第2章高頻功率放大器

1、高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器教學(xué)目的：1、掌握丙類(lèi)諧振功放的特點(diǎn)和工作原理2、掌握丙類(lèi)諧振功放電路的性能分析3、掌握丙類(lèi)倍頻器的工作原理教學(xué)重點(diǎn)：丙類(lèi)諧振功放的特點(diǎn)和工作原理教學(xué)難點(diǎn)：丙類(lèi)諧振功放電路的性能分析高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器概述概述1 1、使用高頻功率放大器的目的、使用高頻功率放大器的目的 放大高頻大信號(hào)放大高頻大信號(hào), ,使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。2 2、高頻功率放大器使用中需要

2、解決的兩個(gè)問(wèn)題、高頻功率放大器使用中需要解決的兩個(gè)問(wèn)題高效率輸出高效率輸出高功率輸出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。是輸出功率大和高。聯(lián)想對(duì)比：聯(lián)想對(duì)比：高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.1 丙類(lèi)諧振功放的特點(diǎn)1.與低頻功放相比較工作頻率和相對(duì)頻帶不同負(fù)載性質(zhì)不同工作狀態(tài)不同對(duì)放大信號(hào)的要求不同諧振網(wǎng)絡(luò)的作用不同工作狀態(tài)不同2.與小信號(hào)諧振放大器比較高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器三極管三極管四種工作狀態(tài)四種工作狀態(tài) 根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)

3、周期根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類(lèi)：乙類(lèi)：導(dǎo)通角等于導(dǎo)通角等于180甲類(lèi)：甲類(lèi)：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類(lèi)：甲乙類(lèi)：導(dǎo)通角大于導(dǎo)通角大于180丙類(lèi)：丙類(lèi)：導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于180高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管在輸入信號(hào)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)靜態(tài)IC較大，波形較大，波形好好, 管耗大效率低。管耗大效率低。晶體管只在輸入信號(hào)晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通， 靜態(tài)靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重

4、，波形嚴(yán)重失真失真, 管耗小效率高。管耗小效率高。晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)半個(gè)周期，靜態(tài)IC 0，一般功放常采用。一般功放常采用。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。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(lèi) qc=180 50% 電阻 低頻 乙類(lèi) qc=90 78.5% 推挽，回路 低頻，高頻 甲乙類(lèi) 90qc180 50%h78.5% 推挽 低頻 丙類(lèi) qc90 h78.5% 選頻回路 高頻 丁類(lèi)

5、 開(kāi)關(guān)狀態(tài) 90%100% 選頻回路 高頻 工作狀態(tài)工作狀態(tài) 功率放大器一般分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)等工功率放大器一般分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類(lèi)與戊類(lèi)放作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類(lèi)與戊類(lèi)放大器。大器。諧振功率放大器通常工作于丙類(lèi)工作狀態(tài)，屬于非線性電路諧振功率放大器通常工作于丙類(lèi)工作狀態(tài)，屬于非線性電路高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.2 丙類(lèi)諧振功放的工作原理 1.電路原理電路原理三極管V在工作時(shí)應(yīng)處于丙類(lèi)工作狀態(tài)，只有小部分時(shí)間導(dǎo)通。LC諧振回路起到濾波和匹配作用?；鶚O電源VBB應(yīng)小

6、于死區(qū)電壓以保證晶體管工作于丙類(lèi)狀態(tài)，一般VBB略小于0。集電極電壓VCC是功率放大器的能量來(lái)源。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.工作原理工作原理2.2 丙類(lèi)諧振功放的工作原理iuBEuCicuCEu因而：設(shè)輸入ui為一余弦信號(hào):則三極管的發(fā)射結(jié)電壓：因?yàn)楣茏又辉谛“胫芷趦?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(jí)數(shù)展開(kāi)得：考慮LC諧振回路對(duì)各次諧波的作用不同得：tUcosimtUVcosimBBiBBuVtnItItIIcos2coscoscnmc2mc1mc0tUcoscmtRIcosPc1mtUVcoscmCCcCCuV高頻

