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1、1,直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置； 交流匹配网络：将交流功率信号有效地传输。,要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：,2.4 高频功率放大器的实用电路,2,2.3.5 高频功率放大器的电路组成,直流电源接高频地电位,减少分布参数的影响.,3,2.3.5 高频功率放大器的电路组成,ICO直流通路,IC1交流通路,ICn交流通路,28,4,2 基极馈电线路,UBB,+ UBB -,5,二 、高频功放的耦合回路,(1) 使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大，即它起着匹配网络的作用。,(2) 抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它有
2、良好的滤波作用。,(3) 在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送功率到公共负载，同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响。,输入匹配网络或级间耦合网络:是用以与下级放大器的输入端相连接。,输出匹配网络:是用以输出功率至天线或其他负载。,6,介于放大器与天线回路之间的L1C1回路就叫做中介并联谐振回路。RA、CA分别代表天线的幅射电阻与等效电容；,L2、C2为天线回路的调谐元件。它们的作用是使天线回路处于串联谐振状态，以使天线回路的电流IA达到最大值，亦即使天线幅射功率达到最大 P=I2RA。,从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路,其中Rp为折合到晶体管输出
3、回路的等效负载 。,1. 输出匹配电路,(1) 并联谐振回路型的匹配电路,7,当天线回路调谐在串联谐振状态时，它反映到L1C1中介回路的等效电阻为,设初级回路的接入系数为 p，则晶体管输出回路的等效负载为：,(1) 并联谐振回路型的匹配电路,L1C1中介回路的等效谐振阻抗为,QL为有载品质因素 ，,改变互感系数M和接入系数 p就可以在不影响回路调谐的情况下,调整晶体管的输出回路的等效负载电阻Rp，以达到阻抗匹配的目的。,互感耦合电路理论,8,由于高频功率放大器工作在非线性(丙类)状态时，放大器的内阻变动剧烈：导通时，内阻很小；截止时内阻近于无穷大。因此输出电阻不是常数。所谓线性电路的阻抗匹配(
4、负载阻抗与电源内阻相等)概念也就失去了意义。,k ：中介回路的传输效率。,(1) 并联谐振回路型的匹配电路,如果设 ：,要想回路的传输效率高，则空载Qo越大越好，有载QL越小越好，也就是说，中介回路本身的损耗越小越好,但从要求回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应该足够大。从兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。,9,在大功率输出级，T（L）型、型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。,图中的R2一般代表终端(负载)电阻，R1则代表由R2折合到左端的等效电阻，现以 (a)为例进行计算公式的推导,(2) 滤波型的匹配网络,将并联回路R1C1与R2C
5、2变换为串联形式，由串、并联阻抗转换公式可得,网络匹配时，,由谐振条件得 :,见书15面(1-44,42),11,10,例 有一个输出功率为2W的高频功率放大器、负载电阻RL=50，EC=24V，f=50MHz，Q1=10，试求型匹配网络的元件值。,R1应该是功率放大器所要求的匹配电阻 Rp ,即,解 :,网络匹配时，,改写为：,解之得：,11,由谐振条件得 :,注意，考虑到晶体管的输出电容Co后，C1应减去Co之值，才是所需外加的调谐电容值。一般，当L1确定之后，用C2主要调匹配，用C1主要调谐振。,实际还有其它各种形式的匹配网络。分析方法都很类似，即从匹配与谐振两个条件出发，再加上一个假设
6、条件(通常都是假定Q1值)，即可求出电路元件的数值(见书80面表2.1，在此就不再一一叙述了）。,即,9,12,高频功放的实际线路举例,50 MHz的晶体管谐振功率放大电路,输入端采用自给偏压并馈，输出端采用并馈供电。C1C2将放大器输入阻抗在工作频率上调整到50欧，而输出端由C4C5C6将50欧负载在工作频率上调整到放大器所要求的最佳负载。,13,工作频率为50 MHz的晶体管谐振功率放大电路， 它向50 外接负载提供25W功率， 功率增益达7 dB。,14,2.6.1 宽带高频功率放大器,以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带B/ fo只有百分之几甚至千分之几，所以又称为窄
7、带高频功率放大器。因其调谐系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制 （选频、匹配）。,2.6 宽带高频功率放大器与功率合成电路,近年来一种新颖的，能够在很宽的波段内实现不调谐工作的宽频带功率放大器得到了迅速的推广。,宽带功率放大器，实际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路的功率放大器。它是以频率特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电容或电感线圈作为其输出电路 。,宽频带功率放大器没有选频作用。则谐波的抑制成了一个重要的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在非线性畸变比较小的甲类或甲乙类状态，效率较低，也就是说宽频带放大器是以牺牲效率作为代价来换取宽频带输出的 。,15,1. 普通变压
8、器不能在较宽频内工作的原因 ：,在高频端由于初级绕组电感的感抗很强，因此在高频端等效电路中可以认为电感L是开路，如图(c)。在低频端，由于频率较低，各漏感和损耗电阻很小，也可略去不计，可以认为电容C开路，如图 (d)；,图 (b)中L、Ls1、r1是变压器初级绕组的电感、漏感和损耗电阻；Ls2、r2 是折合到初级后，次级绕组的漏感和损耗电阻；C是变压器各分布电容折合到初级后的总和； 是折合到初级后的等效负载电阻。,可见工作频率越低，电感L的旁路作用就越大，于是输出电压将随着工作频率的降低而下将。在高频端负载 接在Ls和C组成的串联谐振回路容抗元件的两端，在串联谐振频率fs的附近， 负载两端的电
