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1、第4章 发射系统,4.1 基本概念 4.2 C 类射频功放 4.3 直流馈电电路及匹配电路 4.4 高效率射频功率放大器 4.5 射频功放实用电路 4.6 宽带功放与功率合成技术,4.1 基本概念,发射系统：将原始信号转换成基带信号，再调制 到高频载波上发送到信道中。 发射系统框图（见教科书P78-P79图4.1-4.3） 本章涉及的内容是：射频功率放大器和匹配电路 射频功放的主要指标：输出功率、效率、功耗、 激励电平、失真等 射频功放特点：工作频率高，相对频带窄，负载 为选频电路,正弦波在不同工作点得到的输出波形：,对功放的基本要求：,转换效率高、输出功率大、非线性失真小,在相同输出功率条件
2、下，效率从低到高依次为： 甲(A)类、甲乙(AB)类、乙(B)类、丙（C）类 负载无调谐（纯阻）时输出电压波形 负载为选频回路时输出电压波形,4.2 C（丙）类射频功放,C类功放原理 ube=EB+ub uce=EC+uc,晶体管高频功率放大器的原理电路,晶体管高频功率放大器的（简化）原理电路,谐振功放电流、 电压波形,设输入信号为： 则：,输入电压波形 集电极电流波形 输出电压波形（谐振负载） 集电极电压波形,周期性余弦电流脉冲经傅立叶变换可以分解成直流、 基波(信号频率分量)和各次谐波分量, 即：,C类放大器的功率关系,集电极电源供给的直流输入功率: PD =Ec 输出功率P0： Po L
3、,集电极损耗功率Pc： Pc=PD-P0,集电极效率为 P0/PD g1(),其中： =Uc/Ec为电压利用系数 g1()=Ic1/Ic0= / = / 为波形系数,显然：功率和效率均与导通角 有关,在0180范围内的分解系数曲线和波形系数曲线,结论,效率随导通角增加而降低 增大g1与增大1是互相矛盾的 导通角为120度（甲乙类）时，输出功率最大，但效率较低。 为兼顾输出功率和效率，导通角一般选70度（丙类）左右,C（丙）类放大器的倍频功能,把负载LC回路调谐在 某次谐波上，C类功放 就成为C（丙）倍频电路。 导通角为120/n时，相应的 n次谐波振幅最大 C（丙）类倍频常限于3-5次 倍频，
4、不能适用于高次倍频。 更高次的倍频需采用参量器件。,C类功放的工作状态 高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入 饱和区可以分为欠压、 临界和过压三种状态。,过压时电流脉冲形状出现凹陷,过压时电流脉冲形状出现凹陷,负载对电路工作状态的影响 保持EB、Ec、Ub不变时，输出电压、电流、功率及效率随负载变化的曲线。,欠压状态下，可将放大器视为恒流源； 过压状态下，可将放大器视为恒压源。,小 结：,临界状态：Po最大，较高，为最佳工作状态，常用于发射机末级。 过压状态：输出电压基本不变，弱过压时最高，但Po下降，常用于发射机中间级和集电极调幅电路中。 欠压状态：Po较小，较低，Pc大，输出电压不稳定
5、，使用较少，但可用于基极调幅电路中。 注意：负载短路很危险，此时Po为0，Pc最大，超出晶体管安全工作范围，容易烧毁管子。,各级电压对工作状态的影响,工作在欠压状态下，基极输入电压的变 化能有效地控制负载上输出电压的变化,1、保持Ec、EB与RL不变，改变 Ub时的工作状态变化情况,改变 对工作状态的影响（保持Ec、Ub、RL不变）,在欠压状态下，基极偏置电压的变化能有效地控制负载上输出电压的变化。基极调幅运用在此状态。,3、改变 （Ec）对工作状态的影响（保持RLEbUb不变）,在过压状态下，集电极电源电压的变化能有效地控制负载上输出电压的变化。集电极调幅运用在此状态。,例题1：实测一谐振功