7、電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器波形分析：三極管輸入特性基極脈沖電流及諧波分量集電極脈沖電流及諧波分量LC諧振回路兩端電壓波形晶體管集電極和發(fā)射極之間的瞬時(shí)電壓波形高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器3.功率與效率功率與效率2.2 丙類(lèi)諧振功放的工作原理DCPOPCPChCCcmVUC0c1m1)(IIgq電源提供功率：輸出功率：集電極功耗：效率：其中：為集電極電壓利用系數(shù)。為集電極電流利用系數(shù)（波形系數(shù)）。C0CCIVP2cm21RUc1mcm21IUP2c1m21RIODCPPDCOPP)(211qgc0c1mCCcm

8、21IIVU高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器，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WPO6 EcmAIC3000 95. 0DPPchRLcr=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Ec0cIDPPch0cI1cIOPLcrR電流的直流分量，從而得到集電極損耗功率及效率 ，通過(guò)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

9、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高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器WIEPCCO2 . 73 . 0240 WPPPODC2 . 162 . 7 %3 .832 . 76 DOPPh h75. 195. 0833. 022)(1 h hq qCgmAgIICCC52575. 1300)(101 q q 5 .43525. 0622221COLcrIPR解解： 0PPc以及集電極損耗功率EccU1PRLcr1cI0cIh討論討論：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

10、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(guò)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) 計(jì)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高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器80高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.3 丙類(lèi)諧振功放的性能分析1.動(dòng)態(tài)線tUVucosimBBBE可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)線和VCC，VBB，Uim，Ucm相關(guān)。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（如圖）。AB為動(dòng)態(tài)線，且有：tUVucoscmCCCE高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)

11、院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.三種工作狀態(tài)三種工作狀態(tài)改變UBE、UCE將使動(dòng)態(tài)點(diǎn)移動(dòng)，使諧振功放工作于不同的三種狀態(tài)：欠壓狀態(tài)：臨界狀態(tài)：過(guò)壓狀態(tài)：2.3 丙類(lèi)諧振功放的性能分析高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器3.負(fù)載特性負(fù)載特性指VCC、VBB、Uim不變時(shí)，諧振負(fù)載RP變化對(duì)放大器性能的影響。2.3 丙類(lèi)諧振功放的性能分析高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器RP變化對(duì)集電極余弦脈沖的影響高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器4.調(diào)制特性調(diào)制特性集電極調(diào)制特性2.3 丙類(lèi)諧

12、振功放的性能分析特點(diǎn)：特點(diǎn)：隨著VCC增大，先后經(jīng)歷：過(guò)壓臨界欠壓且不變。指VBB、Uim、 RP固定，VCC變化對(duì)放大器性能的影響。作為集電極調(diào)制時(shí)應(yīng)工作于過(guò)壓區(qū)高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器4.調(diào)制特性調(diào)制特性基極調(diào)制特性2.3 丙類(lèi)諧振功放的性能分析指 VCC 、Uim、 RP固定， VBB 變化對(duì)放大器性能的影響。特點(diǎn)：特點(diǎn)：隨著VBB 增大，先后經(jīng)歷：欠壓臨界過(guò)壓且 增大。作為基極調(diào)制時(shí)應(yīng)工作于欠壓區(qū)。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器5.放大特性放大特性特點(diǎn)：特點(diǎn)：隨著Uim的增大，先后經(jīng)歷：欠壓臨界過(guò)

13、壓且增大。指VCC 、 VBB 、 RP固定， Uim變化對(duì)放大器性能的影響。欠壓時(shí)用于放大，過(guò)壓時(shí)用于限幅。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.4 高頻功率放大器的實(shí)用電路高頻功率放大器的實(shí)用電路 一一 直直流流饋饋電電線線路路根根據(jù)據(jù)直直流流電電源源連連接接方方式式的的不不同同，可可分分為為：串串聯(lián)聯(lián)饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和和晶晶體體管管三三者者形形成成串串聯(lián)聯(lián)連連接接的的方方式式。并并聯(lián)聯(lián)饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和和晶晶體體管管三三者者形形成成并并聯(lián)聯(lián)連連接接的的方方式式。兩兩種種饋饋電電方

