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1、4.1 概述,工作特点：高频、大信号、非线性,窄带高频功率放大器：以谐振回路为负载，所以又称谐振功率放大器,谐振功率放大器的分析方法：折线法近似分析,宽带高频功率放大器：采用非选频性负载，如传输线变压器或其他宽带匹配电路,作用：用于对各种高频信号进行功率放大或倍频；可实现调幅。,工作要求：输出功率大、效率高、波形失真小(谐波少) 、散热要好,谐振功率放大器,丙类谐振功率放大器,丁类谐振功率放大器,戊类谐振功率放大器,第4章 高频功率放大器,4.2 丙类高频谐振功率放大器的工作原理,特点：,组成：BJT、LC谐振回路、馈电电源,一、基本电路构成及工作原理,1、NPN高频大功率晶体管，高fT；改变
2、UBB可以改变放大器的工作类型；,3、发射结在一个周期内只有部分时间导通，iB、iC均为一系列高频脉冲；,2、大信号激励：12V；,4、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流iC中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。,二、 工作原理的折线分析,1、三极管特性曲线的折线化,2、各极电流、电压波形,图解可见，iB和iC的都是余弦脉冲，定义为通角，三极管只在（ ，）内导通，当90o时，功率放大器工作于丙类状态。,当iC流过LC谐振回路时，在回路两端产生电压uC。由于谐振回路的选频特性， uC中只有基波分量幅度最大，其它频率的信号电压幅度较小可以忽略。设Re并联回路谐振时的等效负载电阻，包括BJT的输出电导和等
3、效的RL。,从图中可以看出，丙类高频谐振功放由于选频作用，即使iC是不连续的脉冲电流，在谐振回路两端也会得到余弦电压。即能对输入信号进行不失真放大。,如果振荡回路的0=n，则在回路两端可得到频率为n的电压:u0=Umcosnt；相当于实现了对输入信号的n倍倍频。,还可以利用选频特性实现倍频器。,3、ic余弦脉冲的分解,其中0()、1() 、n ()为尖顶余弦脉冲的分解系数；,另定义g1 () =Ic1m/Ic0= 1() / 0()为波形系数，随减小而增大。,4、能量关系与效率,2）集电极电源提供功率：,1）集电极输出功率：,3）集电极损耗功率：,4）集电极效率：,5）对效率的影响,电压利用系
4、数c=Uc1m/UCC1， c1， g1 随而变化；,6）放大器的激励功率：,7）功率放大倍数：,三点法作图：,t=0，uBE=-UBB+Uim； uCE=UCC-Uc1m 得到C点,t=/2，uBE=-UBB； uCE=UCC 得到 B点,t= ， uBE=-UBB-Uim 串联电阻Rs。,ReRL,ReRL,1、 型网络,2、型和型网络,三、高频谐振功率放大器电路,4.5 丁类功率放大器,在丙类高频功放中，提高集电极效率是靠减小集电极电流的导通角实现的，但这样同时会减小输出功率。,丁类功率放大器的晶体管工作于开关状态，管子导通时进入饱和区，器件内阻接近于0，截止时电流为0，这样可以使集电极
5、功耗大为减小，效率大大提高，在理想情况下，效率可达100%，实际情况下也可达90%左右。但由于开关管转换频率越高，损耗越大，故其上限工作频率受限。,丁类功放分为电流开关型和电压开关型两种电路。,两个同型的三极管VT1 、VT2相串联，输入变压器为VT1 、VT2提供相位相反的驱动电压，使两管交替饱和导通，A点处的电压为方波，振幅为,相应的电流电压波形如图（b）所示。负载电阻RL与L、C构成高Q串联谐振回路，当它调谐于输入信号频率时，在负载上得到电压uA的基波分量，实现高频放大的目的。,RL上基波电压振幅：,基波电流振幅：,输出功率：,通过电源的平均电流分量：,电源供给功率：,效率：,实际工作中
