高頻電子線路交大上課課件

1、6.4 諧振功率放大電路諧振功率放大器是由輸入回路、晶體管和輸出回路組成。輸入、輸出回路在諧振功率放大器中的作用是：1）提供放大器所需的正常偏置；2）實現(xiàn)濾波(調(diào)諧于基波頻率)；3）保證阻抗匹配?？烧J(rèn)為它由直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。6.4.1直流饋電電路直流饋電線路包括集電極饋電和基極饋電線路。1.集電極饋電電路圖6-7是集電極饋電線路的兩種形式：串聯(lián)饋電線路和并聯(lián)饋電線路。圖6-7(a)中晶體管、負(fù)載回路、電源三者是串聯(lián)的,故稱為串聯(lián)饋電。圖6-7(b)中晶體管、電源、諧振回路三者是并聯(lián)連接的,故稱為并聯(lián)饋電。 (a) 串聯(lián)饋電 (b) 并聯(lián)饋電圖 6-7 集電極饋電線路兩種形式2.

2、基極饋電電路（1） (a) 串聯(lián)饋電 (b) 并聯(lián)饋電圖 6-8（1）基極饋電線路兩種形式圖6-8(1)是基極饋電線路的兩種形式: 串聯(lián)饋電線路和并聯(lián)饋電線路。 圖6-8(a)中晶體管、輸入回路、電源是串聯(lián)的,故稱為串聯(lián)饋電。圖 6-8(b) 中晶體管、輸入回路、電源是并聯(lián)連接的, 故稱為并聯(lián)饋電。（2）基極饋電線路提供偏壓的方法：一是由電源分壓；二是自給偏壓。自給偏壓如圖圖 6-8（2）所示。 圖 6-8（2）自給偏壓基極饋電線路 其中：利用基極電流的直流分量IB0在基極偏置電阻上產(chǎn)生所需的偏置電壓VBB。利用基極電流在基極擴(kuò)散電阻上產(chǎn)生所需的VBB 。但由于基極擴(kuò)散電阻一般較小，造成所得的

3、VBB也較小，且不夠穩(wěn)定。一般只有在需要較小VBB時才采用這種電路 。利用發(fā)射極電流的直流分量IE0在發(fā)射級偏置電阻Re上產(chǎn)生所需的VBB 。能自動維持放大器的工作穩(wěn)定。6.4.2.匹配網(wǎng)絡(luò) 高頻功放的級與級之間或放大器與負(fù)載之間都要采用一定形式的回路，且一般是四端網(wǎng)絡(luò)。如果該網(wǎng)絡(luò)是用以與下級放大器的輸入端相連接，則稱之為級間耦合網(wǎng)絡(luò)或下級的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)；若該網(wǎng)絡(luò)是用以輸出功率至負(fù)載，則稱之為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。1.匹配網(wǎng)絡(luò)的特點匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有這樣的幾個特點: (1) 以保證放大器工作在要求的狀態(tài), 即起到阻抗變換作用;(2 ) 抑制工作頻率范圍以外的頻率, 即有良好的濾波作用。2.匹配網(wǎng)絡(luò)的分類：

4、大多數(shù)發(fā)射機(jī)為波段工作，匹配網(wǎng)絡(luò)分為輸入匹配網(wǎng)絡(luò)（級間耦合網(wǎng)絡(luò)）和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，幾種常用的LC匹配網(wǎng)絡(luò)如圖6-9所示。 (a) L型 (b) T型 (c) 型圖6-9 幾種常用的LC匹配網(wǎng)絡(luò)3. L型匹配網(wǎng)絡(luò) (a) L-I型網(wǎng)絡(luò) (b) L-型網(wǎng)絡(luò) 圖6-10 L型匹配網(wǎng)絡(luò)4. L型匹配網(wǎng)絡(luò)的具體電路L-I型網(wǎng)絡(luò)：適合rLRP的情況 圖6-11(b) L型匹配網(wǎng)絡(luò)的具體電路6.5 寬頻帶高頻功率放大器 諧振式高頻功率放大器的優(yōu)點是效率高。但是調(diào)諧繁瑣,調(diào)諧速度慢,不能適應(yīng)現(xiàn)代通信發(fā)展的要求。對于要求工作于多個頻道,快速換頻的發(fā)射機(jī)、電子對抗系統(tǒng)中有快速跳頻技術(shù)要求的發(fā)射機(jī)、多頻道頻率合成器構(gòu)

5、成的發(fā)射機(jī)等,都要求采用快速調(diào)諧跟蹤的放大器。顯然,諧振式高頻功率放大器是不能滿足要求的。因此,寬頻帶放大技術(shù)在高頻放大中的應(yīng)用非常重要。寬頻帶高頻功率放大器的頻帶可以覆蓋整個發(fā)射機(jī)工作頻率范圍,所以在發(fā)射機(jī)變換工作頻率時不需要進(jìn)行調(diào)諧。 最常見的寬頻帶高頻功率放大器是利用寬頻帶變壓器做輸入、輸出或級間耦合電路 ,并實現(xiàn)阻抗匹配。寬頻帶變壓器有兩種形式：一種是利用普通變壓器原理,只是采用高頻磁芯來擴(kuò)展頻帶,它可以工作在短波波段；另一種是利用傳輸線原理的所謂傳輸線變壓器,其頻帶可以做得很寬。 6.6.1 高頻傳輸線變壓器的特性及原理 傳輸線變壓器是在變壓器理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新元件。它用高頻性能

