)，高頻功率放大器由過壓狀態(tài)經(jīng)臨界狀態(tài)進(jìn)入欠壓狀態(tài)。其特性如圖5-7所示。

由圖5-7可見,在過壓區(qū),放大器輸出電壓的幅度與UCC近似呈線性關(guān)系。如果放大器的輸入電壓為ui(t)=Ubmcos(ωt),UCC=UCCO+UΩmcos(Ωt)，UCCO為集電極直流偏壓，則輸出交流電壓為

式中:A為放大器工作于過壓區(qū)時(shí)，輸出電壓隨UCC線性變化的斜率;為常數(shù)；。可見，利用放大器的集電極調(diào)制特性可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，這就是我們?cè)诘?章中學(xué)習(xí)的集電極調(diào)幅的原理。UΩm的幅度越小，集電極調(diào)幅電路產(chǎn)生的調(diào)幅失真越小。圖5-7集電極調(diào)幅特性思考與練習(xí)

1.什么是導(dǎo)通角？按照導(dǎo)通角的不同可將放大器分為哪幾類？

2.高頻功率放大器屬于哪類放大器？為什么高頻功率放大器的負(fù)載應(yīng)既有選頻濾波能力，又有阻抗變換能力？

3.高頻功率放大器有幾個(gè)工作區(qū)？要實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，放大器應(yīng)工作在哪個(gè)區(qū)？

4.UBB、Ubm、

UCC、RP對(duì)高頻功率放大器的工作狀態(tài)有什么影響？

5.簡(jiǎn)述圖5-1中各電路元件的作用。

6.為兼顧高頻功率放大器的大功率和高效率，導(dǎo)通角應(yīng)如何取值？

7.高頻功率放大器的輸入信號(hào)為調(diào)幅信號(hào)時(shí)，為了不失真地放大信號(hào)，導(dǎo)通角應(yīng)如何取值？

8.什么是高頻功率放大器的最佳工作狀態(tài)？5.3實(shí)用高頻功率放大器電路

圖5-1所示的高頻功率放大器電路為原理電路，在實(shí)際應(yīng)用中，需要有直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)來合理地提供靜態(tài)電流、電壓，以提高功率和傳輸效率。直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)共同組成三極管的外部電路，其外部電路的組成原則如下：

(1)對(duì)直流相當(dāng)于短路；

(2)對(duì)基波電流呈現(xiàn)很大的阻值；

(3)對(duì)諧波電流相當(dāng)于短路。5.3.1直流饋電電路直流饋電電路分基極饋電電路和集電極饋電電路，饋電電路的作用是給三極管提供直流電壓，阻止交流電流流過直流電源。

1.集電極饋電電路

集電極饋電電路可分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種電路形式，如圖5-8所示。圖5-8集電極饋電電路

圖5-8(a)中，三極管的輸出端、直流電源、交流負(fù)載LC回路三者串聯(lián)，因此稱為串聯(lián)饋電電路；而圖5-8(b)中，三極管的輸出端、直流電源、交流負(fù)載LC回路三者并聯(lián)，因此稱為并聯(lián)饋電電路。圖5-8中，Lc、C

c及UCC組成直流饋電電路，Lc對(duì)直流相當(dāng)于短路，對(duì)交流相當(dāng)于開路，因此直流電壓可直接提供給三極管的集電極，且阻止了交流電流流入直流電源。而Cc對(duì)直流相當(dāng)于開路，對(duì)交流相當(dāng)于短路，給交流電流提供了通路。2.基極饋電電路與集電極饋電電路相同，基極饋電電路也分為串聯(lián)饋電電路和并聯(lián)饋電電路，如圖5-9所示。圖5-9基極饋電電路

圖5-9(a)中，輸入信號(hào)、直流偏壓UBB、三極管的輸入端三者并聯(lián)，因此稱為并聯(lián)饋電電路；圖5-9(b)中，輸入信號(hào)、直流偏壓UBB、三極管的輸入端三者串聯(lián)，因此稱為串聯(lián)饋電電路。圖5-9中，Lb、Cb及UBB組成饋電電路，Lb對(duì)直流相當(dāng)于短路，對(duì)交流相當(dāng)于開路，阻止交流電流流過UBB；而Cb對(duì)直流相當(dāng)于開路，對(duì)交流相當(dāng)于短路，給交流電流提供通路。UBB沒有通過外加電源提供，而是基極直流電流Ib0流過Rb產(chǎn)生的壓降或發(fā)射極直流電流Ie0流過Re產(chǎn)生的壓降，這種提供偏置電壓的方式稱自給偏置。5.3.2匹配網(wǎng)絡(luò)

為了將功率放大器的輸出功率有效地傳給負(fù)載，或?qū)⑿盘?hào)源的功率有效地傳到功率放大器的輸入端，信號(hào)源與放大器及放大器與負(fù)載都應(yīng)通過匹配網(wǎng)絡(luò)來連接，如圖5-10所示。圖5-10高頻功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)

匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有如下功能：

(1)具有阻抗變換功能。通過輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換功能將負(fù)載變換為與放大器的最佳負(fù)載相等的阻值，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載與功率放大器的匹配，保證放大器傳給負(fù)載的功率最大。通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換功能將功率放大器的輸入電阻變換成等于信號(hào)源內(nèi)阻的阻值，可實(shí)現(xiàn)功率放大器與信號(hào)源之間的匹配，保證信號(hào)源傳給功率放大器輸入端的功率最大。