6、，三极管在饱和、截止之间的转换需要一定的时间，uA不是理想方波，而是存在着上升沿和下降沿，转换期间存在一定的电压和电流，使管耗增加，效率降低，所以应选择开关时间短的高频开关三极管或无电荷存储效应的VMOS场效应管，并减小电路中的分布电容。,4.6 宽带高频功率放大器,由于宽带放大器没有选频作用，一般只工作于非线性失真较小的甲类或甲乙类，所以宽带放大器的效率一般不高（20%左右）。,常用的宽带匹配网络：传输线变压器。,主要要求：通频带要宽；失真要小；放大倍数要大。,一、传输线变压器,1.传输线变压器工作原理,传输线模型,变压器模型,传输线主要是指用来传输高频信号的双导线、同轴线，将传输线绕制在高
7、磁导率、低损耗的磁环上就构成传输线变压器。因此它兼有传输线和高频变压器两者的特点，相应的有两种工作方式（模式），传输线方式和变压器方式。,低频工作时，传输线就是两根普通连接线。高频工作时，由于分布电感和线间分布电容的影响，能量是通过分布电容中的电场能量和分布电感中的磁场能量不断相互转换而传送到负载的。以L0、C0表示单位长度传输线的电感和电容，传输线的特性阻抗是一个与频率无关的电阻,2、传输线变压器的应用,（1）高频倒相器,端点2、3相连并接地，1、3端加高频电压U1，负载上得到的电压UL与U1反相。,（2）不平衡、平衡变换器,信号源一端接地，称为“不平衡”，转换后的负载上两电压大小相等、方向
8、相反，称为平衡输出。,（3）阻抗变换,二、宽带功率放大电路,宽频带变压器耦合放大电路，工作频率在150kHz30MHz。图中T1、T2、T3都是宽带传输线变压器，T1与T2串接是为了实现阻抗变换，将VT1的低输入阻抗变换为VT2所需要的高负载阻抗。为改善放大器性能，每级都加了电压负反馈支路；为避免寄生耦合，每级的集电极电源都加有电容滤波。未采用调谐回路，放大器应工作于甲类状态。,4.7 功率合成技术,一、功率合成器的组成,在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所能输出的功率时，可以将多个电子器件的输出功率叠加起来，这就是功率合成技术。,下图是一个输出功率为35W的功率合成器的组成
9、框图，三角形代表功率放大器，菱形代表功率分配或合成网络。,利用1:4传输线变压器组成的魔T混合网络，可以实现功率的合成与分配。混合网络有A、B、C、D四个端点，为了满足网络匹配的条件，取RA = RB = ZC = R，RC = ZC / 2 =R / 2，RD = 2ZC = 2R，ZC为传输线变压器的特性阻抗。,二、功率合成与分配网络,魔T混合网络,A、B端输入两大小相等、极性相反的电压时， C端无输出，输入功率在D端合成。,所以C端无输出，而D点的输出功率为：,1、反相功率合成,2、同相功率合成,A、B端输入两大小相等、极性相同的电压时，D端无输出，输入功率在C 端合成。,将功率合成器输
10、入输出位置交换，即可得到功率分配器。,3、功率分配,例1：在图（a）所示电路中，R1= R2= R3= R4，Rs=50，信号源向网络提供的功率为100W，试指出R1 R4电阻上的电流方向，计算R1 R4各电阻所得的功率，计算Rd1 Rd3、R1 R4各电阻的数值。,三、功率合成电路实例,右图是一个反相功率合成器的典型电路，它是一个输出功率为75W、带宽为3075MHz的放大电路的一部分。T2为反相功率分配网络，T5反相功率合成网络， T1 与T6 是1:1传输线变压器，实现平衡不平衡转换；T3与T4是4:1阻抗变换器。,反相功率合成器电路,T1为同相功率分配网络，T6为同相功率合成网络，T2、T3与T4、T5 分别是4:1与1:4阻抗变换器。晶体管发射极接入的电阻以产生负反馈，提高输入阻抗。各基极串联的电阻，可提高输入电阻，并防止寄生振荡。D端所接的电阻是T1 与T6的假负载电阻。,同相功率合成器电路,反相功率合成器的优点：输出没有偶次谐波，输入电阻比单边时高，因而引线电感的影响减小。在同相功率合成器中，由于偶次谐波在输出端是相加的，因此输出中有偶次谐波存在。,