6、放，发现输出功率Po仅为设计值的20，而直流电流Ico却略大于设计值。试问该放大器工作在什么状态？如何调整放大器才能使Po和Ico接近设计值？,例题2：设二个谐振功放具有相同的回路元件参数，输出功率Po分别是甲为1W，乙为0.6W。现增大二个放大器的电源电压Vcc ，发现甲的Po增加不明显，而乙的Po增加明显，试分析原因。若要增大甲的输出功率，还应同时采取什么措施（暂不考虑功率管的安全工作问题）？,4.3 直流馈电电路及匹配电路,直流馈电电路是指直流供电电路，主要有 集电极馈电电路和基极偏置电路。 匹配电路可实现阻抗匹配和选频。 直流馈电电路和匹配电路都是系统各功能 电路中不可缺少的辅助电路。
7、,集电极馈电,集电极馈电线路两种形式 (a) 串联馈电 (b) 并联馈电,基极偏置电路,基极的偏压既可以是外加的, 也可以采用自生偏置电路得到负偏压。,（a） （b） （c） （d） 基极偏置电路的几种形式 ：（a）固定偏置； （b）和（c）自生反偏（负偏） ；（d）零偏置,产生自生反偏必须具备的条件：,电路中存在非线性导电现象 电路中有储能元件 储能元件的放电时间常数应足够大 注意：破坏上述三个条件之一可消除自生反 偏。自生反偏电压的大小随输入信号 的强弱而变化。输入信号幅度大，反 偏就大，对输出有稳幅作用。,匹配电路,能够获得最大输出功率时的负载为最佳负载。匹配电路可使实际负载与最佳负载匹
8、配，使放大器传输到负载的功率最大。,对匹配电路的具体要求： 1、阻抗变换：使实际负载与最佳负载匹配。 最佳负载RL（VccVces)2/2Po,2、良好的滤波作用：能抑制无用信号的频率。,3、尽量小的损耗：网络传输效率尽可能的高。,L型匹配电路,二个异性电抗支路连接成L型结构的匹配电路。有二种基本电路形式： 为提高谐波抑制能力，将LC接成低通形式，即： 串臂上的电抗为电感性，并臂上的电抗为电容性,L型匹配电路分析,运用串、并联阻抗的转 换简化成串、 并谐回路 (a)电路简化成串谐支路，适用于R1R2情况： R1=R2=R2(1+Q2) ，Q=（R1/R2）1 WL=QR2=R2（R1R2） 1
9、/（WC）=R1/Q=R1R2/（R1R2）,(b)电路简化成并谐回路，适用于R1（R1/R2）1 （2）拆成二个L型时，串、并臂电抗应为异性，可采用L型分析方法。 （3）工作频率较高时， 须考虑功率管的输出 电容。 各元件计算公式见P92-93,T型匹配电路 T型匹配电路由二个串接的L型电路组成。 可实现条件：Q2（R1/R2）1 拆成二个L型时，串、并臂电抗应为异性，仍可 采用L型分析方法。 各元件计算公式 见P94 匹配电路在高功放中占有重要地位，只有将其设 计调整好，才可使系统工作于最佳状态。,4.4高效率射频功率放大器,D类功放,在晶体管导通期间，使集电极Uce电压最小，以减小耗散功
10、率，从而提高效率，理想时效率可接近100%,与C类功放相比，D类特点：,优点： （1）高次谐波输出小。因为方波信号中，谐波 分量只有奇数次。 （2）效率高。,缺点：,工作频率受限制。因为频率较高时，须考虑开 关转换时间，功耗随频率增高而增加，失去了 其优势。,E类功放,单管工作于开关状态，特点是选用特殊负载 网络，得到最佳的瞬间响应。 集电极电流ic的上升滞后与Uce电压的下降， 而ic的下降超前于Uce的上升，以避免开关转 换时的功耗，从而克服D类放大器的缺点。 电路图及计算功率、效率的经验公式P90,4.5 射频功放实用电路,1、25W C类功放 下图是工作频率为50 MHz的晶体管谐振功
11、率放大电路, 它向50 外接负载提供25 W功率, 功率增益达7 dB。,2、35 W线性功放电路（P94-95）,3、高频功放的调试与调整 调试放大器分为两步，首先要调谐，然后是调整。 调谐是将放大器选频回路调到谐振状态，若失谐 将使管耗增加。 调整是指将已经谐振的放大器参数调节到预期的 数值，处于最佳工作状态，以获得所需要的输出 功率和效率。,课堂练习：试画出二级谐振功放的实际电路， 要求同时满足： （1）二级均采用NPN型晶体管，发射极直接接地； （2）第一级基极采用固定分压式偏置电路，与前级 互感耦合，第二级基极采用零偏置； （3）第一级集电极电源采用并馈方式，第二级采用 串馈形式，二