14、方式式雖雖然然電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不同同，但但對(duì)對(duì)電電路路來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，總總應(yīng)應(yīng)有有：tUEucmCce cos1 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：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(jí)提供合適的偏置；直流饋電線路：為晶體管各級(jí)提供合適的偏置；交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號(hào)有效地傳輸。交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號(hào)有效地傳輸。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器1 集集電電極極饋饋電電電電路路：（1） 集集電電極極饋饋電電電電路路的的組組成成原原則則：IcoECic1CLicn高頻電子線路高頻電子

15、線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT（2） 常常用用的的集集電電極極串串饋饋和和并并饋饋電電路路如如下下圖圖所所示示：cL高高頻頻扼扼流流圈圈：通通直直流流阻阻交交流流 cC：高高頻頻旁旁路路電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 c1C：隔隔直直電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 以以上上兩兩個(gè)個(gè)電電路路勻勻滿滿足足： tUEucCce cos1 ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTI

16、Cn交流通路交流通路ICniC頻譜頻譜 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器CBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基極饋電線路基極饋電線路對(duì)對(duì)基基級(jí)級(jí)饋饋電電線線路路來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，也也有有串串聯(lián)聯(lián)和和并并聯(lián)聯(lián)兩兩種種形形式式。在在實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用中中，由由于于基基極極饋饋電電電電路路中中采采用用單單獨(dú)獨(dú)電電源源BBU不不方方便便，通通常常采采用用自自給給偏偏壓壓的的方方式式提提供供基基極極偏偏置置。 (1) 利用基極回路直

17、流利用基極回路直流BOI產(chǎn)生偏壓產(chǎn)生偏壓bBOBBRIU IBOUBB(2) 利利用用BOI在在bbr上上產(chǎn)產(chǎn)生生偏偏壓壓bbBOBBrIU ，注注意意：一一般般bbr 很很小小，所所以以BBU很很小小且且不不穩(wěn)穩(wěn)定定。 IBO(3) 利利用用射射極極電電流流eoI在在eR上上產(chǎn)產(chǎn)生生偏偏壓壓eeoBBRIU ，而而且且這這種種電電路路能能自自動(dòng)動(dòng)維維持持放放大大器器的的工工作作穩(wěn)穩(wěn)定定。 Ieo +UBB -以以上上基基極極自自給給偏偏壓壓電電路路中中，前前兩兩個(gè)個(gè)為為并并饋饋線線路路，后后一一種種為為串串饋饋線線路路。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器

18、二 高頻功放的耦合回路高頻功放的耦合回路高高頻頻功功放放都都要要采采用用一一定定的的耦耦合合回回路路，以以使使輸輸出出功功率率能能有有效效地地傳傳輸輸?shù)降截?fù)負(fù)載載（下下級(jí)級(jí)輸輸入入回回路路或或天天線線回回路路） ，一一般般說(shuō)說(shuō)來(lái)來(lái)，放放大大器器與與負(fù)負(fù)載載之之間間的的耦耦合合可可采采用用下下圖圖所所示示的的四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)來(lái)來(lái)表表示示。這這個(gè)個(gè)四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)應(yīng)應(yīng)完完成成的的任任務(wù)務(wù)是是：RiRoRLRS功功 率率放大器放大器輸入輸入匹配匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)輸出輸出匹配匹配網(wǎng)絡(luò)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)使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹

19、配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，即它起著載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用匹配網(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。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能有效地傳送功率到公共負(fù)載到公共負(fù)載，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響彼此隔離，互不影響。 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò): :是用以與下級(jí)放大器的輸入端相連接是用以與下級(jí)放大器的輸入端相

20、連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò): :是用以輸出功率至天線或其他負(fù)載是用以輸出功率至天線或其他負(fù)載高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(jí)功放與天線或其他負(fù)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級(jí)功放與天線或其他負(fù)載間的網(wǎng)絡(luò)載間的網(wǎng)絡(luò). . 這種匹配網(wǎng)絡(luò)有這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型、 型、型、T型網(wǎng)絡(luò)及耦合回路。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、濾波和高效率匹配、濾波和高效率。 通過(guò)改變匹配回路的可調(diào)元件，將負(fù)載阻抗通過(guò)改變匹配回路的可調(diào)元件，將負(fù)載阻抗ZL (或或RL)