(2)具有良好的濾波能力。抑制工作頻率范圍以外的頻率。在第1章的1.2節(jié)已詳細(xì)討論過各種阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，它們都可以用做匹配網(wǎng)絡(luò)，這里就不再贅述。

5.3.3高頻功率放大器應(yīng)用電路

1.諧振功率放大器的應(yīng)用電路圖5-11為一典型的諧振功率放大器應(yīng)用電路，基極饋電方式采用并聯(lián)饋電，基極偏壓靠LB的直流電阻上產(chǎn)生的壓降提供，集電極也采用并聯(lián)饋電電路，C1、C2、L1、C6組成輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)C1、C2完成濾波的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)功率放大器與信號(hào)源的匹配；輸出匹配網(wǎng)絡(luò)由L2、L3、C3、C4、C5構(gòu)成，調(diào)節(jié)C3、C4、C5完成濾波的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)功率放大器與負(fù)載之間的匹配，保證功率放大器傳給負(fù)載的功率最大。圖5-11諧振放大器與應(yīng)用電路

2.倍頻器在無線電發(fā)射機(jī)中，經(jīng)常用倍頻器提高載波信號(hào)的頻率或增大調(diào)頻信號(hào)的頻偏，其輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)頻率的整數(shù)倍。如果將高頻功率放大器的LC電路調(diào)諧在諧波頻率上，則電路便能夠?qū)崿F(xiàn)倍頻，稱該倍頻器為丙類倍頻器。

丙類倍頻器的倍頻次數(shù)不宜太高，應(yīng)用時(shí)一般限于2～3倍，由于其輸出電壓幅度與輸入電壓幅度的關(guān)系不是線性關(guān)系，因此它不能用來對(duì)調(diào)幅信號(hào)倍頻，但可以對(duì)等幅信號(hào)倍頻。當(dāng)對(duì)倍頻次數(shù)要求較高時(shí)，可采用參量倍頻器。圖5-12為帶陷波電路的3倍頻丙類倍頻器電路。圖5-12

3倍頻電路

圖5-12中，L1、C1諧振于基波頻率，對(duì)基波相當(dāng)于短路；L2、C2諧振于二次諧波頻率，對(duì)二次諧波相當(dāng)于短路；L3、C3諧振于三次諧波，對(duì)三次諧波呈現(xiàn)很大的阻值。因此，輸出電壓中幾乎只有三次諧波電壓。圖5-13為用MC1596構(gòu)成的倍頻電路，MC1596在第4章中作過介紹，該電路能將150MHz的輸入信號(hào)變成300MHz的輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二倍頻。輸入信號(hào)從MC1596的1腳輸入，倍頻后從6腳輸出，50kW的電位器用來調(diào)節(jié)平衡，保證輸出信號(hào)中沒有150MHz的信號(hào)。圖5-13

MC1596構(gòu)成的倍頻電路3.功率合成技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，往往需要高頻功率放大器輸出大功率，但單個(gè)功率管的輸出功率無法滿足要求，這時(shí)，可利用多個(gè)功率放大電路對(duì)同一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，將各個(gè)功率放大器的輸出功率在一個(gè)公共的負(fù)載上相加，得到一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單管輸出的功率，這便是功率合成技術(shù)。功率合成器由功率分配網(wǎng)絡(luò)、功率放大器和功率合成網(wǎng)絡(luò)組成，如圖5-14所示。功率分配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)將輸入功率平均地分給多路負(fù)載，且各路負(fù)載之間互不影響，負(fù)載和輸入信號(hào)源之間也互不影響；功率合成網(wǎng)絡(luò)損耗要小，隔離特性要好，使兩路輸入信號(hào)互不影響。圖5-14功率合成器組成框圖

圖5-14中，A1～A7為功率放大倍數(shù)為2的功率放大器，經(jīng)過兩級(jí)分頻，三級(jí)功率放大，兩級(jí)功率合成，將5W的輸入功率放大成40W的輸出功率。思考與練習(xí)

1.高頻功率放大器外部電路的組成原則是什么？

2.饋電電路的作用是什么？

3.匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是什么？

4.倍頻器的輸入信號(hào)頻率與輸出信號(hào)頻率有什么關(guān)系？

5.功率合成器的作用是什么？

6.圖5-8中，LC、CC的作用是什么？

7.圖5-9中，Rb、Re的作用是什么？5.4電路仿真5.4.1高頻功率放大器電路仿真

1.高頻功率放大器的放大特性仿真高頻功率放大器的仿真電路如圖5-15所示。高頻功率放大器輸入、輸出電壓波形如圖5-16所示。由圖5-16可見，高頻功率放大器輸入為正弦信號(hào)，輸出為放大了的頻率相同、相位相反的正弦信號(hào)。圖5-15高頻功率放大器仿真電路圖5-16輸入、輸出電壓波形圖

按照表5-1的參數(shù)，改變ui的大小，用萬用表測(cè)LC電路兩端的交流電壓，并記錄在表格中，分析測(cè)試結(jié)果與理論分析是否相符。表5-1放大特性

2.高頻功率放大器的負(fù)載特性仿真利用仿真軟件的瞬態(tài)分析法對(duì)三極管集電極電流iC進(jìn)行分析，將圖5-15中的RP減小為30Ω時(shí)，分析結(jié)果如圖5-17所示。此時(shí)iC是一串尖頂脈沖，功率放大器工作在欠壓區(qū)。當(dāng)RP大至7.6kΩ時(shí)，iC波形如圖5-18