12、级共用一个电源； （4）二级间回路为T型匹配网络，输出回路采用型 匹配网络，负载为天线。,4.6 宽带功放与功率合成技术,传输线变压器 传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合 而产生的一种耦合元件。它是将传输线(双绞线、带状线或 同轴线等)绕在高导磁率的高频磁芯上构成的, 以传输线方 式与变压器方式同时进行能量传输。,宽带高频功率放大电路采用非调谐宽带网络作为匹配网络, 能在很宽的频带范围内获得线性放大。常用的宽带匹配网 络是传输线变压器,由于无选频滤波性能, 故宽带高频功放只 能工作在非线性失真较小的甲类或乙类状态, 效率较低。,传输线变压器等效电路,传输线变压器特性,当传输线无
13、耗且终端匹配（负载等于特性阻抗Zc）时，沿传输线任一位置上的电压和电流幅度才会处处相等，为1:1变压器，且输入阻抗等于Zc，此时具有无限宽的工作频带。 理想无耗传输线的特性阻抗Z c= 实际条件下，为扩展上限工作频率，要求负载尽可能接近Zc，并尽可能缩短传输线长度l（要求lmin8）,传输线变压器特性,低频段时, 信号波长远大于传输线长度, 分布参数很小, 变压器方式起主要作用。磁芯的导磁率高，初级电感量足够大，传输线变压器的低频特性较好。 高频段时, 传输线方式起主要作用。虽然实际不是严格无耗和匹配, 但上限频率仍可以达到很高。 可以实现某些特定阻抗比的变换。,功率合成技术,功率合成 利用多
14、个放大器同时对输入信号进行放大，然后用合成的 方法将各输出功率相加，得到一个总的、几倍于单个放大 器的输出功率。 对理想功率合成器的要求 不仅具有功率合成的功能, 还必须使合成器中各功率放大器 互相隔离。当其中某一个功率放大器损坏时,不影响相邻功 率放大器的工作状态, 仅仅是功率合成器输出总功率减小一 些。,功率分配,功率合成的反过程，将某信号功率平均地、互不影响地分配给各个独立负载。 合成网络与分配网络以传输线变压器为基础构成，二者的差别仅在于端口的连接方式不同。 A 用混合网络构成的功率合成 0 0 与分配器，其各端口存在确定 D C 的关系，称为魔T混合网络 180 0 B,功率合成器原
15、理图,功率合成电路,利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器, 且具有频带宽、 结构简单、插入损耗小等优点, 然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。 合成电路见教材P100,本章小结（1）,高频谐振功率放大电路可以工作在甲类、乙类或丙（C）类状态。丙类谐振功放的效率高, 节约能源, 是高频功放中经常选用的一种电路形式。 丙类谐振功放效率高的原因：导通角小, 集电极功耗小。但导通角越小, 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时的一个重要考虑。 若丙类谐振功放用作：放大时, 应工作在临界状态； 基极调幅时：应工作在欠压状态； 集电极调幅时： 应工作在过压状态。,本章小结（2）,丙类谐振功放的输入回路常采用自给负偏压方式, 输出回路有串馈和并馈两种直流馈电式。 为了实现和前后级电路的阻抗匹配, 可以采用L、T型LC分立元件、微带线或传输线变压器几种不同形式的匹配网络, 分别适用于不同频段和不同工作状态。 谐振功放属于窄带功放，负载为调谐电路。 宽带高频功放采用非调谐方式, 工作在甲类状态, 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。,本章作业,教材P102：4.3、4.4、4.14,