21、轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成放大管所要求的最佳負(fù)載阻抗成放大管所要求的最佳負(fù)載阻抗RLCR，使管子送出的功率，使管子送出的功率P1能盡可能多的饋至負(fù)載。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。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(guò)匹在實(shí)際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載配網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載( (如天線等如天線等) )相匹配。相匹配。需要匹配的原因需要匹配的原因:匹配的原理匹配的原理:高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器 下圖所示的匹配

22、網(wǎng)絡(luò)具有電路簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，下圖所示的匹配網(wǎng)絡(luò)具有電路簡(jiǎn)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)不足之處是電路的品質(zhì)因數(shù)Q值很低值很低( (通常通常Q10) )，因此電路，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型或型或 型網(wǎng)絡(luò)作匹配之用。型網(wǎng)絡(luò)作匹配之用。RpRpLLCRL(小)CRL(大)(b) RLRp匹配網(wǎng)絡(luò)(a) RLRp匹配網(wǎng)絡(luò)高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器3.濾波匹配網(wǎng)絡(luò)（輸入與輸出）L型：型：T型：高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放

23、大器丙類(lèi)諧振功放電路實(shí)例分析： 高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器例例1 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(wèn)：（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(hào)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？q7091. 0題意分析題意分析：在已知輸出功率P1、電源電壓EC、電壓利用系數(shù)，其它參數(shù)就很容易求出；輸入信號(hào)振幅變化、負(fù)載電阻變化，將

24、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。253. 0)70(,436. 0)70(10高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器解：解：（1）根據(jù)臨界狀態(tài)電壓利用系數(shù)計(jì)算公式有VEUcrcc84.2191. 024 AUPIcc37. 184.21152201 AIIcc79. 0253. 0436. 037. 1)()(0110 q q q q WIEPccD96.1879. 0240 WPPPDc96. 31596.180 %7996.18150 DPPh h 94.1537. 1

25、84.211ccLcrIUR高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器（2）若輸入信號(hào)振幅增加一倍，根據(jù)功放的振幅特性，放大器將工作到過(guò)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(guò)壓狀態(tài)，此時(shí)輸出功率約為原來(lái)一半。cUcU （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。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器例例 2 一諧振功放，原來(lái)工作在臨界狀態(tài)，后來(lái)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、

26、輸出電壓振幅Uc及Ubemax不變，問(wèn)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。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器解解：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

27、的增加，這是通過(guò)減小實(shí)現(xiàn)的。要減小，有兩個(gè)途徑，一是減小輸入信號(hào)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(hào)振幅Ubm。輸出功率下降，但Uc不變，只能是增加負(fù)載阻抗。ccEU)(gCqh121)(gCq1討論討論：如何應(yīng)用功放的外部特性來(lái)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。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器例例 對(duì)高頻功放電路，已知功放管的輸出特性曲線如所示，EB0.8 V，EC12 V，ub0.3 costV，u010 cos t V。(1)畫(huà)出動(dòng)特性曲線，并說(shuō)明電路的工作狀態(tài)及其特點(diǎn)

28、；(2)畫(huà)出ic和UCE的波形；(3)計(jì)算輸出功率和效率(wt=90時(shí))。題意分析：題意分析：這是一道常規(guī)題，根據(jù)電路參數(shù)畫(huà)動(dòng)特性曲線，并確定性能指標(biāo)。畫(huà)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)。0C00180 )(90 0qt高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器解（1）VUEuuV.UEu utcmCminCECEbmBmaxBEBE21012 113080 0A10點(diǎn)：ABVEuVE utCCEBBE12 8 . 0 90B0 點(diǎn)點(diǎn)：VUEuitcmCCEC22 0 180D10點(diǎn)：連接ABD，即為動(dòng)態(tài)特性線（2）由動(dòng)特性曲線畫(huà)出的ic和U

29、CE波形 高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器 2190 190 90 01000C)()(q（3）計(jì)算輸出功率和效率 高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器 例 題意分析題意分析：本題考查簡(jiǎn)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。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器（3）高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章