9、压急剧增加，并在fs上达到最大值。但是，偏离谐振频率fs，电压将急剧减小 ,频率太高太低都不行,16,2. 宽频带传输线变压器的工作原理,传输线变压器是将两根等长的导线紧靠在一起，并绕在高导磁率低损耗的磁芯上构成的。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫乃至无穷大。,传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。,两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。其次，两根等长导线同时绕在高磁芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫分布参数电路。,在传输线变压器中，线间的分布电
10、容不影响高频能量的传输，电磁波是以电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。,17,1：1传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大电路中RL正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，1：1传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡-平衡以及平衡-不平衡转换（见书89面图2.44）。,(1) 1：1传输线变压器,3. 常用传输线变压器分析：,1：1传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损时，可以认为u1=u2和i1=i2。,u1,u2,如果传输线的特性阻抗：,传输线输出端的等效阻抗为：,输入端（1、3端）的等效阻抗为 ：,为了实现传输线变压器与负载的匹配，要
11、求：,1：1传输线变压器，最佳匹配状态应该满足 ：,为了实现信号源与传输线变压器的匹配，要求：,而满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为：,18,(2) 1：4和4：1传输线变压器,1：4传输线变压器是把负载阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的条件下，有 u1=u2=u和，i1=i2=i,由于变压器的1端与4端相连，输入端1端与3端的电压为u，负载RL上的电压为u1+u2=2u，输入端1的电流为i1+i2=2i，且,u1,u1,u2,u2,2u,+ 2u -,传输线变压器把负载RL变换为RL/4，实现了1：4的阻抗变换。,如果把输入端和输出端对调就成为4：1传输线变压器。4：1传输
12、线变压器把负载阻抗升高4倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有4：1的阻抗变换作用。,1：4和4：1传输线变压器可做成功率合成与分配器,传输线变压器的输入阻抗为 ：,1,19,RL,功率分配与功率合成均由传输线变压器组成,电流加倍功率合成器,电流一分为二的功率分配器,i,i,i,i,i,i,RT1与2：电路正常工作时，不起作用；但如果一个电路发生故障，则它们的接入能保证另一个电路正常工作,同相功率合成器,20,2.6.2 功率合成电路:,采用七个功率增益为、最大输出功率为的高频功放，利用功率分配合成技术，可获得的功率输出。,由于技术上的限制和考虑，单个高频晶体管的输出功率一般只限于
13、几十瓦至几百瓦，当要求更大的输出功率时，一个可行的方法就是采用功率合成器。,10W,10W,21,习题2.18,22,谐振功率放大器小结,高频谐振功率放大器电路可以工作在甲类、乙类或丙类状态。 相比之下丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类的大，但效率高，节约能源， 所以是高频功率放大器中经常选用的一种电路形式（首选）。 丙类谐振功放效率高的原因在于导通角小，也就是晶体管导通时间短，集电极功耗减小。 但导通角越小，将导致输出功率越小。 所以选择合适的角，是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标的一个重要考虑，综合考虑=70作为最佳导通角。 3. 折线分析法是工程上常用的一种近似方法。 利用折
14、线分析法可以对丙类谐振功放进行性能分析，得出它的负载特性、放大特性、调制特性和调谐特性。,23,4. 丙类谐振功放的输入回路采用自给负偏压方式（串、并），输出回路有串馈和并馈两种直流馈电方式。 5.倍频器（一般只适用于2次、3次频）。 6. 谐振功率放大器属于窄带功放。 宽带高频功放采用非调谐方式，工作在甲类状态（效率低），采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配，并可利用功率合成技术增大输出功率。,24,1：什么叫高频功率放大器？它的作用是什么？应对它提出哪些主要要求？,问答题集锦,答：高频功率放大器是用来产生高功率的高频电路。位于发射机的振荡器和输出放大器之间的高频功放叫做中间放大器，
15、它的作用是供给后级高频功放足够大的激励电压和激励功率，以保证后级高频功放正常工作。以天线为负载的高频功放叫做输出放大器，它的作用是把符合要求的高频功率供给天线，利用天线转化成无线电波辐射到远方。对高频功放的主要要求是以高效率输出最大高频功率。,25,2：高频功放为什么选择在丙类状态工作？,答：高频功放选择在丙类状态工作是为了提高功放的集电极效率 。在丙类状态下，高频功放的 约为 70%80%。高频功放的 为,在高频功放中回路电压可达（0.80.9）Ec，即,选在丙类工作状态，集电极电流 导通的时间小于半个周期，即 导通的电角度 ，如 ，据傅立叶级数分析，此 时 ，代入公式 ，可得高频功放在丙类
16、状态工作时的效率 约为70%80% 。这也可以用另一种思路来理解，在丙类工作状态时，在大半个周期的时间内无集电极电流，也就无集电极损耗，因此整个周期内，集电极的平均损耗小，集电极效率高。,26,3、高频功放的集电极电路为什么要选LC谐振回路做负载？,答：为了提高集电极效率，高频功放选在丙类状态工作后，集电极电流 是一系列脉冲电流，如果集电极电路采用电阻负载，则高频输出电压波形也是脉冲形状，严重失真，无法应用的。采用LC谐振回路做负载，可以利用回路的谐振特性，滤除谐波，取出基波，使高频功放在 为脉冲电流的情况下，仍可获得完整的不失真的高频输出电压。选频滤波。 采用LC谐振回路做负载的另一个功用是实现阻抗匹配，使回路呈现的实际阻抗值 等于高频功放在最佳状态下工作时要求的阻抗值 ，这样高频功放就能以高效