6、良好的、高導(dǎo)磁率的鐵氧體材料作為磁芯 ,用相互絕緣的雙導(dǎo)線均勻地在矩形截面的環(huán)形磁芯上繞制而成,如圖6-14所示。磁環(huán)的直徑根據(jù)傳輸?shù)墓β屎退桦姼械拇笮Q定,一般為(10-30)mm, 磁芯材料分為錳鋅和鎳鋅兩種,頻率較高時,以鎳鋅材料為宜。這種變壓器的結(jié)構(gòu)簡單、輕便、價廉、頻帶很寬（從幾千赫至幾百兆赫）。圖 6-14 1:1傳輸線變壓器1.傳輸線變壓器圖 6-15是1:1高頻傳輸線變壓器的示意圖?？煽闯?它是將兩根等長的導(dǎo)線緊靠在一起雙線并繞在磁環(huán)上,其接線方式如圖所示。信號電壓由1、3端加到傳輸線變壓器,經(jīng)過傳輸線的傳輸,在2、4端將能量饋給負(fù)載。 圖 6-15 1:1傳輸線變壓器的等效

7、電路 圖6-16 普通變壓器的電路形式 圖6-16是普通變壓器的電路形式。由于傳輸線變壓器的2端和3端接地,所以這種變壓器相當(dāng)于一個倒相器。實際上傳輸線變壓器和普通變壓器傳遞能量的方式是不相同的。對于普通變壓器來說 ,信號電壓加于初級繞組的1、2端,使初級線圈有電流流過,然后通過磁力線,在次級3、4端感應(yīng)出相應(yīng)的交變電壓，將能量由初級傳遞到次級負(fù)載上。而傳輸線方式的信號電壓卻加于1、3端，能量在兩導(dǎo)線間的介質(zhì)中傳播,自輸入端到達(dá)輸出端的負(fù)載上。當(dāng)信號源加入 1、3端時，由于傳輸線間電容的存在，信號源對電容充電，使電容儲存電場能。電容通過臨近電感放電，使電感儲存磁場能。即電場能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?。然?/p>

8、電感又向后面的電容進(jìn)行能量交換，磁場能轉(zhuǎn)換成電場能。電容又與后面的電感進(jìn)行能量交換,如此往復(fù)下去。輸入信號就以電磁能交換的形式,自始端傳輸?shù)浇K端,最后被負(fù)載吸收。 在傳輸線變壓器中 ,線間分布電容不是影響高頻能量傳輸?shù)牟焕蛩?，而是電磁能轉(zhuǎn)換的條件。此外，電磁波主要是在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播，因此磁芯損耗對信號傳輸?shù)挠绊懸簿痛鬄闇p少。傳輸線變壓器的最高工作頻率就可以有很大的提高，從而實現(xiàn)寬頻帶傳輸?shù)哪康?。?yán)格地說,傳輸線變壓器在高頻段和低頻段上,傳送能量的方式是不同的。在高頻時,主要通過電磁能變替變換的方式傳送。在低頻時,將同時通過傳輸線方式和磁耦合方式進(jìn)行傳送。頻率越低,傳輸線傳輸能量的效率就越差

9、,更多地依靠磁耦合方式來進(jìn)行傳送。 2. 1:1傳輸線變壓器如圖6-15所示的傳輸線變壓器稱為1:1傳輸線變壓器,又稱為倒相變壓器。根據(jù)傳輸線理論,當(dāng)傳輸線為無損耗傳輸線,且負(fù)載阻抗RL等于傳輸線特性阻抗ZC時,傳輸線終端電壓U2與始端電壓Ul的關(guān)系為 U2=Ul exp(-jl) 式中 ,=2/為傳輸線的相移常數(shù),單位為rad/m.為工作波長,l為傳輸線的長度。如果傳輸線的長度很短,滿足l1,則exp (-jl)1,于是U2 =U1 ,即傳輸線輸入端電壓UI 與輸出端電壓U2的幅值相等,相位近似相同。同理,I1 =I2。在2端與3端接地的條件下,則負(fù)載RL上獲得一個與輸入端幅度相等、相位相反

10、的電壓,即 U-U實現(xiàn)變壓器與負(fù)載匹配的條件是 ZC=RL，實現(xiàn)信號源與傳輸線變壓器匹配的條件是ZC =RS，顯然，1:1傳輸線變壓器的最佳匹配條件是ZC=RS=RL。(ZC為傳輸線特性阻抗，RL為負(fù)載阻抗， RS為電源內(nèi)阻)負(fù)載RL上獲得的功率為： Po=I2 RL 而 Il=I2 ,則 Po=I2RL = US/(RS+ZC)2 RL 在RL=ZC=RS的條件下,在RL上可獲得最大功率。 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傳輸線變壓器更多的是用來作為倒相器。3. 1:4阻抗變換傳輸線變壓器圖 6-17 1:4阻抗變換傳輸線變壓器1: 4阻抗變換可用圖6-1

11、7所示的電路來組成。4:1傳輸線變壓器起到1:4阻抗變換器的作用,即Rs:R L =4:1。下面僅就理想、無損耗傳輸線的電壓、電流關(guān)系來說明最佳匹配條件和阻抗變換關(guān)系。由于無損耗傳輸線在匹配條件下 ,Ul=U2和I1=I2,得 Zi =U1/（I1+I2）=U1/2I1 =ZC/2 RL=（U1+U2）/I2=2U1/I1 =2ZC (其中Zi為1、3端向右看過去的輸入阻抗， ZC為傳輸線特性阻抗)所以 ,在最佳匹配條件下,Rs=Zi=Zc/2=RL/4，這個傳輸線變壓器相當(dāng)于1:4阻抗變換器。4. 4:1阻抗變換傳輸線變壓器圖6-184:1阻抗變換傳輸線變壓器 4:1阻抗變換可用圖6-18所示的電路