30、高頻功率放大器例例3：有一諧振功率放大器，已知VCC12V，回路諧振阻抗Re130，集電極效率74.5，輸出功率P0500mW?，F(xiàn)在為了提高，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(lái)的工作狀態(tài)。 （2）計(jì)算提高的百分比和60時(shí)的效率。 （3）試求集電極損耗功率PC減少了多少？ 解：解：（1）確定放大器原來(lái)的工作狀態(tài)。 當(dāng)通角減小時(shí)，由于VCC、Re、P0(Vcm1)不變, 因此集電極電壓利用系數(shù)不變，VCEmin=VCC(1) 也不變。同時(shí)由于IC1m=VCm/Re不變，因而減小時(shí)，要求ICmax增加。根據(jù)題意，既然這時(shí)放大器工作

31、在臨界狀態(tài)，那么，原來(lái)必定工作在欠壓狀態(tài)。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器 （2）計(jì)算提高的百分比和60時(shí)的效率。 首先計(jì)算欠壓狀態(tài)的集電極電流通角。由題意可知 PC500mw，Re130，VCC12V，74.5，則 查表可知上述 g1(C)時(shí)的通角C90，還可查得C60時(shí)g1(60)1.80?，F(xiàn)在計(jì)算提高的百分比即效率提高了15。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器最后計(jì)算c60時(shí)的效率（3）計(jì)算集電極損耗功率PC減小的數(shù)值。 PD=VCCICO=1255.86mW=670.32mWPC=PD-P0=(670.32-

32、500)mW=170.32mW PD=VCCICO=1248.72mW =584.67mW PC=PD-P0=(584.67-500)mW =84.67mW 則通角由90減小到60時(shí)，集電極損耗減小值為 PC=PC-PC=170.32-84.67mW =85.65mW高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器（4）減小通角的措施。 設(shè)三極管導(dǎo)通電壓為VBZ，偏置電壓為VBB，基極激勵(lì)電壓的振幅為Vbm，根據(jù)關(guān)系式bmBBBZCVVVcosq 當(dāng)c 90,VBB=VBE；當(dāng)減小c又 要求Icmax增大時(shí)，則VBB必須向反向偏置方向增加，同時(shí)，Vbm也必須增加。 Cb

33、mcmaxCcosUgIq1 高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.5 丙類(lèi)倍頻器的工作原理 原理：利用器件的非線性對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行非線性變換，再利用諧振系統(tǒng)從各次諧波中取出所需的n次諧波分量，從而實(shí)現(xiàn)n倍頻。CCC0cnmcnmDConCn21VIUIpPh 當(dāng)n2時(shí)，一般設(shè)陷波電路，從而有效濾除低次諧波。如圖： 丙類(lèi)倍頻器一般工作于弱欠壓和臨界狀態(tài)，可以臨界狀態(tài)分析，如：cnmcnmon21UIP n越大，Pon和cn越小且n的諧波難濾除，所以一般n取23級(jí)。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器2.6 丁類(lèi)高頻功率放大

34、電路簡(jiǎn)介 丁類(lèi)放大電路中，三極管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài) ; 在理想情況下，丁類(lèi)高頻功率放大電路的效率可達(dá)100%，實(shí)際情況下也可達(dá)90%左右。 丁類(lèi)功率放大電路如圖所示: V1、V2各飽和導(dǎo)通半周，盡管導(dǎo)通電流很大，但相應(yīng)的管壓降很小，這樣每管的管耗就很小，放大器的效率也很高。高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器1 寬帶高頻功率放大器寬帶高頻功率放大器 以以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對(duì)通頻帶諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對(duì)通頻帶B/ fo只只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱(chēng)為有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱(chēng)為窄帶高頻功率放大器。由于調(diào)諧窄帶

35、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 。 2.7寬帶高頻功率放大器 近年來(lái)一種新穎的，近年來(lái)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帶功率放大器得到了迅速的推廣。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容或電感

36、線圈作為其輸出電路 。 寬頻帶功率放大器沒(méi)有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重要寬頻帶功率放大器沒(méi)有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重要的問(wèn)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的問(wèn)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(lèi)或甲乙類(lèi)狀態(tài)，效率較低，也就是說(shuō)類(lèi)或甲乙類(lèi)狀態(tài)，效率較低，也就是說(shuō)寬頻帶放大器是以犧牲效率作寬頻帶放大器是以犧牲效率作為代價(jià)來(lái)?yè)Q取寬頻帶輸出的為代價(jià)來(lái)?yè)Q取寬頻帶輸出的 。 高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因 1 寬帶高頻功率放大器寬帶高

37、頻功率放大器 圖圖 (b)中中L、Ls1、r1是變壓器初級(jí)繞組的電感、漏感和損耗電阻；是變壓器初級(jí)繞組的電感、漏感和損耗電阻；Ls2、r2 是折合到初級(jí)后，次級(jí)繞組的漏感和損耗電阻；是折合到初級(jí)后，次級(jí)繞組的漏感和損耗電阻；C是變壓器各分布電容折是變壓器各分布電容折合到初級(jí)后的總和；合到初級(jí)后的總和；RL是折合到初級(jí)后的等效負(fù)載電阻是折合到初級(jí)后的等效負(fù)載電阻。 在高頻端由于初級(jí)繞組電感的感抗很強(qiáng)，因此在高頻端等效電路中在高頻端由于初級(jí)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)為電感可以認(rèn)為電感L L是開(kāi)路，如圖是開(kāi)路，如圖(c)(c)。在低頻端，由于頻率較低，各漏感和。在低頻端，由于頻

38、率較低，各漏感和損耗電阻很小，也可略去不計(jì)，可以認(rèn)為電容損耗電阻很小，也可略去不計(jì)，可以認(rèn)為電容C開(kāi)路，如圖開(kāi)路，如圖 (d)；(a)原理電路原理電路(b)等效電路等效電路(c)高頻端等效電路高頻端等效電路(d)低頻端等效電路低頻端等效電路(e) 頻率響應(yīng)曲線頻率響應(yīng)曲線usRsRLuoRsRsRsusususr1Ls1LLs2r2CRLrLsLCRLRLfsfuo一般變壓器的等效電路一般變壓器的等效電路 可見(jiàn)工作頻率越低，電感可見(jiàn)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。在高頻端作頻率的降低而下將。在高頻端負(fù)載負(fù)載RL

39、接在接在Ls和和C組成的串聯(lián)諧振回路容組成的串聯(lián)諧振回路容抗元件的兩端抗元件的兩端，在串聯(lián)諧振頻率，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，偏離諧振頻率上達(dá)到最大值。但是，偏離諧振頻率fs，電壓將急劇減小，電壓將急劇減小 高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器 傳輸線變壓器是將傳輸線變壓器是將兩根等長(zhǎng)的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在兩根等長(zhǎng)的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在高導(dǎo)磁率低損高導(dǎo)磁率低損耗的磁芯上構(gòu)成的。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。最高工作頻率可擴(kuò)展到幾百兆赫甚至

40、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(jí)感應(yīng)電壓，而是傳輸線的終端電壓。壓器負(fù)載兩端的電壓不是次級(jí)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(zhǎng)度處兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長(zhǎng)度處的線間電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，的線間電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，兩根等長(zhǎng)導(dǎo)線同時(shí)繞在高兩根等長(zhǎng)導(dǎo)線同時(shí)繞在高磁芯上，所以導(dǎo)線上均磁芯上，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。數(shù)

41、電路。 usususRLRLRLRsRsRs(a) 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(c) 普通變壓器的原理電路普通變壓器的原理電路(b) 原理電路圖原理電路圖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。電磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。 高頻電子線路高頻電子線路九江學(xué)院電子學(xué)院電信教研室第2章 高頻功率放大器(1) 1：1傳輸線變壓器傳輸線變壓器 常用傳輸線變壓器分析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(wú)損時(shí)，可以認(rèn)為傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。當(dāng)傳輸線無(wú)損時(shí)，可以認(rèn)為u1=u2和和i1=i2。usRLRsu1u2i2如果傳輸線的